Chemodynamics, Climate Change and Environmental Quality

L’insegnamento si colloca all’interno del Dottorato di Ricerca "Scienza e Gestione dei Cambiamenti Climatici - Climate Modelling and Impact Assessment" come attività formativa di carattere interdisciplinare, finalizzata a integrare le basi chimiche, termodinamiche e modellistiche necessarie per comprendere le interazioni tra sistema climatico, comportamento dei contaminanti e qualità ambientale.
Nel percorso del corso di studio, l’insegnamento contribuisce in modo diretto sia all’area del climate modelling, attraverso l’analisi dei processi fisico-chimici che regolano atmosfera, ciclo dell’acqua, gas serra e trasporto intercompartimentale delle sostanze, sia all’area dell’impact assessment, mediante l’approfondimento di strumenti di chemodinamica, multimedia modelling, environmental risk assessment, ecological risk assessment e Environmental Quality Standards (EQS).
Il corso fornisce quindi un quadro avanzato per interpretare gli effetti del cambiamento climatico sulla distribuzione, trasformazione, esposizione e rischio dei contaminanti negli ecosistemi, con particolare attenzione al collegamento tra processi, modellizzazione e valutazione della qualità ambientale. In questo senso, rappresenta un insegnamento di raccordo tra scienze del clima, chimica ambientale e valutazione degli impatti, utile per lo sviluppo di progetti di ricerca dottorale a forte contenuto applicativo e interdisciplinare.

Conoscenza e comprensione
Al termine dell’insegnamento il/la dottorando/a avrà acquisito conoscenze avanzate relative ai fondamenti di chimica generale, chimica ambientale e termodinamica applicati al cambiamento climatico; alla struttura e al funzionamento del sistema climatico; ai meccanismi fisico-chimici dell’effetto serra e del ciclo dell’acqua; ai principi della chemodinamica, della fugacità e della modellistica ambientale multimediale; ai concetti e alle procedure di environmental ed ecological risk assessment; al ruolo degli EQS e del quadro normativo di riferimento, con particolare riguardo alla Water Framework Directive.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Il/la dottorando/a sarà in grado di applicare i concetti di equilibrio, partizionamento, trasporto, trasformazione e persistenza per interpretare il comportamento dei contaminanti nei diversi comparti ambientali; utilizzare modelli concettuali e semplificati di tipo multimediale per analizzare la distribuzione delle sostanze nell’ambiente; collegare scenari di cambiamento climatico a variazioni nell’esposizione e nel rischio chimico-ambientale; analizzare casi di studio relativi a gas serra, inquinanti atmosferici, contaminanti organici persistenti, metalli e microplastiche.

Autonomia di giudizio
Il/la dottorando/a maturerà la capacità di valutare criticamente dati, ipotesi, risultati modellistici e procedure di risk assessment, riconoscendone presupposti, limiti, incertezze e scale di applicabilità. Sarà inoltre in grado di confrontare approcci basati su monitoraggio, modellizzazione e weight of evidence, formulando giudizi motivati sulla qualità ambientale e sulla rilevanza dei fattori climatici nei processi di contaminazione e rischio.

Abilità comunicative
Il/la dottorando/a saprà comunicare in modo chiaro e rigoroso, in forma scritta e orale, contenuti scientifici complessi relativi alle interazioni tra clima, processi chimici e qualità ambientale, utilizzando un lessico tecnico appropriato e presentando dati, modelli, interpretazioni e implicazioni applicative in contesti sia accademici sia tecnico-istituzionali.

Capacità di apprendimento
Il/la dottorando/a svilupperà la capacità di approfondire in autonomia temi avanzati di chimica ambientale e climate impact assessment, leggere criticamente la letteratura scientifica internazionale, trasferire metodi e concetti a nuovi casi studio e integrare i contenuti del corso nel proprio progetto di ricerca dottorale.

Sono richieste conoscenze di base di chimica generale, chimica-fisica, termodinamica e scienze ambientali. È inoltre utile una familiarità preliminare con i concetti fondamentali di climatologia, bilanci di massa, trasporto e trasformazione delle sostanze nell’ambiente e con elementi introduttivi di modellistica ambientale. È richiesta la capacità di leggere e discutere materiali scientifici in lingua inglese.

Il corso introduce i fondamenti di chimica, chimica ambientale e termodinamica applicati allo studio del cambiamento climatico e della qualità ambientale. Nella prima parte vengono richiamati i principali concetti di chimica di base, tra cui unità di misura, tavola periodica, teoria atomica, configurazione elettronica, legami chimici, forze intermolecolari e proprietà di solidi, liquidi e gas, insieme ai principi della termodinamica, dell’entropia, dell’equilibrio chimico e della cinetica.

