DGSN_2013_2014_curs I

DINAMICA GEOCHIMICĂ A SISTEMELOR NATURALE – MADD 2013‐2014 / Curs I

Criteriile şi cerințele disciplineiTematica generală a cursului / lucrări practice / seminariiReferințe bibliografice generaleReferințe bibliografice generaleDocumentarea în domeniul geostiinelor (Stiinta Mediului)Recomandari generale privind elaborarea referatelor / rapoartelor / proiectelor

I NOȚIUNI ŞI CONCEPTE DE BAZĂI. NOȚIUNI ŞI CONCEPTE DE BAZĂ

I.1. Sisteme si procese naturaleI.1‐1. Ierarhia sistemelor naturale

I 1 1 1 C id tii li iI.1‐1.1. Consideratii preliminareI.1‐1.2. Conceptia integralist‐sistemica

I.1‐2. Sisteme naturale – conceptii; clasificariI 1‐3 Procese naturale – conceptii; clasificariI.1‐3. Procese naturale – conceptii; clasificari


DINAMICA GEOCHIMICĂ A SISTEMELOR NATURALE

CRITERIILE ŞI CERINȚELE DISCIPLINEI

DINAMICA GEOCHIMICĂ A SISTEMELOR NATURALEOre / săptămână Ore / semestru

Curs 2 14Lucrări practice 2 14pTotal disciplină 4 28Titular: Conf. univ. dr. Dumitru Bulgariue‐mail: [email protected]

1. Cunoaşterea şi înțelegerea principiilor şi metodelor geochimice şi fizico‐chimice

OBIECTIVE

în context interdisciplinar pentru explicarea şi interpretarea proceselor şi

fenomenelor specifice domeniului Ştiința Mediului.

2. Aprofundarea metodelor, procedeelor şi tehnicilor de modelare teoretică şi

experimentală a dinamicii sistemelor şi proceselor naturale.

3 A li d tă t d l tii țifi i i t l t t3. Aplicarea adecvată a metodelor ştiințifice şi experimentale pentru cercetarea

dinamicii geochimice a sistemelor şi proceselor naturale.


COMPETENTE SPECIFICE ACUMULATE

COMPETENȚE PROFESIONALE

di d î l l l d lC1 = 1 credit: Capacitatea de înțelegere şi aplicare a principiilor şi metodelor

fundamentale de investigare specifice domeniului Ştiința mediului.

C2 = 1 credit: Capacitatea de analiză a componentelor geografice a calitățiiC2 = 1 credit: Capacitatea de analiză a componentelor geografice, a calității

mediului, în studii de fezabilitate pentru investiții, pentru elaborarea planurilor

de dezvoltare la nivel local şi/sau regional.

C3 = 1 credit: Capacitatea de a desfăşura activități specifice monitorizării mediului:

colectare, analiză şi prelucrare informații specifice; expertiză grafică şi

t fi ă ti i f t t ii d it i dcartografică; gestiunea infrastructurii de monitorizare; coordonarea

activităților de profil în cadrul birourilor specializate ale administrației publice.

C4 = 1 credit: Capacitatea de a elaborare studii şi rapoarte publicabile sau aplicabileC4 = 1 credit: Capacitatea de a elaborare studii şi rapoarte publicabile sau aplicabile

profesional în domeniul Ştiința mediului.


COMPETENȚE TRANSVERSALE

CT1 = 1 credit: Capacitatea de aplicare creativă în practică a cunoştințelor teoretice, t h i il i t d l d t i l d bl ifia tehnicilor şi metodelor de cercetare şi rezolvare de probleme specifice

domeniului Stiința mediului.

CT2 = 1 credit: Capacitatea de acționa independent şi creativ în abordarea şi p ț p ş şsoluționarea problemelor specifice domeniului ştiințelor geografice, de a evalua obiectiv şi constructiv stări critice, de a rezolva creativ probleme şi de a comunica rezultate în mod demonstrativa comunica rezultate în mod demonstrativ.

EVALUAREStandardele minime de performanță

1 A li ti ă i i iil i t d l hi i i fi i hi i t1. Aplicarea creativă a principiilor şi metodelor geochimice şi fizico‐chimice pentru explicarea şi interpretarea integrată a proceselor şi fenomenelor specifice domeniului Ştiința Mediului.

2. Elaborarea de rapoarte de cercetare şi prezentări pe o problematică dată şi susținerea acestora în fața unui public avizat.

d l d ă d b d â l3. Promovarea disciplinei este condiționată de obținerea notei de minim 5, atât la evaluarea pe parcurs cât şi la examenului final.


Formele de evaluare:

Formativă (pe parcurs) și sumativă (examen final)

Ponderea formelor de evaluare în formula notei finale:

Formativă (pe parcurs) și sumativă (examen final)

E l ( ti ) 50 % di t fi lă di• Evaluarea pe parcurs (practic) = 50 % din nota finală, din care:probe practice de laborator = 50 %

teste periodice de evaluare = 25 %

seminar (dezbateri; problematizare) = 25 %

Evaluare pe parcurs = 0,50 x Notă probe practice +

0,25 x Notă teste periodice +

0,25 x Notă seminar

• Examenul final (oral) = 50 % din nota finalăExamenul final (oral) 50 % din nota finală

Nota finală = 0,5 x Nota evaluare pe parcurs + 0,5 x Nota examen final

Discuții LIBERE la examenul de DGSN


Care punct de vedere contează ?!


