ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| PETROLOGIA SPERIMENTALE | GEO/07 | LEZIONI | 54 |
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Durante il corso verranno acquisite conoscenze delle principali tecniche sperimentali ed analitiche utilizzate per rispondere a problemi di rilevante interesse scientifico e tecnologico nei diversi ambiti delle Scienze della Terra, tra cui la petrologia, la vulcanologia, la geochimica, la mineralogia e le scienze planetarie. Saranno inoltre approfondite le conoscenze sul ruolo delle variabili chimico-fisiche nei processi naturali e nell'ambito delle georisorse e le scienze dei materiali.
The objective of the class is to develop a fundamental knowledge of the experimental and analytical techniques that are used in the different fields of Earth Sciences, including petrology, volcanology, geochemistry, mineralogy and planetary sciences. Moreover, the class will introduce the basics of thermodynamics that are relevant to the study of natural and anthropic processes, such as those related to the ore forming process and the material sciences.
La verifica delle conoscenze sarà valutata attraverso l'analisi di un problema di carattere geologico scelto liberamente dallo studente tra le tematiche affrontate durante il corso. A tal proposito, lo studente prenderà in esame uno studio sperimentale, presentandone i metodi e discutendone i risultati.
Le capacità che verranno sviluppate durante il corso includono:
Problem analisys e problem solving: attraverso l'attività di laboratorio e la discussione di articoli scientifici, il corso fornirà le capacità di analizzare in modo critico problematiche di interesse geologico, analizzando le criticità dell'approccio analitico-sperimentale e stimolando la ricerca della loro soluzione.
Quantitative modelling: il corso fornirà le capacità di costruzione ed elaborazione di modelli quantitativi basati su dati sperimentali, quali regressioni numeriche, costruzione diagrammi di fase e calcoli su bilanci di massa (attraverso l'utilizzo dei software MATLAB ed Excel).
Experimental and analytical skills: attraverso le esperienze di laboratorio, il corso fornirà conoscenze di base sull'utilizzo della strumentazione sperimentale ed analitica maggiormente utilizzata nei vari ambiti delle scienze della terra.
Le capacità acquisite durante il corso saranno verificate durante le esercitazioni e le lezioni pratiche in laboratorio.
High Pressure-High Temperature experiments: il corso prevede la realizzazione di alcuni esperimenti presso il laboratorio alta pressione ed alta temperatura del dipartimento di Scienze della Terra, su una tematica da definire sulla base degli interessi multidisciplinari degli studenti. Alcuni esempi sono: sintesi di vetri, equilibri di fase, fusione parziale, cristallizzazione dinamica di liquidi silicatici.
La realizzazione degli esperimenti prevede la fase preliminare di preparazione del campione di partenza (starting material) e quella successiva di preparazione per lo studio analitico, da eseguire al microscopio elettronico.
Le capacità acquisite durante il corso saranno verificate durante le lezioni pratiche di laboratorio.
Fondamenti di chimica. Petrografia.
Se presenti studenti stranieri, il corso sarà offerto in lingua inglese.
Basics of chemistry. Petrography.
Per l'anno accademico 2021-2022 il corso sarà svolto contemporaneamente in presenza e in modalita telematica attraverso la piattaforma Teams. Le lezioni di laboratorio saranno anch'esse svolte in modalità mista, salvo variazioni nelle disposizioni legate alle normative Covid. Link al corso a.a. 2021-2022:
https://teams.microsoft.com/l/channel/19%3apZm1SU94jQ9n2OVs_injAn1Xxou5zLKLTgRt93JclPU1%40thread.tacv2/General?groupId=055f7821-210c-4dff-be34-03bc6840a15b&tenantId=c7456b31-a220-47f5-be52-473828670aa1
Introduzione alla petrologia sperimentale: storia ed obiettivi della petrologia sperimentale, campi di applicazione, dati geologici e dati sperimentali. Principi di chimica fisica: variabili intensive ed estensive, energia libera, equilibrio chimico, relazioni di fase, transizioni di fase, cinetica delle reazioni, fugacità d'ossigeno. Tecniche sperimentali: autoclavi a riscaldamento interno ed esterno, piston cylinder, multi-anvil, celle ad incudini di diamanti, misure sperimentali in-situ. Tecniche analitiche: microscopia elettronica, microsonda elettronica, spettroscopia FTIR e RAMAN, analisi geochimiche ed isotopiche. I fusi silicatici: struttura e proprietà fisiche, misure sperimentali di viscosità, nucleazione e crescita di cristalli, sottoraffreddamento, diffusione chimica. I volatili nei magmi: solubilità e speciazione delle specie volatili, modelli sperimentali di solubilità, partizione fluido-fuso silicatico, lo zolfo e il cloro. Termo-barometria: geotermometri e geobarometri, modelli empirici e termodinamici, reazioni subsolidus, reazioni solido-liquido, equilibrio e disequilibrio, coefficienti di partizione, geoigrometri e oxibarometri. Elementi in traccia: classificazione elementi chimici (REE, LILE, HFSE, PGE), coefficienti di partizione, batch melting, cristallizzazione all'equilibrio e frazionata, mobilità elementi nei fusi silicatici e nei fluidi. Lettura e discussione di articoli scientifici di petrologia sperimentale scelti dagli studenti.
