Geoscienze e Tecnologie per lo Studio e la Gestione Sostenibile del Sistema Terra

Sviluppare competenze nell’utilizzo degli strumenti e delle metodologie specialistiche più appropriate per la ricostruzione paleoambientale, paleoclimatica e stratigrafica di successioni sedimentarie.

Lo studente dovrà mostrare di conoscere approfonditamente i principi fondamentali necessari all’utilizzo del contenuto fossilifero per ricostruzioni paleoambientali e stratigrafiche. Lo studente dovrà dimostrare di conoscere gli strumenti di indagine più adeguati allo studio dei paleoambienti e degli eventi paleobiologici e geologici registrati nelle rocce sedimentarie. La padronanza dei concetti fondamentali è un requisito fondamentale per il superamento dell’esame.

Lo studente dovrà essere in grado di applicare le conoscenze acquisite per effettuare l’interpretazione degli ambienti sedimentari attraverso i fossili e per riconoscere i segnali stratigrafici e paleoambientali registrati nei sedimenti. Dovrà mostrare competenza nell’utilizzo dei principali metodi per l’acquisizione dei dati paleontologici e la trattazione numerica degli stessi ai fini di una corretta interpretazione del contenuto fossilifero.
La dimostrazione da parte dello studente di aver acquisito le competenze necessarie nell’impostare una corretta fase di raccolta dati e l’utilizzo dei dati raccolti per arrivare ad una ricostruzione paleoambientale o biostratigrafica, sarà un requisito necessario per il superamento dell’esame.

•Autonomia di giudizio:
Lo studente dovrà essere in grado, partendo dal contenuto macro- e microfossilifero delle rocce, di fornire una interpretazione motivata dei processi genetici inerenti al riconoscimento dei segnali ambientali e stratigrafici registrati nelle rocce. Dovrà dimostrare di essere in grado di selezionare il metodo di indagine più adeguato alla risoluzione di un problema scientifico. Dovrà inoltre dimostrare la capacità di utilizzare il contenuto fossilifero delle rocce per contribuire alla risoluzione di problematiche multidisciplinari. Il possesso di questi requisiti concorrerà ad una più che positiva valutazione dell’esame finale.
•Abilità comunicative:
Lo studente, all’interno di diversi contesti (lezioni, esercitazioni, verifiche, gruppi di lavoro, prova finale), deve mostrare di essere in grado di esporre con chiarezza e con l’utilizzo della terminologia tecnico-scientifica, i concetti acquisiti, di argomentare la scelta delle metodologie adottate e di presentare i risultati dei casi studio trattati. Il possesso di questi requisiti sarà indispensabile per una positiva valutazione dell’esame finale.
•Capacità di apprendere:
A partire dai contenuti trasmessi durante il corso, lo studente deve mostrare di aver acquisito capacità critiche atte a farlo progredire nella conoscenza autonoma, nella soluzione di problemi paleontologici complessi e nella capacità di cogliere e creare connessioni con le altre discipline di studio. Il possesso di questi requisiti concorrerà ad una più che positiva valutazione dell’esame finale

