Syllabus del corso
Obiettivi
Obiettivi
Lo studente acquisisce conoscenze sulla composizione chimica dell'atmosfera, i suoi cambiamenti, la reattività in fase gassosa, particolata (e mutua interazione) sia naturale che in aree antropizzate, in ambienti outdoor e indoor.
Lo studente acquisisce conoscenze inerenti l'impatto della qualità dell'aria sulla:
- salute ed ecosistemi
- clima
- beni culturali
- sistemi elettronici
Conoscenze e capacità di comprensione (Descrittore di Dublino 1)
Al termine del corso lo studente conosce:
Le principali reazioni dei composti presenti nel comparto atmosfera, le reazioni radicaliche.
I processi di formazione e rimozione di Ozono stratosferico e troposferico
I processi di formazione, evoluzione, deposizione e la composizione chimica del particolato atmosferico (PMx)
L'interazione tra fase gassosa e particolata
I processi di trasporto e reattività dei composti chimici in atmosfera
Gli effetti degli inquinanti atmosferici sul clima, i manufatti elettronici e i beni culturali
I processi che regolano le concentrazioni ambientali degli inquinanti atmosferici in ambienti indoor/outdoor e le loro relazioni e l'effetto sulla salute umana
Inoltre lo studente acquisisce, ripassa e rafforza a supporto conoscenze inerenti:
- le influenze ambientali atmosferiche sulla biologia degli organismi viventi e sull'uomo, specialmente in merito a esposizione, dose-risposta) i meccanismi molecolari e cellulari dell'azione tossica degli inquinanti atmosferici, i principi per la valutazione del rischio e le linee di ricerca di frontiera (micro e nanoplastiche)
- ripartizioni tra i diversi comparti ambientali e i meccanismi di accumulo, trasporto e trasformazione dei composti chimici tra le matrici ambientali
- norme e le procedure per la previsione e i criteri di valutazione dei diversi impatti di inquinanti atmosferici sull'ambiente (in termini di utilizzo in Valutazione di Impatto Ambientale - VIA, Valutazione Ambientale Strategica - VAS, Autorizzazione Integrata Ambientale - AIA), gli strumenti per la gestione dei rapporti con il pubblico nelle valutazioni ambientali preventive; norme più importanti inerenti il Diritto ambientale (europee e nazionali) inerenti la chimica dell'atmosfera
- l'effetto economico dell'inquinamento atmosferico legato al concetto di esternalità (negative), beni pubblici, valutazione monetaria di inquinamento
- l'analisi del ciclo di vita (LCA) che coinvolgono gli inquinanti in atmosfera in una ottica di sostenibilità ambientale
- l'inquadramento degli inquinanti atmosferici tra i drivers climatici e i loro impatti sui sistemi naturali e antropizzati nonchè i meccanismi di retroazione inerenti i composti atmosferici nel sistema Terra; i processi atmosferici e le leggi fisiche che li regolano, l'importanza delle misure di adattamento e mitigazione
- l'utilizzo di alcune tecniche di analisi multivariata al servizio della chimica dell'atmosfera
- la differenza tra equilibrio e stato stazionario e i loro dominii di applicazione nelle scienze dell'atmosfera
- conoscere le potenzialità del telerilevamento per la stima dei componenti chimici in atmosfera
- padroneggiare i collegamenti interdisciplinari tra le tre aree scientifiche
Conoscenza e capacità di comprensione applicate (Descrittore di Dublino 2)
Al termine del corso lo studente è in grado di:
- Calcolare il tempo di vita ed emivita dei composti presenti in atmosfera e predirne la loro reattività, determinare quali inquinanti atmosferici antropogenici siano composti organici persistenti e tossici, individuare composti con potenziale impatto su altri comparti ambientali e sull'uomo e sugli ecosistemi in una ottica di one health e di individuare strategie di controllo degli inquinanti in atmosfera
- Determinare le concentrazioni di ozono troposferico
- Determinare, le concentrazioni e le sorgenti di PMx
- Determinare gli inquinanti atmosferici target suscettibili di attenzione in una Valutazione di Impatto Ambientale
- Determinare i flussi di massa e energia associati all'inquinamento atmosferico e ai processi di trasporto in atmosfera
- Saper ricorrere alla regolazione giuridica nella protezione (presente e futura) dell'atmosfera, e stimolare il pensiero critico nell'individuazione dei problemi e nell'elaborazione delle soluzioni ad essi connesse
- Saper analizzare criticamente l'evoluzione della chimica dell'atmosfera in risposta alle politiche energetiche e ambientali in evoluzione a livello nazionale e sovra-nazionale
- Saper valutare la necessità di un approccio multivariato per l'analisi dei dati atmosferici e valutare l'informazione enucleabile da essi
- Valutare l'evoluzione spazio-temporale di una specie chimica in atmosfera ricorrendo all'equilibrio e/o alla stabilità degli stati stazionari in condizioni di non equilibrio