Laboratorio: preparazione e realizzazione di un esperimento ad alta temperatura, preparazione campione sperimentale, analisi al microscopio elettronico. Esercitazione: utilizzo MATLAB per regressione di dati sperimentali e modellazione processi partial melting e AFC.
Introduction to experimental petrology: hystory and objectives of experimental petrology, fields of application, geologic data and experimental data. Principles of thermodynamics: intensive and extensive variables, Gibb's free energy, chimical equilibria, phase relationships, phase transitions, kynetics of chemical reactions, oxigen fugacity. Experimental techniques: externally and internally heated pressure vessels, piston cylinder, multi-anvil, diamond anvil cell, in-situ experimental methods. Analytical techniques: electron microscopy, electron probe microanalyser, FTIR and RAMAN spectroscopy, geochimical and isotopic analyses. Silicate melts: structure and physical properties of silicate melts, experimental measurements of viscosity, crystal nucleation and growth, undercooling, chemical diffusion. Volatiles in magmas: solubility and speciation of volatile species, experimental models of volatile solubility, fluid-melt partition coefficients, sulfur and chlorine in magmas. Thermo-barometry: geothermometers and geobarometers, empirical and thermodynamic models, subsolidus reactions, solid-liquid reactions, equilibrium and disequilibrium, element partition coefficients, hygrometers e oxybarometers. Trace elements: classification of chimical elements (REE, LILE, HFSE, PGE), partition coefficients, batch melting, equilibrium and fractional crystallization, element mobility in silicate melts and fluids. Read and discussion of scientific articles chosen by the students.
Laboratory: preparation and realization of an experiment at high pressure-high temperature, experimental sample preparation, analisys of experimental sample using electron microscope. Esercitation: use of MATLAB for statistical regression of experimental data and modelling of partial melting and AFC processes.
- Holloway and Wood (1988) Simulating the Earth. Experimental Geochemistry. Springer Netherlands, ISBN: 978-94-011-6498-6.
- M.G. Best (2003) Igneous and metamorphic petrology (second edition). Blackwell publishing, ISBN: 1-40510-588-7
- Articoli scientifici forniti dal docente
- Holloway and Wood (1988) Simulating the Earth. Experimental Geochemistry. Springer Netherlands, ISBN: 978-94-011-6498-6.
- M.G. Best (2003) Igneous and metamorphic petrology (second edition). Blackwell publishing, ISBN: 1-40510-588-7
- Scientific articles provided during the class
Lo studente dovrà realizzare una presentazione orale di un articolo scientifico, relativamente ad uno degli argomenti trattati durante il corso. Attraverso lo studio della letteratura inerente alla tematica scelta, lo studente dovrà mostrare lo stato dell'arte e gli avanzamenti del lavoro scientifico scelto.
Alla fine della presentazione, lo studente dovrà rispondere a delle domande relative alla presentazione e agli argomenti trattati durante il corso.
The student will present and discuss the experimental results of a scientific article, relatively to one of the topic discussed during the class. At the end of the presentation, the student will take questions on the article object of the presentation and topics discussed during the class.
Per qualsiasi informazione sul corso, contattare il docente (matteo.masotta@unipi.it).
For any information, contact the lecturer (matteo.masotta@unipi.it).