Il corso consiste di 6 CFU di cui 4 di lezioni frontali e 2 di esercitazioni
LEZIONI FRONTALI
I) Il concetto di “Bioindicatore ambientale”, gli organismi come indicatori delle condizioni ambientali nello spazio e nel tempo. Biomonitoraggio e indici standardizzati per studiare la qualità dell’ambiente; un esempio: l’Indice Biotico Esteso.
II) Elementi di paleoecologia. Relazioni tra parametri ambientali chimico-fisici e distribuzione degli organismi: temperatura, salinità, nutrienti (ciclo dei nutrienti), ossigeno, profondità, substrato, turbolenza e correnti, circolazione globale e locale.
III) Struttura e Dinamica delle popolazioni. R-selezione, K-selezione. Composizione e struttura delle (Paleo)Comunità. Indici di diversità. Trofismo e strutture trofiche. Produttività primaria, macronutrienti, micronutrienti, elementi in traccia.
IV) La tafonomia nelle ricostruzioni paleoambientali
Processi tafonomici e caratteristiche di preservazione dei fossili in relazione agli ambienti di vita e di fossilizzazione. Modelli e classificazioni delle associazioni fossili. La tafofacies: definizione, significato, relazioni con processi biostratinomici e diagenesi; studio di diversi casi di letteratura per la comprensione degli ambienti sedimentari.
V) Biomonitoraggio. Contributo degli organismi nella ricostruzione della qualità ambientale negli ambienti di transizione e sottoposti ad impatto antropico
VI) Alcuni organismi utili nelle ricostruzioni ambientali-paleoambientali.
Foraminiferi: caratteristiche principali e principali applicazioni per il riconoscimento di stress ambientali in ambienti lagunari e marini, per ricostruzioni ambientali a breve e lungo termine
Coccolitoforidi: cenni di biologia, ecologia, biogeografia e paleobiogeografia, relazioni con i nutrienti e con la luce, con il clima e con la circolazione oceanica. Loro utilizzo per la determinazione delle paleotemperature.
VII) I fossili e la stratigrafia ad alta risoluzione temporale
Eventi biostratigrafici, loro significato e utilità nella correlazione: FO, LO, FCO. LCO, FAD, LAD. Eventi omotassici, sincroni, diacroni. Fossili guida. Schemi biozonali, correlazione biostratigrafica. Precisione e affidabilità del metodo biostratigrafico, fattori che limitano le biocorrelazioni. Risoluzione biostratigrafica. Biostratigrafia integrata. Biocronologia. Analisi qualitative e quantitative. Riconoscimento dei vari tipi di eventi biostratigrafici, del rimaneggiamento, delle lacune sedimentarie; ricostruzione delle curve dei tassi di sedimentazione, stima dei tassi di sedimentazione, taratura degli eventi biostratigrafici con altri metodi stratigrafici.
VIII) Oceani, clima e organismi. Il clima e le sue componenti esterne e interne, processi di feedback, BLAG hypothesis, forzanti astronomiche, attività solare. Time series analysis. Principali proxies paleoclimatici e paleoceanografici: carote di ghiaccio, variazioni climatiche millenarie, heinrich event: possibilità di riconoscimento in Atlantico e Mediterraneo. Cenni sul polline ed esempi di correlazione tra segnali marini e continentali. Cenni su dendrocronologia. Principali variazioni climatiche nel Cenozoico. Terminazioni, ciclicità delle fluttuazioni climatiche.
ESERCITAZIONI IN AULA
I) Stime di diversità e analisi cluster su dati quantitativi di associazioni a molluschi e a foraminiferi bentonici per indicazioni paleoambientali con utilizzo del Programma PAST. Esempi dal Golfo di Taranto, da successioni bradaniche e dal mare Adriatico. Riconoscimento di province biogeografiche per associazioni a foraminiferi planctonici. Esempi da sedimenti atlantici.
II) Riconoscimento in aula dei processi tafonomici su campioni di roccia, ipotesi di ricostruzione dei processi episodici e di background e utilizzo degli schemi classificativi delle concentrazioni fossili.
III) Esercizi di biostratigrafia integrata in aula; calcolo dei tassi di sedimentazione, riconoscimento di lacune, correlazione di successioni.
IV) Esercizi sulla trattazione numerica dei dati quantitativi per analisi paleoclimatica: Analisi dei componenti principali, analisi spettrale di dati numerici di letteratura.
ESERCITAZIONE IN CAMPO
L’attività pratica sarà finalizzata principalmente ad applicare, su successioni affioranti, i metodi classificativi e descrittivi trattati in aula per la definizione e interpretazione delle Tafofacies.
Gli studenti, suddivisi in gruppi di lavoro, saranno invitati ad osservare e descrivere il contenuto fossilifero presente nelle successioni sedimentarie, lo stato di conservazione degli scheletri, la loro disposizione nello spazio, le geometrie delle concentrazioni. Attraverso l’utilizzo di schemi classificativi esposti in aula, si arriverà alla identificazione delle tafofacies e dei processi genetici che ne hanno determinato le caratteristiche. Il confronto tra le diverse tafofacies, in porzioni diverse della successione affiorante, sarà utile per apprezzare il modificarsi del contenuto fossilifero in relazione ai cambiamenti dell’ambiente nel tempo e il suo utilizzo per le ricostruzioni paleoambientali

Lo studente sarà valutato sulla base della partecipazione attiva alle lezioni, alle attività pratiche e ai lavori di gruppo, considerando il contributo personale, la capacità di scegliere metodologie adeguate, risolvere problemi e interpretare i risultati.
L’esame orale valuterà le conoscenze e le competenze acquisite, la chiarezza espositiva e la capacità di integrare le competenze paleontologiche con quelle di altre discipline nell’affrontare problematiche multidisciplinari.

Brenchley P.J. and Harper D.A.T. Palaeoecology: Ecosystems, environments and Evolution. Chapman & Hall. Per gli argomenti di paleoecologia e tafonomia.
Coccioni R. 2000. Benthic Foraminifera as Bioindicators of heavy metal pollution: a case study from the Goro Lagoon (Italy). In Martin R.E. (Ed) Environmental Micropaleontology, The Application of microfossils to environmental Geology. Vol. 15 Topics in Geobiology, Series Editors: Landman and Jones. pp 71-100. Per caso studio su foraminiferi e variazioni antropogeniche.
Raffi S. & Serpagli E. – Introduzione alla Paleontologia. UTET. Per argomenti di tafonomia, biostratigrafia e paleoecologia.
Ruddimann W.F. 2014. Earth’s Climate, Past and Future. Second Edition. Freeman and Company, New York. Per argomenti su clima e paleoclima.
Jorissen et al. (2018): Developing Foram-AMBI for biomonitoring in the Mediterranean: Species assignments to ecological categories. Per eventuali approfondimenti su Categorie ecologiche dei foraminiferi nel biomonitoraggio
Flores J.-A. (2023). Coccolithophores. Encyclopedia of Quaternary Science, 3rd Edition https://doi.org/10.1016/B978-0-323-99931-1.00039-8. Per argomento Coccolitoforidi

Acquisizione di conoscenze sia generali che applicative sul campo di gravità e sul campo magnetico terrestri.

