Fisica dell'ambiente
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
L'insegnamento introduce gli studenti alla fisica applicata alle problematiche ambientali, affrontando le basi fisiche dei problemi di inquinamento dell'aria a scala globale e a scala locale. Vengono inoltre presentati i principi di base di metodologie sperimentali avanzate e approcci modellistici usati nel campo della fisica dell'ambiente. L'obiettivo principale dell'insegnamento è quello di avvicinare gli studenti alla complessità e multi-disciplinarietà delle applicazioni della fisica allo studio dell'ambiente e dei processi che lo governano.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente al termine dell'insegnamento:
1. saprà affrontare la trattazione delle problematiche ambientali relative al comparto atmosferico con il corretto approccio scientifico e con particolare attenzione alle molteplici interazioni fra le diverse componenti e ai processi di formazione/trasformazione/deposizione a cui sono soggette;
2. saprà descrivere i processi fisico-chimici alla base dei temi affrontati (ad es. effetto serra, buco dell'ozono, smog fotochimico, aerosol atmosferico, ) in termini sia fenomenologici sia in base a leggi fisiche;
3. conoscerà le metodologie sperimentali e i principi di misura per la caratterizzazione delle proprietà fisico-chimiche e ottiche dei vari inquinanti trattati;
4. avrà le basi degli approcci modellistici più diffusi per lo studio e la previsione degli inquinanti atmosferici.
1. saprà affrontare la trattazione delle problematiche ambientali relative al comparto atmosferico con il corretto approccio scientifico e con particolare attenzione alle molteplici interazioni fra le diverse componenti e ai processi di formazione/trasformazione/deposizione a cui sono soggette;
2. saprà descrivere i processi fisico-chimici alla base dei temi affrontati (ad es. effetto serra, buco dell'ozono, smog fotochimico, aerosol atmosferico, ) in termini sia fenomenologici sia in base a leggi fisiche;
3. conoscerà le metodologie sperimentali e i principi di misura per la caratterizzazione delle proprietà fisico-chimiche e ottiche dei vari inquinanti trattati;
4. avrà le basi degli approcci modellistici più diffusi per lo studio e la previsione degli inquinanti atmosferici.
Periodo: Primo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Primo semestre
Programma
Richiami di fisica dell'atmosfera: struttura e composizione dell'atmosfera. Il planetary boundary layer: le caratteristiche fisiche e metodi per la sua caratterizzazione. Radiazione solare e terrestre. Interazione radiazione-materia (fenomeni di scattering, assorbimento ed estinzione).
- Effetto serra: bilancio radiativo del pianeta Terra. Composti gassosi clima-alteranti. Il ruolo degli aerosol atmosferici: interazioni dirette e indirette. I fenomeni di feedback.
- Ozono stratosferico: reazioni chimiche di produzione e distruzione. Distribuzione dell'ozono a scala globale. Il problema dell'assottigliamento dello strato di ozono in stratosfera: il ruolo delle reazioni chimiche e della dinamica atmosferica. Nubi stratosferiche polari e reazioni eterogenee. Relazione fra ozono stratosferico e clima.
- Ozono troposferico e smog fotochimico. Reazioni chimiche di produzione e distruzione. Metodi di misura e normativa. Cenni sugli effetti sulla salute e sulla vegetazione. Andamenti caratteristici in aree di diversa tipologia.
- Principali inquinanti gassosi: composti del Carbonio, dell'Azoto e dello Zolfo. Sorgenti di emissione. Cenni sugli effetti sulla salute e sull'ambiente. Metodi di misura e normativa.
- Aerosol atmosferico: processi di formazione e sorgenti di emissione. Principali caratteristiche fisico-chimiche: dimensioni, morfologia, superficie, composizione chimica. Impatto su ambiente, salute umana e beni culturali. Introduzione ai fenomeni di nucleazione omogenea ed eterogenea, alla dinamica degli aerosol in atmosfera e ai processi di deposizione, alle proprietà elettriche ed ottiche.
Metodi di campionamento off-line e on-line. Teoria della filtrazione.
Analisi della composizione dell'aerosol finalizzate alla determinazione della componente elementale (per es. ED-XRF, IBA, ICP-MS, ), ionica (IC), e carboniosa (per es. TOT). Normativa di riferimento.
Proprietà ottiche degli aerosol (estinzione, assorbimento, scattering). Tecniche sperimentali per la caratterizzazione delle proprietà ottiche dell'aerosol.
- Effetto serra: bilancio radiativo del pianeta Terra. Composti gassosi clima-alteranti. Il ruolo degli aerosol atmosferici: interazioni dirette e indirette. I fenomeni di feedback.
- Ozono stratosferico: reazioni chimiche di produzione e distruzione. Distribuzione dell'ozono a scala globale. Il problema dell'assottigliamento dello strato di ozono in stratosfera: il ruolo delle reazioni chimiche e della dinamica atmosferica. Nubi stratosferiche polari e reazioni eterogenee. Relazione fra ozono stratosferico e clima.
- Ozono troposferico e smog fotochimico. Reazioni chimiche di produzione e distruzione. Metodi di misura e normativa. Cenni sugli effetti sulla salute e sulla vegetazione. Andamenti caratteristici in aree di diversa tipologia.
