ENVIRONMENTAL GEOCHEMISTRY AND HEALTH

Questo corso mira a fornire le conoscenze di base della geochimica necessarie per comprendere l'ambiente.

La geochimica studia la composizione chimica della Terra ed esamina i processi chimici che scambiano materia ed energia tra le diverse sfere geochimiche: rocce e suoli (litosfera), acque superficiali e sotterranee (idrosfera), gas (atmosfera) e la componente biotica (biosfera). Il corso di geochimica fornisce le basi per comprendere molti processi geologici e ambientali come (i) i processi chimici e chimico-fisici che hanno generato e modellato la crosta terrestre, (ii) i processi che portano all'attuale distribuzione spaziale degli elementi e dei nuclidi nelle diverse sfere geochimiche; (iii) l'attuale composizione dell'atmosfera e dell'idrosfera, (iv) i cicli biogeochimici e le loro interazioni e (v) il forzante antropico e il suo impatto sui cicli biogeochimici. Conoscere la geochimica migliora la nostra comprensione della Terra, consentendoci di ricostruire il passato e di comprendere il presente. Inoltre, le attività umane hanno un forte impatto sul clima e sui cicli geochimici che regolano il funzionamento degli ecosistemi. L'applicazione di concetti geochimici consente anche di comprendere e prevedere il comportamento degli elementi in un ambiente antropizzato (una quinta sfera, l'antroposfera, è emersa di recente).

L'insegnamento di Environmental Geochemistry and Health esplora le relazioni tra il comportamento geochimico e il ciclo dei composti naturali o antropici sulla superficie terrestre e la salute di tutti gli organismi viventi, compresi gli esseri umani. Questa disciplina si concentra sull'interfaccia di tutte le sfere terrestri sovrapposte e interagenti: atmosfera, litosfera, pedosfera, idrosfera, criosfera, biosfera e antroposfera.
Pertanto, Environmental Geochemistry and Health comprende la ricerca attuale all'intersezione di molte discipline, come geologia, chimica, biologia, ecologia, studi ambientali, statistica, epidemiologia e scienze sociali. Di conseguenza, questa disciplina ha una forte prospettiva multidisciplinare che mira a rispondere alle attuali domande sulle fonti, la distribuzione, le trasformazioni, i trasporti, il ciclo, le interazioni, i processi di rimozione e gli effetti sulla salute di sostanze naturali nocive e contaminanti antropici nei sistemi roccia-suolo-acqua-aria-vita.

La superficie terrestre è il luogo in cui viviamo, respiriamo e dove troviamo la maggior parte delle risorse sfruttabili di uso quotidiano, come acqua, cibo e fonti di energia. Oggigiorno, ci troviamo ad affrontare problemi ambientali causati in gran parte dalla crescita della popolazione, dal sovraffollamento e dal conseguente esaurimento delle risorse naturali, delle fonti di energia e dall'impatto sul clima. Questi gravi problemi richiedono soluzioni rapide, ferme e creative che possono essere adottate a livello nazionale e persino internazionale. Mantenere la sostenibilità di queste risorse è obbligatorio anche per mantenere aspettative di vita di alta qualità ed equilibri geopolitici. In questo scenario, agli scienziati del futuro verrà chiesto di indagare su problemi ambientali sempre più difficili e di indirizzare i decisori politici verso una legislazione migliore per un ambiente più sano.

Con queste aspettative in mente, le future generazioni di scienziati dovrebbero eccellere nell'identificare e prevedere gli effetti dei composti naturali e antropici sulla superficie terrestre. Dovrebbero anche essere in grado di distinguere le fonti naturali e antropiche, quantificare i loro contributi relativi all'ambiente e prevedere le loro interazioni biogeochimiche. La risoluzione di queste sfide sarà ampiamente facilitata da scienziati con una solida competenza in geochimica ambientale.

Mentre una solida preparazione in geochimica ambientale fornisce risposte alla composizione, struttura, proprietà e comportamento della materia sulla superficie terrestre, l'epidemiologia offre l'opportunità di trovare possibili collegamenti causali tra l'ambiente geochimico naturale o antropizzato, le malattie della salute e la qualità della vita. Quest'ultimo argomento è trattato dai concetti di scienze della salute acquisiti durante il corso.

