2016/2017

2017/2018

DM270

GEO/08 (GEOCHIMICA E VULCANOLOGIA)

DIPARTIMENTO DI SCIENZE DELLA TERRA E DELL'AMBIENTE

SCIENZE GEOLOGICHE

PERCORSO COMUNE

2°

Secondo Semestre (01/03/2018 - 15/06/2018)

6

48 ore di attività frontale

Italiano

ORALE

SACCHI ELISA (titolare) - 6 CFU
ZANETTI ALBERTO - 3 CFU

Il corso prevede un rapporto di propedeuticità con l'insegnamento di Chimica (9CFU) del medesimo
Corso di Laurea.

L’insegnamento si propone di fornire le basi per la comprensione dei principi chimici alla
base dei processi geologici. Tra i risultati di apprendimento attesi figurano la capacità di interpretare i processi di
frazionamento chimico e isotopico, di impiegare elementi e rapporti isotopici quali traccianti dei processi geologici,
petrogenetici ed idrogeologici, di ricostruire i cicli geochimici degli elementi nei diversi ambienti. Le esercitazioni di
laboratorio sono volte all'insegnamento della caratterizzazione chimica di minerali, rocce e soluzioni acquose di interesse
geologico.

Modulo 1 Geochimica dei processi di bassa T (CFU 3)
Lineamenti del modulo
Lezioni frontali
Le soluzioni acquose in geologia. Idrochimica: principali parametri misurati nelle acque (conducibilità, temperatura, pH,
Eh, alcalinità, ioni maggiori). Modi di esprimere la concentrazione. Rappresentazione grafica dei risultati e
classificazione delle acque naturali. Le acque marine e continentali: composizione chimica e fattori che la regolano.
Interazione acqua-roccia: dissoluzione/precipitazione (costante di equilibrio, solubilità e prodotto di solubilità, indici di
saturazione), ossidazione/riduzione (reazioni principali), adsorbimento/scambio (fasi responsabili, isoterme di
adsorbimento). Termodinamica applicata all'interazione acqua-roccia. Speciazione in fase acquosa. Geochimica degli
elementi in tracce in soluzione.
Isotopi ambientali. Notazione ed espressione dei risultati. Standard internazionali. Frazionamento degli isotopi stabili.
Isotopi dell’Ossigeno e dell’Idrogeno nell’acqua e nel vapore d’acqua. Composizione isotopica delle precipitazioni, retta
meteorica mondiale, interazione acqua-roccia. Isotopi stabili del Carbonio dell'Azoto e dello Zolfo e loro applicazioni in
geologia. Datazione delle acque con gli isotopi radioattivi (Tritio e 14C).
Esercitazioni e laboratorio
Esempi e casi di studio. Problematiche relative al campionamento delle diverse matrici ambientali. Campionamento delle
acque e misure dei parametri fisico-chimici sul terreno. Campionamento dei suoli e delle rocce.