- Principali inquinanti gassosi: composti del Carbonio, dell'Azoto e dello Zolfo. Sorgenti di emissione. Cenni sugli effetti sulla salute e sull'ambiente. Metodi di misura e normativa.
- Aerosol atmosferico: processi di formazione e sorgenti di emissione. Principali caratteristiche fisico-chimiche: dimensioni, morfologia, superficie, composizione chimica. Impatto su ambiente, salute umana e beni culturali. Introduzione ai fenomeni di nucleazione omogenea ed eterogenea, alla dinamica degli aerosol in atmosfera e ai processi di deposizione, alle proprietà elettriche ed ottiche.
Metodi di campionamento off-line e on-line. Teoria della filtrazione.
Analisi della composizione dell'aerosol finalizzate alla determinazione della componente elementale (per es. ED-XRF, IBA, ICP-MS, ), ionica (IC), e carboniosa (per es. TOT). Normativa di riferimento.
Proprietà ottiche degli aerosol (estinzione, assorbimento, scattering). Tecniche sperimentali per la caratterizzazione delle proprietà ottiche dell'aerosol.
Prerequisiti
Si richiedono conoscenze di fisica classica e moderna acquisite nel percorso di laurea triennale in fisica. L'insegnamento è quindi indicato per student* della laurea magistrale.
Metodi didattici
Lezioni frontali (42h). Frequenza fortemente consigliata. L'insegnamento è rivolto principalmente a student* della laurea magistrale.
Materiale di riferimento
Slide delle lezioni e materiale per approfondimenti (es. articoli scientifici o report scientifici) a disposizione nel sito del corso presente nella piattaforma Ariel d'Ateneo.
- J.H. Seinfeld, S.N. Pandis: "Atmospheric Chemistry and Physics", John Wiley & sons
- W.C. Hinds: "Aerosol Technology. Properties, behavior and measurement of airborne particles", Wiley Interscience
- H.B. Singh: "Composition, Chemistry and Climate of the Atmosphere", Van Nostrand Reinhold
- Hewitt & Jackson: «HANDBOOK OF ATMOSPHERIC SCIENCE», Blackwell Science ltd, disponibile online in biblioteca d'Ateneo
- aa.vv.: "Atmospheric Aerosols", Edited by C. Tomasi, S. Fuzzi, A. Kokhanovsky, Wiley
- S.K. Friedlander: "Smoke, Dust, and Haze", Oxford University Press
- Colbeck I., Lazaridis M. "Aerosol Science. Technology and Applications", Wiley Interscience
- Bohren and Huffman (2004): Absorption and scattering of light by small particles
- aa.vv.: "AEROSOL MEASUREMENT: Principles, Techniques and Applications", edited by Kulkarni, Baron, and Willeke
- Vincent: "Aerosol Sampling: Science, Standards, Instrumentation and Applications", ed. Wiley & sons
Molti argomenti possono essere altresì approfonditi su testi disponibili nella libreria digitale o cartacea di Unimi ma non elencati sopra.
- J.H. Seinfeld, S.N. Pandis: "Atmospheric Chemistry and Physics", John Wiley & sons
- W.C. Hinds: "Aerosol Technology. Properties, behavior and measurement of airborne particles", Wiley Interscience
- H.B. Singh: "Composition, Chemistry and Climate of the Atmosphere", Van Nostrand Reinhold
- Hewitt & Jackson: «HANDBOOK OF ATMOSPHERIC SCIENCE», Blackwell Science ltd, disponibile online in biblioteca d'Ateneo
- aa.vv.: "Atmospheric Aerosols", Edited by C. Tomasi, S. Fuzzi, A. Kokhanovsky, Wiley
- S.K. Friedlander: "Smoke, Dust, and Haze", Oxford University Press
- Colbeck I., Lazaridis M. "Aerosol Science. Technology and Applications", Wiley Interscience
- Bohren and Huffman (2004): Absorption and scattering of light by small particles
- aa.vv.: "AEROSOL MEASUREMENT: Principles, Techniques and Applications", edited by Kulkarni, Baron, and Willeke
- Vincent: "Aerosol Sampling: Science, Standards, Instrumentation and Applications", ed. Wiley & sons
Molti argomenti possono essere altresì approfonditi su testi disponibili nella libreria digitale o cartacea di Unimi ma non elencati sopra.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste in una prova orale di circa 1 ora. Si verificherà la conoscenza delle problematiche scientifiche relative ai vari argomenti, delle basi teoriche e delle metodologie sperimentali necessarie per lo studio dei processi/parametri trattati. In particolare, si valuterà la comprensione del sistema complesso "atmosfera", della fisica alla base dei fenomeni descritti e la capacità di spiegare le interconnessioni tra i vari argomenti spiegati a lezione.
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) - CFU: 6
Lezioni: 42 ore
Docente:
Vecchi Roberta
Siti didattici
Docente/i
Ricevimento:
su appuntamento
studio, Dip. Fisica (via Celoria 16), edificio E, piano rialzato, stanza R007