Fisica dell'ambiente

A.A. 2021/2022
6
Crediti massimi
42
Ore totali
SSD
FIS/07
Lingua
Italiano
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.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Primo semestre
In relazione alla modalità di erogazione delle attività formative per l'a.a. 2021/22, verranno date indicazioni più specifiche nei prossimi mesi, in base all'evoluzione della situazione sanitaria.
Programma
- Richiami di fisica dell'atmosfera: struttura e composizione dell'atmosfera. Il planetary boundary layer: 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. Situazione attuale e politiche internazionali.
- Ozono stratosferico: reazioni chimiche di produzione e distruzione. Distribuzione dell'ozono a scala globale. Il problema del "buco dell'ozono": 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.
- Introduzione ai modelli di dispersione per studi di qualità dell'aria: modelli euleriani e langrangiani.
- 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 e teoria della filtrazione.
Tecniche sperimentali per la caratterizzazione delle proprietà ottiche dell'aerosol. Analisi della composizione dell'aerosol finalizzate alla determinazione della componente elementare (per es. ED-XRF, IBA, INAA, ICP-MS, ), ionica (IC), e carboniosa (per es. TOT). Normativa di riferimento.
- Introduzione alla modellistica a recettore per l'identificazione e la quantificazione del contributo delle sorgenti all'aerosol atmosferico.
Prerequisiti
Conoscenza della fisica classica e delle basi di fisica moderna.
Metodi didattici
Lezioni frontali (42h). Frequenza fortemente consigliata. L'insegnamento è rivolto principalmente agli studenti della laurea magistrale.
Materiale di riferimento
- Slides 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
- H.B. Singh: "Composition, Chemistry and Climate of the Atmosphere", Van Nostrand Reinhold
- W.C. Hinds: "Aerosol Technology. Properties, behavior and measurement of airborne particles", Wiley Interscience
- Colbeck I., Lazaridis M. "Aerosol Science. Technology and Applications", Wiley Interscience

Molti argomenti possono essere altresì approfonditi su testi disponibili nella libreria digitale di Unimi ma non elencati sopra.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Esame orale su tutto il programma. L'esame orale ha una durata approssimativa di 1 ora.
Si verificherà la conoscenza delle problematiche scientifiche relative ai vari argomenti, delle basi teoriche e delle metodologie sperimentali/di modellistica 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