Un modello spazialmente distribuito per la modellazione fisicamente basata del contributo locale al trasporto solido in sospensione in alvei fluviali

La presente tesi di dottorato si propone lo sviluppo di un modello spazialmente distribuito per produrre una stima dell'erosione superficiale in bacini appenninici. Il modello è stato progettato per simulare in maniera fisicamente basata il distacco di suolo e di sedimento depositato ad opera delle precipitazioni e del deflusso superficiale, e si propone come utile strumento per lo studio della vulnerabilità del territorio collinare e montano. Si è scelto un bacino collinare dell'Appennino bolognese per testare le capacità del modello e verificarne la robustezza. Dopo una breve introduzione per esporre il contesto in cui si opera, nel primo capitolo sono presentate le principali forme di erosione e una loro descrizione fisico-matematica, nel secondo capitolo verranno introdotti i principali prodotti della modellistica di erosione del suolo, spiegando quale interpretazione dei fenomeni fisici è stata data. Nel terzo capitolo verrà descritto il modello oggetto della tesi di dottorando, con una prima breve descrizione della componente afflussi-deflussi ed una seconda descrizione della componente di erosione del suolo. Nel quarto capitolo verrà descritto il bacino di applicazione del modello, i risultati della calibrazione ed un'analisi di sensitività. Infine si presenteranno le conclusioni sullo studio.

Dealogenazione riduttiva dei policlorobifenili (PCB) in sedimenti anaerobici marini della laguna di Venezia: arricchimento e identificazione dei microrganismi dealogenanti

