Programmi

 

60/63/51 - GEOCHIMICA

Anno Accademico ​2019/2020

Docente
ROSA ​CIDU (Tit.)
Periodo
Primo Semestre​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale​
Lingua Insegnamento




Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[60/63] ​ ​SCIENZE GEOLOGICHE [63/00 - Ord. 2010] ​ ​PERCORSO COMUNE760
Obiettivi

• Risultati di apprendimento attesi.
Acquisire i principi e le metodologie proprie della geochimica elementare e isotopica per lo studio dei processi geologici nell’ambiente primario e secondario. Conoscere i meccanismi che regolano il comportamento geochimico degli elementi chimici nei sistemi solidi (litosfera), liquidi (idrosfera) e gassosi (atmosfera). Apprendere le conoscenze geochimiche necessarie per intraprendere studi successivi (es. Laurea Magistrale).

• Conoscenza e capacità di comprensione
Acquisire la capacità di comprensione dei principali processi geochimici responsabili della origine e della evoluzione del pianeta Terra. Essere capaci di comprendere i processi geochimici che coinvolgono il trasferimento degli elementi chimici da una sfera geochimica all’altra (litosfera, idrosfera, atmosfera, biosfera). Comprendere i principi e i metodi di datazione dei materiali geologici.

• Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Acquisire la capacità di applicare le conoscenze geochimiche per interpretare i processi geologici.
Saper ricavare le condizioni di temperatura, pressione e redox in cui si è formato un sistema solido sulla base dei dati geochimici disponibili. Saper individuare il metodo radiometrico più appropriato per ricavare l'età di una formazione geologica.

• Autonomia di giudizio
Acquisire la capacità di formulare una propria opinione/valutazione in base ai dati geochimici disponibili, individuare i dati aggiuntivi necessari per interpretare i processi geochimici di interesse per la Geologia.

Prerequisiti

Lo studente deve conoscere le unità di misura utilizzate in Geologia, i concetti di Chimica inorganica e Matematica appresi durante il primo anno del corso di laurea. Lo studente deve comprendere i testi scientifici.

Contenuti

Cosmochimica e cristallochimica. Abbondanza degli elementi chimici nel sistema solare, nelle meteoriti e nel pianeta Terra (nucleo, mantello e crosta). Distribuzione degli elementi chimici nelle sfere geochimiche (litosfera, idrosfera, atmosfera, biosfera). Influenza delle proprietà periodiche degli elementi sul loro comportamento geochimico (potenziale ionizzazione, raggi ionici). Calcolo della energia molecolare: potenziale coulombico, repulsivo, dispersivo. Calcolo della energia reticolare. Ciclo termochimico Born-Haber-Fayans. Coefficienti di espansione termica e compressibilità. Modello ionico: regole di Goldschmidt e classificazione geochimica degli elementi (circa 11 ore lezione frontale).

Termodinamica e termochimica. Richiamo dei concetti generali di termodinamica e di cinetica delle reazioni chimiche. Energia libera di Gibbs e potenziale chimico. Concetto di stato standard e attività termodinamica. Calore specifico. Composizione e proprietà dei fusi silicatici. Variazioni di stato al variare della entalpia. Transizioni allo stato solido. Energia libera di Gibbs nelle miscele solide. Processi di fusione congruente (eutettico) e incongruente (peritettico). Esempi di sistemi binari con miscibilità totale, parziale o nulla allo stato solido (diagrammi di Roozeboom con esempi naturali). Esempi di sistemi ternari semplici. (circa 11 ore lezione frontale).

Geochimica dei gas. Proprietà delle miscele gassose. Carta universale dei gas. Solubilità dei gas. Reattività dei componenti gassosi presenti nell'atmosfera. Composizione e speciazione dei gas vulcanici. Solubilità e reattività dei gas nei fusi silicatici (circa 4 ore lezione frontale).

