Corso di laurea magistrale in Chimica dell'Ambiente

Chimica dell'Ambiente

Environmental Chemistry

Anno accademico 2013/2014

Sommario insegnamento

• Obiettivi formativi
• Risultati dell'apprendimento attesi
• Programma
• Testi consigliati e bibliografia
• Strumenti didattici

Obiettivi formativi

Lo studente acquisisce la capacità di affrontare la problematica complessa in ambito ambientale sia per quanto riguarda la valutazione delle pressioni ambientali dal punto di vista chimico, lo stato dell'arte nelle tecniche di misura, e della normativa, sia per l'evoluzione dei composti chimici nell'ambiente e nei processi/filiere di trattamento/bonifica.

Ulteriori obiettivi del corso sono di formare lo studente a  reperire e valutare criticamente  la letteratura scientifica e legislativa inerente una definita problematica ambientale, e di fargli acquisre la capacità di definire gli obiettivi del monitoraggio e la pianificazione della strategia di misura/controllo 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), con apprendimento delle basi cognitive per il trattamento di problematiche complesse.

Risultati dell'apprendimento attesi

Il corso 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). Il corso si propone come introduttivo a tutte le tematiche che vengono sviluppate nella LM. I risultati di apprendimento attesi consistono in : 1) conoscenza della complessità ambientale e dei fattori chimici 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.

Programma

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 tropical, praterie e deserti. Criteri di VIA per suoli. Cicli dei nutrienti e dello zolfo nel suolo.

Le acque sotterranee, flussi ed origine 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. Weathering dei laghi.

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 isotipico, 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.

Il materiale didattico presentato a lezione è disponibile sul sito internet (dispense del docente)

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