I policlorobifenili (PCB) sono inquinanti tossici e fortemente recalcitranti che contaminano suoli e sedimenti di acqua dolce e marini. Le tecnologie attualmente impiegate per la loro rimozione (dragaggio e trattamento chimoco-fisico o conferimento in discarica) sono molto costose, poco efficaci o ad alto impatto ambientale. L’individuazione di strategie alternative, di natura biologica, consentirebbe lo sviluppo di un processo alternativo più sostenibile. Nel processo di declorurazione riduttiva i congeneri di PCB a più alto grado di clorurazione, che sono i più tossici, recalcitranti e maggiormente tendenti al bioaccumulo, vengono utilizzati da alcuni microrganismi anaerobici come accettori finali di elettroni nella catena respiratoria e bioconvertiti in congeneri a minor grado di clorurazione, meno pericolosi, che possono essere mineralizzati da parte di batteri aerobi. La declorurazione riduttiva dei PCB è stata spesso studiata in colture anaerobiche di arricchimento in terreno minerale ottenute a partire da sedimenti di acqua dolce; questi studi hanno permesso di dimostrare che batteri del phylum dei Chloroflexi e appartenenti al genere Dehalococcoides o filogeneticamente facenti parte del gruppo dei Dehalococcoides-like sono i decloruranti. Sono tuttavia scarse le informazioni riguardanti l'occorrenza della declorurazione dei PCB in ambienti marini, nei quali l'alta salinità e concentrazione di solfati influenzano diversamente l'evoluzione delle popolazioni microbiche. In sedimenti contaminati della laguna di Venezia è stata osservata declorurazione sia dei PCB preesistenti che di congeneri esogeni; questi studi hanno permesso l'ottenimento di colture di arricchimento fortemente attive nei confronti di 5 congeneri di PCB coplanari. In questa tesi, a partire dalle colture capaci di declorurare i PCB coplanari, sono stati allestiti nuovi passaggi di arricchimento su Aroclor®1254, una miscela di PCB più complessa e che meglio rappresenta la contaminazione ambientale. Le colture sono state allestite come microcosmi anaerobici in fase slurry, preparati risospendendo il sedimento nell'acqua superficiale, ricreando in tal modo in laboratorio le stesse condizioni biogeochimiche presenti in situ; gli slurry sterili sono stati inoculati per avviare le colture. Per favorire la crescita dei microrganismi decloruranti e stimolare così la decloruraazione dei PCB sono stati aggiunti inibitori selettivi di metanogeni (Bromoetansulfonato o BES) e solfato-riduttori (molibdato), sono state fornite fonti di carbonio ed energia (eD), quali acidi grassi a corta catena e idrogeno, utilizzate di batteri decloruranti noti, e per semplificare la comunità microbica sono stati aggiunti antibiotici cui batteri decloruranti del genere Dehalococcoides sono resistenti. Con questo approccio sono stati allestiti passaggi di arricchimento successivi e le popolazioni microbiche delle colture sono state caratterizzate con analisi molecolari di fingerprinting (DGGE). Fin dal primo passaggio di arricchimento nei microcosmi non ammendati ha avuto luogo un'estesa declorurazione dell'Aroclor®1254; nei successivi passaggi si è notato un incremento della velocità del processo e la scomparsa della fase di latenza, mentre la stessa stereoselettività è stata mantenuta a riprova dell’arricchimento degli stessi microrganismi decloruranti. Le velocità di declorurazione ottenute sono molto alte se confrontate con quelle osservate in colture anaerobiche addizionate della stessa miscela descritte in letteratura. L'aggiunta di BES o molibdato ha bloccato la declorurazione dei PCB ma in presenza di BES è stata riscontrata attività dealogenante nei confronti di questa molecola. La supplementazione di fonti di energia e di carbonio ha stimolato la metanogenesi e i processi fermentativi ma non ha avuto effetti sulla declorurazione. Ampicillina e vancomicina hanno incrementato la velocità di declorurazione quando aggiunte singolarmente, insieme o in combinazione con eD. E' stato però anche dimostrato che la declorurazione dei PCB è indipendente sia dalla metanogenesi che dalla solfato-riduzione. Queste attività respiratorie hanno avuto velocità ed estensioni diverse in presenza della medesima attività declorurante; in particolare la metanogenesi è stata rilevata solo in dipendenza dall’aggiunta di eD alle colture e la solfato-riduzione è stata inibita dall’ampicillina in microcosmi nei quali un’estesa declorurazione dei PCB è stata osservata. La caratterizzazione delle popolazioni microbiche, condotte mediante analisi molecolari di fingerprinting (DGGE) hanno permesso di descrivere le popolazioni batteriche delle diverse colture come complesse comunità microbiche e di rilevare in tutte le colture decloruranti la presenza di una banda che l’analisi filogenetica ha ascritto al batterio m-1, un noto batterio declorurante in grado di dealogenare un congenere di PCB in colture di arricchimento ottenute da sedimenti marini appartenente al gruppo dei Dehalococcoides-like. Per verificare se la crescita di questo microrganismo sia legata alla presenza dei PCB, l'ultimo passaggio di arricchimento ha previsto l’allestimento di microcosmi addizionati di Aroclor®1254 e altri analoghi privi di PCB. Il batterio m-1 è stato rilevato in tutti i microcosmi addizionati di PCB ma non è mai stato rilevato in quelli in cui i PCB non erano presenti; la presenza di nessun altro batterio né alcun archebatterio è subordinata all’aggiunta dei PCB. E in questo modo stato dimostrato che la presenza di m-1 è dipendente dai PCB e si ritiene quindi che m-1 sia il declorurante in grado di crescere utilizzando i PCB come accettori di elettroni nella catena respiratoria anche in condizioni biogeochimiche tipiche degli habitat marini. In tutte le colture dell'ultimo passaggio di arricchimento è stata anche condotta una reazione di PCR mirata alla rilevazione di geni per dealogenasi riduttive, l’enzima chiave coinvolto nei processi di dealogenazione. E’ stato ottenuto un amplicone di lughezza analoga a quelle di tutte le dealogenasi note in tutte le colture decloruranti ma un tale amplificato non è mai stato ottenuto da colture non addizionate di PCB. La dealogenasi ha lo stesso comportamento di m-1, essendo stata trovata come questo sempre e solo in presenza di PCB e di declorurazione riduttiva. La sequenza di questa dealogenasi è diversa da tutte quelle note sia in termini di sequenza nucleotidica che aminoacidica, pur presentando due ORF con le stesse caratteristiche e domini presenti nelle dealogenasi note. Poiché la presenza della dealogenasi rilevata nelle colture dipende esclusivamente dall’aggiunta di PCB e dall’osservazione della declorurazione riduttiva e considerato che gran parte delle differenze genetiche è concentrata nella parte di sequenza che si pensa determini la specificità di substrato, si ritiene che la dealogenasi identificata sia specifica per i PCB. La ricerca è stata condotta in microcosmi che hanno ricreato fedelmente le condizioni biogeochimiche presenti in situ e ha quindi permesso di rendere conto del reale potenziale declorurante della microflora indigena dei sedimenti della laguna di Venezia. Le analisi molecolari condotte hanno permesso di identificare per la prima volta un batterio responsabile della declorurazione dei PCB in sedimenti marini (il batterio m-1) e una nuova dealogenasi specifica per PCB. L'identificazione del microrganismo declorurante permette di aprire la strada allo sviluppo di tecnologie di bioremediation mirata e il gene della dealogenasi potrà essere utilizzato come marker molecolare per determinare il reale potenziale di declorurazione di miscele complesse di PCB in sedimenti marini.