Să ă â I N i i i d b ă

CONȚINUTUL CURSULUI

Săptămâna I. Noțiuni şi concepte de bază:

Sisteme şi procese naturale

(caracteristici generale; structura, organizarea şi ierarhia sistemelor naturale)

Variabile, funcții şi ecuații de stare

Perturbații în dinamica sistemelor naturale

Să ă â II N i i i d b ăSăptămâna II. Noțiuni şi concepte de bază:

Indicatori generali şi specifici pentru stabilitatea şi tendințele de evoluție a

sistemelor naturale

Modelarea sistemelor şi proceselor naturale

(modelarea teoretică; modelarea experimentală; modele de prognoză)

ă ă â d hSăptămâna III. Noțiuni de geochimie:

Principiile generale ale geochimiei

Cicluri geochimice

Diferențierea geochimică


Săptămâna IV. Noțiuni de geochimie:

Geochimia litosferei

Geochimia hidrosferei

Geochimia atmosferei

Geochimia biosferei

Săptămâna V. Noțiuni de geochimie:

Conexiuni şi intercondiționări ale proceselor geochimice

Perturbări naturale şi antropice ale ciclurilor geochimice

Indicatori generali şi specifici pentru stabilitatea şi evoluția proceselor geochimiceIndicatori generali şi specifici pentru stabilitatea şi evoluția proceselor geochimice

Săptămâna VI. Noțiuni de termodinamică geochimică:

Principii şi legi fundamentale

Echilibrul termodinamic – echilibrul geochimic

Procese elementare

(transformări de fază; procese chimice; procese biochimice).(transformări de fază; procese chimice; procese biochimice).


Săptămâna VII. Noțiuni de termodinamică geochimică:

Procese de speciație, migrație şi distribuție interfazică în sisteme multifazice –

multicomponente

Procese neliniare

Bilanțuri şi ecuații fenomenologiceBilanțuri şi ecuații fenomenologice

Principiul reversibilității microscopice şi reversibilitatea ciclică macroscopică

Săptămâna VIII. Noțiuni de cinetică geochimică:

Principii şi legi fundamentale

Procese liniare

Procese competitiveProcese competitive

Procese în lanț simplu şi în lanț ramificat

Săptămâna IX. Noțiuni de cinetică geochimică:p ț g

Cuplajul proceselor naturale

Dinamica proceselor naturale în sisteme multifazice – multicomponente

Restricții şi discontinuități în dinamica proceselor naturaleRestricții şi discontinuități în dinamica proceselor naturale

Echilibre forțate.


Săptămâna X. Criterii de stabilitate şi evoluție a sistemelor naturale:

Modele de estimare şi prognoză a stabilității şi evoluției sistemelor naturale

Săptămâna XI. Criterii de stabilitate şi evoluție a sistemelor naturale:

Indicatori de stabilitate şi evoluție a sistemelor naturale

Efecte directe şi efecte secundare în procesele de destabilizare a sistemelor

naturale

Săptămâna XII XIV Criterii de stabilitate şi evoluție a sistemelor naturale:Săptămâna XII‐XIV. Criterii de stabilitate şi evoluție a sistemelor naturale:

Aplicații ale modelelor integrate geologico‐geochimice la estimarea stabilității şi

evoluției unor procese naturale


CONȚINUTUL LUCRĂRILOR DE SEMINAR/LABORATOR

Săptămâna I.

Protecția muncii şi prevenirea incendiilor în laboratoarele de modelare teoretică şi

experimentală a sistemelor şi proceselor geochimice

Accidente de muncă şi măsuri de prim ajutor

Realizarea rapoartelor de cercetareRealizarea rapoartelor de cercetare

Săptămâna II. Prelucrarea şi interpretarea datelor experimentale:

Calcule stoichiometrice

Estimarea indicatorilor generali şi specifici de stabilitate ai sistemelor geochimice

din date experimentale.

Săptămâna III. Prelucrarea şi interpretare datelor experimentale:

Estimarea erorilor şi stabilirea relevanței datelor experimentale

Săptămâna IV Metode geochimice de studiu a sistemelor naturale:Săptămâna IV. Metode geochimice de studiu a sistemelor naturale:

Prospecțiunea geochimică


Săptămâna V. Metode geochimice de studiu a sistemelor naturale:

Studiul frecvenței

Studiul corelării elementelor

Corelarea emiprică liniară

Corelarea de rang

Săptămâna VI‐VIII. Metode fizico‐chimice de studiu a sistemelor naturale:

Spectrometrie (AAS, UV‐VIS, IR, Raman)

pH‐metriepH metrie

Potentiometrie

Conductometrie

RefractometrieRefractometrie

Metode difractometrice

Metode termice

Săptămâna IX‐X. Metode termodinamice de studiu şi interpretare a dinamicii sistemelor

naturale

Estimarea potentialelor termodinamice si a gradientilor geochimici din date experimentale

Estimarea variatiilor potentialelor termodinamice si a gradientilor geochimici in functie de

parametrii de stare


Săptămâna XI‐XII. Metode cinetice de studiu şi interpretare a dinamicii sistemelor

naturale.

Estimarea vitezei de desfasurare si a energiei de activare pentru procesele

geochimice din date experimentale

Studiul dinamicii unor procese geochimice concurente (competitive)Studiul dinamicii unor procese geochimice concurente (competitive)

Săptămâna XIII‐XIV. Corelarea datelor geochimice, fizico‐chimice, termodinamice şi

cinetice – interpretarea integrată a stabilității şi tendințelor de evoluție a unor sisteme

naturale


Bibliografie (selectivă)

Adriano D.C., 2001–Trace Elements in Terrestrial Environments: Biogeochemistry, Bioavailability and Risks of Metals 2nd edn New York SpringerBioavailability and Risks of Metals, 2nd edn., New York, Springer.

Albu M., 1984–Termodinamica crustei terestre, Ed. Tehnică, Bucureşti.Anderson G.M., Crerrar D.A., 1993–Thermodinamics in Geochemistry. The Equilibrium

Model, Oxford University Press.yCox P.A., 1995–Inorganic Chemistry in the Environment. The Elements on Earth, Oxford

University Press.Dean A.J., 1995– Analytical Chemistry Handbook, McGraw‐Hill, NY.I V t l 1995 Chi i fi i ă L ă i ti I E P Ştii ț ” Chi i ăIsac V. et al., 1995–Chimie fizică. Lucrări practice, I.E.P. „Ştiința” Chişinău.Kabata‐Pendias A., Pendias H., 1992–Trace Elements in Soils and Plants, CRC Press. Inc.,

Boca RatonNavrotsky Al 1994–Physics and Chemistry of Earth Materials Cambridge University PressNavrotsky Al., 1994 Physics and Chemistry of Earth Materials, Cambridge University Press.Pansu M., Gautheyrou J., 2006–Handbook of Soil Analysis. Mineralogical, Organic and

Inorganic Methods, Springer‐Verlag, BerlinRankama K., Sahama Th. G.,1970 ‐ Geochimia, Ed. Tehnică, Bucureşti.Sîcev V.V., 1982–Sisteme termodinamice complexe, Ed. Ştiințifică şi Enciclopedică,

BucureştiŞeclăman M., 1981 ‐ Introducere în termodinamica sistemelor şi proceselor minerale, Ed. Academiei Române BucureştiAcademiei Române, Bucureşti.