Successivamente il corso affronta il sistema climatico, analizzandone componenti e funzionamento, con particolare attenzione alla distinzione tra clima e tempo atmosferico, all’insolazione solare, all’albedo, ai feedback climatici, alla copertura glaciale e ai processi di trasferimento del calore. Viene poi approfondito l’effetto serra, attraverso lo studio del bilancio energetico terrestre, della struttura dell’atmosfera, dei principali gas serra e dei meccanismi fisico-chimici di assorbimento della radiazione, con riferimento anche al ciclo del carbonio e ai processi di rimozione della CO2.

Un modulo specifico è dedicato al ciclo dell’acqua, considerandone struttura e proprietà fisico-chimiche, transizioni di fase, calore latente, acidità, dissociazione, capacità tampone, acidificazione oceanica, solubilità, distribuzione globale e principali processi idrologici, nonché le implicazioni per eutrofizzazione e qualità delle acque.

Il corso prosegue con i fondamenti di chemodinamica e di multimedia modelling, essenziali per comprendere il destino ambientale dei contaminanti. Vengono trattati potenziale chimico, energia libera di Gibbs, equilibrio, comparti ambientali, interfacce, processi di partizionamento, trasporto e trasformazione, bilancio di massa, persistenza, tempo di residenza e concetto di fugacità. Sono inoltre presentati i principali approcci di modellistica ambientale multimediale, inclusi i modelli di fugacità e il modello QWASI, anche in relazione al quadro regolatorio e al confronto con il monitoraggio ambientale.

Nella parte finale il corso analizza il rapporto tra inquinamento chimico e cambiamento climatico, con attenzione a tossicità, biodisponibilità, contaminanti atmosferici e idrici, metalli, sostanze organiche tossiche, microplastiche e POPs, nonché agli effetti del cambiamento climatico sulla distribuzione e sul comportamento dei contaminanti. Infine vengono introdotti i principi dell’Environmental Risk Assessment e dell’Ecological Risk Assessment, con riferimento alla valutazione del rischio per salute umana ed ecosistemi, agli approcci site-specific e weight of evidence, alla TRIAD e agli Environmental Quality Standards nel quadro della Water Framework Directive.

Materiale fornito dal docente attraverso la piattaforma Moodle

La verifica di apprendimento avviene attraverso una prova scritta costituita da 4 domande aperte da svolgersi in 2 ore (massimo 8 punti ciascuna) al fine di accertare l’acquisizione delle conoscenze teoriche relative ai temi trattati.

scritto

Il/la docente ha il dovere di vigilare affinché siano rispettate le regole di autenticità e originalità delle prove d'esame. Di conseguenza, nei casi in cui vi sia il sospetto di un comportamento irregolare, l'esame può prevedere un ulteriore approfondimento, contestuale alla prova d'esame, che potrà essere realizzato anche in modalità differente rispetto alle modalità sopra riportate.

Gli esami saranno valutati da 0 a 30 e lode, con una soglia di sufficienza di 18 punti.
L'elaborato sarà valutato in base a completezza e chiarezza delle risposte, e rispetto all'uso del linguaggio e dei termini appropriati.
Per le 4 domande aperte della prova scritta sono previsti massimo 8 punti ciascuna, dove 8 corrisponde ad ottimo, 7 a molto buono, 6 a buono, 5 a sufficiente, 4 a insufficiente e 3 a gravemente insufficiente.

Per la valutazione complessiva dell'elaborato:
Punteggi nella fascia 18-21: conoscenza spesso superficiale degli argomenti trattati a lezione; esposizione poco chiara e carente sul piano della terminologia tecnica;
Punteggi nella fascia 22-25: conoscenza non sempre approfondita degli argomenti trattati a lezione; esposizione ordinata ma con uso non sempre corretto della terminologia tecnica;
Punteggi nella fascia 26-27: buona conoscenza degli argomenti trattati a lezione; discreta abilità nell'ordinare le informazioni e presentarle; familiarità con la terminologia tecnica;
Punteggi nella fascia 28-30: ottima padronanza degli argomenti trattati a lezione; capacità di gerarchizzare le informazioni e uso corretto della terminologia tecnica appropriata.

La lode verrà attribuita in presenza di conoscenza e capacità di comprensione applicata in riferimento al programma, capacità di giudizio e abilità comunicative, eccellenti.

Lezioni frontali in presenza
Discussione con gli studenti su temi specifici