Kraichnan–Leith–Batchelor similarity theory and two-dimensional inverse cascades

We study the scaling properties and Kraichnan–Leith–Batchelor (KLB) theory of forced inverse cascades in generalized two-dimensional (2D) fluids (α-turbulence models) simulated at resolution 8192x8192. We consider α=1 (surface quasigeostrophic flow), α=2 (2D Euler flow) and α=3. The forcing scale is well resolved, a direct cascade is present and there is no large-scale dissipation. Coherent vortices spanning a range of sizes, most larger than the forcing scale, are present for both α=1 and α=2. The active scalar field for α=3 contains comparatively few and small vortices. The energy spectral slopes in the inverse cascade are steeper than the KLB prediction −(7−α)/3 in all three systems. Since we stop the simulations well before the cascades have reached the domain scale, vortex formation and spectral steepening are not due to condensation effects; nor are they caused by large-scale dissipation, which is absent. One- and two-point p.d.f.s, hyperflatness factors and structure functions indicate that the inverse cascades are intermittent and non-Gaussian over much of the inertial range for α=1 and α=2, while the α=3 inverse cascade is much closer to Gaussian and non-intermittent. For α=3 the steep spectrum is close to that associated with enstrophy equipartition. Continuous wavelet analysis shows approximate KLB scaling ℰ(k)∝k−2 (α=1) and ℰ(k)∝k−5/3 (α=2) in the interstitial regions between the coherent vortices. Our results demonstrate that coherent vortex formation (α=1 and α=2) and non-realizability (α=3) cause 2D inverse cascades to deviate from the KLB predictions, but that the flow between the vortices exhibits KLB scaling and non-intermittent statistics for α=1 and α=2.

Terahertz analysis of stratified wall plaster at buildings of cultural importance across Europe

Terahertz (THz) radiation is being developed as a tool for the analysis of cultural heritage, and due to recent advances in technology is now available commercially in systems which can be deployed for field analysis. The radiation is capable of penetrating up to one centimetre of wall plaster and is delivered in ultrafast pulses which are reflected from layers within this region. The technique is non-contact, non-invasive and non-destructive. While sub-surface radar is able to penetrate over a metre of wall plaster, producing details of internal structures, infrared and ultraviolet techniques produce information about the surface layers of wall plaster. THz radiation is able to provide information about the interim region of up to approximately one centimetre into the wall surface. Data from Chartres Cathedral, France, Riga Dome Cathedral, Latvia, and Chartreuse du Val de Bénédiction, France is presented each with different research questions. The presence of sub-surface paint layers was expected from documentary evidence, dating to the 13th Century, at Chartres Cathedral. In contrast, at the Riga Dome Cathedral surface painting had been obscured as recently as 1941 during the Russian occupation of Latvia using white lead-based paint. In the 13th Century, wall paintings at the Chapel of the Frescos, Chartreuse du Val de Benediction in Villeneuve les Avignon were constructed using sinopia under-painting on plaster covering uneven stonework.. This paper compares and contrasts the ability of THz radiation to provide information about sub-surface features in churches and Cathedrals across Europe by analysing depth based profiles gained from the reflected signal. © (2013) COPYRIGHT Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE).

Legacy effects of grassland management on soil carbon to depth

The importance of managing land to optimise carbon sequestration for climate change mitigation is widely recognised, with grasslands being identified as having the potential to sequester additional carbon. However, most soil carbon inventories only consider surface soils, and most large scale surveys group ecosystems into broad habitats without considering management intensity. Consequently, little is known about the quantity of deep soil carbon and its sensitivity to management. From a nationwide survey of grassland soils to 1 m depth, we show that carbon in grasslands soils is vulnerable to management and that these management effects can be detected to considerable depth down the soil profile, albeit at decreasing significance with depth. Carbon concentrations in soil decreased as management intensity increased, but greatest soil carbon stocks (accounting for bulk density differences), were at intermediate levels of management. Our study also highlights the considerable amounts of carbon in sub-surface soil below 30cm, which is missed by standard carbon inventories. We estimate grassland soil carbon in Great Britain to be 2097 Tg C to a depth of 1 m, with ~60% of this carbon being below 30cm. Total stocks of soil carbon (t ha-1) to 1 m depth were 10.7% greater at intermediate relative to intensive management, which equates to 10.1 t ha-1 in surface soils (0-30 cm), and 13.7 t ha-1 in soils from 30-100 cm depth. Our findings highlight the existence of substantial carbon stocks at depth in grassland soils that are sensitive to management. This is of high relevance globally, given the extent of land cover and large stocks of carbon held in temperate managed grasslands. Our findings have implications for the future management of grasslands for carbon storage and climate mitigation, and for global carbon models which do not currently account for changes in soil carbon to depth with management.