Dinamica dell’intrusione salina nella costa ravennate: aspetti idrogeochimici ed evoluzione attesa

Nell’ambito del progetto multidisciplinare “Coastal Salt Water Intrusion”, che si propone di indagare “l’Intrusione salina nella costa ravennate con i conseguenti impatti territoriali-ambientali, connessi al previsto innalzamento del livello marino per cause climatiche e di subsidenza”, si inserisce il presente studio con l’obiettivo di fornire una caratterizzazione idrogeochimica delle acque di falda e superficiali e un modello geochimico generale sui processi di salinizzazione o desalinizzazione in atto nella falda freatica costiera della costa ravennate. E’ stato fatto un confronto fra tre metodiche di estrazione del complesso di scambio della matrice solida dell’acquifero che utilizzano rispettivamente acetato di ammonio, cloruro di bario e argento-tiourea. Sono stati posizionati 5 transetti perpendicolari alla linea di costa per un totale di 44 punti di campionamento con due campagne di prelievi, al termine della primavera e al termine dell’estate. La caratterizzazione dei processi di mixing e scambio ionico con la matrice solida dell’acquifero è avvenuta mediante analisi dei cationi ed anioni fondamentali, determinazione della CEC sulla matrice solida dell’acquifero, modellizzazione mixing/scambio ionico, modellizzazione della composizione teorica della frazione scambiabile in funzione della composizione acqua all’equilibrio e interpolazione geostatistica dei dati raccolti e costruzione di mappe geochimiche (curve di iso-concentrazione). La metodologia di estrazione che utilizza il bario-cloruro è risultata la più affidabile. Le acque prelevate dalla falda superficiale evidenziano miscelazione in varie proporzioni acqua marina/acqua dolce, scambi ionici per interazione acqua/sedimento, dissoluzione di CaSO4.2H2O. I processi di salinizzazione e/o addolcimento mostrano una significativa variabilità nello spazio (variabilità legata alla distanza dalla costa, al profilo topografico e alla distribuzione dei corpi sabbiosi litoranei) e nel tempo (variabilità legata alla piovosità e alla gestione delle acque superficiali e del sottosuolo). La complessa variabilità spazio-temporale dei processi in atto nella falda superficiale non consente di evidenziare una complessiva prevalenza di fenomeni di salinizzazione rispetto a quelli di addolcimento.

Metodi di misurazione e implicazioni dell'albuminuria e della proteinuria nel cane

La proteinuria è un marker di danno renale nel cane. L’obiettivo dello studio è di valutare la capacità del dipstick urinario e dell’UPC di diagnosticare precocemente l’albuminuria nel cane. Sono stati raccolti 868 campioni di urina, con sedimento spento e assenza di ematuria, nell’Ospedale Didattico Veterinario della Facoltà di Medicina Veterinaria di Bologna. Per 550 campioni è stata effettuata l’analisi delle urine, la misurazione dell’UPC e dell’UAC, mentre UPC e UAC sono stati misurati in tutti gli 868 campioni. I campioni di urina sono stati analizzati con il metodo dipstick mediante lettura automatizzata. Utilizzando come valore di riferimento l’UAC è stata valutata l’accuratezza diagnostica del dipstick urinario e dell’UPC. L’intervallo di riferimento dell’UAC (0-0,024) è stato determinato utilizzando 60 cani sani. I dati raccolti sono stati classificati utilizzando differenti cut-off per il peso specifico urinario (1012 o 1030), per la proteinuria al dipstick (30 o 100 mg/dl), per l’UPC (0,2) e per l’UAC (0,024). Sono stati valutati l’agreement diagnostico e la correlazione di Spearman tra dipstick, UPC e UAC. E’ stata stimata l’accuratezza diagnostica misurando l’area al di sotto della curva di ROC nell’analisi dell’UAC. Il livello di significatività è stato definito per p < 0,05. Indipendentemente dal peso specifico urinario, l’agreement diagnostico tra dipstick, UPC e UAC è risultato forte (k=0,62 e k=0,61, rispettivamente; p<0,001) con valori di dipstick ≥30 mg/dl, debole (k=0,27 e k=0,26, rispettivamente; p<0,001) con valori di dipstick ≥100 mg/dl. L’accuratezza diagnostica del dipstick messa a confronto con UPC e con UAC è molto buona (AUC 0,84 e 0,84, rispettivamente; p<0,001) e i risultati negativi al dipstick presentano il 100% di sensitività. UPC e UAC sono fortemente correlate (r=0,90; p<0,001). Mettendo a confronto UPC e UAC, l’accuratezza diagnostica è risultata eccellente (AUC 0,94; p<0,001), con massima sensitività e specificità per UPC≥0.3.

