Obiettivi formativi
Il corso vuole fornire le basi che consentano di quantizzare e comprendere alcuni processi geologici di alta e bassa temperatura. Partendo dai concetti fondamentali della termodinamica si trattano i processi in soluzione acquosa (solubilità, potenziale redox) e l¿interazione acqua roccia (alterazione delle rocce). Dei processi magmatici si valuta il comportamento degli elementi in traccia durante i processi di fusione e di cristallizzazione, mentre della geochimica isotopica viene trattata l¿applicazione degli isotopi a studi geocronologici, petrologici e climatico-ambientali.
Contenuti dell'insegnamento
Termodinamica: parametri intensivi ed estensivi, funzioni di stato (Entropia, Entalpia, Energia Libera di Gibbs), potenziale chimico.
Equilibri in soluzione acquosa: indice di saturazione, prodotto di attività ionica, solubilità di CO2 e abbondanza delle specie del carbonio in soluzione (relazione con pH). Solubilità della calcite. Dolomitizzazione .
Potenziale redox; campo di esistenza Eh vs. pH per le soluzioni acquose. Campi di stabilità Eh vs. pH di fasi di Fe e Mn. Diagrammi di isoattività delle specie di S e N. Sequenze redox nelle acque di falda.
Alterazione delle rocce: solubilità del Quarzo e della Gibbsite, alterazione delle rocce granitoidi (Quarzo, K-feldspato, Muscovite, Caolinite, Gibbsite) in sistemi aperti e chiusi.
Bilanci di massa durante l'alterazione delle rocce.
Sistemi ad alta T. Coefficienti di ripartizione: dipendenza da P, T e dalla composizione. Compatibilità/Incompatibilità di un elemento. Processi di cristallizzazione: cristallizzazione di Rayleigh, cristallizzazione con equilibrio totale. Processi di fusione: fusione parziale del mantello ed evoluzione composizionale di una sorgente peridotitica. Diagrammi binari, diagrammi normalizzati alle condriti (REE, spidergrams) e loro utilizzo in petrologia.
Geochimica isotopica: gli isotopi, gli isotopi radiogenici, leggi del decadimento radioattivo. Datazione delle rocce: metodi K/Ar, Rb/Sr, U/Pb e metodi del Pb.
Isotopi stabili: Generalità (caratteri generali degli isotopi, strumenti di misura, notazioni in uso e standard di riferimento).Frazionamento isotopico: reazioni di scambio isotopico, effetti cinetici, cambiamenti di stato.
Gli isotopi stabili applicati a (i) studi idrologici, (ii) studi paleoclimatici e paleoambientali, (iii) processi di inquinamento, (iv) genesi magmatica (temperatura di cristallizzazione dei magmi, geotermometri isotopici).
Bibliografia
Aquatic Chemistry - Stumm & Morgan
- Study and interpretation of the characteristics of natural waters - Hem
- Solutions, minerals and equilibria - Garrels and Christ
- Equilibres chimiques - Michard
- The geochemistry of natural waters - Drever
- Principles of isotopes geology - Faure
- Geochemistry, pathways and processes - Richardson and McSween
- Geochimica e ambiente - Dongarrà e Varrica
- Acque, minerali e ambiente - Venturelli
