Corso di laurea magistrale in Chimica dell'Ambiente

L’insegnamento è introduttivo a tutte le tematiche che vengono sviluppate nel corso di studi. Affronta la complessità chimica dell’ambiente con due ottiche distinte: la prima che riguarda i comparti ambientali con le loro specificità per la trasformazione/accumulo/residenza dei diversi composti e le loro interazioni reciproche nel comparto; la seconda, ortogonale alla prima, che considera i singoli elementi o composti nella loro distribuzione/migrazione tra i vari comparti ambientali (cicli biogeochimici).

Obiettivi dell’insegnamento sono: 1) le basi cognitive per il trattamento di problematiche complesse e per valutare criticamente la letteratura scientifica e legislativa inerente una definita problematica ambientale; 2) l’acquisizione dei concetti generali necessari a definire gli obiettivi di monitoraggio e di pianificazione delle strategie di misura/controllo/trattamento attraverso la conoscenza delle caratteristiche e del comportamento chimico dei vari comparti ambientali (atmosfera, terre emerse, biota, litosfera e suo weathering, acque superficiali e sotterranee, laghi, fiumi, wetlands, oceani), degli effetti planetari, di global warming and cooling, e dei maggiori cicli biogeochimici (acqua, C, O, S, nutrienti, metalli).

I risultati di apprendimento attesi consistono in : 1) conoscenza della complessità ambientale e dei fattori chimici termodinamici, cinetici e di trasporto implicati, che interessano la chimica fisica, la chimica organica ed inorganica, la fisica dei fluidi (atmosfera ed acque, anche in mezzi porosi(acque sotterranee)); 2) conoscenza delle implicazioni della complessità chimica ambientale mono e multifasica che interessano la chimica analitica (misura e sua significatività) e i progetti di monitoraggio; 3) conoscenza interdisciplinare necessaria ad operare/dialogare con altri specialisti/operatori dell’ambiente, come geologi, ingegneri, biologi.

Al termine dell’insegnamento si dovrà aver acquisito gli strumenti generali necessari ad affrontare la complessa problematica ambientale sia per quanto riguarda la valutazione delle pressioni ambientali dal punto di vista chimico, sia per l'evoluzione dei composti chimici nell'ambiente. Questi interessano gli insegnamenti successivi del CdS per la determinazione analitica, l’applicazione normativa e i processi/filiere di trattamento/bonifica.

Reazioni chimiche globali stechiometriche, modelli a comparti, relazioni minerali/Corg. Abbondanza degli elementi e loro origine, formazione della terra, dell’atmosfera primitiva e sua evoluzione, l’origine della vita. La struttura e composizione dell’atmosfera attuale. Reazioni in troposfera e stratosfera. Processi di deposizione, effetto serra e piogge acide, smog fotochimico. La biosfera. La fotosintesi, efficienza dell’uso dell’acqua, la respirazione, la produzione primaria netta (NPP) e sua misura nei vari ecosistemi, produzione di detriti e humus. La litosfera. Chemical weathering e suoi meccanismi. Le reazioni chimiche nei suoli: capacità di scambio cationico ed anionico, le argille, gli ossidi. Composti organici nei suoli, natura, ripartizione, orizzonti del suolo. Suoli delle foreste boreali, subartiche e tropicali, praterie e deserti. Cicli dei nutrienti e dello zolfo nel suolo. Le acque sotterranee, flussi origine e composizione dell’acqua, permeabilità idraulica, velocità di infiltrazione e ritardo. Reti di flusso, i pozzi, la dispersione in mezzi porosi, flusso nella zona insatura. Le zone umide. Relazione pe/pH per le acque naturali, la situazione anossica. La sequenza redox ecologica, la metanogenesi e la biometilazione. NPP delle wetland terrestri. La geochimica organica nei sedimenti. Laghi. La stratificazione e profili di concentrazione. I cicli dei nutrienti (N e P) e altri fenomeni di mobilizzazione. Fiumi: funzione e genesi dell’acqua fluviale, diagrammi di flusso idrografico e loro uso per l’indagine chimica ambientale. Bilancio dei nutrienti e spiralizzazione. Estuari ed acquitrini salati. Zona di miscelamento, stratificazione estuarina e reazioni chimiche. Mari ed oceani. Salinità, elementi conservativi e non, processi di rimozione, pH dell’acqua di mare. Stratificazione verticale. Composizione delle acque profonde. Circolazione oceanica, zone di miscelamento polare e di risalita. NPP, diagenesi dei sedimenti marini, la memoria sedimentaria. Il ciclo di C e dei nutrienti negli oceani.

I cicli globali degli elementi nell’ecosistema terra. Il ciclo dell’acqua (idrosfera). I pools e i flussi. Global warming and cooling. CO2, CH4 e CO: influenze antropogeniche/naturali, cicli biogeochimici, ruolo biota ed effetto serra. Ciclo dell’ossigeno e dello zolfo, frazionamento isotopico, pools e flussi, SO2 e piogge acide, COS. Ciclo globale dell’azoto: reattività chimica e biologica, specie fissatici, pools e flussi globali, NH3, NOx, N2O, Norg. Ciclo globale del fosforo: composti tipici, ciclo nella litosfera, ruolo pedogenesi e biota, ciclo acquatico e perdita nei sedimenti.. Cicli dei metalli: concetti base per i flussi, la biometilazione (approfondimento), interazione con ambiente, tossicità. Sorgenti e distribuzione di Hg, Pb, Sn, Cd, Mn, As e Se. Composti antropogenici nell’ambiente e loro trasporto/accumulo/degradazione: aromatici policiclici,  insetticidi organoclorurati e DDT, organofosfati e carbammati; pesticidi naturali; erbicidi; diossine e dibenzofurani clorurati, PCB. Estrogeni ambientali, POP perfluorurati.

L’insegnamento consiste in lezioni frontali, con ausilio di slides, la cui copia è scaricabile da questo sito web o da piattaforma Moodle. Per domande o chiarimenti, alcune digressioni vengono svolte alla lavagna. L'intera didattica viene erogata in presenza. La frequenza non è obbligatoria ma vivamente consigliata.

L'esame è un colloquio orale che si svolge in PRESENZA, di norma, come segue: tre domande sui comparti ambientali con le loro specificità per la trasformazione/accumulo/residenza dei diversi composti e le loro interazioni reciproche nel comparto, e una domanda sul ciclo biogeochimico di un elemento/composto/classe, per una durata media dell’esame di circa 40 min. Il voto viene espresso in trentesimi.

Sono reperibili nella biblioteca G. Ponzio del Dipartimento di Chimica le seguenti monografie:

1) fortemente consigliato: “Biogeochemistry (Third Edition) - An Analysis of Global Change”, by W.H. Schlesinger and E. S. Bernhardt - 2013 Elsevier - ISBN: 978-0-12-385874-0; 2) Aquatic chemistry, W. Stumm, J. J. Morgan, 1995, John Wiley & Sons Inc, ISBN: 9780471511854

2) di ausilio: Chimica dell'ambiente -; S. E. Manahan (trad. L. Zoccolillo), Piccin-Nuova Libraria 2000; C. Baird “Chimica Ambientale” Zanichelli, 1997.

It is advisable to attend the lessons to facilitate the understanding and classification of a large and heterogeneous series of concepts. In this way, the teaching material provided by the teacher is largely sufficient for subsequent personal study.