- Comprendere gli aspetti chimico-fisici legati al cambiamento climatico e leggere criticamente le interazioni tra i vari ambienti e il cambiamento climatico con particolare attenzione all'atmosfera
- Saper accedere alle risorse del telerilevamento per la stima di inquinanti in atmosfera
- Saper valutare l'interconnesione tra meteorologia e concentrazione di inquinanti
- Saper effettuare connessioni logiche tra gli argomenti della Chimica dell'Atmosfera e quelli delle scienze ambientali
Autonomia di giudizio (Descrittore di Dublino 3)
Al termine del corso lo studente è in grado di:
- Individuare quali composti chimici presenti in atmosfera posso avere impatto sull'ambiente e sull’uomo.
- Individuare le strategie per il controllo degli inquinanti atmosferici
- Esaminare le grandezze chimiche e fisiche dell'atmosfera, valutare le concentrazioni degli inquinanti atmosferici, applicare un metodo scientifico adeguato all'interpretazione dei dati
- Definire i processi di trasporto in atmosfera
- Valutare l'impatto dell'inquinamento atmosferico sulla salute, l'ecosistema, il clima, i beni culturali e i manufatti antropici ad alto contenuto tecnologico
- Scegliere autonomamente l'approccio metodologico, tecnologico o modellistico più idoneo alla valutazione e soluzione dei problemi inerenti la chimica dell'atmosfera
- Capacità di inserire la chimica dell'atmosfera in un panorama di conoscenze interdisciplinari (chimica, biologia, geologia, ecologia, fisica, diritto, economia) per affrontare i problemi ambientali complessi e il rapporto uomo-ambiente nel comparto atmosferico
- Capacità di analizzare criticamente la letteratura scientifica e i documenti tecnico-normativi
- Capacità di formulare un giudizio autonomo su politiche, piani e programmi in ambito atmosferico (giuridico, economico, energetico) anche in chiave di sostenibilità e di Agenda ONU 2030
- Capacità di elaborare in autonomia il progetto e la metodologia della prova finale, valutando criticamente i risultati ottenuti e integrandoli con la letteratura scientifica
Abilità comunicative (Descrittore di Dublino 4)
Al termine del corso lo studente è in grado di:
- Saper esporre in modo chiaro e sintetico e con proprietà di linguaggio, le principali reazioni chimiche dei composti antropogenici e naturali ed i processi di trasporto nel comparto atmosfera
- Saper esporre in modo chiaro e sintetico e con proprietà di linguaggio, i principali effetti dell'inquinamento atmosferico sull'uomo, l'ambiente, il clima i beni culturali e i manufatti elettronici
- Capacità di comunicazione scientifica in lingua inglese a livello B2, sia in forma orale che scritta, in contesti tecnico-scientifici
- Capacità di interagire e collaborare con parti terze
Capacità di apprendere (Descrittore di Dublino 5)
Al termine del corso lo studente è in grado di:
- Saper applicare le conoscenze acquisite della chimica dell'atmosfera per determinare le concentrazioni di ozono troposferico dei PMx. Comprendere gli argomenti presenti nella letteratura scientifica della chimica dell'atmosfera sia passate che presente. Saper applicare le conoscenze acquisite in nuovi ambiti, differenti da quelli affrontati durante il corso integrandoli in maniera autonoma con altre fonti conoscitive
- Consultare la letteratura scientifica internazionale (anche in inglese), banche dati e report tecnici di centri di ricerca, enti territoriali, governi e organizzazioni internazionali
- Lavorare sia in gruppo che in modo autonomo, utilizzando il metodo scientifico come strumento di lavoro
Capacità di effettuare misure e comprendere il dato
Gli studenti tramite attività di laboratorio condurranno misure con strumentazione scientifica all'avanguardia inerente la composizione chimica dell'atmosfera, campionamento di PM, emissioni da camino, misure climtiche, interazione con l'umidà ambiente e igroscopicità delle particelle
Contenuti sintetici
Il corso di Chimica dell’Atmosfera si propone di fornire agli studenti una solida formazione teorica e pratica sulla composizione e sulla reattività chimica della nostra atmosfera, analizzando le dinamiche che governano la fase gassosa e quella particolata, sia in contesti naturali sia all’interno di aree fortemente antropizzate, con uno sguardo esteso tanto agli ambienti outdoor quanto a quelli indoor. Al centro del percorso didattico vi è lo studio approfondito degli impatti che la qualità dell’aria esercita su comparti cruciali quali la salute umana e la stabilità degli ecosistemi, il cambiamento climatico globale, la conservazione del patrimonio dei beni culturali e l'integrità dei sistemi elettronici e tecnologici.