Conoscenza e comprensione dei seguenti argomenti:
Caratteristiche generali del campo di gravità, del campo magnetico terrestre e dei metodi di analisi delle loro diverse componenti. Principi e metodi di acquisizione dei dati gravimetrici e magnetometrici, finalizzati a definire, attraverso il loro trattamento con approcci quantitativi avanzati, le caratteristiche fisico-geometriche di corpi geologici e/o di strutture artificiali, nell’ambito dello studio di strutture geologiche, della ricerca e gestione di georisorse e della localizzazione di cavità naturali e manufatti sepolti. Queste conoscenze verranno acquisite mediante lezioni teoriche.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate alla esecuzione di misure gravimetriche, alla partecipazione all’acquisizione di dati magnetometrici, nonché ad analisi ed interpretazione dei risultati. Queste abilità saranno acquisite attraverso esperienze pratiche ed esercizi di trattamento dati e modellazione numerica.

• DD3: Autonomia di giudizio nell’individuare le tecniche di indagine più idonee allo studio di strutture geologiche, alla ricerca e gestione di georisorse, alla localizzazione di cavità naturali e di manufatti sepolti. Queste capacità verrano sviluppate durante esercitazioni in classe.
• DD4: Abilità comunicative nell’esporre i principi e i concetti fondamentali delle tematiche di studio e nel descrivere tecniche e procedure di acquisizione, elaborazione ed interpretazione dei dati con chiarezza e proprietà di linguaggio sia all'interno di gruppi di lavoro composti da esperti di diverse aree di competenza, sia al pubblico in generale. Tali abilità verranno esercitate attraverso l’interlocuzione con il docente e con i compagni di corso nel corso delle lezioni e delle attività di esercitazione.
• DD5: Capacità di apprendere in modo autonomo sviluppando la capacità di approfondire la comprensione di concetti complessi, elaborando ragionamenti autonomi finalizzati all’individuazione dei nessi e delle differenze tra le varie tematiche del corso di studio.

Il corso fornisce 6 crediti di lezioni frontali e 1 di esercitazioni che comprendono esperienze di misure sul terreno ed esercizi numerici in aula.
I temi trattati durante le lezioni frontali sono suddivisi in due parti principali, una relativa al campo di gravità e l’altra relativa al campo magnetico terrestre, a loro volta organizzate secondo la seguente struttura:
PARTE I GRAVIMETRIA
1) LEGGE DI NEWTON E CAMPO GRAVITAZIONALE: Forza e accelerazione gravitazionale. Potenziale gravitazionale. Legge di Gauss. Teorema della divergenza. Equazione di Poisson. Equazione di Laplace. Prolungamento verso l’alto e verso il basso del campo gravitazionale. Strato equivalente di Green.
2) CAMPO DI GRAVITÀ E FORMA DELLA TERRA: Definizione di gravità: accelerazione gravitazionale e centrifuga. Potenziale di gravità. Sviluppo in armoniche sferiche di volume. Geoide. Modelli approssimati: sferoide, ellissoide. Geodetic Reference Systems. Gravità normale e formula internazionale della gravità.
3) STRUMENTI DI MISURA: Gravimetri assoluti: misure balistiche. Misure relative: gravimetri lineari e astatici. Gravimetro Lacoste & Romberg.
4) PROCEDURE DI ACQUISIZIONE DEI DATI: Collegamento a reti gravimetriche assolute. Taratura dei gravimetri. Pianificazione di una campagna di misure gravimetriche: scelta dell'ubicazione delle stazioni, posizionamento, schema di avanzamento. Elaborazione delle misure per il calcolo della gravità osservata: applicazione del fattore di scala, correzione per il treppiede, correzioni per la marea, di Eötvös e per la deriva.
5) CALCOLO DELLE ANOMALIE: Densità delle rocce. Calcolo delle anomalie di Bouguer: riduzione in aria libera e anomalie di Faye; riduzione di Bouguer e correzione topografica. Stima della densità di correzione: metodo di Nettleton, metodo di Parasnis. Significato fisico delle anomalie di Bouguer. Anomalie isostatiche: calcolo della correzione isostatica secondo i modelli di Pratt e di Airy.
6) SEPARAZIONE DELLE ANOMALIE E FILTRAGGI: Relazioni tra caratteristiche delle anomalie e delle sorgenti. Massa anomala. Profondità, estensione orizzontale delle sorgenti, ampiezza, lunghezza d'onda e gradiente orizzontale delle anomalie. Campo regionale e anomalie residue. Filtraggio grafico. Media mobile, metodo di Griffin e operatori di griglia. Metodo delle polinomiali. Trasformata di Fourier uni- e bi-dimensionale. Problemi generali dei filtraggi numerici. Derivate verticali e prolungamenti verso l’alto e verso il basso.
