Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Geochemistry
Course of study:
2018/2019
Code:
JFT-2-009-s
Faculty of:
Physics and Applied Computer Science
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Technical Physics
Semester:
0
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr hab. inż. Duliński Marek (marek.dulinski@fis.agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr hab. inż. Duliński Marek (marek.dulinski@fis.agh.edu.pl)
Module summary

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 Student potrafi pracować w zespole nad rozwiązaniem konkretnego problemu i zaprezentować wyniki swojej pracy. FT2A_K02, FT2A_K01 Activity during classes,
Project,
Report,
Scientific paper
M_K002 Student ma świadomość znaczenia badań geochemicznych oraz hydrochemicznych dla środowiska i społeczeństwa oraz konieczności ich upowszechniania FT2A_K02 Activity during classes
Skills
M_U001 Student potrafi biegle posługiwać się różnymi stężeniami roztworów i wzajemnie je przeliczać oraz uzgadniać równania reakcji chemicznych. FT2A_U01 Activity during classes,
Test
M_U002 Student potrafi efektywnie posługiwać się programami Phreeqc-2 oraz Netpath do rozwiązywania średnio zaawansowanych problemów hydrochemicznych i hydrogeologicznych oraz dokonać analizy rezultatów obliczeń FT2A_U01, FT2A_U05, FT2A_U06 Activity during classes
M_U003 Student potrafi wykonać analizę podstawowych parametrów fizykochemicznych roztworów wodnych i zinterpretować jej wyniki FT2A_U01, FT2A_U06 Project,
Scientific paper,
Report
Knowledge
M_W001 Student posiada wiedzę o budowie Ziemi, podstawowych właściwościach poszczególnych jednostek strukturalnych. FT2A_W02 Examination
M_W002 Student posiada wiedzę z zakresu formowania roztworów wodnych w kontakcie ze skałami i fazą gazową w różnych warunkach, oraz ewolucji ich składu chemicznego i izotopowego na drodze różnego typu reakcji chemicznych i fizycznych FT2A_W01, FT2A_W05, FT2A_W02 Activity during classes,
Examination
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 Student potrafi pracować w zespole nad rozwiązaniem konkretnego problemu i zaprezentować wyniki swojej pracy. - - - + - - - - - - -
M_K002 Student ma świadomość znaczenia badań geochemicznych oraz hydrochemicznych dla środowiska i społeczeństwa oraz konieczności ich upowszechniania + + - + - - - - - - -
Skills
M_U001 Student potrafi biegle posługiwać się różnymi stężeniami roztworów i wzajemnie je przeliczać oraz uzgadniać równania reakcji chemicznych. + + - - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi efektywnie posługiwać się programami Phreeqc-2 oraz Netpath do rozwiązywania średnio zaawansowanych problemów hydrochemicznych i hydrogeologicznych oraz dokonać analizy rezultatów obliczeń - + - + - - - - - - -
M_U003 Student potrafi wykonać analizę podstawowych parametrów fizykochemicznych roztworów wodnych i zinterpretować jej wyniki - - - + - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student posiada wiedzę o budowie Ziemi, podstawowych właściwościach poszczególnych jednostek strukturalnych. + - - - - - - - - - -
M_W002 Student posiada wiedzę z zakresu formowania roztworów wodnych w kontakcie ze skałami i fazą gazową w różnych warunkach, oraz ewolucji ich składu chemicznego i izotopowego na drodze różnego typu reakcji chemicznych i fizycznych + + - - - - - - - - -
Module content
Lectures:

1. Ziemia na tle Wszechświata.
Powstanie Ziemi i jej struktura. Własności fizyczne i skład chemiczny poszczególnych jednostek strukturalnych.
2. Atmosfera Ziemi.
Skład atmosfery. Wybrane procesy fizykochemiczne zachodzące w atmosferze. Prawo Henry’ego dla poszczególnych gazów atmosferycznych.
3. Substancje śladowe w atmosferze.
Charakterystyka substancji śladowych i procesów z ich udziałem. Mieszanie atmosfery. Teoria stanu ustalonego.
4. Litosfera.
Cykl skalny. Rodzaje i własności skał.
5. Cykl hydrologiczny.
Wody opadowe, powierzchniowe, podziemne, dehydratacyjne i metamorficzne, chemizm i charakterystyka izotopowa wód.
6. Teoria stężonych roztworów solnych.
Nasycone solanki: charakterystyka chemiczna, metodyka interpretacji ich składu chemicznego i izotopowego.
7. Zastosowanie metod izotopowych do oceny pochodzenia wód w kopalniach soli.
Przykłady solanek z Wieliczki i Kłodawy. Katastrofa w Wapnie.
8. Kinetyka reakcji rozpuszczania i strącania minerałów.
Reakcje kontrolowane procesami powierzchniowymi i transportu. Równania kinetyczne.
9. Dwutlenek węgla w środowisku przyrodniczym.
Podstawowe źródła dwutlenku węgla. Koncentracje i skład izotopowy dwutlenku węgla w różnych rezerwuarach.
10. Roztwory wodne A.
Teoria formowania roztworów wodnych. Teoria formowania roztworów węglanowych w układach otwartych i zamkniętych (procesy w strefie nienasyconej i nasyconej).
11. Roztwory wodne B.
Wybrane przykłady roztworów formowanych w różnych warunkach geochemicznych.
12. Sorpcja i wymiana jonowa.
Charakterystyka podstawowych sorbentów naturalnych i sztucznych. Konwencja Gainesa-Thomasa. Wyznaczanie obsadzeń kompleksów sorpcyjnych. Regeneracja skażonych warstw wodonośnych.
13. Procesy redox.
Potencjał utleniająco-redukcyjny. Koncepcja pe. Następstwo reakcji redox w środowisku naturalnym: reakcje z tlenem, redukcja azotanów, redukcja siarczanów.
14. Diagramy redox.
Stabilność wody. Podstawy konstrukcji diagramów redox. Stabilność rozpuszczonych cząsteczek, gazów i minerałów. Wybrane, aktualne problemy geochemii środowiska.

