Fisica dell'ambiente
A.A. 2023/2024
Learning objectives
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.
Expected learning outcomes
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 non può essere seguito come corso singolo. Puoi trovare gli insegnamenti disponibili consultando il catalogo corsi singoli.
Course syllabus and organization
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, INAA, 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, INAA, 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
Educational website(s)
Professor(s)
Ricevimento:
su appuntamento
studio, Dip. Fisica (via Celoria 16), edificio E, piano rialzato, stanza R007