Late Quaternary geological evolution of the Montenegro and Northern Albania continental margins

The object of this work has been the analysis of natural processes controlling the geological evolution of the Montenegro and Northern Albania Continental Margin (MACM) during the Late Quaternary. These include the modern sediment dispersal system and oceanographic regime, the building and shaping of the shelf margin at the scale of 100 kyr and relative to the most recent transition between glacial and interglacial periods. The analysis of the new data shows that the MACM is a shelf-slope system formed by a suite of physiographic elements, including: an inner and an outer continental shelf, separated by two tectonically-controlled morphological highs; a lobated drowned mid-shelf paleodelta, formed during the last sea level fall and low stand; an upper continental slope, affected by gravity-driven instability and a system of extensional faults with surficial displacement, featuring an orientation coherent with the regional tectonics. The stratigraphic study of the MACM shows a clear correspondence between the Late Pleistocene/Holocene mud-wedge and the low reflectivity sectors of the inner shelf. Conversely, most of the outer shelf and part of the continental slope expose deposits from the last sea level low stand, featuring a general sediment starving condition or the presence of a thin postglacial sediments cover. The MACM shows uplift in correspondence of the Kotor and Bar ridges, and subsidence in the outer shelf and upper slope sectors. In fact, seaward of these tectonic ridges, the sparker seismic profile show the presence of four well-defined seismo-stratigraphic sequences, interpreted as forced regression deposits, formed during the last four main glacial phases. In this way, the MACM records the 100 kyr scale sea level fluctuations on its seismo-stratigraphic architecture over the last 350 kyr. Over such time range, through the identification of the paleoshoreline deposits, we estimated an average subsidence rate of about 1.2 mm/yr.

Influenza della sostanza organica nella diagenesi precoce dei sedimenti del mare Adriatico e Ionio

Lo studio dei processi biogeochimici che avvengono all’interfaccia acqua-sedimento riveste grande importanza per comprendere quali fattori ambientali siano responsabili di un eventuale modifica nel bilancio del carbonio organico e di altri elementi maggiori o minori e può` fornire un' indicazione su quali siano le aree più sensibili a tali processi. In questo studio sono stati analizzati i meccanismi che guidano la mineralizzazione della sostanza organica in aree caratterizzate da differenti condizioni idrodinamiche, batimetriche e trofiche nel Mediterraneo centrale. In particolare sono state prelevate carote di sedimento e analizzate le acque interstiziali in siti localizzati nell'Adriatico centro-meridionale, caratterizzati da basse profondità, alti tassi di sedimentazione e elevati apporti di sostanza organica, e in siti localizzati nello Ionio centro-settentrionale, caratterizzati da profondità crescenti, minori tassi di sedimentazione e ridotti apporti fluviali. L'analisi dei processi di degradazione della sostanza organica evidenzia differenze regionali tra il bacino adriatico e quello ionico: processi di mineralizzazione ossica e subossica appaiono intensi nei sedimenti adriatici, diversamente il bacino ionico appare caratterizzato principalmente da processi di degradazione ossica della sostanza organica. Inoltre, relativamente ai flussi bentici di Carbonio Inorganico Disciolto (DIC) flussi inversi sono stati registrati nei due bacini: i sedimenti adriatici si comportano come sourse di DIC, mentre i sedimenti Ionici si comportano come dei sink di DIC suggerendo una possibile precipitazione di carbonati nel bacino ionico.

Un approccio multiscala alle dinamiche fluviali di alvei montani

Questo lavoro di tesi è finalizzato allo studio delle morfodinamiche fluviali in ambiente montano, in risposta a forzanti antropiche e naturali. In particolare, si prendono in considerazione sistemi Appenninici (i.e., Fiume Santerno) e Alpini (i.e., Rii Grigno, Tolvà e Ussaia), integrando due approcci che si sviluppano su scale spazio-temporali differenti. Nel caso Appenninico vengono esaminati i cambiamenti planimetrici dell’alveo attivo del Fiume Santerno in risposta ad impatti antropici, quali l’estrazione di inerti in alveo, la costruzione di opere idrauliche e l’alterazione di uso del suolo a scala di bacino. Nei tre casi Alpini, che si differenziano in termini di forzante idro-meteorologica ed apporto di sedimento da monte, si è valutato il trasporto solido di fondo (bedload transport) mediante tecnologia RFID.