Geochimica delle soluzioni. Concetto di forza ionica e calcolo del coefficiente di attività. Processi di solvatazione e idrolisi. Ruolo del pH e del potenziale di ossido-riduzione (Eh) nelle soluzioni acquose. Diagrammi Eh-pH. Speciazione: complessi acquosi inorganici ed organici. Solubilità dei minerali e cinetiche di reazione. Equilibri chimici in soluzione: esempio delle specie carbonatiche. Principali processi di interazione acqua-minerali in ambiente silicatico e carbonatico, alterazione di minerali solfuri. Composizione acqua di pioggia e sistema acqua di mare. Tempo di residenza degli elementi. (circa 12 ore lezione frontale)

Geochimica isotopica. Composizione isotopica. Cenni sui processi di frazionamento e principali notazioni usate per lo studio degli isotopi stabili. Processi di decadimento radioattivo e legge del decadimento. Esempi di metodi di datazione dei materiali geologici: C-14, Rb-Sr, Sm-Nd, uranio e torio. Retta isocrona. Curva concordia. Trizio. Condizioni necessarie per lapplicazione dei metodi radiochimici nelle Scienze geologiche. (circa 10 ore lezione frontale).

Attività di laboratorio: richiamo sulle norme di comportamento nei laboratori chimici; determinazione di parametri semplici (temperatura, conducibilità, pH, potenziale di ossido-riduzione, ossigeno disciolto); laboratorio sul terreno in ambiente carbonatico (12 ore)

Metodi Didattici

Lezioni frontali con proiezione di file ppt e spiegazioni alla lavagna (48 ore). Attività pratiche in laboratorio indoor e sul terreno (12 ore). Esercitazioni individuali e in gruppo.

Verifica dell'apprendimento

• Durante le lezioni frontali: gli studenti sono invitati a partecipare alle discussioni sugli argomenti trattati. Durante le attività di laboratorio chimico e sul terreno: gli studenti sono chiamati a effettuare individualmente e in gruppo misure di parametri chimici. Durante le esercitazioni: gli studenti svolgono individualmente test (risposta aperta) ed esercizi scritti su tematiche specifiche del corso. Prova di verifica intermedia (test scritto con risposta aperta): lo studente è chiamato a rispondere a domande su una parte del programma già svolto (calendario stabilito dal corso di laurea).

• Durante l'esame finale orale: lo studente può sviluppare un argomento a piacere tra quelli svolti durante le lezioni frontali. Deve rispondere a domande sulle diverse parti indicate nel programma e illustrare almeno un grafico (es. diagrammi di Roozeboom, diagrammi Eh-pH, diagramma con isocrona/concordia).

• Il punteggio della prova d'esame è attribuito mediante un voto espresso in trentesimi. Per superare l'esame (voto non inferiore a 18/30) lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza sufficiente sulla distribuzione degli elementi chimici nella litosfera, atmosfera e idrosfera; aver acquisito una conoscenza elementare della geochimica isotopica; essere in grado di interpretare un grafico geochimico.

• Per conseguire il massimo punteggio pari a 30/30 e lode, lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza e comprensione eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso.

Testi

Il materiale didattico necessario per la preparazione dell'esame è riportato di seguito.
Testi di riferimento disponibili in biblioteca:
G. Ottonello "Principi di geochimica", Zanichelli, 1991 (Cristallochimica, Termodinamica, Termochimica, Geochimica dei gas e delle soluzioni)
A. Longinelli, S. Deganello “Introduzione alla geochimica”, UTET, 1999 (Cosmochimica, Geochimica isotopica)

Testi di approfondimento disponibili online o su richiesta al docente:
Treatise on Geochemistry, 2nd Edition ( Turekian & Holland, Editors), Elsevier Science, 2013

Altre Informazioni

Ulteriore materiale didattico di supporto: schede per gli studenti a cura del docente (file pdf disponibile nel sito web del CdS).
Il nostro Ateneo fornisce supporto agli studenti affetti da disturbi specifici dell'apprendimento (DSA). Chi fosse interessato può trovare maggiori informazioni nel sito web: http://corsi.unica.it/scienzegeologiche/info-dsa/

Gli studenti lavoratori (studenti part time) sono invitati a concordare col docente attività personalizzate per ovviare alle assenze dalle lezioni causate da impegni di lavoro.

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