Scienze geologiche

FRANCESCA CASTORINA

Obiettivi formativi e risultati di apprendimento attesi (conoscenze, competenze e abilità)
Il corso intende preparare lo studente a comprendere i principi fondamentali della geochimica elementare e isotopica e delle sue applicazioni in campo geologico. Al termine del corso lo studente acquisisce una conoscenza di base sulla distribuzione, combinazione e migrazione degli elementi nei diversi comparti della Terra.
Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di acquisire conoscenze di base sulla geochimica elementare e isotopica da applicare allo studio di tematiche inerenti i diversi settori delle scienze della Terra e saranno in grado di affrontare gli approfondimenti della materia sviluppati nei corsi avanzati.

Il corso di Geochimica ha lo scopo di impartire allo studente un’ampia introduzione ai concetti e principi di base della Geochimica per comprendere i processi geologici ed ambientali e le potenziali interazioni. La frequenza alle attività formative permetterà allo studente di acquisire:
- i concetti e la terminologia geochimica necessaria per intraprendere studi successivi di livello superiore con un buon grado di autonomia;
- capire i processi che hanno controllato l’evoluzione della Terra e comprendere i meccanismi che hanno regolato i flussi di materia ed energia e il ruolo svolto dall’attività antropica;
- abilità comunicative necessarie nel saper interagire e trasferire i concetti della geochimica ad interlocutori specialisti e non utilizzando una terminologia semplice e diretta.

Lo studente deve possedere le conoscenze di base di chimica, mineralogia e petrografia. E' pertanto fortemente consigliato aver già gli esami di “Chimica generale ed inorganica con elementi di organica “, “Mineralogia" e “Petrografia”.

Introduzione al corso. Panoramica sulle problematiche di interesse per la geochimica.
L’origine degli elementi: i processi di nucleosintesi stellare.
Proprietà periodiche degli elementi ed influenza sul comportamento geochimico.
Composizione e distribuzione degli Elementi nella Terra, le regole del Goldschmidt e la classificazione degli elementi.
Isotopi radioattivi. Il decadimento radioattivo e la geocronologia. Sistematiche isotopiche di interesse geologico: Rb-Sr, Sm-Nd, U-Pb, K-Ar e 14C.
Differenziazione chimica della Terra: la struttura della Terra. La crosta continentale: elementi maggiori e in traccia.
Differenziazione dell’idrosfera.
L’alterazione chimica e gli equilibri chimici in soluzione: reazioni acido-base, di ossido-riduzione.
Elementi di termodinamica chimica. Diagrammi Eh-pH ed i diagrammi di attività.
Isotopi stabili: frazionamento isotopico, dipendenza dalla temperatura, applicazioni idrologiche e geotermometriche. Frazionamento isotopico del carbonio. Frazionamento isotopico dello stronzio in rocce carbonatiche.
Composizione chimica delle acque superficiali: analisi chimica e qualità
Conseguenze dell’alterazione chimica: formazione dei suoli
I depositi minerali
I cicli geochimici: principi di bilanciamento di massa. I cicli di C-H-O-N.
Trattamento dei dati geochimici.

l materiale didattico presentato a lezione sarà disponibile sulla piattaforma moodle (https://elearning.uniroma1.it/).

I testi di base consigliati per il corso sono:
BROWNLOW A.H. (1986) - Geochemistry. Ed. Prentice
FAURE G. (1986) - Principles of Isotope Geology. Ed. J. Wiley & Sons
DEGANELLO S., LONGINELLI A. (1999) - Introduzione alla Geochimica. Ed. UTET
DONGARRA’ G., VARRICA D. (2004) – Geochimica e ambiente. Ed. EdiSES
FORNASERI M. (1980) - Lezioni di Geochimica. Ed. Veschi.

DONGARRA’ G., VARRICA D. (2004) – Geochimica e ambiente. Ed. EdiSES
FORNASERI M. (1980) - Lezioni di Geochimica. Ed. Veschi.

La metodologia didattica è quella convenzionale e consiste di 72 ore di lezioni frontali comprensive di esercizi svolti in aula.
Strumenti a supporto della didattica saranno: personal computer, proiettore, presentazioni PowerPoint.

La frequenza è facoltativa ma è fortemente consigliata

La verifica dell'apprendimento avviene tramite una prova orale che consiste in un colloquio tra il candidato e il docente sugli argomenti del programma. Durante l'esame orale al candidato potrebbe essere richiesto di risolvere esercizi scritti in presenza del docente. La prova di esame ha lo scopo di accertare la conoscenza e la comprensione degli argomenti trattati e la capacità di usare la terminologia corretta di usare un linguaggio scientifico appropriato.