Weber A.J. Jr., 2001–Environmental System and Processes. Principles, Modeling, andDesign. Wiley, N.Y.

1. Articole ştiințifice → reviste de specialitate

Documentarea în domeniul Stiintei MediuluiDINAMICA GEOCHIMICĂ A SISTEMELOR NATURALE – MADD 2013‐2014 / Curs I

Sursele primare

ş ț → p

2. Rapoarte de cercetare ştiințifică → Granturi / contracte de cercetare

primare

3. Comunicările la manifestări ştiințifice (congrese / conferințe / simpozioane)

→ volumele de lucrări

1. Enciclopedii

Sursele secundare

2. Tratate

3 Monografii

4. Cărți universitare(cursuri / lucrări practice / culegeri de probleme)

3. Monografii

(cursuri / lucrări practice / culegeri de probleme)

● Ierarhizare după valoarea ştiințifică şi impactul într‐un anumit domeniu:

Reviste de specialitateDINAMICA GEOCHIMICĂ A SISTEMELOR NATURALE – MADD 2013‐2014 / Curs I

factorul de impact

scorul de influență

numărul şi frecvența citărilor etc.ş ț

● Reviste web of science cu factor de impact (ISI Thomson Knowledge / Scopus):

fluxul principal de informații

clasificare pe 4 nivele: alb / galben / albastru / roşu

● Reviste (fără factor de impact) indexate în baze de date internaționale (reviste BDI)

fl l d d i f țiifluxul secundar de informații

clasificarea națională (conform CNCSIS):

A (monitorizate în vederea acordării factorului de impact); B+; B; C; D

● Reviste necotate (non‐ISI; non‐BDI)

• Volume de lucrări – conferințe naționale / internaționale (indexate ISI; BDI; non‐ISI; o u e de uc ă co e țe aț o a e / te aț o a e ( de ate S ; ; o S ;non‐BDI)


Find: Abiotic

Nu

Document

Activ ?

Nu

DA

Click !


Recomandari generale privind elaborarea referatelor / rapoartelor / proiectelor

CUPRINSÎn meniul principal al Microsoft Word, formatați titlurile întregii lucrări (la început sau pe

parcurs) utilizând formatarea ierarhică automată prin Headings (1 pentru capitol, 2 pentru

subcapitol, 3 pentru sub‐subcapitol etc). După terminarea lucrării, în meniul References – Table

of contents / cuprins, selectați Automatic Table (cuprins automat). Veți obține cuprinsul

formatat așa cum observați mai jos. Dacă faceți modificări ulterioare, este necesară actualizarea

numerelor de pagină sau a titlurilor modificate, înainte de imprimare, prin click dreapta și

”update table”.

Cuprinsul ar trebui să aibă în general următorul aspect:


RezumatCuvinte cheie:Abstract / RésuméAbstract / RésuméKey words:IntroducereI [TITLUL PRIMULUI CAPITOL]→ Considerații preliminareI. [TITLUL PRIMULUI CAPITOL] → Considerații preliminareI.1. Cadrul teoretic

I.1‐1. Aspecte generale privind....I 2I.2. ...

II. [TITLUL CAPITOLULUI II] →Materiale şi metodeII.1. Strategia experimentalăII 2II.2. ......

III. [TITLUL CAPITOLULUI III] → Rezultate şi discuțiiIII.1. .....III.2. ....

Concluzii[Mulțumiri]BibliografieAnexe


Rezumat

•Minim 20 ‐Max 35 de rânduri (max 1 pagină A4) în limba română.

• Redactare dupa finalizarea lucrării (deși în textul lucrării apare la început)• Redactare dupa finalizarea lucrării (deși în textul lucrării apare la început).• Rezumatul va avea următorul schelet obligatoriu ‐ va prezenta sintetic următoarele

chestiuni care se regăsesc cu adevărat și pe parcursul lucrării:

Problematica

→ explicarea titlului,

→ de la ce problemă observată, întrebări personale etc. a pornit lucrarea,p , p p ,

→ ipoteze inițiale care au propus a fi validate / verificate de‐a lungul lucrării

Obiectivele propuse și metodologia

→ ce etape de rezolvare și a propus lucrarea și ce metode de culegere de date de→ ce etape de rezolvare și‐a propus lucrarea și ce metode de culegere de date, de

analiză, instrumente specifice a utilizat lucrarea

Rezultatele obținute

→ la ce rezultate concrete s‐a ajuns în urma analizelor, echivalentul ”concluziilor

lucrării”, eventual ”diagnosticul” care s‐a pus în urma unei cercetări riguroase, pe

durata a mai multor luni,

→modul în care a fost atins scopul lucrării,

→ lipsa ”rezultatelor” unei lucrări invalidează automat lucrarea !


Concluzii:

→ ce a adus nou lucrarea,

→ ce limitări obiective a avut sau cum ar putea studiile următoare să avanseze mai

mult decât a reușit autorul, dacă ar avea acces la alte mijloace, instrumente etc.

NU se scriu în rezumat elemente care nu au fost tratate pe parcursul lucrării !NU se scriu în rezumat elemente care nu au fost tratate pe parcursul lucrării !

Abstract / Résumé

d l î l bă d l lăTraducerea rezumatului într‐o limbă de circulație internațională.

Cuvinte‐cheie / Keywords / Mots‐clés

•Minim 4 maxim 7 cuvinte‐cheie (sau sintagme) din întreaga lucrare pentru indexarea

ușoară a lucrării.

Exemple: vulcanism asolament polarizare regiunea Moldovei procese carsticeExemple: vulcanism, asolament, polarizare, regiunea Moldovei, procese carstice,

accesibilitate.

• Acestea vor fi traduse și în limba rezumatului.


Introducere

• Corpul textului:Font Times New Roman, 12p, vertical (”regular”)

Se scrie italic doar titlurile bibliografice (din text) si denumirile in limba latina

Doar titlurile de capitol / subcapitol vor fi îngroșate (”bold”) și sunt mărite maip p g ș ( ) ș

mult de 12 p.

