Course Syllabus
Obiettivi
Il corso fornisce un riepilogo dei principi fondamentali della Geochimica, in particolare della Geochimica Isotopica. Gli studenti imparano a riconoscere ed interpretare i processi di frazionamento chimico e isotopico, ed utilizzare elementi e rapporti isotopici quali traccianti dei processi geologici, geodinamici, petrogenetici e vulcanologici. Saranno approfondite le conoscenze sul decadimento radioattivo dei radionuclidi più utilizzati, le implicazioni sulla geocronologia ed i principali metodi di datazione utilizzati.
Gli studenti, attraverso un approccio multidisciplinare, imparano ad utilizzare i traccianti geochimici (isotopi stabili, radiogenici e gas nobili) in fluidi e rocce per ricostruire il ciclo dei volatili nel mantello terrestre, ponendoli in relazione alla petrogenesi, geologia e geodinamica, e valutare il loro ritorno in atmosfera e/o ambiente marino attraverso il vulcanismo. Il corso consente di acquisire le capacità di modellizzazione geochimica ed applicazione ai principali processi naturali coinvolti nel ciclo dei volatili.
Contenuti sintetici
Richiamo nozioni di base dei principi della Geochimica. Geochimica isotopica, processi di frazionamento e di mescolamento. Decadimento radioattivo, cenni di Geocronologia. Geochimica degli isotopi radiogenici. Geochimica dei gas nobili. Cenni di geodinamica e petrogenesi. Comportamento dei volatili nei differenti contesti geodinamici. Sistematica dei fluidi durante la rifusione ed il metasomatismo del mantello. Geochimica dei volatili magmatici. Solubilità dei volatili nei magmi e ripartizione delle specie tra le varie fasi coesistenti. Degassamento magmatico. Processi di contaminazione in crosta. Vulcanismo e degassamento in ambiente sottomarino e subaereo. Visualizzazione ed elaborazione dei dati geochimici.
Programma esteso
Presentazione del corso. Richiami di Geochimica. Affinità geochimica degli elementi, loro influenza sul comportamento geochimico. Sfere geochimiche.
Geochimica degli isotopi stabili (H, O, C, N, S). Notazione delta, fattore di frazionamento e di arricchimento. Standard internazionali. Frazionamenti isotopici.
Meccanismi di decadimento radioattivo, equazione generale del decadimento radioattivo. Principali metodi geocronologici (Rb-Sr, Sm-Nd, U-Th-Pb, K-Ar e 39Ar-40Ar). Geochimica degli isotopi radiogenici come traccianti petrogenetici. Principi di spettrometria di massa. Geochimica degli isotopi dei gas nobili.
Cenni di geodinamica e petrogenesi. Rifusione parziale del mantello. I potenziali reservoir di mantello identificati sulla base degli isotopi radiogenici e dei gas nobili, in relazione alla geodinamica. La Geochimica dei volatili nel mantello. Comportamento dei volatili durante la rifusione ed il metasomatismo del mantello. Ripartizione dei volatili tra mantello e fuso magmatico. Relazioni tra volatili e composizione chimica dei minerali. Il riciclo dei volatili nel mantello.
Geochimica dei volatili magmatici. Solubilità dei volatili nei magmi e ripartizione delle specie tra le varie fasi coesistenti. Degassamento magmatico. Il ruolo della crosta oceanica e continentale nella contaminazione dei fluidi magmatici in risalita verso la superficie.
Vulcanismo e degassamento di gas vulcanici, composizione dei gas vulcanici, processi di interazione gas-acqua-roccia, sistemi idrotermali.
Principali metodologie di campionamento fluidi e rocce, tecniche analitiche di laboratorio. Modalità di visualizzazione ed elaborazione dei dati geochimici.
Prerequisiti
Chimica, Fisica, Geochimica, Petrografia
Modalità didattica
Lezioni frontali (6 CFU)
Materiale didattico
Dispense fornite dal docente
TESTI
W.M. White, Geochemistry
McSween H.Y., Richardson S.M. Jr., Uhle M.E., Geochemistry (Pathways and Processes)
Walker M., Quaternary Dating Methods, Wiley
A. Longinelli, S. Deganello, Introduzione alla Geochimica
Ozima M. & Podosek F.A. (2002), Noble Gas Geochemistry, Cambridge University
Burnard P., The Noble Gases as geochemical tracers, Springer
Dongarrà G. & Varrica D. (2004) “Geochimica e ambiente” EDISES
Faure G. (1998), Principles and Applications of Geochemistry
Krauskopf K.B. & Bird, D. K., Introduction to Geochemistry, 1995. McGraw-Hill International Editions.