1- Perché gli elementi a numero atomico pari sono più abbondanti di quelli a numero atomico dispari
2- Discutere le regole di Goldschmidt nella sostituzione di ioni nei cristalli e riportare degli esempi di supporto.
3- Quali sono i quattro elementi più abbondanti nel mantello terrestre e nella crosta
4- Si discuta l’alterazione geochimica delle rocce
5- Quale acido si produce quando la CO2 si scioglie in acqua. Come cambia il pH dell'acqua .
6- Quali fattori influiscono sulla velocità di degradazione chimica di un minerale.
7- Quali processi sono coinvolti nell'erosione chimica dei minerali.
8- Scrivere una reazione per l'equilibrio tra l’albite e i componenti in soluzione che formi la montmorillonite.
9- Alcuni ioni presenti nell'acqua di mare sono considerati conservativi. Qual è la definizione di ione conservativo e quali sono.
10- Quali sono i tipi di decadimento radioattivo.
11- Discutere il concetto di linea isocrona.
12- Discutere la legge fondamentale della geocronologia.
13- In che modo gli isotopi dell'ossigeno possono essere utilizzati come paleotermometro.
14- Che cos'è il frazionamento negli isotopi stabili.

• Introduzione al corso. Panoramica sulle problematiche
  di interesse per la geochimica.LEZIONI: 2h STUDIO: 4h
  • Testi di riferimento: Libri di testo e materiale fornito dal docente.


• L’origine degli elementi: i processi di nucleosintesi stellare. LEZIONI: 4h STUDIO: 8h
  • Testi di riferimento: Libri di testo e materiale fornito dal docente.


• Proprietà periodiche degli elementi ed influenza sul comportamento geochimico.LEZIONI: 2h STUDIO: 4h
  • Testi di riferimento: Libri di testo e materiale fornito dal docente.


• Differenziazione chimica della Terra: la struttura della Terra. La crosta continentale: elementi maggiori e in traccia. LEZIONI: 4h STUDIO: 8h
  • Testi di riferimento: Libri di testo e materiale fornito dal docente.


• Composizione e distribuzione degli Elementi nella Terra, le regole del Goldschmidt e la classificazione degli elementi. LEZIONI: 4h STUDIO: 8h
  • Testi di riferimento: Libri di testo e materiale fornito dal docente.


•  Isotopi radioattivi. Il decadimento radioattivo e la geocronologia. Sistematiche isotopiche di interesse geologico: Rb-Sr, Sm-Nd, U-Pb, K-Ar e 14C. LEZIONI: 10h STUDIO: 20h
  • Testi di riferimento: Libri di testo e materiale fornito dal docente.


• Differenziazione dell’idrosfera.LEZIONI: 2h STUDIO: 4h
  • Testi di riferimento: Libri di testo e materiale fornito dal docente.


• L’alterazione chimica e gli equilibri chimici in soluzione: reazioni acido-base, di ossido-riduzione. LEZIONI: 6h STUDIO: 12h
  • Testi di riferimento: Libri di testo e materiale fornito dal docente.


• Elementi di termodinamica chimica. Diagrammi Eh-pH ed i diagrammi di attività. LEZIONI: 6h STUDIO: 14h
  • Testi di riferimento: Libri di testo e materiale fornito dal docente.


• Isotopi stabili: frazionamento isotopico, dipendenza dalla temperatura, applicazioni idrologiche e geotermometriche. LEZIONI: 6h STUDIO: 12h
  • Testi di riferimento: Libri di testo e materiale fornito dal docente.


• Composizione chimica delle acque superficiali: analisi chimica e qualità.LEZIONI: 6h STUDIO: 12h
  • Testi di riferimento: Libri di testo e materiale fornito dal docente.


• Conseguenze dell’alterazione chimica: formazione dei suoli.LEZIONI: 4h STUDIO: 8h
  • Testi di riferimento: Libri di testo e materiale fornito dal docente.


• I depositi minerali,LEZIONI: 4h STUDIO: 8h
  • Testi di riferimento: Libri di testo e materiale fornito dal docente.


• I cicli geochimici.LEZIONI: 6h STUDIO: 12h
  • Testi di riferimento: Libri di testo e materiale fornito dal docente.


• Trattamento dei dati geochimici. LEZIONI: 6h STUDIO: 14h
  • Testi di riferimento: Libri di testo e materiale fornito dal docente.