Imparare in natura
Gli studenti all'ETH analizzano le acque sotterranee in una foresta di Berna. In questo modo imparano sul campo il mestiere dell'ingegneria ambientale.
Il dispositivo di misurazione emette un suono assordante. Il suono acuto è quasi insopportabile. L'istruttore del corso Matthias Willmann rimuove la batteria senza ulteriori indugi. I suoi studenti sorridono e fanno scivolare con cautela il cavo nel foro per effettuare le misurazioni nell'acqua freatica.
Carole, Gianna, Raffaele e Robyn sono arrivati qui nella foresta del Club Hornusser di Kappelen (Berna) solo poche ore fa. Gli studenti dell'ETH stanno frequentando un modulo di tre giorni del programma di Master in Ingegneria ambientale. ? organizzato dall'omonimo istituto dell'ETH. Matthias Willmann è coinvolto da 15 anni. Inizialmente come dipendente dell'ETH, ora come esperto esterno. I circa 20 studenti studiano le acque sotterranee e il suolo. Willmann ha appena spiegato al gruppo di quattro persone che qui nella foresta ci sono 16 pozzi. I tubi verticali, lunghi più di 10 metri, sono permeabili a una certa altezza. L'acqua sotterranea vi entra e può essere analizzata dall'alto.
In un primo esperimento, il gruppo deve misurare il livello delle acque sotterranee e il bordo inferiore dei pozzi. Matthias Willmann ha preso due piombini per cavi dalla tenda dei materiali. Sembrano avvolgicavi. Tuttavia, il cavo è anche un nastro di misurazione e al posto della spina c'è un perno metallico, la sonda di misurazione. Gli studenti devono inserirlo con attenzione nel foro. Matthias Willmann spiega: "Non appena lo spillo entra in contatto con la falda acquifera, viene condotta l'elettricità e la piccola luce inizia a brillare".
Sentimento per la pratica
I quattro studenti del Master lo capiscono subito. Prima si esercitano insieme. Ora la batteria è di nuovo inserita. Raffaele infila con cura il cavo nel tubo, Carole lo aiuta. Non appena la luce e il suono si accendono, Robyn effettua la misurazione. Il livello della falda acquifera nel foro 3.1 è di 3 metri e 95 centimetri. Gianna prende nota del valore. Raffaele fa scorrere ulteriormente il cavo fino a sentire una leggera resistenza per determinare l'estremità inferiore del pozzo. "Ci vuole molta sensibilità", dice Matthias Willmann. Raffaele fa una pausa e Robyn legge il valore.
In seguito, i quattro disegneranno una mappa dei pozzi e segneranno l'altezza delle acque sotterranee in ogni caso. La direzione del flusso delle acque sotterranee può essere letta da questa mappa. "Gli studenti si sentono a proprio agio con la pratica e la realtà", dice l'istruttore del corso. "Joaquín Jiménez-Martínez, che gestisce il corso insieme a Mattias Willmann, è d'accordo.
Joaquín Jiménez-Martínez ha lavorato con il dipartimento Sviluppo e tecnologie dell'insegnamento dell'ETH di Zurigo sull'insegnamento sul campo. "? un modo diverso di insegnare quando c'è il collegamento con la natura", dice lo scienziato, che lavora come capogruppo all'ETH di Zurigo e all'Eawag. "Noi docenti facciamo una breve introduzione, ma poi facciamo un passo indietro e lasciamo che gli studenti misurino, provino e imparino". Chi siamo vorrebbe parlare più a lungo dei vantaggi del corso, ma il suo treno a Lyss sta partendo. Deve tornare a Zurigo.
Nel frattempo, gli studenti utilizzano una sonda per misurare la temperatura e la conducibilità dell'acqua di falda. Come previsto, l'acqua a una profondità di 10-12 metri ha una temperatura di 11 gradi. La distribuzione verticale della conduttività dell'acqua dice qualcosa sulla sua miscelazione. Qui a Kappelen è buona. Tuttavia, il suo valore può anche essere un'indicazione di sostanze inquinanti. Le acque sotterranee contaminate sono ovviamente devastanti. In Svizzera, ad esempio, l'80% dell'acqua potabile proviene dalle falde acquifere.
Tutto più grande
Il tempo per il primo esperimento è già scaduto e i quattro studenti passano a Lucien Biolley, collaboratore dell'Istituto di ingegneria ambientale. Insieme a Marius Floriancic, mantiene l'attrezzatura da campo in ottime condizioni per tutto l'anno e prepara il materiale per il modulo: ogni anno vengono trasportati da H?nggerberg a Kappelen non meno di due furgoni e due allegati completamente imballati. Lucien Biolley ci spiega ora come è possibile misurare continuamente il livello delle acque sotterranee utilizzando un sensore di pressione. I tubi blu nei coperchi dei pozzi ospitano i cavi che trasmettono i valori misurati alla scatola dei dati. I dati vengono raccolti lì e possono essere richiamati anche a Zurigo. In seguito, gli studenti riceveranno i dati degli ultimi cinque anni e li analizzeranno al computer. Ma ora è tempo di mettersi al lavoro!