7) INTERPRETAZIONE DELLE ANOMALIE: Interpretazione qualitativa. Ambiguità interpretativa. Modelli geometrici elementari e metodo della semiampiezza: sfera, cilindro orizzontale infinito. Modellazione diretta 2D, 2D e1/2 e 3D. Esempio di algoritmo di inversione: GRAV3D.
PARTE II GEOMAGNETISMO
1) PRINCIPI GENERALI DEL MAGNETISMO: Descrizione delle interazioni magnetiche: approccio classico, approccio moderno e relative unità di misura. Campo magnetizzante, campo di induzione magnetica e intensità di magnetizzazione. Potenziale magnetico scalare. Equazione di Laplace. Teorema di Poisson.
2) PROPRIETA’ MAGNETICHE DELLA MATERIA: Diamagnetismo. Paramagnetismo. Ferromagnetismo, antiferromagnetismo e ferrimagnetismo. Domini magnetici. Magnetizzazione delle rocce: Magnetizzazione indotta e rimanente. Magnetizzazione rimanente naturale. Magnetizzazioni primarie: magnetizzazione termorimanente, chimica, detritica. Magnetizzazioni secondarie: magnetizzazione isoterma, piezorimanente e viscosa. Rapporto di Koenisberger.
3) IL CAMPO MAGNETICO TERRESTRE: Caratteristiche generali: intensità, inclinazione, declinazione, componenti orizzontale e verticale. Rappresentazione del campo magnetico terrestre mediante armoniche sferiche di volume. Campo nucleare: campo dipolare e non-dipolare. IGRF e campo normale. Campo crostale e anomalie magnetiche. Campo di origine esterna: variazione diurna, tempeste e sottotempeste magnetiche, pulsazioni. Variazioni temporali del campo nucleare: variazioni del campo dipolare e del campo non-dipolare, jerk geomagnetici. Paleomagnetismo: misure di magnetizzazione rimanente e paleo-intensità; poli geomagnetici virtuali, poli paleomagnetici, ipotesi del dipolo assiale geocentrico e inversioni di polarità. Ipotesi sull’ origine del campo magnetico profondo. Cenni di magnetofluidodinamica.
4) STRUMENTAZIONI DI MISURA DEL CAMPO MAGNETICO: Strumenti di misura del campo magnetico. Magnetometro flux-gate. Magnetometro a protoni. Magnetometro a pompaggio ottico.
5) MISURE MAGNETOMETRICHE: Misure degli elementi del campo magnetico terrestre: osservatori geomagnetici. Misure magnetometriche di dettaglio: procedure di misura. Misure di gradiente. Misure su aree estese: rilievi aeromagnetici e marini. Elaborazione dei dati: correzioni per la variazione diurna e per il campo profondo. Filtraggi e trattamento del segnale: prolungamenti verso il basso e verso l’alto, derivate prime e seconde, trasformazione in pseudo gravità e riduzione al polo.
6) INTERPRETAZIONE DEI DATI: Interpretazione qualitativa: forma, ampiezza, lunghezza d’onda, gradienti orizzontali e relazioni con le strutture geologiche. Interpretazione quantitativa. Modelli geometrici semplificati: sfera uniformemente magnetizzata. Stima della profondità dal calcolo della semiampiezza e delle pendenze. Metodo di Spector e Grant. Modellazione diretta 2D e 3D.
7) CARATTERISTICHE DEL CAMPO MAGNETICO IN ITALIA: Rete magnetica italiana. Calcolo dei coefficienti del campo normale. Carta delle anomalie magnetiche da misure al suolo e in mare. Carta aeromagnetica d’Italia.
Le esercitazioni verteranno sulle seguenti esperienze
1) Esecuzione sul terreno di misure gravimetriche.
2) Elaborazione dei dati acquisiti sul terreno per il calcolo della gravità osservata (conversione per fattore di scala, correzioni per il treppiede, per la marea e la deriva).
3) Utilizzo di un programma per il calcolo delle anomalie di Bouguer e applicazione ai dati di un caso di studio.
4) Filtraggio di un campo di anomalie di Bouguer per un caso di studio. Uso di un programma per l'analisi spettrale ed il filtraggio di una mappa di anomalie di Bouguer, e applicazione ai dati di un caso di studio, con rappresentazione grafica mediante pacchetto grafico GMT.
7) Inversione di anomalie residue: uso del pacchetto software GRAV3D per ottenere un modello interpretativo di anomalie di Bouguer e applicazione ai dati di un caso di studio.
8) Dimostrazione di acquisizione di dati magnetici con un magnetometro a pompaggio ottico, scarico dati ed elaborazioni preliminari.