Auditorium classes:

1. Repetytorium (w formie zadań rachunkowych) podstawowych definicji i pojęć z zakresu chemii – cz.1
Efekty kształcenia:
- student potrafi obliczyć pH roztworu wodnego
- student potrafi przeliczać stężenia rozpuszczonych substancji w różnych jednostkach
- student potrafi uzgadniać równania stechiometryczne reakcji chemicznych.

2. Repetytorium (w formie zadań rachunkowych) podstawowych definicji i pojęć z zakresu chemii – cz.2
Efekty kształcenia:
- student potrafi wyznaczyć współczynniki aktywności jonów w roztworach wodnych w oparciu o teorię Debye’a-Huckela i Daviesa
- student potrafi wyznaczyć aktywności poszczególnych jonów w roztworze oraz określić iloczyny rozpuszczalności
- student potrafi obliczyć wskaźniki nasycenia roztworów względem faz mineralnych

3. Podstawowe informacje dotyczące organizacji, struktury i zasad posługiwania się programem do modelowania hydrochemicznego PHREEQC
Efekty kształcenia:
- student potrafi obliczyć podstawowe parametry chemiczne konkretnego roztworu wodnego
- student potrafi oszacować jakość wykonania złożonej analizy chemicznej
- student potrafi obliczyć skład chemiczny roztworu przy zadanych fazach stałych i gazowych, w różnych stadiach nasycenia
- student potrafi obliczyć zmiany chemizmu roztworów wodnych jako efekt prostych czynników: mieszanie różnych roztworów, zmiana temperatury, parowanie wody, odgazowanie, rozpuszczanie minerałów

4. PHREEQC – modelowanie odwrotne
Efekty kształcenia:
- student potrafi napisać plik wejściowy do obliczeń
- student potrafi wykonać proste modelowanie odwrotne

5. NETPATH – podstawy programowania. Zastosowanie programu do datowania wód podziemnych metodą radiowęglową
Efekty kształcenia:
- student potrafi utworzyć pliki wejściowe w programie DB
- student potrafi zaprogramować parametry obliczeniowe w programie NETPATH

Project classes:

1. Projekt terenowy. W zespołach 2-3 osobowych (w zależności od liczby studentów) wykonanie prostych pomiarów hydrochemicznych w warunkach terenowych
Efekty kształcenia:
- student potrafi wykonać w terenie pomiary pH i temperatury oraz oznaczyć stężenie jonów wodorowęglanowych i sumy kationów (Ca+Mg) metodami miareczkowymi
- student potrafi zinterpretować wyniki swoich pomiarów i opracować je w formie pisemnej

2. Interpretacja w 2-3 osobowych zespołach (w zależności od liczby studentów) danych chemicznych i izotopowych w zakresie tematyki wskazanej przez prowadzącego
Efekty kształcenia:
- student potrafi wykonać modelowanie procesów chemicznych i ustosunkować się do jego wyników
- student potrafi wykonać obliczenia wieku radiowęglowego wód programem NETPATH i ocenić adekwatność uzyskanych wyników w stosunku do analizowanego problemu

3. Prezentacja wyników prac projektowych
Efekty kształcenia:
- student potrafi w prosty, przejrzysty i przystępny sposób przedstawić wyniki swojej pracy w formie wizualnej
- student potrafi (kiedy sytuacja tego wymaga) poprawnie cytować innych autorów

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 132 h
Module ECTS credits 5 ECTS
Participation in lectures 30 h
Realization of independently performed tasks 40 h
Participation in auditorium classes 15 h
Preparation for classes 10 h
Completion of a project 20 h
Examination or Final test 2 h
Participation in project classes 15 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Oceny z egzaminu (E), ćwiczeń audytoryjnych (CA) oraz projektu (P) obliczane są następująco: procent uzyskanych punktów przeliczany jest na ocenę zgodnie z Regulaminem Studiów AGH.

