Modeling hydrothermal system: deriving observables and hydrothermal instability in volcanic and non-volcanic setting

Hydrothermal fluids are a fundamental resource for understanding and monitoring volcanic and non-volcanic systems. This thesis is focused on the study of hydrothermal system through numerical modeling with the geothermal simulator TOUGH2. Several simulations are presented, and geophysical and geochemical observables, arising from fluids circulation, are analyzed in detail throughout the thesis. In a volcanic setting, fluids feeding fumaroles and hot spring may play a key role in the hazard evaluation. The evolution of the fluids circulation is caused by a strong interaction between magmatic and hydrothermal systems. A simultaneous analysis of different geophysical and geochemical observables is a sound approach for interpreting monitored data and to infer a consistent conceptual model. Analyzed observables are ground displacement, gravity changes, electrical conductivity, amount, composition and temperature of the emitted gases at surface, and extent of degassing area. Results highlight the different temporal response of the considered observables, as well as the different radial pattern of variation. However, magnitude, temporal response and radial pattern of these signals depend not only on the evolution of fluid circulation, but a main role is played by the considered rock properties. Numerical simulations highlight differences that arise from the assumption of different permeabilities, for both homogeneous and heterogeneous systems. Rock properties affect hydrothermal fluid circulation, controlling both the range of variation and the temporal evolution of the observable signals. Low temperature fumaroles and low discharge rate may be affected by atmospheric conditions. Detailed parametric simulations were performed, aimed to understand the effects of system properties, such as permeability and gas reservoir overpressure, on diffuse degassing when air temperature and barometric pressure changes are applied to the ground surface. Hydrothermal circulation, however, is not only a characteristic of volcanic system. Hot fluids may be involved in several mankind problems, such as studies on geothermal engineering, nuclear waste propagation in porous medium, and Geological Carbon Sequestration (GCS). The current concept for large-scale GCS is the direct injection of supercritical carbon dioxide into deep geological formations which typically contain brine. Upward displacement of such brine from deep reservoirs driven by pressure increases resulting from carbon dioxide injection may occur through abandoned wells, permeable faults or permeable channels. Brine intrusion into aquifers may degrade groundwater resources. Numerical results show that pressure rise drives dense water up to the conduits, and does not necessarily result in continuous flow. Rather, overpressure leads to new hydrostatic equilibrium if fluids are initially density stratified. If warm and salty fluid does not cool passing through the conduit, an oscillatory solution is then possible. Parameter studies delineate steady-state (static) and oscillatory solutions.

Studio dei semiochimici coinvolti nelle interazioni intra- e inter-specifiche in Gonocerus acuteangulatus (Goeze) (Heteroptera: Coreidae) in vista di un loro impiego nella difesa del nocciolo.

Gonocerus acuteangulatus (Hemiptera: Coreidae) è considerato uno dei principali fitofagi del nocciolo, in grado di causare con l’attività trofica pesanti perdite quali-quantitative di produzione. Nel triennio sono state quindi condotte indagini sulla bioetologia di G. acuteangulatus volte a: I) studiare comportamento alimentare ed effetti sulla produzione corilicola, II) identificare i feromoni e valutarne l’attività mediante biosaggi fisiologici e comportamentali in laboratorio, semi-campo e campo, III) rilevare le piante ospiti alternative al nocciolo. Mediante isolamento di adulti del coreide su rami di nocciolo con frutti è stata confermata l’assenza di correlazione fra entità del danno e numerosità degli individui presenti in corileto. Dalle analisi sensoriali su nocciole sane e danneggiate è emerso che le alterazioni causate delle punture di nutrizione sono rese più evidenti da conservazione e tostatura. Variazioni di tempi e temperature di tostatura potrebbero mitigare gli effetti del cimiciato. Nello studio dei feromoni, G. acuteangulatus, molto mobile nell’ambiente, è risultato poco adatto ai biosaggi in condizioni artificiali, come quelle in olfattometro e semi-campo. Le femmine sono tuttavia apparse attrattive per adulti di entrambi i sessi, mentre la miscela feromonale sintetizzata ha mostrato un’azione attrattiva, seppure non costante. Pertanto, ulteriori ripetizioni sono necessarie per convalidare questi risultati preliminari, modificando le condizioni di saggio in relazione alle caratteristiche della specie. Infine è stata accertata la preferenza del fitofago per alcune specie vegetali rispetto al nocciolo. Nel corso del triennio, popolazioni molto consistenti di G. acuteangulatus sono state rilevate su bosso, ciliegio di Santa Lucia, rosa selvatica, sanguinello, spino cervino, in corrispondenza del periodo di comparsa e maturazione dei frutti. Nell’impostazione di una strategia di difesa a basso impatto ambientale, l’attrattività di queste piante, in sinergia con eventuali feromoni di aggregazione, potrebbe essere utilmente sfruttata, per mantenere il coreide lontano dalla coltura.