La valutazione finale si baserà principalmente sugli esiti di un esame orale, durante il quale lo studente/la studentessa dovrà illustrare le proprietà fondamentali del campo di gravità e del campo magnetico terrestre, anche in forma comparativa, e descrivere le modalità di acquisizione, elaborazione ed interpretazione dei dati gravimetrici e magnetometrici. Al giudizio complessivo concorrerà anche la valutazione degli esiti dei test condotti durante le esercitazioni, nonché l’assiduità della frequenza delle lezioni e delle esercitazioni e la capacità di interlocuzione dimostrata sia nella discussione dei temi di lezione che nell’applicazione delle conoscenze ai test di esercitazione.

Sharma P.V. (1997): Environmental and engineering geophysics. Cambridge University Press.
Telford W.M., Geldart L.P & Sheriff R.E. (1990): Applied Geophysics. Cambridge. University Press
Butler R.F. (2004): Paleomagnetism: Magnetic DomaI testi devono essere integrati con le dispense di lezione, i software distribuiti nelle esercitazioni e le pagine web suggerite dal docente durante le lezioni.ins to Geologic Terranes. University of Portland
http://www.pmc.ucsc.edu/~njarboe/pmagresource/ButlerPaleomagnetismBook.pdf

L’insegnamento si propone di fornire agli studenti conoscenze teoriche, metodologiche e operative avanzate per l’acquisizione, la gestione, l’elaborazione e l’interpretazione quantitativa dei dati geomorfologici e geospaziali.
Il corso mira a sviluppare la capacità di progettare e condurre uno studio di geomorfologia applicata, dalla selezione delle fonti informative e delle tecniche di rilievo più appropriate fino alla costruzione, all’analisi e all’interpretazione di modelli quantitativi della superficie terrestre. Particolare attenzione sarà dedicata ai sistemi di riferimento geodetici e cartografici, alla qualità e all’accuratezza del dato spaziale, alla gestione di banche dati geografiche, all’elaborazione dei Modelli Digitali del Terreno e all’analisi geomorfometrica.
L’insegnamento intende inoltre fornire gli strumenti necessari per integrare dati topografici, geologici, geomorfologici, climatici, oceanografici, satellitari e batimetrici provenienti da rilievi diretti, cartografia ufficiale, geoportali, servizi geospaziali interoperabili e modelli di rianalisi, valutandone criticamente risoluzione, accuratezza, incertezza e idoneità rispetto agli obiettivi dello studio.
Attraverso le attività di laboratorio interno ed esterno, lo studente acquisirà competenze pratiche nella pianificazione e nell’esecuzione di rilievi geomorfologici quantitativi mediante sistemi GNSS, Laser Scanner Terrestre e tecniche fotogrammetriche, nonché nel processing e nel post-processing dei dati acquisiti mediante software dedicati. Sarà inoltre in grado di trasformare gli output strumentali in dataset georeferenziati, modelli tridimensionali, nuvole di punti, ortomosaici, DEM, DTM e DSM utilizzabili in ambiente GIS.
Al termine del corso lo studente sarà in grado di:
•comprendere i principi geodetici, cartografici e geomorfometrici alla base della rappresentazione e dell’analisi quantitativa del territorio;
•selezionare sistemi di riferimento, fonti informative, tecniche di rilievo e procedure di elaborazione coerenti con gli obiettivi e con la scala dell’indagine;
•acquisire, organizzare, integrare e interrogare dati geospaziali provenienti da fonti eterogenee;
•valutare la qualità, la risoluzione, l’accuratezza e l’incertezza dei dati e dei prodotti derivati;
•costruire e analizzare Modelli Digitali del Terreno, estrarre parametri e indici geomorfometrici ed effettuare analisi idrologiche e multitemporali;
•utilizzare in autonomia i principali strumenti per il rilievo geomorfologico, con particolare riferimento a GNSS, Laser Scanner Terrestre e fotogrammetria;
•elaborare e sottoporre a post-processing i dati acquisiti sul campo mediante software dedicati;
•integrare i risultati in Sistemi Informativi Geografici e interpretarli nell’ambito dello studio dell’evoluzione morfologica, del monitoraggio ambientale e della valutazione dei georischi;
•progettare un’indagine geomorfologica applicata scegliendo criticamente le metodologie più adeguate al problema analizzato.

Lo studente acquisirà conoscenze avanzate dei principi teorici e metodologici della geomorfologia applicata, della geodesia e dei sistemi di riferimento geodetici e cartografici, dei modelli di rappresentazione dell'informazione geospaziale e delle principali tecnologie impiegate per l'acquisizione, la gestione e l'analisi quantitativa dei dati territoriali.
Acquisirà inoltre la conoscenza delle principali banche dati geospaziali, dei Modelli Digitali del Terreno, delle metodologie di analisi geomorfometrica e delle tecniche di rilievo geomorfologico quantitativo mediante sistemi GNSS, Laser Scanner Terrestre e fotogrammetria digitale, comprendendone i principi di funzionamento, i limiti operativi, i livelli di accuratezza e i principali ambiti applicativi.
Lo studente svilupperà infine la capacità di comprendere il workflow completo di uno studio di geomorfologia applicata, dalla pianificazione del rilievo e dall'acquisizione del dato fino al processing, al post-processing, all'integrazione in ambiente GIS e all'interpretazione quantitativa dei risultati.

Lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze teoriche e metodologiche acquisite per progettare e realizzare studi di geomorfologia applicata mediante l'utilizzo integrato di Sistemi Informativi Geografici, Modelli Digitali del Terreno e tecniche di rilievo geomorfologico quantitativo.
Sarà in grado di selezionare criticamente le fonti informative, i sistemi di riferimento geodetici e cartografici, le tecniche di acquisizione e le procedure di elaborazione più appropriate in funzione della scala e degli obiettivi dell'indagine, nonché di organizzare e gestire banche dati geospaziali provenienti da sorgenti eterogenee.
Lo studente acquisirà inoltre la capacità di pianificare ed eseguire rilievi mediante sistemi GNSS, Laser Scanner Terrestre e tecniche fotogrammetriche, elaborare i dati acquisiti attraverso procedure di processing e post-processing, costruire e analizzare Modelli Digitali del Terreno, estrarre parametri e indici geomorfometrici e integrare i prodotti derivati in ambiente GIS.
Sarà infine in grado di interpretare criticamente i risultati ottenuti, valutando qualità, accuratezza e incertezza dei dati e dei prodotti derivati, e di applicare le metodologie apprese allo studio dell'evoluzione morfologica del territorio, al monitoraggio ambientale, alla valutazione dei georischi e alla pianificazione di indagini geomorfologiche.

