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.
Prerequisiti
Conoscenze apprese nei Corsi di Matematica, Chimica e Mineralogia
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
Metodi didattici
lezioni frontali sugli argomenti teorici di base ed esercitazioni con applicazioni dei metodi teorici descritti alla soluzione di problemi geochimici.
Modalità verifica apprendimento
Esame orale con verifica delle conoscenze teoriche, della loro applicazione a casi reali e verifica delle capacità logico-deduttive