Dal punto di vista delle conoscenze, il percorso porta lo studente a padroneggiare le principali reazioni dei composti atmosferici, ponendo un accento specifico sulle complesse reazioni radicaliche e sui meccanismi bio-chimici che regolano la formazione e la distruzione dell’ozono, sia nella stratosfera che nella troposfera. Grande attenzione viene dedicata al particolato atmosferico, esaminandone la composizione chimica, i processi di formazione, l’evoluzione temporale e spaziale, nonché le dinamiche di deposizione e le mutue interazioni che avvengono costantemente tra la fase gassosa e quella solida o liquida del particolato atmosferico. Queste nozioni vengono ulteriormente arricchite e rafforzate attraverso una prospettiva interdisciplinare spingendosi fino alle più recenti linee di ricerca scientifica che studiano l'emergere di contaminanti globali come le micro e le nanoplastiche in atmosfera.
Il corso fornisce gli strumenti conoscitivi e metodologici di laboratorio per l’analisi chimica e la misura dei composti che regolano e determinano la qualità dell’aria sia in ambiti remoti che antropizzati ed i loro effetti sull'ambiente e sull'uomo assieme ad una capacità di lettura ctitica del dato.
Programma esteso
Il programma dettagliato viene qui riportato a punti considerando che integra nozione di basi con gli ultimi avanzamenti nella letteratura scientifica:
- Composizione chimica dell’atmosfera: macrocostituenti e loro trend temporale in un'ottica di cambiamento climatico
- Legame tra inquinamento atmosferico, termodinamica ed economia
- Classi di composti atmosferici. Contaminanti primari, loro inventario; contaminanti secondari, loro formazione e trasformazione
- Normativa Italiana ed Europea in materia di qualità dell'aria dal presente al futuro in outdoor e indoor
- Equilibrio e Stato Stazionario
- Specie reattive ossigenate generate fotochimicamente; radicali in atmosfera. Il potere ossidante della atmosfera. Reattività radicalica: inziazione, propagazione, terminazione
- Ozono in Stratosfera. Le reazioni chimiche nella stratosfera. Contaminazione da composti organici gassosi, CFC e composti organo alogenati. HCFC e regolamentazione. HFC e regolamentazione. Nuove e inattese di CFC. Potenziale di deplezione dell'ozono. Il ruolo delle Polar Stratospheric Clouds (PSC).
- Ozono in Troposfera. Effetti locali ed effetti globali della reattività chimica in tropofera. Stato Stazionario dell'Ozono e NOx. Effetto dei composti organici volatili (VOC), temperatura, irragiamento sullo stato stazionario dell'ozono. Isoplete dell'ozono. Effetto sull'uomo e l'ambiente. Ozono e urban regeration, il ruolo delle green cities. Trend dell'ozono, dal passato al futuro. Ozono e transizione energetica e veicolare. Ozono e l'esperimento non voluto del COVID. Ozono ed esempi in valutazione di impatto ambientale. Potenziale di formazione dell'ozono e utilizzo nelle politiche decisionali
- Reattività in fase gassosa dei VOC: alcani, alcheni, alchini, aromatici, NOx, NOy, composti dello zolfo (SO2 e DMS). Tipi di prodotti di formazione e variazione della tensione di vapore come ponte verso la fase particolata. Formazione di intermedi cancerogeni, formazione di gas serra durante la reattività atmosferica.