Al termine dell'insegnamento lo studente avrà sviluppato autonomia di giudizio nella pianificazione di un'indagine di geomorfologia applicata, nella scelta delle fonti informative, delle tecniche di rilievo, delle metodologie di elaborazione e degli strumenti di analisi più appropriati in funzione delle caratteristiche del caso di studio, valutandone criticamente qualità, accuratezza, limiti e incertezze.
Lo studente sarà inoltre in grado di comunicare con proprietà di linguaggio principi, metodologie, procedure e risultati di analisi geomorfologiche, utilizzando correttamente la terminologia tecnico-scientifica, la rappresentazione cartografica, gli elaborati tridimensionali e gli strumenti di visualizzazione dei dati geospaziali.
Svilupperà infine la capacità di aggiornare autonomamente le proprie competenze attraverso la consultazione della letteratura scientifica, della documentazione tecnica, dei manuali d'uso della strumentazione e dei software specialistici, nonché mediante l'utilizzo di banche dati geospaziali e nuove tecnologie per l'acquisizione, l'elaborazione e l'interpretazione dei dati territoriali.

Modulo 1 – Geodesia e sistemi di riferimento per la Geomorfologia Applicata

• Geometria della Terra: geoide, ellissoidi di riferimento e superfici equipotenziali del campo gravitazionale.
• Sistemi di coordinate geografiche e proiettate; quote ellissoidali, quote ortometriche e modelli di geoide.
• Proprietà geometriche delle rappresentazioni cartografiche (equidistanza, equivalenza, isogonia e conformità) e criteri di scelta delle proiezioni.
• Rappresentazioni cartografiche: proiezioni pure, di sviluppo e convenzionali; proiezioni cilindriche, coniche, azimutali e pseudocilindriche.
• Sistemi cartografici Transverse Mercator (TM), Universal Transverse Mercator (UTM) e Gauss-Boaga: struttura, fattore di scala, deformazioni, organizzazione in fusi, fasce e codici EPSG.
• Realizzazione dei sistemi di riferimento geodetici: datum, reti geodetiche di aggancio e adattamento dell'ellissoide alla superficie terrestre.
• Sistemi di riferimento geodetici nazionali e internazionali (Roma40, ED50, WGS84, ETRS89 e RDN2008): evoluzione, caratteristiche e implicazioni nella gestione dei dati geospaziali.
• Reti geodetiche italiane: struttura, evoluzione, precisione e ruolo nella definizione dei sistemi di riferimento.
• Coordinate Reference System (CRS): struttura, codifica, trasformazioni geodetiche, trasformazioni Bursa–Wolf e modelli di deformazione.
• Gestione dei sistemi di riferimento nei GIS: assegnazione e trasformazione dei CRS, riproiezione al volo, trasformazioni permanenti dei dati, accuratezza metrica delle analisi spaziali e propagazione degli errori nelle elaborazioni geomorfologiche.
  Modulo 1 – Laboratorio
• Georeferenziazione di cartografia storica e immagini mediante punti di controllo (Ground Control Points, GCP) e valutazione dell'accuratezza mediante analisi dell'errore RMS.
• Gestione dei sistemi di riferimento geodetici e cartografici in ambiente GIS: assegnazione, verifica e trasformazione dei Coordinate Reference System (CRS).
• Trasformazione di dati geospaziali tra differenti datum e sistemi di riferimento (Roma40, ED50, WGS84, ETRS89/RDN2008) e analisi degli effetti delle trasformazioni sulla precisione geometrica.
• Riproiezione e integrazione di dataset raster e vettoriali provenienti da differenti sorgenti cartografiche e geoportali.
• Analisi delle deformazioni cartografiche associate alle diverse proiezioni e valutazione delle implicazioni nelle analisi geomorfologiche quantitative.
• Operazioni di geoprocessing su dati geospaziali con differenti sistemi di riferimento e risoluzione delle problematiche di congruenza geometrica e topologica.
• Verifica della qualità geometrica dei dati e valutazione della propagazione degli errori nelle elaborazioni spaziali.
  Modulo 2 – Banche dati geospaziali per la Geomorfologia Applicata
• Il dato geomorfologico: acquisizione, organizzazione e gestione dell'informazione geospaziale.
• Database e geodatabase: struttura, organizzazione, integrità, relazioni e interrogazione dei dati geospaziali.
• Modelli vettoriali e raster per la rappresentazione dei fenomeni geomorfologici.
• Sorgenti dei dati geospaziali: acquisizione diretta, telerilevamento, cartografia ufficiale, banche dati ambientali, servizi web interoperabili e citizen science.
• Cartografia ufficiale italiana, infrastrutture di dati territoriali e geoportali nazionali e internazionali.
• Standard OGC e servizi geospaziali (WMS, WFS, WCS e WMTS).
• Principali banche dati geospaziali per le applicazioni geomorfologiche: dati topografici, geologici, geomorfologici, idrologici, climatici, batimetrici, satellitari e marini.
• Modelli di rianalisi atmosferica e oceanografica: principi di assimilazione dei dati, principali dataset (ERA5, ERA5-Land, CERRA, Copernicus Marine), campi meteorologici e oceanografici, utilizzo dei dati di rianalisi nelle analisi geomorfologiche e nella ricostruzione degli eventi estremi.
  Modulo 2 – Laboratorio
• Ricerca, acquisizione e organizzazione di dati geospaziali provenienti da geoportali nazionali e internazionali (ISPRA, Geoportale Nazionale, Copernicus, Copernicus Marine Service, EMODnet, OpenStreetMap e altri servizi istituzionali).
• Consultazione e utilizzo di servizi geospaziali interoperabili (WMS, WFS, WCS e WMTS) in ambiente GIS.
• Costruzione e gestione di geodatabase per l'organizzazione di dati topografici, geologici, geomorfologici, idrologici, climatici, batimetrici e satellitari.
• Analisi dei metadati, valutazione della qualità, della risoluzione spaziale e temporale e dell'idoneità dei dataset rispetto a differenti applicazioni geomorfologiche.
• Integrazione di dati provenienti da sorgenti eterogenee mediante procedure di geoprocessing e armonizzazione dei dataset.
• Acquisizione, visualizzazione e utilizzo di dati derivati da modelli di rianalisi atmosferica e oceanografica (ERA5, ERA5-Land e Copernicus Marine) per applicazioni geomorfologiche.