Estudo geotécnico sobre a erodibilidade de solos residuais não saturados

A erodibilidade, particularizada como a susceptibilidade a erosão hídrica por fluxo superficial concentrado, é uma das propriedades de comportamento dos solos de maior complexidade pelo grande número de variáveis intervenientes. Estudada por diferentes áreas do conhecimento (Agronomia, Hidráulica, Geologia de Engenharia e Engenharia Geotécnica), tem no meio geotécnico a maior lacuna na sua quantificação e entendimento dos mecanismos envolvidos. O presente trabalho apresenta um estudo sobre a erodibilidade de solos residuais tropicais e subtropicais não saturados a partir de quatro perfis representativos dos processos erosivos e solos envolvidos na Região Metropolitana de Porto Alegre. Os solos dos principais horizontes de cada um destes perfis foram caracterizados física, química e mineralogicamente. As propriedades de resistência ao cisalhamento e colapsibilidade foram avaliadas por ensaios de cisalhamento direto convencionais e com controle de sucção e por ensaios de colapsibilidade em oedômetros, respectivamente. A erodibilidade foi avaliada em laboratório, diretamente por meio de ensaios de Inderbitzen e indiretamente por diferentes critérios e parâmetros baseados em outras características físicas e propriedades dos solos. A análise conjunta do comportamento dos solos em campo frente a erosão, da avaliação direta e indireta da erodibilidade e das propriedades geomecânicas investigadas conduziram à formulação de uma proposta de abordagem geotécnica para a erodibilidade dos solos residuais tropicais e subtropicais não saturados. Nesta proposta destaca–se a avaliação direta da erodibilidade por ensaios de Inderbitzen e a indicação de solos potencialmente erodíveis baseada no teor de finos, na plasticidade, no parâmetro K da USLE, na Razão de Dispersão de Middleton, na classificação e critério de erodibilidade MCT e na variação da coesão com a saturação pelo parâmetro variação de coesão (Δc) proposto. A proposta de abordagem geotécnica para a previsão da erodibilidade dos solos visa dotar o engenheiro geotécnico de uma ferramenta destinada à avaliação do potencial erosivo dos terrenos antes de uma iniciativa de ocupação urbana ou implantação de qualquer outra obra de engenharia. Esta avaliação é o passo inicial no direcionamento de medidas preventivas e que visem minimizar o impacto da obra ao meio físico natural, no que se refere a erosão hídrica por fluxo superficial concentrado.

Sistema de sensoriamento eletromagnético utilizado para detecção da contaminação do óleo isolante do motor no método de elevação artificial do tipo bombeio centrífugo submerso

In the artificial lift method by Electrical Submersible Pump (ESP), the energy is transmitted for the well´s deep through a flat electric handle, where it is converted into mechanical energy through an engine of sub-surface, which is connected to a centrifugal pump. This transmits energy to the fluid under the pressure form, bringing it to the surface In this method the subsurface equipment is basically divided into: pump, seal and motor. The main function of the seal is the protect the motor, avoiding the motor´s oil be contaminated by oil production and the consequent burning of it. Over time, the seal will be wearing and initiates a contamination of motor oil, causing it to lose its insulating characteristics. This work presents a design of a magnetic sensor capable of detecting contamination of insulating oil used in the artificial lift method of oil-type Electrical Submersible Pump (ESP). The objective of this sensor is to generate alarm signal just the moment when the contamination in the isolated oil is present, enabling the implementation of a predictive maintenance. The prototype was designed to work in harsh conditions to reach a depth of 2000m and temperatures up to 150°C. It was used a simulator software to defined the mechanical and electromagnetic variables. Results of field experiments were performed to validate the prototype. The final results performed in an ESP system with a 62HP motor showed a good reliability and fast response of the prototype.

