Obiettivi formativi
Obiettivo generale del corso è che lo studente sia in grado di utilizzare lo strumento isotopico per la risoluzione di problemi legati alla gestione delle risorse idriche, valutando criticamente le metodologie da utilizzare per il monitoraggio ambientale e per la tracciabilità dei prodotti e degli alimenti.
Sono obiettivi specifici del corso:
i) fornire conoscenze di geochimica di base relativamente ad acque, suoli e piante da un punto di vista elementare ed isotopico;
ii) illustrare le tecnologie chimiche chiave per lo studio della formazione del suolo e delle interazioni che avvengono tra gli ambienti naturali e le attività di produzione alimentare;
iii) Trasmettere abilità nell’elaborazione dei dati chimici al fine di comprendere le interazioni tra i sistemi atmosfera-suolo-piante e le loro relazioni con i cambiamenti climatici, nella prospettiva di un’agricoltura sostenibile e del contrasto alla crisi climatica in atto;
iv) Descrivere le principali tecniche per rilevare la firma elementare e isotopica con cui investigare l’origine degli alimenti e la loro autenticità;
v) Analizzare i cicli del carbonio e dell’azoto: piante C3,C4 e CAM, stoccaggio del carbonio della tessitura del suolo, effetti dei cambiamenti stagionali e delle comunità microbiche del suolo sull’assimilazione ed i cicli di carbonio e azoto.
vi) Analizzare i cicli biogeochimici e le relazioni con l’ambiente geo - litologico, gli scambi di carbonio tra suolo e atmosfera e il bilanciamento isotopico dei pool di materia organica per quantificare le alterazioni dovute ai cambiamenti del clima, dell’uso del suolo e di altri impatti antropici.
Prerequisiti
Consigliate competenze di Chimica generale e Fisica.
Contenuti dell'insegnamento
Il corso intende introdurre lo studente alle conoscenze in materia di autenticazione e tracciabilità degli alimenti, attraverso l'approccio a metodologie geochimiche e isotopiche applicate allo studio dei processi naturali e basate su indicatori suolo-dipendenti, che consentono di definire una firma geochimica tipica per ciascuno prodotto alimentare in grado di garantire sicurezza alimentare, valorizzazione dei prodotti tipici e difesa dalle frodi alimentari.
In particolare, il corso si concentrerà sulla variabilità della composizione isotopica di H, C, N, O e S, e sulle metodologie analitiche associate e loro applicazioni allo studio dei processi ambientali ed ecologici, e anche alla tracciabilità di alimenti e prodotti. Verranno presi in considerazione i temi legati alle diverse componenti del sistema Terra.
Lo studente deve essere in grado di comprendere ed applicare le metodologie geochimiche basate su indicatori suolo-dipendenti ai fini dell’autenticazione e della tracciabilità alimentare. Lo studente affronterà i principi e metodi di campionamento, validazione dei dati e analisi geostatica dei dati al fine di ottenere restituzione di mappe tematiche e definire modelli concettuali geochimici di tracciabilità. Acquisirà i principi di geochimica isotopica relativi agli isotopi ambientali (13C, 2H, 15N, 18O, 34S and 36Cl) che sono utilizzati come traccianti dei cicli naturali e nei certificati di tracciabilità degli alimenti.
La frequenza e la partecipazione attiva al corso , nonché lo studio individuale, consentiranno allo studente di:
i) acquisire abilità di base sulle applicazioni dell’approccio geochimico ed isotopico all'ambiente;
ii) applicare la geochimica e la geochimica isotopica per la risoluzione di problemi relativi: a) alla gestione delle risorse idriche superficiali e sotterranee; b) alla tracciabilità alimentare; c) alle relazioni tra ambiente e cambiamento climatico;
iii) applicare le tecniche analitiche utilizzate nella geochimica degli isotopi stabili.
Tali abilità faciliteranno nello studente la maturazione di:
i) un approccio critico alla gestione sostenibile dell'ambiente e delle risorse idriche;
ii) una capacità di applicare lo strumento dell'isotopo stabile a problematiche ambientali, idrogeologiche, ecologiche e di tracciabilità;
iii) soft skills professionalizzanti, come l’utilizzo di una terminologia tecnica specifica.
Programma esteso
Il corso prevede 24 lezioni, ciascuna della durata di 2 ore, per un totale di 48 ore, all'interno delle quali verranno affrontati i seguenti argomenti.