In particolare, la frequenza a questo corso consentirà allo studente di:

1. Conoscere i concetti principali della geochimica e conoscere la corretta terminologia geochimica;
2. Comprendere i processi che hanno plasmato la Terra fino alla forma e alla composizione attuali;
3. Comprendere i meccanismi che regolano le sfere geochimiche;
4. Comprendere i flussi di materia ed energia e le pressioni antropiche che hanno (e avranno sempre più) impatti importanti sull'ambiente e sul clima; 5. Saper identificare e discriminare i processi geochimici tra ambienti naturali e antropizzati;
6. Saper applicare le conoscenze e gli strumenti geochimici per spiegare i fenomeni naturali e risolvere i problemi ambientali;
7. Saper applicare un approccio critico e multidisciplinare alla valutazione di problemi ambientali complessi.

Nozioni fondamentali di chimica e fisica.

L'insegnamento è diviso in 8 sezioni.

La Sezione 1 (concetti di base) introduce e riassume brevemente i concetti chiave per le restanti parti del corso, ovvero la struttura dell'atomo, gli isotopi, le proprietà periodiche, la stabilità dell'atomo, la radioattività e i decadimenti radioattivi.

La Sezione 2 (cosmochimica e origine, evoluzione e struttura del pianeta Terra) descrive la nucleosintesi, l'origine e l'evoluzione del sistema solare e dei pianeti terrestri con un'introduzione sulla composizione dei meteoriti. L'origine della Terra, i processi di condensazione, accrescimento omogeneo/eterogeneo, la struttura interna della Terra e la genesi e l'evoluzione della crosta terrestre. Vengono presentati concetti chiave della geochimica, come la differenziazione geochimica della Terra e l'origine dei suoi oceani e dell'atmosfera.

La Sezione 3 (litosfera) analizza l'abbondanza e la distribuzione degli elementi nella crosta terrestre. Si introducono concetti di mineralogia e petrografia e la classificazione dei minerali (compresi i silicati) e delle rocce. L'alterazione, l'alterazione chimica di minerali e rocce (dissoluzione, ossidazione, idratazione e idrolisi), la solubilità di CO2 e la formazione di H2CO3 e il ruolo dei carbonati. Introduzione alle proprietà dei minerali argillosi, introduzione ai suoli.

La sezione 4 (atmosfera) tratta l'origine, l'evoluzione, la struttura e la composizione chimica dell'atmosfera, con particolare attenzione alla troposfera. Saranno presentate le principali specie gassose presenti nell'atmosfera, insieme alla geochimica del sistema di aerosol e al ruolo dei trasporti atmosferici (eolici) di materiale crostale nei cicli geochimici. La composizione dell'atmosfera e l'inquinamento atmosferico da aerosol, urbano e regionale, gli effetti sulla salute e l'influenza delle particelle sospese nell'aria sui cambiamenti climatici.

La sezione 5 (idrosfera) tratta la struttura e le proprietà dell'acqua, la geochimica degli oceani, delle acque continentali e meteoriche.

La Sezione 6 (biosfera e cicli geochimici) introduce i cicli (bio)geochimici, analizzando i serbatoi e i percorsi che gli elementi chimici seguono nella superficie e nella crosta terrestre. Vengono trattati i cicli principali: acqua, carbonio, azoto, fosforo. Vengono brevemente discusse le interazioni tra i vari cicli geochimici.

La Sezione 7 (antroposfera) discute l'impatto antropico sui cicli geochimici con l'analisi di alcuni casi di studio. Vengono presentati alcuni casi di studio reali e vengono interpretati a partire dalle associazioni geochimiche degli elementi.

La Sezione 8 (salute) esplora le relazioni tra il comportamento geochimico e il ciclo dei composti naturali o antropici sulla superficie terrestre e la salute di tutti gli organismi viventi, compresi gli esseri umani.

Presentazioni fornite dall'insegnante. Risorse online.
Durante l'insegnamento verranno discussi i metodi per eseguire ricerche bibliografiche mirate a topic scientifici utilizzando le risorse messe a disposizione dalla BAS - Biblioteca Area Scientifica.