- Aerosol e particolato atmosferico, similitudini e differenze
- Evoluzione del particolato in atmosfera: nucleazione, coagulazione, condensazione, evaporazione, deposizione, attivazione igroscopica (interazione con l'umidità atmosferica) e formazione delle nubi. Origine primaria e secondaria, antropica e naturale. Particolato combustivo, desertico, da spray marino e bioaerosol in atmosfera. Composizione chimica delle particelle dalla loro emissione primaria seguendo tutta l'evoluzione in atmosfera. Equilibrio termodinamico con la fase gassosa. Reattività eterogena in fase particolata liquida. Le particelle come vettori di composti persistenti e come reattori chimici. Definizione di PM10, PM2.5 e PM1. Differenze tra le normative techniche Americane ed Europee
Effetti degli inquinanti atmosferici sull'ambiente, sui beni culturali e sulla salute dell'uomo. - Meteorologia e inquinamento atmosferico: interconnessioni, strato di rimescolamento, profili verticali e reattività atmosferica (gas e particolato) lungo la verticale e durante i trasporti a lungo raggio
- Effetti della chimica atmosferica sul clima: forcing radiativo, proprietà ottiche dell'aerosol, effetti diretti e indiretti, raffreddamento vs riscaldamento, redistribuzione dell'energia ed effetti sulla circolazione a scala regionale e continentale. Applicazioni del remote sensing alla chimica dell’atmosfera e forcing climatico degli aerosol
- Effetti della chimica dell'atmosfera sull'uomo. Dalla concentrazione, alla dose fino alla risposta e al calcolo degli anni di vita persi e/o vissuti con disabilità su base epidemiologica
- Effetti della composizione chimica dell'atmosfera sui beni culturali: casi di studio d'eccezione tra cui l' "Ultima Cena" di Leonardo da Vinci, il "Quarto Stato" di Pellizza da Volpedo
- Effetti della composizione chimica dell'atmosfera sui Data Center e sul consumo energetico. Legame con la resilienza elettronica agli agenti atmosferici e alla corrosione indotta
- Metodologie di misura della fase gassosa e particolata: teoria e pratica in laboratorio e normativa di riferimento associata
- Misure indoor e outdoor degli inquinanti atmosferici nella pratica di laboratorio
- Campionamento e analisi della composizione chimica del particolato atmosferico in laboratorio
- Analisi dei dati raccolti in laboratorio, database nazionali e internazioni, accesso ed elaborazione dati
- Modellistica dell'igroscopicità dell'aerosol all'equilibrio termodinamico in laboratorio
Prerequisiti
Come prerequisiti è necessario conoscere e/o ripassare:
- chimica dell'ambiente
- chimica organica
- chimica inorganica
Modalità didattica
-
Lezioni frontali, 4 cfu - 32 ore, di ddattica erogativa in presenza ma con possibilità di streaming e videoregistrazione
-
Laboratorio, 2 cfu - 20 ore, in presenza didattica interattiva
Il corso sarà erogato in inglese se richiesto degli studenti stranieri incoming
Materiale didattico
Il materiale didattico dell’insegnamento sarà disponibile sulla piattaforma e-learning. Le slide ufficiali del corso saranno in Inglese.
Testo suggerito:
Seinfeld, John H. ; Pandis, Spyros N., Atmospheric Chemistry and Physics - From Air Pollution to Climate Change (3rd Edition). John Wiley edition
Periodo di erogazione dell'insegnamento
primo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
La verifica dell'apprendimento avviene con esame orale
L'esame consiste nella valutazione delle conoscenze acquisite dallo studente nell'ambito della chimica dell'atmosfera, con particolare attenzione ai composti organici voltaliti, O₃ stratosferico e troposferico, il Particolato Atmosferico, formazione ed evoluzione.
Gli effetti degli inquinanti atmosferici sull'ambiente, clima, uomo, beni culturali e manufatti antropici.
Nella prova orale, lo studente verrà valutato sulla base dei seguenti criteri: 1) conoscenza e capacità di comprensione ; 2) collegamento dei diversi concetti; 3) autonomia di ragionamento; 4) capacità nell'utilizzo del linguaggio scientifico
Voto in trentesimi 18-30/30 e lode
Orario di ricevimento
Il Prof. Luca Ferrero riceve gli studenti previo appuntamento via e-learning o per mail a luca.ferrero@unimib.it
Sustainable Development Goals
Aims
Objectives
The student acquires knowledge of the chemical composition of the atmosphere, its changes, and the reactivity of gaseous and particulate matter (and their mutual interaction) in both natural and man-made environments, both indoors and outdoors.