În pseudo‐capitolele ”Introducere” și ”Bibliografie” textul de 11p.

Este obligatorie scrierea cu diacritice românești (ă î â ș ț) sau franțuzești (în cazulEste obligatorie scrierea cu diacritice românești (ă, î, â, ș, ț) sau franțuzești (în cazul

lucrărilor redactate in limba franceza).

• Spațierea:după și înainte de fiecare paragraf va fi de 0.6 p (Paragraph – Spacing –before / after).între rândurile unui același paragraf va fi de 1.5 (Home / Paragraph / Line spacing1.5)alineatul (paragraf nou) trebuie să fie de 1.5 cm de la începutul părții imprimabile afoii.F l i i li l i i li i f (”T b”) d i â d f l iFolosiți alineatul și implicit un nou paragraf (”Tab”) doar atunci când formulați oidee nouă.


● Formatare pagina:

format standard A4format standard A4

partea neimprimabilă a foii (zona gri) va avea 2,5 cm în stânga și 2 cm în toate

celelalte părți sus / jos / dreapta

textul se aliniaza la dreapta.

● Figurile și tabelele:

ti h t Fi b fi ă i T b l d t b l l ieticheta Figura – sub figură și Tabel – deasupra tabelului

se numeroteaza (automat, prin click dreapta pe figură ‐ ”Inserare legendă” sau

”insert caption”)

eticheta: Font Times New Roman 11p, spațiere 1.0 (”single”) între rânduri.

hărțile și schițele vor fi lizibile (mărite pentru o bună vizibilitate a scrisurilor și a

formelor) și vor conține titlu, scară, legendă, surse, autor ‐ în cazul în care nu văformelor) și vor conține titlu, scară, legendă, surse, autor în cazul în care nu vă

aparține

la redimensionarea figurilor (.jpg sau .tif) importate, acestea vor păstra raportul

l i / lăți ( di i di lț l f t fi i)lungime / lățime (redimensionare din colțul fotografiei).


● Pseudocapitolele ”Introducere”, ”Concluzii, ”Bibliografie”, ”Anexe”, ”Lista figurilor”

nu se numerotează.

● Capitolul nou va începe pe o foaie nouă.

● O lucrare tipica are min. 2 – max. 7 capitole.

● Numarul de pagini ‐ nu există însă constrângeri oficiale în acest sens, totul depinde

de felul abordării.

● Numerotarea paginilor – tipic, în partea dreaptă jos.

Prima pagină nu se numerotează !Prima pagină nu se numerotează !

● La preluarea unui citat sau a unei idei care aparține altui autor, se va indica imediat

între paranteze referința bibliografică astfel: (Popescu M.M., 1970), altminteri se

d l l l l l l ă f î b bl f d l fâconsidera plagiat. Titlul complet al lucrării va fi prezent în bibliografia de la sfârșit.


I.1‐1. Ierarhia sistemelor naturaleI.1. SISTEME SI PROCESE NATURALE

I.1‐1.1. Consideratii preliminare

Realitatea este formată dintr‐o infinitate de corpuri, de obiecte şi fenomeneaflate într‐o continuămişcare, transformare şi organizare.

Fiecare corp există ca o entitate de sine stătătoare legat prin câmpuri” de

Teoriagenerală

a

Fiecare corp există ca o entitate de sine stătătoare legat prin „câmpuri detoate celelalte corpuri din jurul său.

Un „sistem fizic” este format dintr‐o mulțime de „subansambluri”; în relațiilel di l” tă it

Un sistem nu poate exista şi nici nu poate fi înțeles în mod separat; oricesistem este rezultatul interacțiunii tuturor celorlalte sisteme din mediu.

a sistemelor

sale cu „mediul” se comportă unitar.

Orice sistem fizic posedă proprietatea de ierarhie = capacitatea unui sistemde a fi în acelaşi timp suprasistem pentru elementele sale componente şisubsistem în raport cu alt sistem în componența căruia intră ca element.

Sistemele fizice pot fi încadrate pe mai multe niveluri organizatorice→ forme specifice de interacțiune, coordonare şi subordonare, legi şi principii ce descriu

procesele anumite forțe şi energii implicate în geneza şi dinamica sistemelorprocesele, anumite forțe şi energii implicate în geneza şi dinamica sistemelor;→ serii de organizare formate din sisteme cu grade de complexitate structurală

apropiate şi care posedă o serie de caracteristici generale comune.

Orice obiect sau fenomen poate fi considerat sistem cu condiția caacesta să poată fi separat de celelalte obiecte sau fenomene şi a‐l


Noțiuneade sistem

Sistem (obiect; fenomen) = unitate complexă şi organizată, formată dintr‐o mulțime de elemente

defini univoc şi riguros.

dintr‐o mulțime de elemente.

proprietățile sistemului sunt rezultatul modului în care sunt organizateelementele sale componente;

organizarea face ca sistemul să fie mai mult decât suma părților salecomponente; prin organizare sistemul devine o unitate cu proprietăți noi;p ; p g p p ț ;

sistemele se comportă ca entități distincte cu proprietăți noi care nu se regăsescla nivelul „subansamblurilor” din care sunt formate

Exemple

♦ Nucleul de atomului de heliu este format din doi protoni şi doi neutroni aflați îninteracțiune.

♦ Atomul de hidrogen este format dintr‐un proton şi un electron aflați în interacțiune.♦Molecula de apă este formată din doi atomi de hidrogen şi un atom de oxigen aflați îninteracțiune.


NIVEL GEOLOGIC / BIOLOGIC

MACROMOLECULEanizare

MOLECULE

ATOMI

Caracter corpuscularForțe electromagnetice

c de

orga

ATOMI

PARTICULE ELEMENTARE Caracter dualF lel

ul chimi

NIVEL SUBCUANTIC (??)

Forțe nucleare

Nive

Limitele aproximative ale nivelului chimic de organizare şi seriile organizatorice corespunzătoare acestui nivel.

Chimismul atomului = o consecință a integrării structurale a particulelor elementare.