J. Hoefs, Stable isotope Geochemistry
C.J. Allègre, Isotope Geology
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Modalità dell'esame:
Esame orale che consiste in un colloquio sugli argomenti svolti durante il corso. L'esame è composto da non meno di tre domande aperte, di cui la prima è un argomento del programma a scelta dello studente. Il docente valuterà la conoscenza ed approfondimento dei concetti, la capacità di collegare gli argomenti, la chiarezza espositiva, l'utilizzo di un linguaggio appropriato alla materia, l’impegno profuso nella preparazione dell’esame.
Valutazione dell’esame:
Voto in trentesimi
Orario di ricevimento
Contattare il docente via email: andrealuca.rizzo@unimib.it
Aims
The course provides a summary of the fundamental principles of Geochemistry, in particular of Isotopic Geochemistry. Students learn to recognize and interpret chemical and isotope fractionation processes, and use elements and isotope ratios as tracers of geological, geodynamic, petrogenetic and volcanological processes. The knowledge on the radioactive decay of the most used radionuclides, the implications on geochronology and the main dating methods used will be deepened.
Students, through a multidisciplinary approach, learn to use geochemical tracers (stable isotopes, radiogenic and noble gases) in fluids and rocks to reconstruct the cycle of volatiles in the earth's mantle, placing them in relation to petrogenesis, geology and geodynamics, and evaluate the their return to the atmosphere and/or marine environment through volcanism. The course allows students to acquire the skills of geochemical modeling and application to the main natural processes involved in the cycle of volatiles.
Contents
Basic notions of the principles of Geochemistry. Isotope geochemistry, fractionation and mixing processes. Radioactive decay, basics of Geochronology. Geochemistry of radiogenic isotopes. Geochemistry of noble gases. Elements of geodynamics and petrogenesis. Behavior of volatiles in different geodynamic contexts. Fluid systematics during mantle melting and metasomatism. Geochemistry of magmatic volatiles. Solubility of volatiles in magmas and distribution of species among the various coexisting phases. Magmatic degassing. Crust contamination processes. Volcanism and degassing in submarine and subaerial environments. Visualization and processing of geochemical data.
Detailed program
Presentation of the course. Basic notions of Geochemistry. Geochemical affinity of the elements, their influence on geochemical behaviour. Geochemical spheres.
Geochemistry of stable isotopes (H, O, C, N, S). Delta notation, fractionation and enrichment factor. International standards. Isotopic fractionations.
Mechanisms of radioactive decay, general equation of radioactive decay. Main geochronological methods (Rb-Sr, Sm-Nd, U-Th-Pb, K-Ar and 39Ar-40Ar). Geochemistry of radiogenic isotopes. Principles of mass spectrometry. Geochemistry of noble gas isotopes.
Elements of geodynamics and petrogenesis. Partial melting of the mantle. Potential mantle reservoirs identified based on radiogenic isotopes and noble gases, in relation to geodynamics. Geochemistry of volatiles in the mantle. The behavior of volatiles during mantle melting and metasomatism. Partition of volatiles between mantle and melt. Relations between volatiles and chemical composition of minerals. The recycling of volatiles in the mantle.
Geochemistry of magmatic volatiles. Solubility of volatiles in magmas and distribution of species among the various coexisting phases. Magmatic degassing. The role of oceanic and continental crust in the contamination of magmatic fluids rising to the surface. Volcanism and outgassing of volcanic gases, the composition of volcanic gases, gas-water-rock interaction processes, and hydrothermal systems.
Main methods of sampling fluids and rocks, laboratory analytical techniques. Methods of visualization and processing of geochemical data.
Prerequisites
Chemistry, Physics, Geochemistry, Petrography
Teaching form
Lectures (6 CFU)
Textbook and teaching resource
Slides provided during the lessons
BOOKS
W.M. White, Geochemistry
McSween H.Y., Richardson S.M. Jr., Uhle M.E., Geochemistry (Pathways and Processes)
Walker M., Quaternary Dating Methods, Wiley
A. Longinelli, S. Deganello, Introduzione alla Geochimica
Ozima M. & Podosek F.A. (2002), Noble Gas Geochemistry, Cambridge University
Burnard P., The Noble Gases as geochemical tracers, Springer
Dongarrà G. & Varrica D. (2004) “Geochimica e ambiente” EDISES
Faure G. (1998), Principles and Applications of Geochemistry
Krauskopf K.B. & Bird, D. K., Introduction to Geochemistry, 1995. McGraw-Hill International Editions.
J. Hoefs, Stable isotope Geochemistry
C.J. Allègre, Isotope Geology
Semester
I semester
Assessment method
Oral exam consisting of an interview on the topics developed during the course. The exam consists of at least three open questions, the first of which is a topic of the program chosen by the student. The teacher will evaluate the knowledge and deepening of the concepts, the ability to connect the topics, the expository clarity, the use of a language appropriate to the subject, and the commitment made to prepare for the exam
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Office hours
To make an appointment, please write to andrealuca.rizzo@unimib.it
Staff
-
Andrea Luca Rizzo