The student acquires knowledge of the impact of air quality on:
- health and ecosystems
- climate
- cultural heritage
- electronic systems
Knowledge and Understanding (Dublin Descriptor 1)
At the end of the course, the student understands:
The main reactions of compounds present in the atmosphere, and radical reactions.
Stratospheric and tropospheric ozone formation and removal processes
The formation, evolution, deposition, and chemical composition of atmospheric particulate matter (PMx)
The interaction between the gaseous and particulate phases
The transport and reactivity processes of chemical compounds in the atmosphere
The effects of air pollutants on climate, electronic products, and cultural heritage
The processes that regulate environmental concentrations of air pollutants in indoor/outdoor environments and their relationships and effects on human health
Furthermore, students acquire, review, and strengthen their knowledge regarding:
- the atmospheric environmental influences on the biology of living organisms and humans, especially regarding exposure and dose-response; the molecular and cellular mechanisms of the toxic action of air pollutants; the principles of risk assessment; and frontier research lines (micro- and nanoplastics);
- distributions between different environmental compartments and the mechanisms of accumulation, transport, and transformation. of chemical compounds in environmental matrices
- standards and procedures for predicting and assessing the various impacts of air pollutants on the environment (in terms of use in Environmental Impact Assessments (EIA), Strategic Environmental Assessments (SEA), and Integrated Environmental Authorizations (IPA)), tools for managing public relations in preventive environmental assessments; key environmental law regulations (European and national) regarding atmospheric chemistry
- the economic impact of air pollution related to the concept of (negative) externalities, public goods, and the monetary valuation of pollution
- life cycle assessments (LCA) involving atmospheric pollutants from an environmental sustainability perspective
- the classification of air pollutants among climate drivers and their impacts on natural and human-made systems, as well as the feedback mechanisms inherent in atmospheric compounds within the Earth system; Atmospheric processes and the physical laws that regulate them, the importance of adaptation and mitigation measures
- The use of some multivariate analysis techniques in the service of atmospheric chemistry
- The difference between equilibrium and steady state and their application domains in atmospheric sciences
- Know the potential of remote sensing for estimating chemical components in the atmosphere
- Master the interdisciplinary connections between the three scientific areas
Applied Knowledge and Understanding (Dublin Descriptor 2)
At the end of the course, the student will be able to:
- Calculate the lifetime and half-life of compounds present in the atmosphere and predict their reactivity, determine which anthropogenic air pollutants are persistent and toxic organic compounds, identify compounds with potential impact on other environmental compartments and on humans and ecosystems from a one health perspective, and identify strategies for controlling atmospheric pollutants
- Determine tropospheric ozone concentrations
- Determine the PMx concentrations and sources
- Determine target air pollutants requiring attention in an Environmental Impact Assessment
- Determine the mass and energy flows associated with air pollution and atmospheric transport processes
- Know how to apply legal regulation to protect the atmosphere (present and future), and foster critical thinking in identifying problems and developing related solutions
- Know how to critically analyze the evolution of atmospheric chemistry in response to evolving energy and environmental policies at the national and supranational levels
- Know how to assess the need for a multivariate approach to analyzing atmospheric data and evaluate the information that can be extracted from them
- Evaluate the spatio-temporal evolution of a chemical species in the atmosphere using equilibrium and/or the stability of non-equilibrium steady states
- Understand the chemical-physical aspects of climate change and critically interpret the interactions between various environments and climate change, with particular attention to the
- atmosphere
- Ability to access remote sensing resources for estimating atmospheric pollutants
- Ability to evaluate the interconnection between meteorology and pollutant concentrations
- Ability to make logical connections between topics in Atmospheric Chemistry and those in environmental sciences
Making Judgements (Dublin Descriptor 3)
At the end of the course, the student will be able to:
- Identify which chemical compounds present in the atmosphere can impact the environment and humans.