Carole, Gianna, Raffaele e Robyn devono recuperare un serbatoio d'acqua da 1000 litri con una carriola. Per fortuna è vuoto, per ora. Non appena l'hanno scaricata vicino a un pozzo, vi installano una pompa e iniziano a riempire il serbatoio con l'acqua di falda. L'acqua verrà colorata la sera e utilizzata per un test di marcatura. "Mi piace il fatto che qui nel campo tutto sia così grande", dice Lucien Biolley. "Si possono toccare le attrezzature. Questo aiuta a capire".
I quattro studenti sono d'accordo su questo punto. Robyn e Carole hanno conseguito il Bachelor in scienze ambientali e sono passate all'ingegneria ambientale per il Master. "Sono affascinata dalle soluzioni tecniche ai problemi ambientali. Mi piace l'approccio pratico", dice Carole. E Robyn aggiunge: "Non solo impariamo molto in termini di contenuti, ma questo modulo mi dà anche un'importante visione di come può essere la carriera di ingegnere ambientale".
Foresta o prato?
Prima dell'inizio del test di marcatura, i quattro incontrano Marius Floriancic alla Hornusserhaus. Egli si occupa dell'umidità del terreno. Per misurare la quantità d'acqua che un terreno può assorbire, è necessario assemblare dei tensiometri. Si tratta di piccoli tubi pieni d'acqua con una parte in ceramica all'estremità. Più il terreno è asciutto, più è facile per l'acqua passare dalla ceramica all'area circostante. Gli studenti inseriscono quindi i tubi a diverse profondità nel terreno della foresta e leggono la rispettiva tensione di aspirazione, una misura della capacità del terreno di assorbire acqua.
Poi viene utilizzato il secondo strumento di misurazione. Una grande forchetta che misura semplicemente l'umidità del suolo. Marius Floriancic vuole sapere dove il terreno è generalmente più umido: nella foresta o nel prato in apertura? Studenti, autore e fotografo sono tutti d'accordo: "Foresta!" Con grande sorpresa di tutti, i valori misurati mostrano il contrario. Insieme, gli studenti e il docente cercano le ragioni: Quando piove, le chiome degli alberi e la lettiera sul suolo della foresta trattengono l'acqua. Gli alberi prelevano più acqua dal suolo rispetto all'erba. Infine, il suolo della foresta è più permeabile e l'acqua si disperde di più rispetto al suolo dei prati densi.
"Calcolare e modellare: gli studenti all'ETH lo sanno bene. Ma lavorare qui sul campo li aiuta ad applicare le loro conoscenze di base nella pratica", dice Marius Floriancic e non può fare a meno di sorridere. Poi si fa serio: "Questo modulo è costoso, ma l'investimento vale la pena". E poi tutti devono tornare nella foresta fino al serbatoio dell'acqua, dove Lucien Biolley versa il pennarello colorato. L'acqua colorata scorre dal serbatoio attraverso un tubo spesso fino a uno dei pozzi nella falda acquifera. A circa 30 metri di distanza, l'acqua di falda viene pompata da un altro pozzo e fatta passare attraverso un rilevatore di colore. Ci vorrà del tempo prima che l'acqua colorata arrivi.
Gli studenti hanno svolto abbastanza lavoro pratico per oggi. Più tardi analizzeranno i dati al computer. Questo è esattamente ciò che piace a Raffaele: "Anche a Gianna piace la varietà. La borsista dell'Excellence Scholarship & Opportunity Programme dell'ETH dice in poche parole: "La combinazione di tecnologia e natura è ciò che rende l'ingegneria ambientale così attraente per me".
Promuovere un insegnamento innovativo
Da maggio 2023, i corsi del Laboratorio di Ingegneria Ambientale sono offerti come Progetto Innovedum finanziato. Insieme al Dipartimento Sviluppo e tecnologie dell'insegnamento, l'obiettivo è semplificare l'analisi dei dati. In questo modo gli studenti hanno più tempo per l'interpretazione dei dati e per la considerazione critica dei risultati delle misurazioni. Metodi di valutazione innovativi, come la valutazione tra pari, rafforzano la riflessione.
"Globe" Ciò che tiene insieme il mondo
Questo testo è stato pubblicato nel numero 23/03 della rivista dell'ETH Globo pubblicato.