• Preparazione di un database geospaziale integrato da utilizzare nelle successive analisi geomorfometriche e nelle applicazioni di geomorfologia quantitativa.
  Modulo 3 – Modelli Digitali del Terreno e Analisi Geomorfometrica
• Modelli Digitali delle Elevazioni (DEM), Modelli Digitali del Terreno (DTM) e Modelli Digitali della Superficie (DSM): caratteristiche, modalità di acquisizione e ambiti applicativi.
• Costruzione dei modelli digitali del terreno: acquisizione dei dati, strutture raster e TIN, controllo della qualità e accuratezza.
• Interpolazione spaziale dei dati altimetrici: metodi deterministici e geostatistici (IDW, Natural Neighbor, Spline, Kriging).
• Analisi geomorfometriche derivate dai modelli digitali del terreno.
• Parametri e indici geomorfometrici: pendenza, esposizione, curvature, Topographic Position Index (TPI), Terrain Ruggedness Index (TRI), Roughness, Relative Relief e altri indici derivati per la caratterizzazione quantitativa del rilievo.
• Tecniche di visualizzazione del rilievo: hillshade, hillshade multidirezionale, colored hillshade e DayLight Shader.
• Analisi idrologiche e geomorfologiche mediante modelli digitali del terreno.
• Operazioni raster e analisi multitemporali: algebra raster, overlay, Difference of DEM (DoD), analisi delle variazioni morfologiche e stima dei volumi.
  Modulo 3 – Laboratorio
• Acquisizione e preparazione di Modelli Digitali delle Elevazioni (DEM), Modelli Digitali del Terreno (DTM) e Modelli Digitali della Superficie (DSM) provenienti da differenti sorgenti.
• Costruzione di Modelli Digitali del Terreno mediante interpolazione di dati altimetrici e confronto tra differenti metodi di interpolazione (IDW, Natural Neighbor, Spline e Kriging).
• Analisi della qualità e dell'accuratezza dei modelli digitali mediante confronto con dati di riferimento e valutazione degli errori.
• Elaborazione dei principali parametri geomorfometrici (pendenza, esposizione, curvature, rugosità, TPI, TRI e altri indici morfometrici).
• Tecniche avanzate di visualizzazione del rilievo mediante hillshade multidirezionale, colored hillshade e DayLight Shader.
• Analisi idrologiche su Modelli Digitali del Terreno: correzione delle depressioni, direzione e accumulo di flusso, estrazione del reticolo idrografico e delimitazione automatica dei bacini idrografici.
• Operazioni di algebra raster e geoprocessing per l'integrazione di informazioni morfometriche e geomorfologiche.
• Analisi multitemporali mediante Difference of DEM (DoD), valutazione delle variazioni morfologiche e stima dei volumi di erosione e sedimentazione.
• Interpretazione geomorfologica dei risultati e produzione di elaborati cartografici derivati.
  Modulo 4 – Tecniche di rilievo morfo-topografiche e morfo-batimetriche
• Principi del rilievo geomorfologico quantitativo; differenze tra rilievi topografici, batimetrici, morfo-topografici e morfo-batimetrici e criteri di scelta delle tecniche di acquisizione.
• Sistemi Global Navigation Satellite System (GNSS): principi di funzionamento, costellazioni satellitari, segmenti del sistema, modalità di posizionamento e principali applicazioni geomorfologiche.
• Tecniche GNSS di precisione: rilievi statici, RTK, NRTK, base-rover e post-processing; accuratezza, precisione, limiti operativi e criteri di scelta della metodologia di rilievo.
• Principi fisici del rilievo laser; tecnologia LiDAR terrestre, mobile, aerotrasportata e UAV; acquisizione, elaborazione e classificazione delle nuvole di punti tridimensionali.
• Fotogrammetria digitale terrestre e da UAV: principi geometrici della fotogrammetria, calibrazione delle camere, Structure from Motion (SfM), Multi View Stereo (MVS), orientamento delle immagini, georeferenziazione e ricostruzione tridimensionale della superficie.
• Tecniche di rilievo batimetrico e morfo-batimetrico: Single Beam, Multibeam Echo Sounder, Side Scan Sonar, interferometria acustica e LiDAR bathymetrico; integrazione tra rilievi terrestri e marini per la ricostruzione continua delle superfici costiere.
• Pianificazione, progettazione ed esecuzione di campagne di rilievo integrate; valutazione dell'accuratezza, della risoluzione e dell'incertezza dei dati acquisiti.
• Applicazioni delle tecniche di rilievo alla geomorfologia quantitativa, al monitoraggio dell'evoluzione morfologica e alla gestione dei georischi.
• Applicazioni della geomorfologia marina in ambito industriale e offshore: rilievi geofisici e geomorfologici per la progettazione di infrastrutture sottomarine, posa di cavidotti e gasdotti, sviluppo di impianti offshore, dragaggi, bonifiche e caratterizzazione dei geohazard del fondale marino.
  Modulo 4 – Laboratorio
  Rilievi GNSS
• Pianificazione della campagna di rilievo e configurazione della strumentazione GNSS.
• Acquisizione di dati in modalità NRTK, statica e cinematica.
• Scaricamento di dati RINEX da stazioni permanenti e correzione differenziale mediante software dedicati.
• Post-processing dei rilievi GNSS, controllo della qualità, valutazione dell'accuratezza e dell'incertezza delle misure.
• Esportazione e integrazione dei dati georeferenziati in ambiente GIS.
  Rilievi mediante Laser Scanner Terrestre (TLS)
• Pianificazione delle scansioni e acquisizione delle nuvole di punti.
• Registrazione, allineamento e georeferenziazione delle scansioni.
• Filtraggio, pulizia e classificazione delle nuvole di punti.
• Estrazione di sezioni, modelli tridimensionali e superfici mediante software dedicati (CloudCompare).
• Esportazione dei prodotti derivati e integrazione in ambiente GIS.
  Rilievi fotogrammetrici
• Pianificazione del volo fotogrammetrico e acquisizione delle immagini.
• Elaborazione fotogrammetrica mediante workflow Structure from Motion (SfM) e Multi View Stereo (MVS).
• Orientamento delle immagini, georeferenziazione e utilizzo dei Ground Control Points (GCP).
• Generazione di nuvole di punti dense, mesh, ortomosaici, DSM e DTM.
• Valutazione dell'accuratezza dei prodotti fotogrammetrici e integrazione dei risultati in ambiente GIS.