- Identify strategies for controlling air pollutants
- Examine the chemical and physical parameters of the atmosphere, assess the concentrations of air pollutants, and apply an appropriate scientific method to interpret data
- Define atmospheric transport processes
- Assess the impact of air pollution on health, ecosystems, climate, cultural heritage, and high-tech human-made artifacts
- Independently choose the most appropriate methodological, technological, or modeling approach to assess and solve problems related to atmospheric chemistry
- Ability to integrate atmospheric chemistry into an interdisciplinary framework (chemistry, biology, geology, ecology, physics, law, economics) to address complex environmental problems and the relationship between humans and the environment in the atmospheric sector
- Ability to critically analyze scientific literature and technical-regulatory documents
- Ability to independently evaluate policies, plans, and programs in the air sector (legal, economic, energy), including in terms of sustainability and the UN Agenda 2030
- Ability to independently develop the project and methodology for the final exam, critically evaluating the results obtained and integrating them with scientific literature.
Communication Skills (Dublin Descriptor 4)
At the end of the course, the student will be able to:
- Be able to clearly and concisely explain, with appropriate language, the main chemical reactions of anthropogenic and natural compounds and transport processes in the atmosphere.
- Be able to clearly and concisely explain, with appropriate language, the main effects of air pollution on humans, the environment, climate, cultural heritage, and electronic devices.
- Scientific communication skills in English at a B2 level, both verbally and in writing, in technical and scientific contexts.
- Ability to interact and collaborate with third parties.
Learning Skills (Dublin Descriptor 5)
At the end of the course, the student will be able to:
- Be able to apply acquired knowledge of atmospheric chemistry to determine tropospheric ozone concentrations of PMx. Understand the topics presented in the scientific literature on atmospheric chemistry, both past and present. Be able to apply the acquired knowledge to new areas, different from those covered in the course, independently integrating it with other sources of knowledge.
- Consult international scientific literature (including English), databases, and technical reports from research centers, local authorities, governments, and international organizations.
- Work both in groups and independently, using the scientific method as a working tool.
Ability to perform measurements and understand the data
Students will conduct laboratory measurements with cutting-edge scientific instrumentation on the chemical composition of the atmosphere, PM sampling, stack emissions, climate measurements, interaction with ambient humidity, and particle hygroscopicity.
Contents
The Atmospheric Chemistry course aims to provide students with a solid theoretical and practical foundation on the composition and chemical reactivity of our atmosphere, analyzing the dynamics governing the gaseous and particulate phases, both in natural contexts and within highly anthropized areas, with a broad focus on both outdoor and indoor environments. The core of the curriculum is an in-depth study of the impacts of air quality on crucial sectors such as human health and ecosystem stability, global climate change, the preservation of cultural heritage, and the integrity of electronic and technological systems.
From a knowledge perspective, the course leads students to master the main reactions of atmospheric compounds, with a specific emphasis on the complex radical reactions and the biochemical mechanisms that regulate the formation and destruction of ozone, both in the stratosphere and the troposphere. Particular attention is paid to atmospheric particulate matter, examining its chemical composition, formation processes, temporal and spatial evolution, as well as the deposition dynamics and constant interactions between the gaseous and solid or liquid phases of atmospheric particulate matter. These concepts are further enriched and strengthened through an interdisciplinary perspective, extending to the most recent lines of scientific research studying the emergence of global contaminants such as micro- and nanoplastics in the atmosphere.
The course provides the cognitive and methodological laboratory tools for the chemical analysis and measurement of compounds that regulate and determine air quality in both remote and anthropized environments, and their effects on the environment and humans, along with the ability to critically interpret the data.
Detailed program
The detailed program is presented here in bullet points, considering that it integrates basic notions with the latest advances in the scientific literature:
- Chemical composition of the atmosphere: macroconstituents and their temporal trends in the context of climate change
- The link between air pollution, thermodynamics, and economics
- Classes of atmospheric compounds. Primary contaminants, their inventory; secondary contaminants, their formation and transformation
- Italian and European regulations on air quality from present to future, both indoors and outdoors
- Equilibrium and Steady State
- Photochemically generated reactive oxygen species; radicals in the atmosphere. The oxidizing power of the atmosphere. Radical reactivity: initiation, propagation, termination
- Stratospheric ozone. Chemical reactions in the stratosphere. Contamination by gaseous organic compounds, CFCs, and organohalogenated compounds. HCFCs and regulation. HFCs and regulation. New and unexpected CFCs. Ozone depletion potential. The role of Polar Stratospheric Clouds (PSC).
