CdSSCIENZE E TECNOLOGIE GEOLOGICHE
Codice181DD
CFU6
PeriodoPrimo semestre
LinguaItaliano
| Moduli | Settore/i | Tipo | Ore | Docente/i | |
| PETROLOGIA SPERIMENTALE | GEO/07 | LEZIONI | 54 |
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L'obiettivo del corso di Petrologia Sperimentale è quello di insegnare l'utilizzo di metodologie sperimentali 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, nonchè nell'ambito delle scienze dei materiali.
Per raggiungere tale scopo, il corso prevede l'insegnamento dei concetti fondamentali della chimica-fisica che sono alla base dei processi naturali, attraverso i quali è possibile valutare in modo critico dati ottenuti sperimentalmente e la loro applicazione nella modellazione quantitativa di questi processi.
The objective of the Experimental Petrology class is to teach the use of experimental methods for solving scientific and technologial problems in the different fields of Earth Sciences, including petrology, volcanology, geochemistry, mineralogy and planetary sciences, as well as in the broad field of material sciences.
To this end, the teaching of the fundamentals of physical-chemistry will represent the basis for the critical interpretation of experimental data and their use for the quantitative modelling of natural processes.
La verifica delle conoscenze sarà valutata attraverso l'analisi di una problemica scientifica in uno dei vari ambiti delle Scienze della Terra, affrontabile attraverso un approccio di tipo sperimentale. Su questa problematica, gli studenti prenderanno in esame degli articoli scientifici di carattere sperimentale, i cui metodi e risultati saranno discussi durante l'esame finale.
In alternativa, gli studenti potranno scegliere una problematica da affrontare durante il corso, che preveda la realizzazione di esperimenti di laboratorio e successive analisi chimiche dei prodotti. Anche in questo caso, i metodi e i risultati saranno oggetto di discussione durante l'esame finale. La realizzazione degli esperimenti e delle analisi sarà in parte effettuata durante le ore del corso.
The assessment criteria of knowledge will be obtained through the analysis of a scientific problem in Eart Sciences, which can be tackled with an experimental approach. On this problems, the students will take in exams experimental studies published in the literature, whose methods and results will be discussed during the final examination.
As alternative, the student can decide to tackle themselves one of the scientific problems discussed in the class, by performing laboratory experiments and chemical analysis. Also in this case, the experimental methods and the results will be object of the final examination. Experiments and analyses will be in part carried out during class hours.
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, attraverso l'utilizzo di 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.
The following skills will be developed during the class:
Problem analisys e problem solving: through laboratory activity and discussion of scientific problems, the student will develop skills of critical analysis of geological problems, aimed at the search of their solutions.
Quantitative modelling: the capacity to realize quantitative models based on experimental data will be developed during the class, by means of the use of numerical regression, construction of phase diagrams and energy-mass balance calculations (using MATLAB and Excel softwares).
Experimental and analytical skills: through the laboratory experience, the class will provide the basic knowledge for the operation experimental and analytical apparata used in Earth Sciences.
Le capacità acquisite durante il corso saranno verificate durante le lezioni pratiche in laboratorio, in cui gli studenti saranno direttamente coinvolti nella realizzazione di esperimenti (laboratorio alta pressione-alta temperatura) ed analisi geochimiche (laboratorio laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry).
The skills acquired during the class will be evaluated during laboratory practicals, during which, the students will be involved in the realization of experiments (high pressure-high temperature laboratory) and geochemical analyses (laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry laboratory).
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 di rocce, 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.
Laser ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry analysis: durante il corso saranno effettuate alcune sessioni di analisi LA-ICP-MS sui prodotti sperimentali ottenuti durante gli esperimenti realizzati in precedenza nel corso.
High Pressure-High Temperature experiments: during the class, a series of experiments at high pressure and high temperature will be performed, aimed to solve a scientific problem discussed in the class.
Laser ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry analysis: during the class, a few analytical sessions at the LA-ICP-MS laboratory will be performed, aimed at analysing the experimental products obtained in the HP-HT laboratory.
I comportamenti acquisiti durante il corso saranno verificate durante le lezioni pratiche in laboratorio, in cui gli studenti saranno direttamente coinvolti nella realizzazione di esperimenti (laboratorio alta pressione-alta temperatura) ed analisi geochimiche (laboratorio laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry).
The behaviour acquired during the class will be evaluated during laboratory practicals, during which, the students will be involved in the realization of experiments (high pressure-high temperature laboratory) and geochemical analyses (laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry laboratory).
Fondamenti di chimica. Petrografia.
Se presenti studenti stranieri, il corso sarà offerto in lingua inglese.
Basics of chemistry. Petrography.
Lingua inglese per lo studio di lavori scientifici.
English language for the study of scientific articles.
Per l'anno accademico 2023-2024 il corso sarà svolto in presenza e, ove richiesto da particolari necessità degli studenti, in modalita telematica attraverso la piattaforma Teams.
In the accademic year 2023-2024 the class will be held in presence. In case of special needs by the students, some classes will be held on Teams.
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, cenni di spettroscopia FTIR e RAMAN, spettrometria di massa e LA-ICP-MS. 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 pressione ed alta temperatura nel laboratorio HP-HT, preparazione campione sperimentale, analisi al microscopio elettronico (laboraotrio FE-SEM), realizzazione di una o più sessioni analitiche presso il laboratorio LA-ICP-MS. 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, principles of FTIR and RAMAN spectroscopy, mass spectrometry and LA-ICP-MS. 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 in the HP-HT laboratory, experimental sample preparation, analisys of experimental sample using electron microscope, realization of one or more analytical sessions at the LA-ICP-MS laboratory. 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
Per qualsiasi informazione sul corso, contattare il docente (matteo.masotta@unipi.it).
Gli studenti dovranno realizzare una presentazione orale di un articolo scientifico, relativamente ad uno degli argomenti trattati durante il corso, oppure, in alternativa, presentare i risultati di un mini-progetto scientifico realizzato durante il corso. Attraverso lo studio della letteratura inerente alla tematica scelta, dovrà essere mostrato lo stato dell'arte e gli avanzamenti, nonchè dovrà essere in modo critico i metodi utilizzati e i risultati ottenuti.
Alla fine della presentazione, gli studenti dovranno rispondere a delle domande relative alla presentazione e agli argomenti trattati durante il corso.
The students will give a presentation of a scientific article based on one of thetopics discussed during the class or, alternatively, present the results of a small scienfitic project realized during the course. It will be necessary to give the proper credit to the state of the art and the advancement of the study, as also the methods and the results should be discussed with a critical view.
At the end of the presentation, the students will take questions on the article object of their presentation and on the topics discussed during the class.
Commissione d'esame:
Presidente: Matteo Masotta (GEO/07)
Due membri: Massimo D'Orazio (GEO/07), Luigi Folco (GEO/07)
Presidente supplente:Massimo D'Orazio (GEO/07)
Due membri supplenti: Sergio Rocchi (GEO/07), Pier Paolo Giacomoni (GEO/07)
For any information, contact the teacher (matteo.masotta@unipi.it).