Course Syllabus
Obiettivi
L’insegnamento fornisce i concetti di base delle Scienze del Sistema Terra, considerando la Terra come un sistema integrato costituito da componenti interagenti: geosfera, idrosfera, biosfera, atmosfera e criosfera. Il corso introduce i processi fondamentali che governano tali sfere e le loro interazioni, mettendo in evidenza come il cambiamento climatico influenzi ciascuna componente del sistema Terra e come tali cambiamenti si propaghino nei sistemi naturali e antropici.
O1 – Conoscenza e capacità di comprensione
Comprendere la Terra come un sistema complesso e interconnesso composto da geosfera, idrosfera, atmosfera, biosfera e criosfera.
Comprendere il ciclo idrologico e i principali processi che controllano la presenza, il movimento e l’immagazzinamento dell’acqua nei sistemi di acque superficiali e sotterranee, nonché il ruolo dei ghiacciai e delle risorse idriche montane.
Comprendere i concetti di bilancio idrico, disponibilità delle risorse idriche e gestione delle risorse idriche, e il modo in cui il cambiamento climatico può influenzarli.
Conoscere il ruolo dei cicli biogeochimici nella regolazione del clima terrestre e dei sistemi ambientali.
O2 – Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Applicare i concetti delle Scienze del Sistema Terra per analizzare le interazioni tra le diverse componenti del sistema Terra.
Interpretare i principali processi idrologici che si verificano nei sistemi di acque superficiali e sotterranee, e valutare i fattori che controllano la disponibilità idrica nelle condizioni climatiche attuali e future.
Valutare gli impatti del cambiamento climatico sul sistema Terra, con particolare attenzione alle risorse idriche, alla siccità e alle alluvioni.
Valutare il ruolo dei ghiacciai montani e dei processi criosferici nell’approvvigionamento idrico regionale.
Analizzare il ruolo dei principali cicli biogeochimici nella regolazione dei processi del sistema Terra e del clima.
O3 – Autonomia di giudizio
Valutare criticamente le informazioni scientifiche relative al cambiamento climatico, alle risorse idriche e alle interazioni all’interno del sistema Terra.
Analizzare i sistemi di gestione delle risorse idriche a diverse scale spaziali, dal contesto locale a quello regionale.
Valutare le implicazioni degli impatti antropici sulle diverse sfere del sistema Terra e sulle loro interconnessioni.
Formulare giudizi autonomi in materia di gestione ambientale e strategie di adattamento climatico adottando un approccio sistemico.
O4 – Abilità comunicative
Utilizzare una terminologia scientifica appropriata relativa alle Scienze del Sistema Terra, all’idrologia e al cambiamento climatico.
O5 – Capacità di apprendimento
Integrare informazioni provenienti da discipline diverse per affrontare problemi complessi di carattere ambientale e legati alle risorse idriche.
Contenuti sintetici
Il corso introduce i concetti fondamentali delle Scienze del Sistema Terra, considerando la Terra come un sistema complesso costituito da sfere interconnesse le cui interazioni regolano i processi ambientali e il clima. Particolare attenzione è dedicata all’idrosfera, con riferimento ai sistemi di acque superficiali e sotterranee, alla disponibilità e gestione delle risorse idriche e agli effetti del cambiamento climatico sul ciclo idrologico. Il corso esamina inoltre il ruolo della geosfera, della biosfera e della criosfera nel clima, evidenziando gli impatti del cambiamento sulle risorse naturali, sugli ecosistemi, sulla salute umana e sulle infrastrutture, secondo una prospettiva integrata di sistema Terra.
Programma esteso
- Introduzione alle Scienze del Sistema Terra: la Terra come sistema complesso; interazioni tra geosfera, idrosfera, atmosfera, biosfera e criosfera; meccanismi di retroazione climatica.
- Geosfera: struttura della Terra, ciclo delle rocce, processi di alterazione e degradazione meteorica, formazione dei suoli, risorse geologiche e loro relazioni con il clima.
- Biosfera e cicli biogeochimici: cicli del carbonio e dell’azoto, e altri cicli biogeochimici; interazioni tra ecosistemi e clima.
- Idrosfera e risorse idriche: ciclo idrologico, bacini idrografici, sistemi di acque superficiali e sotterranee, bilancio idrico, qualità delle acque e gestione delle risorse idriche.
- Criosfera: ghiacciai, ambienti montani, ritiro glaciale e ruolo delle montagne come “water towers”;
- Cambiamento climatico e risorse idriche: effetti sulla disponibilità idrica, siccità, alluvioni, sicurezza idrica e strategie di adattamento.
- Interazioni tra attività umane e ambiente: impatti delle attività antropiche sui processi del sistema Terra, rischio e vulnerabilità agli eventi estremi, implicazioni del cambiamento climatico per la salute umana, le infrastrutture e la sostenibilità ambientale.
- Antroposfera e interazioni uomo-ambiente.