Exemple:

♦ Emisia de radiații γ de către atomi este pusă pe seama nucleonilor componenți ai

nucleului atomic, ca o formă a interacțiunii lor; luat separat un nucleon (proton sau

neutron) nu poate emite radiații γ;

♦ Reactivitatea chimică a unui atom este determinată în principal de electronii din♦ Reactivitatea chimică a unui atom este determinată în principal de electronii din

stratul de valență; luați separat electronii respectivi nu pot da aceleaşi tipuri de

interacțiuni ca şi atomul din care face parte.

Particulele constituente ale atomului se manifestă în mod caracteristic numai în

d l t t il t i l t i t t l t t t icadrul structurilor atomice, ca elemente integrate ale acestor structuri.

Ierarhia sistemelor chimice ⇒ ideea divizibilității materiei, în sensul „obținerii” unor

i l l i i i l f d l ( l ) [ fi I 4]


particule ultime, numite particule fundamentale (elementare) [ figura I.4].

MOLECULA ATOMULNUCLEUATOMIC NUCLEON QUARK

AtomiNucleu

ElectroniProtoni

Neutroni Quarkuri

us d Prequarkuri

?

?

10-10 m 10-14 m 10-15 m < 10-18 m

Figura I.4. „Cascada” particulelor elementare

Reprezentarea simplificată a relațiile dintre sistemele nivelului chimic de organizare conform teoriei atomo‐moleculare şi teoriei generale a sistemelor.


ASOCIATII MOLECULAREMACROMOLECULE

Legături fiziceLegături covalente

AGREGATE IONICEMOLECULE

Legături covalente

gLegături covalente

ATOM

Forţe electrostaticeLegături covalente

ÎNVELIS DE ELECTRONINUCLEU ATOMICDezintegrare

radioactivă

ELECTRONIPROTONINEUTRONIAlte particule

elementare: neutrin, mezoni etc

NUCLEONI

QUARKURI (?)

mezoni etc.

I.1‐1.2. Concepția sistemică integralistă

Stadiul actual:


Nu există o metodologie de lucru general acceptată

Aproximațiile utilizate în evaluarea dinamicii sistemelor naturale (in particular, a

factorilor şi proceselor de risc (naturale şi / sau antropice) nu sunt totdeauna cele

mai adecvate.

Exemplele pozitive ale aplicării modelor de prognoză sau metodologii de studiu, în

anumite cazuri particulare→ insuficiente pentru a permite o serie de generalizărianumite cazuri particulare→ insuficiente pentru a permite o serie de generalizări.

Noile teorii şi modele de evaluare şi prognoză presupun:

identificarea interacțiunilor sistemice dintre condiții – factori ‐ impact ‐ consecințe;

studii riguroase asupra relațiilor spațio‐temporale dintre procesele şi fenomenele

distructive naturale şi antropice, atât a celor rapide, cât şi a celor lente;

un rol esențial în direcționarea noilor studii→ aspectele de ordin metodologic:un rol esențial în direcționarea noilor studii→ aspectele de ordin metodologic:

(i) strategia de lucru;

(ii) modul de selecție, organizare şi generalizare a datelor.

Deocamdată, acestor problemele extrem de complexe nu li se pot da decât soluții

aproximative.

Studiile existente pentru estimarea şi evaluarea riscurilor


Au la bază una dintre variantele modelelor geodinamice, cu care se operează înbaza unor restricții impuse de caracterul particular al fiecărui tip de proces şil li i lă ilocalizarea spatio‐temporală a acestuia

M d l l li ă î b i lt ti i d i ții iModelele se aplică în baza mai multor tipuri de aproximații: mecanice,geologice, geotehnice, geologice‐geochimice, termodinamice, cinetice etc.

In cazul sistemelor geologice‐geochimice cu extindere spațialărelativ redusă şi cu grad de omogenitate ridicat, prognozelebazate pe modelele cinetice duc la rezultate satisfăcătoare [R.M.Lobatskaya, 1997; W.J. Weber Jr., 2001]

Modele actuale de evaluare a dinamicii sistemelor naturale (a riscurilor naturale şi antropice)

se bazează pe o serie de aproximații termodinamice, cinetice şi geomecanice, concordant cu


p p ț , ş g ,

caracteristicile geologico‐geochimice şi biogeochimice ale perimetrelor de lucru ‐ principalele

elementele de noutate ale acestor modele sunt:

Modelul interactiv de

concepere a interacțiunilor Considerarea factorului

Considerarea rolului jucat de

procesele biogeochimice

concepere a interacțiunilor

dintre subsisteme (minerale,

organice, biotice etc.), atât la

scarămacroscopică cât şi la

Considerarea factorului

antropic în modificarea

mecanismelor de evoluție

naturală a proceselor de riscscară macroscopică, cât şi la

scară microscopică

naturală a proceselor de risc

În modelarea proceselor de risc chimic şi biogeochimice, legile termodinamice şi cinetice

se aplică în forme aproximative dependente de complexitatea procesului, datele

existente despre acel proces şi scopul urmărit

Prognozele privind Evaluare

Modelele bazate pe aproximatii termodinamice si cinetice


g ptendințele de evoluție sunt afectate de un grad de imprecizie

ifi ti

Concordanță bunăcu observațiile de teren şi datele experimentale

satisfăcătoare a „stării” sistemelor

geologice‐geochimicesemnificativ –

principalele cauze

Complexitatea şi evoluația neliniară a proceselor naturale

experimentalegeochimice integrate

Elementele de hazard cauzate de simultaneitatea a două sau mai multe

procese în acelaşi context spațio‐temporal

Nivelul de aproximație a modelului de lucru cu care se operează la evaluarea

potențialului de risc

Cauze ce țin de particularitățile locale a sistemelor geologice‐geochimice

care, în anumite, circumstanțe pot deveni determinante pentru evoluția

globală a fenomenelor ‐ microheterogenitatea chimico‐mineralogică şi

procesele fizico‐chimice care apar totdeauna în sistemele heterogene mineral

/ soluție, au un rol foarte important

• Conceptul de „mediu” (geosistem)→ spectru foarte larg de sisteme geochimice‐geologice

extrem de complexe sub aspectul compoziției şi structurii şi foarte dinamice.