- Ozone in the Troposphere. Local and global effects of chemical reactivity in the troposphere. Steady State of Ozone and NOx. Effects of volatile organic compounds (VOCs), temperature, and radiation on ozone steady state. Ozone isopleths. Effects on humans and the environment. Ozone and urban management: the role of green cities. Ozone trends, from past to future. Ozone and energy and vehicle transitions. Ozone and the unwanted COVID experiment. Ozone and examples in environmental impact assessments. Ozone formation potential and its use in policy decision-making.
- Gas-phase reactivity of VOCs: alkanes, alkenes, alkynes, aromatics, NOx, NOy, sulfur compounds (SO2 and DMS). Types of formation products and vapor pressure changes as a bridge to the particulate phase. Formation of carcinogenic intermediates, formation of greenhouse gases during atmospheric reactivity.
- Aerosols and atmospheric particulate matter: similarities and differences
- Evolution of particulate matter in the atmosphere: nucleation, coagulation, condensation, evaporation, deposition, hygroscopic activation (interaction with atmospheric humidity), and cloud formation. Primary and secondary, anthropogenic and natural origins. Combustive, desert, sea spray, and bioaerosol particulate matter in the atmosphere. Chemical composition of particles from their primary emission through their evolution in the atmosphere. Thermodynamic equilibrium with the gaseous phase. Heterogeneous reactivity in the liquid particulate phase. Particles as carriers of persistent compounds and as chemical reactors. Definition of PM10, PM2.5, and PM1. Differences between American and European technical regulations.
Effects of air pollutants on the environment, cultural heritage, and human health. - Meteorology and air pollution: interconnections, mixing layer, vertical profiles, and atmospheric reactivity (gases and particulates) along the vertical and during long-range transport
- Effects of atmospheric chemistry on climate: radiative forcing, aerosol optical properties, direct and indirect effects, cooling vs. warming, energy redistribution, and effects on regional and continental circulation. Applications of remote sensing to atmospheric chemistry and aerosol climate forcing
- Effects of atmospheric chemistry on humans. From concentration and dose to response and the calculation of years of life lost and/or lived with disabilities based on epidemiological data.
- Effects of atmospheric chemical composition on cultural heritage: exceptional case studies, including Leonardo da Vinci's "Last Supper" and Pellizza da Volpedo's "The Fourth Estate."
- Effects of atmospheric chemical composition on data centers and energy consumption. Connection with electronic resilience to weathering and induced corrosion
- Gas-phase and particulate measurement methodologies: theory and laboratory practice and associated reference standards
- Indoor and outdoor measurements of air pollutants in laboratory practice
- Sampling and analysis of the chemical composition of atmospheric particulate matter in the laboratory
- Analysis of laboratory data, national and international databases, data access and processing
- Modeling of aerosol hygroscopicity at thermodynamic equilibrium in the laboratory
Prerequisites
Prerequisites include knowledge and/or review of:
- environmental chemistry
- organic chemistry
- inorganic chemistry
Teaching form
-
Lessons, 4 credits - 32 hours, in person, Delivered Didactics also by videoconferences and recorded
-
Laboratory experiences, 2 credits - 20 hours, in person, Interactive Teaching
The course will be in English is required by the incoming foreign students
Textbook and teaching resource
The teaching material will be available on the e-learning platform. The official course slides will be in English.
Suggested reading:
Seinfeld, John H. ; Pandis, Spyros N., Atmospheric Chemistry and Physics - From Air Pollution to Climate Change (3rd Edition). John Wiley edition
Semester
first semester
Assessment method
Assessment is via an oral exam.
The exam consists of assessing the student's knowledge of atmospheric chemistry, with particular attention to voltaic organic compounds, stratospheric and tropospheric O₃, atmospheric particulate matter, its formation and evolution.
The effects of air pollutants on the environment, climate, humanity, cultural heritage, and anthropogenic artifacts.
In the oral exam, the student will be assessed based on the following criteria: 1) knowledge and understanding; 2) connection of different concepts; 3) independent reasoning; 4) ability to use scientific language.
Grade out of 30: 18-30/30 with honors
Office hours
Prof. Luca Ferrero receives the students by appointment via e-learning or by email at
luca.ferrero@unimib.it
Sustainable Development Goals
Staff
-
Luca Ferrero
-
Niccolò Losi