Ocena końcowa (OK) obliczana jest jako średnia ważona poszczególnych ocen wg wzoru:

OK = 0,5 x E + 0,2 x CA + 0,3 x P

Prerequisites and additional requirements:

- znajomość podstaw chemii nieorganicznej

Recommended literature and teaching resources:

R. M. Garrels, C. L. Christ. Équilibre des minéraux et de leurs solutions aqueuses. Gautier-Villars, Paris, lub w formie anglojęzycznej: R. M. Garrels, C. L. Christ. Solutions, minerals, and equilibria. Harper&Row.
A. Polański, K. Smulikowski. Geochemia. Wyd. Geol. Warszawa.
C. A. J. Appelo, D. Postma. Geochemistry, groundwater and pollution. A. A. Balkema, Rotterdam.
A. Zuber (Ed.). Metody znacznikowe w badaniach hydrogeologicznych. Oficyna Wyd. Pol. Wrocł.
L. Sobczyk, A. Kisza. Chemia fizyczna dla przyrodników. PWN.

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

1. DULIŃSKI M. and RÓŻAŃSKI K., 1990. Formation of C-13/C-12 isotope ratios in speleothems – A semi-dynamic model. 13-th Int. Radiocarbon Conf., Dubrovnik 1988. Radiocarbon, 32, 7-16

2. DULIŃSKI M., GRABCZAK J., KOSTECKA A. and WĘCŁAWIK S., 1995. Stable isotope composition of spelean calcites and gaseous CO2 from Tylicz (Polish Carpathians). Chem. Geol. (Isotope Geoscience Section), 125: 271-280.

3. ZUBER A., MAŁECKI J.J., DULIŃSKI M., 2008. Groundwater ages and altitudes of recharge areas in the Polish Tatra Mts. as determined from 3H, δ18O and δ2H data. Geol. Quarterly, vol. 52, no. 1: 71-80.

4. NOSECK U., ROZANSKI K., DULINSKI M., HAVLOVÁ V., SRACEK O., BRASSER T., HERCIK M., BUCKAU G., 2009. Carbon chemistry and groundwater dynamics at natural analogue site Ruprechtov, Czech Republic: Insights from environmental isotopes. Appl. Geochemistry, Vol. 24, No. 9: 1765-1776.

5. ABID K., ZOURAI K., DULINSKI M., CHKIR N., ABIDI B., 2011. Hydrologic and geologic factors controlling groundwater geochemistry in the Turonian aquifer (southern Tunisia). Hydrogeology J., Vol. 19, No. 2: 415-427.

6. ABID K., DULIŃSKI M., AMMAR F.H., ROZANSKI K., ZOUARI K., 2012. Deciphering interaction of regional aquifers in Southern Tunisia using hydrochemistry and isotopic tools. Applied Geochemistry, 27: 44-55.

7. DULIŃSKI M., ROZANSKI K., KUC T., GORCZYCA Z., KANIA J., KAPUSTA M., 2013. Evolution of radiocarbon in a sandy aquifer cross large temporal and spatial scaleń: case study from southern Poland. Radiocarbon, 55(2-3): 905-919.

8. DULIŃSKI M., GRABCZAK J. and ZUBER A., 2000. Stable isotopes and hydrochemical data as a tool for identifying the origin of waters appearing in the Kłodawa Salt Mine (Poland). Proc. 7-th Int. Mine Water Ass. Congress “Mine Water and the Environment”, Katowice-Ustroń 2000, 530-535

Additional information:

Zasady zaliczania przedmiotu:
1. Udział w ćwiczeniach audytoryjnych jest obowiązkowy. Nieobecność nieusprawiedliwiona na 3 zajęiach w semestrze skutkuje brakiem zaliczenia.
2. Udział w zajęciach terenowych jest obowiązkowy. Z uwagi na ich specyfikę nie ma możliwości ich odrobienia. Tylko w szczególnych sytuacjach losowych student może odrobić te zajęcia w formie ćwiczenia laboratoryjnego zaprojektowanego przez prowadzącego.
3. Student może przystąpić do egzaminu po spełnieniu następujących warunków:
a) otrzymania pozytywnej oceny z ćwiczeń audytoryjnych,
b) zaliczenia sprawozdania z zajęć terenowych,
c) zaliczenia projektu.
4. Student ma prawo do trzykrotnego przystąpienia do egzaminu. W przypadku zaliczenia egzaminu w terminie poprawkowym (I lub II) do wzoru opisującego sposób wyznaczania oceny końcowej wpisuje się wielkość E będącą średnią arytmetyczną wszystkich ocen z egzaminu.