Structura interactivă schematică a implicațiilor

(elemente, procese) geologice / geochimice /

biotice în geosistem

l dZonele de interferență

ale geosferelor

• Se desfăşoară cele mai multe secvențe ale ciclurilor elementelor chimice şi ale altor forme

de transfer material, energetic, informațional natural.

● Coexistența sistemică⇒ procese cu sensibilitate specifică atât față de influențele directeCoexistența sistemică⇒ procese cu sensibilitate specifică, atât față de influențele directe

(interne sau externe), cât şi față de cele indirecte (atât de factură naturală, cât şi

antropogenă)

Ca efect al interacțiunilor multiple, sistemele naturale (geologice, geochimice şi biotice)suferă de cele mai multe ori transformări atipice

Accelerarea proceselor naturale cu evoluție lentă


Accelerarea proceselor naturale cu evoluție lentă

Reactivarea proceselor naturale stagnante sau latente

Inițierea unor procese noi cu caracter nespecific

Forța motrice a acestor procese (cu potențial de risc) nu este numai de ordin fizico‐mecanic

(dezechilibrul gravitațional, diferențe de presiune litostatică / hidrostatică, forțe şi tensiuni

mecanice etc.), chimic sau biologic⇒ forță cu caracter mixt (acțiunea simultană, a unor forțe

mecanice, chimice, electromagnetice, superficiale)

Delimitarea zonelor de acțiune a diferitelor procese (de risc), cu arii de influență relativ

determinate, evaluarea factorilor de risc, modelarea prognozelor, necesită corelarea mai

multor categorii de informații:

structurile geologice în care au loc proceseleg g p

caracterele chimico‐mineralogice

contextul geotectonic al sistemelor geologice‐geochimice în care se inițiază / propagă

factorii predeterminanți ai acestora (factorii de inițiere naturali / accidentali)

dinamica proceselor din litosferă

• Sistemele geologico‐geochimice au un grad relativ ridicat de heterogenitate structurală şichimico‐mineralogică ⇒ în apropierea suprafețelor de separație dintre straturi apar eforturi desens contrar care pot iniția fenomene de cutare, microfisurare, alunecări ale stratelor sau


sens contrar care pot iniția fenomene de cutare, microfisurare, alunecări ale stratelor saucolapsări.

În cazul multor sisteme geologico‐geochimice poluate procesele de colapsare evoluează mairapid, accelerarea proceselor în acest caz se datorează mai ales proceselor geochimice delt l bili i t t l țil i li

Intervenția proceselor fizico‐chimice în mecanismele de evoluție a proceselor geochimice

alterare, solubilizare şi transport ale componenților minerali

I• Accelerarea fenomenelor de risc (alunecări de teren, fracturări ale scoarței, colapsări)

II• Pot activa o serie de fenomene de risc care la un moment dat sunt latente

III• Pot iniția o gamă largă de fenomene noi cu o evoluție extrem de rapidă şi greu de prevăzutIII p

Poziția pe curba de stabilitate a microsistemelor geologice‐geochimice, a momentelor de startpentru fenomenele de risc natural, mecanismele şi vitezele lor de desfăşurare, sunt mai greude prevăzut cu precizie acceptabilă.


M t l iti t d l l d i

De obicei, sub influența acestor factori sunt accelerate şi / sau activate diferite fenomene derisc la valori ale eforturilor mai mici decât valorile critice naturale.

Zona critică ‐ la valori alesarcini active > limita de

Momentul critic pentru declanşarea proceselor de risc.

Domeniul de metastabilitate (d i l

Limita de echilibru

echilibru sistemele devininstabile; procese ireversibile

Domeniul de stabilitate relativă pe termen lung;

pe termen scurt (domeniul de „stabilitate negarantată”)Limita de stabilitatea

relativă pe termen lung;procese reversibile

Curbele teoretice de stabilitate ale microsistemelor geologice‐geochimice după modelul cinetic (linia întreruptă) şi modelul sistemelor geologico‐geochimice integrate (cu linie continuă)

Modelul preliminar al relațiilor i t ti î t ț d lt


interactive între scoarța de alterare, procesele geochimice şi procesele

geomorfologice


I.1‐2. Sisteme naturale – conceptii; clasificari

Orice obiect sau fenomen poate fi considerat sistem cu condiția ca acesta să poată fi

separat de celelalte obiecte sau fenomene şi a‐l defini univoc şi riguros.

Unitate complexă, formată Unitate organizată→ Proprietatea de ierarhie→p ,

dintr‐o mulțime de elementeproprietățile sistemului sunt

rezultatul modului în care sunt

organizate elementele sale

capacitatea unui sistem de a

fi în acelaşi timp suprasistem

pentru elementele sale componente; organizarea face

ca sistemul să fie mai mult

decât suma părților sale

componente şi subsistem în

raport cu alt sistem în

componența căruia intră ca componente ⇒ prin organizare

sistemul devine o unitate cu

proprietăți noi

p ț

element

p p ț

Si t

• un sistem macroscopic aflat în schimb de căldură şi / sau lucru mecanic cu mediul extern


Sistem termodinamic

mediul extern

• Sisteme fizice care satisfac următoarele condiții [G. Mosil, 1988]:

Sistem t di i

• (i) Conțin un număr de microsisteme (atomi; molecule etc.) suficient de mare

pentru ca, la echilibru, fluctuațiile parametrilor microsistemelor să fie termodinamic neglijabile;

• (ii) Sunt limitate spațial şi conțin un număr finit de microstări.

Sistem termodinamic

• sistem fizic care satisface principiul general al termodinamicii

Principiul general al termodinamicii [G. Moisil, 1988]: un sistem izolat adiabatic, menținut lap g [ , ] , ț

coordonate generalizate constante, ajunge totdeauna la o stare de echilibru pe care nu o

poate părăsi decât printr‐o variație a coordonatelor generalizate

Clasificarea sistemelor după relațiile sistem ‐mediul extern:

închise ‐ nu efectuează schimb de substanță cu mediul extern


închise nu efectuează schimb de substanță cu mediul extern.

izolate ‐ care pot efectua izolate adiabatic ‐ nu realizeaza schimburi termice cu mediul extern

Sisteme schimburi de substanță / energie cu mediul extern izolate diaterm ‐ nu realizează schimburi de

substanță cu mediul extern, însă nu sunt excluse schimburile termice

deschise ‐ schimbă cu mediul, atât substanță, cât şi energie

SISTEM

MediuSubstanţă

EnergieEnergie Substanţă

Mediu

SISTEMg ţ

(a) (b)

(a) Sistem deschis – poate schimba substanță şi energie cu mediul său exterior. (b) Sistem închis – poate schimba energie cu mediul său exterior, dar nu poate schimba substanță sau să sufere o modificare de

compoziție.