La verifica dell'apprendimento consiste in una prova orale finalizzata ad accertare il raggiungimento degli obiettivi formativi dell'insegnamento.
Durante il colloquio lo studente dovrà dimostrare di possedere un'adeguata conoscenza dei principi teorici, delle metodologie e delle tecniche affrontate nel corso, con particolare riferimento ai sistemi di riferimento geodetici e cartografici, alla gestione delle banche dati geospaziali, ai Modelli Digitali del Terreno, all'analisi geomorfometrica e alle principali tecniche di rilievo geomorfologico quantitativo.
La prova comprenderà inoltre la discussione di casi di studio e di problematiche tecnico-applicative affrontate mediante l'utilizzo dei software impiegati durante le attività laboratoriali. Lo studente dovrà dimostrare di saper gestire ed elaborare dati geospaziali in ambiente GIS, applicare le principali procedure di processing e post-processing dei dati acquisiti mediante sistemi GNSS, Laser Scanner Terrestre e tecniche fotogrammetriche, nonché interpretare criticamente i prodotti ottenuti e motivare le scelte metodologiche adottate.
Nel corso dell'esame potranno essere richieste l'analisi e l'interpretazione di cartografia tecnica, modelli digitali del terreno, nuvole di punti, ortomosaici, modelli tridimensionali e altri elaborati derivati dalle attività di rilievo, con l'obiettivo di verificare la capacità dello studente di integrare conoscenze teoriche e competenze operative nella risoluzione di problematiche proprie della geomorfologia applicata.
La valutazione finale, espressa in trentesimi, terrà conto della preparazione teorica, della capacità di applicare correttamente le metodologie e gli strumenti appresi, dell'autonomia nell'analisi e nell'interpretazione dei dati geospaziali, della capacità di individuare le soluzioni tecniche più appropriate ai casi di studio proposti e dell'utilizzo corretto della terminologia tecnico-scientifica.

• Longley et al. – Geographic Information Systems and Science (GIS)
• Hofmann-Wellenhof et al. – GNSS – Global Navigation Satellite Systems (geodesia e GNSS)
• Wilson J.P., Gallant J.C. (Eds.) (2000). Terrain Analysis: Principles and Applications. John Wiley & Sons.
• Shan J., Toth C.K. (Eds.). Topographic Laser Ranging and Scanning: Principles and Processing. CRC Press.
  Il materiale didattico sarà reso disponibile dai docenti del corso e comprenderà:
• slide e dispense predisposte dal docente;
• articoli scientifici e review di approfondimento sugli argomenti trattati durante il corso;
• manuali universitari e documentazione tecnico-scientifica di riferimento;
• manualistica tecnica della strumentazione utilizzata nelle attività di laboratorio (GNSS, Laser Scanner Terrestre e sistemi fotogrammetrici);
• documentazione tecnica e manuali d'uso dei software impiegati durante il corso (QGIS, CloudCompare, software per il post-processing GNSS e software per l'elaborazione fotogrammetrica Structure from Motion);
• dataset geospaziali, modelli digitali del terreno, immagini satellitari, ortofoto, cartografia tecnica e banche dati territoriali utilizzati nelle esercitazioni;
• dati e servizi geospaziali provenienti da infrastrutture di dati territoriali e geoportali nazionali e internazionali (ISPRA, Geoportale Nazionale, Copernicus Land Monitoring Service, Copernicus Marine Service, EMODnet, OpenStreetMap e altri servizi OGC).
  Le attività laboratoriali saranno sviluppate utilizzando dataset acquisiti durante campagne di rilievo reali e casi di studio derivanti da attività di ricerca nazionali e internazionali, consentendo agli studenti di applicare le metodologie apprese a problematiche concrete di geomorfologia applicata, monitoraggio ambientale e analisi dei georischi.