- Concetti di base di geochimica isotopica e processi di frazionamento isotopico.
- Notazioni utilizzate per riportare la composizione isotopica stabile.
- Principi di base della spettrometria di massa, tecniche microanalitiche, standard e cenni generali sulla preparazione dei campioni.
- Variazioni nei rapporti isotopici di H, C, N, O e S nell'ambiente naturale: rocce magmatiche, sedimentarie e metamorfiche; idrosfera, atmosfera e biosfera.
- Composizione isotopica di ossigeno e idrogeno come tracciante naturale nel ciclo idrologico: oceani, vapore acqueo atmosferico, precipitazioni e falde acquifere.
- L'interfaccia terra-biosfera-atmosfera.
- Acqua nel suolo e nelle piante. Interazione acqua-roccia.
- Tenere traccia dei cicli di carbonio, azoto e zolfo per la qualità delle acque sotterranee. La composizione isotopica dei carbonati.
- La tracciabilità dei prodotti (alimentari e altro) utilizzando i rapporti isotopici H, O, C, N e S.
- Alcune considerazioni sull'uso degli isotopi stabili in paleoclimatologia.
- Classificazione geopedologica delle zone di origine dei prodotti agroalimentari
- Valutazione delle proprietà fisiche, chimiche e mineralogiche del terreno di coltivazione
- Metodologie analitiche e strumentali per l'implementazione di sistemi di tracciabilità nelle filiere agroalimentari
- Determinazione della composizione multielementare del suolo e dei prodotti alimentari
- Autenticazione alimentare: affrontare le sfide della frode alimentare nel sistema alimentare globale
- La geochimica e il suo rapporto con la salute umana
Bibliografia
Test consigliati:
- Introduction to Geochemistry di Cl. J. Allègre, G. Michard. Springer Verlag; Reprint edizione 2003.
- Book Pdf online free: Sharp, Zachary. "Principles of Stable Isotope Geochemistry, 2nd Edition." (2017). doi:10.5072/FK2GB24S9F; Link for download: http://digitalrepository.unm.edu/unm_oer/1/
- Food Authentication and Traceability. 1st Edition. Editor: Charis Galanakis. Paperback Imprint: Academic Press.
- Isotopes and the Natural Environment. Author: Alexandre Paul; Edit Springer
- Ad integrazione: Materiale didattico e scientifico fornito dalla titolare dell’insegnamento.
Metodi didattici
Il corso sarà diviso in lezioni frontali, seminari tematici e presentazione da parte degli studenti di articoli scientifici, nonché qualche esercitazione di laboratorio ove consentito.
Le lezioni frontali e i materiali integrativi saranno disponibili in pdf sulla piattaforma di ateneo.
Modalità verifica apprendimento
ESAME ORALE.
Per un positivo superamento dell'esame è consigliata la partecipazione attiva alle lezioni, inoltre è richiesta la lettura e la sintesi di articoli scientifici che saranno messi a disposizione nella piattaforma di Ateneo e assegnati agli studenti durante le lezioni. Gli studenti dovranno preparare una presentazione orale con supporto di strumenti multimediali (es. PowerPoint) su uno di questi articoli durante l'ultima parte del corso e discuterli in aula con i colleghi sotto la supervisione della docente. Ciò consentirà di verificare la conoscenza dei concetti di base e le applicazioni della geochimica isotopica a casi studio. Al termine del corso, la verifica delle conoscenze acquisite avverrà mediante una prova orale strutturata in due parti: nella prima parte lo studente è invitato a discutere l'articolo a lui assegnato; la seconda parte mira alla verifica dell'apprendimento dei concetti presentati durante le lezioni.
Mediante il colloquio orale, lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito conoscenze e abilità sull’autenticazione e tracciabilità alimentare e sulle metodologie geochimiche basate su indicatori suolo-dipendenti descritte ed applicate durante il corso.
Gli studenti non frequentanti contatteranno la docente per l'assegnazione dell’articolo scientifico che sarà poi presentato e discusso durante la prova orale.
Altre informazioni
La frequenza non è obbligatoria ma è fortemente raccomandata.
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Il corso tratta temi legati alla macroarea “Capitale naturale e qualità ambientale” e contribuisce al raggiungimento di uno o più obiettivi dell'Agenda ONU per lo Sviluppo Sostenibile
Obiettivo 3: Salute e benessere
Obiettivo 6: Acqua pulita e igiene
Goal 13: Agire per il Clima