Clasificarea sistemelor după după compoziție:

Omogene (monofazice) ‐ formate dintr‐o singură fază; proprietățile


O oge e ( o o a ce) o ate d t o s gu ă a ă; p op etăț e

macroscopice sunt constante (invariante) pe toata extinderea sistemului.

Heterogene (polifazice) ‐ formate din mai multe faze; proprietățile lor Sisteme

macroscopice prezintă variații bruşte la limita de separare dintre faze.

Sistem monofazic, omogen şi izotrop (A), respectiv sistem polifazic, heterogen în care fiecare fază componentă este izotropă (B). În cazul slidelor policristaline, fiecare granulă componentă

(monocristalină) reprezintă faze omogene anizotrope (C)

• In accepțiunile curente: sistem geologico‐geochimic → desemnează ansamblul substanțelor

minerale considerate în condițiile reale de apariție şi evoluție.

F l i l i t i l di t d d hi i t d t l


Fazele minerale = sisteme minerale omogene din punct de vedere chimic, separate de restul

fazelor prin suprafețe de discontinuitate. Indiferent de compoziția lor, fazele minerale în medii

naturale apar fragmentate în subsisteme individuale, ceea ce le conferă un anumit grad de

di i i d t idispersie şi de amestec reciproc.

Rocă→ un ansamblu de faze minerale în starea lor de dispersie naturală.

Faze Roci „Asociaţii naturale de roci” Scoarţa terestrăminerale Roci „ ţ

(complex petrografic)Scoarţa terestră

Ierarhia formală a sistemelor geologico-geochimice [adaptare după M. Şeclăman, 1981]

Un sistem geologico‐geochimic:

♦ nu este doar un sistem termodinamic;

♦ variabilitatea compozițională, structurală şi a parametrilor de stare→ sistemele geologico‐p ț , ş p g g

geochimice pot fi descrise doar aproximativ prin metode termodinamice;

♦ condițiile de închidere sau izolare sunt practic imposibil de realizat în mod real⇒ aproape

fără excepție desfăşurarea proceselor fizico‐chimice la nivelul sistemelor geologico‐f pț f ş p f g g

geochimice implică invariant un interschimb de substanță şi / sau energie cu celelalte

sisteme din mediu.


∑=6

idVdV ∑=1i

Reprezentarea simplificată a unei secțiuni prin mantaua superioară şi prin crusta terestră

Proces termodinamic = evoluția (trecerea) unui sistem termodinamic de la o stare la alta În


I.1‐3. Procese naturale – conceptii; clasificari

Proces termodinamic evoluția (trecerea) unui sistem termodinamic de la o stare la alta. În

timpul unui proces termodinamic, sistemul efectuează schimburi energetice (căldură, lucru

mecanic) şi / sau substanță cu mediul extern

• Clasificarea proceselor dupămărimea variațiilor parametrilor de stare:

Procese termodinamice diferențiale (elementare) ‐ la trecerea sistemului dintr‐o stare în alta

foarte apropiate între ele variațiile parametrilor de stare sunt foarte micifoarte apropiate între ele, variațiile parametrilor de stare sunt foarte mici.

Procese termodinamice integrale ‐ sunt concepute ca o succesiune de procese elementare; la

trecerea sistemelor dintr‐o stare în alta parametrii de stare suferă variații finite.

• Clasificarea proceselor după natura schimburilor dintre sistem şi mediu:

adiabatice ‐ sistemul nu schimbă căldură cu mediul extern.Procese

termodinamice

neadiabatice

Izoterme - au loc la T = const.

Izobare - au loc la p = const.

Izocore - au loc la V = const.

Clasificarea proceselor după „traictoria” urmată de proces:


• Procese reversibile ‐ din starea finală sistemul poate fi readus în starea inițială urmând calea

transformării directe, dar în sens opus:

în procesele reversibile sistemul este conceput în echilibru permanent cu mediul extern;p p p ;

un proces reversibil trebuie să aibă loc cu o viteză foarte mică;

o cerință esențială pentru ca un proces să fie reversibil: readucerea sistemului din starea

finală în starea inițială trebuie să aibă loc astfel încât să nu lase modificări în mediul externf ț f f

procesele reversibile sunt asimilate cu procesele cvasistatice.

• Procese ireversibile ‐ din starea finală sistemul nu mai poate fi readus în starea inițială peProcese ireversibile din starea finală sistemul nu mai poate fi readus în starea inițială pe

aceeaşi traictorie a transformării directe parcurse în sens invers:

variabilele ce caracterizează sistemul nu mai sunt total echilibrate prin factori externi

adecvați;

procesele se desfăşoară cu o viteză finită;

caracteristica esențială a proceselor ireversibile: readucerea sistemului din starea finală în

starea inițială lasă în mediu modificări necompensate

sunt prin excelență nonstatice

Procese nonstatice→ cuprind numai stări de nechilibru; nu este neapărat necesar ca stările de

neechilibru să fie şi nestaționare.

Procese cvasistatice→ se desfăşoară cu o viteză foarte mică (infinit de lente) astfel încât stările


Procese cvasistatice→ se desfăşoară cu o viteză foarte mică (infinit de lente) astfel încât stările

intermediare să poată fi riguros stări de echilibru:

nu se poate realiza decât dacă sistemul considerat este cuplat cu un alt sistem, între acestea

realizându se un transfer de proprietate” astfel încât la interfața dintre sisteme să aibă locrealizându‐se un transfer de „proprietate astfel încât la interfața dintre sisteme să aibă loc

doar o variație elementară a „proprietății” transferate

sunt în cea mai mare parte procese idealizate, practic imposibil de realizat practic.

A

∑1

∑

A

∑1

∑

(1) (2)

a

∑2

a

∑2

Reprezentarea grafică a proceselor cvasistatice (1) şi a proceselor nonstatice (2). Notații: a – parametru dep g p ( ) ş p ( ) ț pstare extern, A – parametru de stare intern a sistemului; ∑1 – starea inițială a sistemului, ∑2 – starea finală asistemului. Fiecare stare de echilibru se poate figura printr‐un punct în planul (a, A), iar un proces cvasistaticse poate figura printr‐o curbă continuă în acest plan deoarece constă dintr‐o succesiune continuă de stări deechilibru (1). Un proces nonstatic, care se desfăşoară între o stare inițială de echilibru şi o stare finală de( ) p , f ş ț ş fechilibru, dar pentru care stările intermediare nu sunt stări de echilibru nu se poate figura printr‐o curbă înplanul (a, A) deoarece în stările de neechilibru parametrii nu mai au o valoare unică pentru întreg sistemul –formal astfel de procese se figurează prin curbe discontinue

● Un proces poate fi reversibil numai atunci când, atât starea inițială, cât şi starea finală sunt

stări de echilibru, iar în cursul desfăşurării procesului orice stare intermediară este tot o stare

d hilib i ibil i di d hilib î l


de echilibru⇒ un sistem poate trece reversibil numai dintr‐o stare de echilibru într‐o alta stare

de echilibru→ reversibilitatea acestei tranziții poate fi asigurată numai la limită, atunci când

procesul este totodată şi cvasistatic.

I ă l i i d ă f ibil î ă î i di ii● In natură nu pot avea loc niciodată procese perfect reversibile, însă, în anumite condiții,

procesele naturale se pot apropia de cele reversibile.

● Procesele naturale sunt aproape fără excepție ireversibile, originea ireversibilității fiind

l l l d l f ă / l l d d ă lrezultatul proceselor de la interfață şi / sau cuplajul dintre două sau mai multe procese.

● Un caz particular ‐ procesele ciclice: un sistem termodinamic parcurge un proces ciclic când,

după un schimb de lucru mecanic şi căldură cu mediul extern, sistemul revine la starea inițială

cu condiția ca partea a doua a ciclului să nu reprezinte simplul parcurs în sens invers a primei

părți⇒ in urma efectuării transformării ciclice starea mediului extern poate suferi transformari

ireversibile

„Procesul geochimic” ar putea fi asimilat cu dinamica globală a sistemelor geologico‐

geochimice în spațiul terestru şi / sau extraterestru. Pentru sistemele geologico‐geochimice,

esențială este modificarea compoziției, configurațiilor şi pozițiilor relative ale acestora în

cursul evoluției sale (în timpul unor procese geochimice)

Clasificarea proceselor geochimice în funcție de modificările pe care le produce la nivelul unui

sistem geologico‐geochimic [M. Şeclăman, 1981]:


• Procese care produc modificarea compoziției sistemului prin modificarea numărului şi / sau

„calității” fazelor constituente:

modificarea compoziției chimice a fazelor ca urmare a modificării conținutului

componenților fără intervenția unor reacții chimice ‐ cazuri limită:

♦ Solubilizare ‐ proces fizic de preluare de către fazele unui sistem geochimic a unor

componenți aflați în stare de „soluție”

♦ Exsoluție ‐ un proces fizic de eliminare de către fazele unui sistem mineral a unor

componenți, de obicei, în stare de „soluție”.

Transformări de fază ‐ grupuri limită: echilibre solid / solid (ex.‐ transformarile polimorfe);

echilibre solid / lichid (ex. ‐ cristalizarea; solubilizarea etc.); echilibre lichid / gaz (ex.‐

vaporizarea; condensarea; lichefierea)vaporizarea; condensarea; lichefierea).

Procese chimice ‐ înțelese ca procese complexe ce presupun succesiunea mai multor reacții

elementare ‐ grupuri limită:

♦ Procese chimice în sisteme omogene (sunt reversibile);

♦ Procese chimice în sisteme heterogene (sunt ireversibile).

0oK

SOLID(Structurile tuturor formelor polimorfe


( f p fstabile la diferite temperaturi şi presiuni)

ALIZA

RE

OPIRE

OLVARE

ORA

RE

CIPITARE

CRISTA

LICHID (TOPITURA)(Modificări structurale în faza lichidă)

SOLUȚIE(Structura speciilor chimice în soluție)

TO

DIZO

EVAPO

PREC

SUBLIM

ARE Transformarea unei

substanțe în diferite stări de agregare şi

ONDEN

SARE

APO

RIZA

RE

transformările de fază corespunzătoare.

VAPORI

CO VA

Specii chimice la temperaturi b ât

Specii chimice la temperaturi idi tcoborâte ridicate

Diferențierea între stările de agregare → pe baza constanței volumului şi a formei ⇒pentru fiecare stare de agregare există posibilitatea exprimării dependenței volumuluipentru fiecare stare de agregare există posibilitatea exprimării dependenței volumului

(formei) de parametrii termodinamici presiune (p) şi temperatură (T) prin intermediul

ecuațiilor de stare.

• Procese care produc modificări configurative sau / şi structurale la nivelul sistemelor

geochimice, fără a modifica şi compoziția chimică a acestora:


modificarea formei şi dimensiunilor cristalelor dintr‐un sistem mineral;

modificarea gradului de dispersie a fazelor minerale într‐o rocă;

modificarea spațială a poziției cristalelor într‐o rocă, sau a unei roci într‐un sistem

petrografic etc.

In literatura de specialitate, cele două procese limită ,,solubilizare” si ,,exsolutie” apar definite

prin termenul de „amestec” şi „dezamestec”:

amestecul tinde spre reducerea, sau limitarea, numărului de faze şi la o complexificare a

chimismului fazelor;

dezamestecul tinde la o multiplicare a numărului de faze, la o diversificare numerică şi

calitativă; in acelaşi timp, dezamestecul tinde la o simplificarea a chimismului fazelor (o

„purificare” a acestora).

Metoda tradițională de rezolvare a problemelor în domeniul DGSN


Mijloace şi metode


Mijloace şi metode radicale de rezolvare a problemelor înproblemelor în domeniul DGSN

DGSN_2013_2014_curs I

Documents

Transcript of DGSN_2013_2014_curs I