Si richiedono nozioni di base di chimica-fisica e di matematica. In particolare, è necessario conoscere i principi della termodinamica e il significato della funzione di stato entropia.

L'evoluzione della biosfera alla luce del secondo principio della termodinamica. Processi naturali come processi irreversibili. Termodinamica delle trasformazioni irreversibili in sistemi chiusi e aperti. Energetica degli ecosistemi. Sistemi biologici e sistemi ecologici come strutture dissipative sostenute da gradienti fisici e chimici. Caratteristiche dei sistemi complessi. Catene trofiche come catene neghentropiche. Indicatori termodinamici di sostenibilità.

Il corso intende fornire allo studente gli strumenti chimico-fisici per una lettura termodinamica dell'evoluzione biologica e della sostenibilità ambientale. I contenuti dell'insegnamento mirano a consolidare il concetto di "processo naturale", inteso come "processo termodinamicamente irreversibile", e il concetto di "sostenibilità" inteso come "rispetto dei vincoli biofisici che consentono il mantenimento della complessità biologica ed ecologica". 

L'insegnamento si compone di 3 CFU di lezioni frontali. Le lezioni sono svolte in aula con l’ausilio della lavagna e del video-proiettore (presentazioni power-point). I diversi concetti teorici sono illustrati con il supporto del formalismo matematico e resi più accessibili mediante la formulazione di diversi esempi pratici.  Il materiale didattico integrativo, comprendente anche le slides presentate nel corso delle lezioni, è fornito dal docente e disponibile on-line sulla pagina predisposta (pagina docente/materiale didattico).

Il conseguimento dei crediti attribuiti all’insegnamento è ottenuto mediante colloquio orale con votazione finale in trentesimi ed eventuale lode.

I sistemi ecologici come sistemi termodinamici. Irreversibilità dei processi naturali. Ruolo della funzione di stato entropia nell’evoluzione degli ecosistemi. Postulati fondamentali della termodinamica irreversibile. Sistemi lontani dall’equilibrio in regime lineare e non lineare. Flussi, forze ed equazioni fenomenologiche. Stati stazionari. Strtture dissipative. Sistemi complessi. Potenziale efficace e parametri d'ordine. Criteri di stabilità degli stati stazionari. Aspetti termodinamici della bioenergetica. Ruolo chiave della fotosintesi nel bilancio energetico ed entropico del sistema Terra. Il modello ecodinamico. Neghentropia. Catene neghentropiche e limitazioni termodinamiche allo sfruttamento delle risorse. Aspetti termodinamici e cinetici delle reazioni di trasferimento elettronico fotoindotto. Exergia. Dissipazione e degradazione dell’energia. Temperatura radiativa e degradazione energetica. Effetto serra e sue ripercussioni sulle capacità degradative dell’ecosistema terrestre. Emergia e transformity. Co-prodotti, split e retroazioni. Indicatori termodinamici di sostenibilità.

V. Vitagliano, Appunti sulla termodinamica dei processi irreversibili, Liguori Editore (Napoli).

I. Prigogine, Introduction to thermodynamics of irreversible processes, Interscience Publishers (London).

E. Tiezzi, C. Dejak, D. Pitea, C. Rossi, Chimica Fisica per le Scienze Ambientali, ETAS (Milano)

Materiale didattico fornito dal docente (disponibile in "Materiale Didattico")