L’esame consiste in una prova orale che è divisa in due parti. Nella prima parte gli studenti dovranno esporre, analizzare criticamente e discutere un articolo scientifico inerente un tema di geochimica/geochimica ambientale trattato durante l’insegnamento. Questo articolo sarà assegnato dal docente alla fine delle lezioni o prima dell'appello d'esame; l'argomento del testo sarà scelto sulla base delle preferenze espresse dagli studenti riguardo alle tematiche affrontate. Il testo sarà generalmente in lingua inglese. La seconda parte dell'esame tratterà i concetti presentati durante le lezioni frontali e i casi di studio analizzati in classe. Alla prima parte è assegnato un massimo di 8 punti sul totale del voto finale, alla seconda è assegnato un massimo di 22 punti Tutti gli studenti, compresi gli studenti non frequentanti, sono invitati a mettersi in contatto il docente per farsi assegnare un articolo scientifico almeno 15 giorni prima della data dell'appello dell’esame.

orale

Griglia di Valutazione

28-30L: Esposizione sicura e completa degli argomenti trattati nell'articolo scientifico scelto. Eccellente padronanza di tutti gli argomenti trattati a lezione. Uso appropriato e preciso della terminologia scientifica e dei termini geochimici. Scelta delle corrette unità di misura. Ottima capacità di collegare e integrare gli argomenti affrontati. La lode viene attribuita in presenza di conoscenze e capacità di comprensione applicata eccellenti su tutto il programma, unite a un'ottima capacità di giudizio e sicurezza nell'esposizione.

25-27: Ottima esposizione degli argomenti trattati nell'articolo scientifico scelto. Buona conoscenza degli argomenti trattati a lezione. Utilizzo corretto della terminologia scientifica e dei termini geochimici. Buona capacità di scelta delle unità di misura. Buona capacità di connessione degli argomenti trattati.

22-24: Buona esposizione degli argomenti trattati nell'articolo scientifico scelto. Conoscenza sufficiente degli argomenti trattati durante le lezioni. Uso non sempre preciso della terminologia scientifica e dei termini geochimici. Capacità di scelta delle unità di misura non sempre corretta. Capacità di connessione tra gli argomenti limitata ma presente.

18-21: Esposizione incerta e superficiale degli argomenti trattati nell'articolo scientifico scelto. Conoscenza minima e appena sufficiente degli argomenti trattati a lezione. Uso sporadico e impreciso della terminologia scientifica e geochimica. Incertezza nella scelta delle unità di misura. Capacità di connessione tra gli argomenti limitata e frammentaria.

L'insegnamento è strutturato in lezioni in aula con possibili seminari di docenti e ricercatori interni o esterni all'Università. Oltre alle lezioni frontali, l'insegnamento include anche alcune sessioni di discussione in cui gli studenti sono fortemente incoraggiati ad esaminare e rivedere i concetti appresi, testandone la comprensione attraverso la lettura critica della letteratura scientifica e l'analisi e l'interpretazione di casi di studio. Queste sessioni di discussione portano molteplici benefici agli studenti (i) aiutandoli a comprendere meglio i concetti appresi, (ii) incoraggiandoli a rimanere aggiornati durante l'intero periodo di insegnamento, (iii) consentendo loro di identificare incomprensioni o lacune nella preparazione, (iv) fornendo loro gli strumenti per affrontare discussioni scientifiche con un alto grado di autonomia, (v) aiutandoli a migliorare le capacità comunicative utilizzando una terminologia appropriata e (vi) preparandoli per la seconda prova dell'esame finale. Alcuni set di dati geochimici (varie matrici ambientali) saranno inoltre analizzati durante le ultime lezioni; l'obiettivo è familiarizzare con i dati geochimici e la loro interpretazione.

Tutte le lezioni sono fornite come presentazioni PowerPoint e vengono distribuite settimanalmente agli studenti tramite la piattaforma didattica Moodle. Allo stesso modo, verranno forniti anche i casi di studio discussi durante le lezioni e le tracce per svolgere gli esercizi.

Gli studenti sono invitati a consultare periodicamente Moodle per essere aggiornati sulle lezioni.

Questo insegnamento tratta argomenti connessi alla macroarea "Capitale naturale e qualità dell'ambiente" e concorre alla realizzazione dei relativi obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile