Course Syllabus
Obiettivi
L’obiettivo dell’insegnamento è di permettere agli studenti di acquisire gli strumenti idonei per la comprensione dei principali processi geochimici che attraversano idrosfera, atmosfera, litosfera e biosfera. Sono trattati, sia a scala globale che locale, i principali processi che determinano le caratteristiche chimiche di base delle acque, superficiali e sotterranee, dei suoli e dell’atmosfera. Oltre ai fenomeni naturali, sono descritti i principali fenomeni di inquinamento antropico. Particolare attenzione è data alla descrizione degli effetti dei cambiamenti climatici sui principali processi geochimici che coinvolgono l’idrosfera e l’atmosfera.
L’insegnamento consentirà inoltre agli studenti di comprendere gli effetti delle attività antropiche sulla geochimica delle diverse matrici ambienti, dalla scala locale a quella globale, sviluppando capacità utili al riconoscimento e gestione di problemi di inquinamento ambientale.
Contenuti sintetici
- Processi geochimici nell’idrosfera, atmosfera e litosfera
- Cicli biogeochimici
- Inquinamento delle diverse matrici ambientali
- Geochimica degli isotopi stabili
Programma esteso
Lezioni:
- Revisione dei concetti di base di geochimica - atomi, legami chimici, termodinamica.
- Geochimica delle acque - ciclo dell’acqua e sua geochimica, reazioni di dissociazione, processi redox, dissoluzione di gas, assorbimento, speciazione.
- Geochimica del carbonio e meteorizzazione - CO₂ in atmosfera e nei suoli; sistema di equilibrio CO₂-bicarbonato-carbonati; meteorizzazione dei carbonati e dei silicati.
- Cicli biogeochimici - cicli naturali e modificati dalle attività umane di carbonio, azoto, fosforo e zolfo.
- Atmosfera ed inquinamento - struttura e composizione dell'atmosfera, gas serra, piogge acide, altri inquinanti.
- Geochimica isotopica - principi generali, isotopi dell’acqua, isotopi ambientali.
- Inquinamento delle acque - inquinamento da nitrati e solfati, eutrofizzazione, drenaggio acido di miniera, discariche, contaminanti organici, salinità, cromo, arsenico.
- Analisi di un caso studio- elaborazione ed interpretazione di dati idrochimici ed isotopici da un caso studio reale.
Laboratorio:
- Esercizi con fogli di calcolo sulla geochimica delle acque.
- Modellazione geochimica con PHREEQC.
- Idrogeochimica di campo.
Prerequisiti
Conoscenze di base di Chimica e Geochimica.
Modalità didattica
Lezioni frontali per 5 CFU (35 ore)
Laboratorio per 1 CFU (12 ore)
Materiale didattico
Dispense e materiale bibliografico forniti dal docente.
Libri di testo:
- Environmental and Low Temperature Geochemistry. Ryan P., 2014. Wiley. ISBN: 9781405186124
- Groundwater Geochemistry and Isotopes. Clark I., 2015. CRC Press. ISBN: 978146659173
Periodo di erogazione dell'insegnamento
I semestre.
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Prova orale che comprende:
- presentazione del progetto individuale (analisi di un articolo scientifico),
- 2-3 domande su argomenti del programma.
Orario di ricevimento
Su appuntamento.
Sustainable Development Goals
Aims
The aim of the course is to enable students to acquire the tools to understand main geochemical processes occurring in the hydrosphere, atmosphere, lithosphere and biosphere. The course will focus on the processes that affect, on local and global scale, the main geochemical features of waters, both surface water and groundwater, soils and the atmosphere. Beside natural processes, the course will face pollution processes. Attention will be given to the effects of climate change on main geochemical processes affecting the hydrosphere and atmosphere.
The course will enable students to understand the effects of anthropogenic activities on the geochemistry of the different environmental matrices, on local and global scale, developing skills useful for the identification and management of environmental pollution problems.
Contents
- Geochemical processes in the hydrosphere, atmosphere and lithosphere
- Biogeochemical cycles
- Pollution of different environmental matrices
- Stable isotope geochemistry
Detailed program
Lectures:
- Review of basic concepts of geochemistry - atoms, chemical bonding, thermodynamics.
- Geochemistry of aqueous systems - water cycle and its geochemistry, dissociation reactions, redox processes, gas dissolution, sorption, aqueous speciation.
- Carbonate geochemistry and soil weathering - atmospheric and soil CO₂; the CO₂-bicarbonate-carbonate equilibrium; carbonate and silicate weathering.
- Biogeochemical cycles - natural and human-modified cycles of carbon, nitrogen, phosphorus and sulfur.
- Atmosphere and air pollution - atmosphere structure and composition, greenhouse gasses, acid rain, other pollutants.
- Isotope geochemistry - general principles, water isotopes, environmental isotopes.
- Contaminant hydrochemistry - nitrate and sulfate pollution, eutrophication, acid mine drainage, landfills, organic contaminants, salinity, chromium, arsenic.
- Case study analysis - elaboration and interpretation of hydrochemical and isotopic data from a real case study.
Lab sessions:
- Spreadsheet exercises on aqueous geochemistry.
- Geochemical modelling using PHREEQC.
- Field hydrochemistry.
Prerequisites
Basic knowledge of chemistry and geochemistry.
Teaching form
Frontal lessons for 5 CFU (35 hours)
Lab sessions for 1 CFU (12 hours)
Textbook and teaching resource
Slides and other documents provided by the teacher.
Textbooks:
- Environmental and Low Temperature Geochemistry. Ryan P., 2014. Wiley. ISBN: 9781405186124
- Groundwater Geochemistry and Isotopes. Clark I., 2015. CRC Press. ISBN: 9781466591738
Semester
I semester.
Assessment method
Oral exam with :
- discussion of an individual project (analysis of a scientific paper)
- 2-3 questions on topics discussed during the course.
Office hours
By appointment.