Modulo 2 Geochimica dei processi di alta T (CFU 6)
Lineamenti del modulo
Lezioni frontali
Soluzioni e termodinamica dei sistemi multicomponenti. Equilibri di fase. Soluzioni: leggi di Raoult e Henry. Potenziale
chimico. Soluzioni ideali e reali. Soluzioni solide e loro attività. Costanti di equilibrio. Ossidazione e riduzione.
Applicazioni della termodinamica al sistema Terra. Attività in soluzioni solide non-ideali. Termodinamica e diagrammi
di fase. Geotermonetria e geobarometria. Modelli termodinamici dei magmi. Cinetica dei sistemi geologici. Velocità di
una reazione. Strutture di disequilibrio. Il decadimento radioattivo. Dipendenza della velocità di reazione da T.
Diffusione. Temperature di chiusura. Elementi di interesse geologico. Elementi maggiori ed in tracce. Elementi
compatibili ed incompatibili. Elementi leggeri, litofili a largo raggio ionico (LILE), metalli di transizione, elementi ad
alta forza di campo (HFSE), elementi delle Terre Rare (REE) e metalli del gruppo del platino (PGE). Gli elementi
nell’universo. Abbondanze nel sistema cosmico e solare. Le meteoriti. L’atmosfera, la natura dell’idrosfera. La biosfera.
Geochimica del processo magmatico. Classificazione degli elementi in tracce in funzione del loro comportamento
geochimico. Coefficienti di distribuzione. Fattori che controllano i coefficienti di distribuzione: P, T, X e ƒO2. Ruolo del
controllo cristallochimico. Diagrammi di Onuma e modelli di deformazione elastica. Controllo geologico sulla
distribuzione degli elementi in tracce. Mobilità degli elementi in tracce. Mobilità degli elementi. Fusione parziale
all’equilibrio e frazionata. La genesi dei fusi MORB. Cristallizzazione frazionata. Processi di contaminazione.
Geocronologia e geochimica isotopica. Isotopi radiogenici. La struttura interna degli atomi. Sistematica nucleare.
Stabilità nucleare ed abbondanza. Meccanismi di decadimento degli atomi radioattivi. Leggi che regolano il decadimento
radioattivo. Serie di decadimento. Condizioni di equilibrio secolare. Il metodo K-Ar. Datazione di rocce sedimentarie. Il
metodo 40Ar/39Ar. Il metodo Rb- Sr. Datazione di minerali contenenti Rb. Datazione di rocce magmatiche e
metamorfiche. L’evoluzione degli isotopi dello Sr nella Terra con il tempo. Il metodo Sm-Nd. Evoluzione isotopica del
Nd. I metodi U-Pb e Th-Pb. Geochimica di U e Th. Datazione di minerali ricchi in U e Th: monaziti e zirconi. Diagrammi
concordia U-Pb. La geologia isotopica del piombo. Età delle meteoriti e della Terra. Datazione di Pb comune mediante
modelli a stadio singolo. Isotopi stabili. Notazione ed espressione dei risultati. Frazionamento degli isotopi stabili. Isotopi
dell’Ossigeno e dell’Idrogeno nei minerali nelle rocce. Geotermometria mediante isotopi stabili. Processi a sistema
aperto: scambi acqua roccia, campi geotermici.
Esercitazioni
Risoluzione di problemi relativi alla distribuzione degli elementi in tracce e all’impiego degli isotopi radiogenici a fini
geocronologici e petrologici. Impiego degli isotopi stabili.

Il corso si compone di lezioni frontali ed esercitazioni in laboratorio.

Testi di riferimento:
- White W.M. 2013. Geochemistry. Wiley-Blackwell
- Gill R.C.O. 1988. Chemical fundamentals of geology. Unwin Hyman, London.
- Faure G. 1998. Principles and applications of geochemistry. Prentice Hall
- Dongarrà G., Varrica D. 2004. Geochimica e Ambiente. EdiSES

Testi di consultazione:
- Rollinson H.R. 1993. Using geochemical data: evaluation, presentation, interpretation. Longman Scientific & Technical.
- Faure G. 1986. Principles of isotope geology. 2nd edition. John Wiley & Sons, New York
- Ottonello G. 1991. Principi di geochimica. Zanichelli, Bologna.
- Cox K.G., Bell J.D., Pankhurst R.J. 1979. The interpretation of igneous rocks. Allen & Unwin, London.
- Wood B.J. & Fraser D.G. 1978. Elementary thermodynamics for geologists. Oxford University Press.
- Nordstrom D.K. & Munoz J.L. 1985. Geochemical thermodynamics. The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc., Menlo Park, California.
- Longinelli A. & Deganello S. 1999 Introduzione alla geochimica. Utet.
- Clark I & Fritz P. 1997 Environmental isotopes in hydrogeology. Lewis Publishers, Boca Raton

L’accertamento dei risultati di apprendimento si basa su almeno tre diverse verifiche in itinere (domande scritte,
test ed esercizi), ciascuna relativa a 3 CFU di insegnamento, e su una prova orale finale, a completamento o ad
integrazione delle prove sostenute nel corso del semestre.

L’accertamento dei risultati di apprendimento si basa su almeno tre diverse verifiche in itinere (domande scritte,
test ed esercizi), ciascuna relativa a 3 CFU di insegnamento, e su una prova orale finale, a completamento o ad
integrazione delle prove sostenute nel corso del semestre.