Prerequisiti
Nessuno
Modalità didattica
24 ore di lezioni frontali
Materiale didattico
Le slide predisposte dai docenti saranno messe a disposizione degli studenti, insieme a ulteriori risorse open access a supporto dell’apprendimento.
Alcune lezioni faranno riferimento al testo:
E. Tziperman, Global Warming Science: A Quantitative Introduction to Climate Change and Its Consequences, Princeton University Press, ISBN 9780691228792.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Non sono previste prove intermedie.
La prova finale verterà sugli argomenti trattati in entrambi i moduli del corso.
L’esame consisterà in 12 domande a risposta multipla e 6 domande aperte, relative ai contenuti di entrambi i moduli.
La durata della prova sarà di due ore.
Orario di ricevimento
Contattare i docenti
Sustainable Development Goals
Aims
The module provides the basic concepts of Earth System Science, focusing on the Earth as an integrated system composed of interacting geosphere, hydrosphere, biosphere, atmosphere, and cryosphere components. It introduces the fundamental processes governing these spheres and their interactions, highlighting how climate change affects each component of the Earth system and how these changes propagate through natural and human systems.
O1 – Knowledge and Understanding
Understand the Earth as a complex and interconnected system composed of the geosphere, hydrosphere, atmosphere, biosphere, and cryosphere.
Understand the hydrological cycle and the main processes controlling the occurrence, movement, and storage of water in surface water and groundwater systems and the role of glaciers and mountain water.
Understand the concepts of water balance, water resources availability, and water resource management and how climate change may affect them.
Learn the role of biogeochemical cycles in regulating the Earth's climate and environmental systems.
O2 – Ability to Apply Knowledge and Understanding
Apply Earth System Science concepts to analyze interactions among the different Earth system components.
Interpret the main hydrological processes occurring in surface water and groundwater systems, and evaluate the factors controlling water availability under present and future climate conditions.
Assess the impacts of climate change on the Earth system, with particular emphasis on water resources, droughts, and floods.
Evaluate the role of mountain glaciers and cryospheric processes in regional water supply.
Analyze the role of major biogeochemical cycles in regulating Earth system processes and climate.
O3 – Autonomy of Judgment
· Critically evaluate scientific information related to climate change, water resources, and Earth system interactions.
· Analyze water resource management systems at different spatial scales, from local to regional contexts.
· Assess the implications of human impacts on the different Earth system spheres and their interconnections.
· Form independent judgments on environmental management and climate adaptation strategies using a systems-thinking approach.
O4 – Communication Skills
Use appropriate scientific terminology related to Earth System Science, hydrology, and climate change.
O5 – Learning Ability
Integrate information from different disciplines to address complex environmental and water-related challenges
Contents
The course introduces the fundamental concepts of Earth System Science, focusing on the Earth as a complex system composed of interconnected spheres whose interactions regulate environmental processes and climate. Particular emphasis is placed on the hydrosphere, including surface water and groundwater systems, water resources availability and management, and the effects of climate change on the hydrological cycle. The course also examines the role of the geosphere, biosphere, and cryosphere in the climate system, highlighting the impacts of environmental change on natural resources, ecosystems, human health, and infrastructure through an integrated Earth-system perspective.
Detailed program
- Introduction to Earth System Science: the Earth as a complex system; interactions among the geosphere, hydrosphere, atmosphere, biosphere, and cryosphere; climate feedback mechanisms.
- Geosphere: Earth's structure, rock cycle, weathering processes, soil formation, geological resources, and their links to climate.
- Biosphere and biogeochemical cycles: carbon, nitrogen, and other biogeochemical cycles; interactions between ecosystems and climate.
- Hydrosphere and water resources: hydrological cycle, river basins, surface water and groundwater systems, water balance, water quality, and water resources management.
- Cryosphere: glaciers, mountain environments, glacier retreat, and the role of mountains as water towers;
- Climate change and water resources: impacts on water availability, droughts, floods, water security, and adaptation strategies.
- Human-environment interactions: impacts of human activities on Earth system processes, risk and vulnerability to extreme events, climate change implications for human health, infrastructure, and environmental sustainability.
- Anthroposphere and human-environment interactions
Prerequisites
None
Teaching form
24 hours of lectures
Textbook and teaching resource
Lecture slides prepared by the instructors will be made available to students, together with additional open-access resources to support learning.
Some lectures will also draw on the following textbook:
E. Tziperman, Global Warming Science: A Quantitative Introduction to Climate Change and Its Consequences, Princeton University Press, ISBN 9780691228792.
Semester
First semester
Assessment method
There will be no interim assessment.
The final assessment will cover the topics addressed in both modules of the course.
The exam will consist of 12 multiple-choice questions and 6 open-ended questions covering the contents of both modules.
The duration of the exam will be two hours.
Office hours
Contact the instructors.
Sustainable Development Goals
Key information
Staff
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Chiara Zanotti