Soil erosion fragility assessment using an impact model and geographic information system

A study was taken in a 1566 ha watershed situated in the Capivara River basin, municipality of Botucatu, São Paulo State, Brazil. This environment is fragile and can be subjected to different forms of negative impacts, among them soil erosion by water. The main objective of the research was to develop a methodology for the assessment of soil erosion fragility at the various different watershed positions, using the geographic information system ILWIS version 3.3 for Windows. An impact model was created to generate the soil's erosion fragility plan, based on four indicators of fragility to water erosion: land use and cover, slope, percentage of soil fine sand and accumulated water flow. Thematic plans were generated in a geographic information system (GIS) environment. First, all the variables, except land use and cover, were described by continuous numerical plans in a raster structure. The land use and cover plan was also represented by numerical values associated with the weights attributed to each class, starting from a pairwise comparison matrix and using the analytical hierarchy process. A final field check was done to record evidence of erosive processes in the areas indicated as presenting the highest levels of fragility, i.e., sites with steep slopes, high percentage of soil fine sand, tendency to accumulate surface water flow, and sites of pastureland. The methodology used in the environmental problems diagnosis of the study area can be employed at places with similar relief, soil and climatic conditions.

Crescimento de Stylosanthes cv. Campo Grande em diferentes níveis de densidade de um Latossolo Vermelho

O Stylosanthes spp. cv. Campo Grande é uma leguminosa recomendada para a recuperação de áreas de pastagens degradadas, entretanto são escassas as informações sobre seu desenvolvimento em solos compactados. Assim, objetivou-se com o presente trabalho avaliar o desenvolvimento do Stylosanthes cv. Campo Grande em diferentes níveis de densidade de um Latossolo Vermelho eutroférrico (LVef). O experimento foi desenvolvido no período entre setembro de 2007 e março de 2008, em cultivo protegido. O delineamento experimental utilizado foi inteiramente casualizado. Os tratamentos consistiram de cinco níveis de compactação do solo em sub-superfície (1,0; 1,2; 1,4; 1,6 e 1,8 Mg m-3) com quatro repetições. As unidades experimentais foram compostas por vasos montados a partir de anéis de PVC sobrepostos. No solo estudado (LVef) o máximo crescimento do Stylosanthes cv. Campo Grande ocorre com a densidade de solo em torno de 1,27 Mg m-3; e densidades de solo acima de 1,00 Mg m-3 limitam o desenvolvimento radicular desta leguminosa.

Consolidômetro: equipamento pneumático-eletrônico para avaliação do estado de consolidação do solo

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Características das águas subterrâneas numa faixa norte-sul na cidade de Manaus (AM)

A cidade de Manaus está localizada numa região próxima ao centro da bacia Amazônica, cujo abastecimento de água é realizado pelas águas do Amazonas, sendo efetuado por captação da drenagem superficial do rio Negro e por poços tubulares, que exploram aqüíferos constituídos pela Formação Alter do Chão. Com o objetivo de investigar a hidroquímica das águas subterrâneas de Manaus, para caracterizar e avaliar a qualidade dos recursos hídricos em subsuperfície, aferiram-se os parâmetros físicos, físico-químicos e químicos das amostras de águas de poços tubulares selecionados. Os resultados obtidos dos parâmetros analisados mostraram que as águas estudadas são excelentes para consumo humano e industrial, por situarem-se dentro dos limites de potabilidade estabelecidos pela legislação vigente.

Morphological analysis of pits formed on Al 2024-T3 in chloride aqueous solution

It has been used a new image analysis method, based on segmentation by shape parameters, for pits morphology examination from Al 2024 aluminum-copper alloy in chloride aqueous solution. Corrosion behavior of this alloys in naturally aerated 3.5% NaCl solution has been investigated through open circuit potential measurements. Afterwards, pits have been characterized by image analysis taking density and size measurements right from corroded surfaces. Morphological investigation has been conducted for profiles, cut orthogonally from mean surface planes, and observed through light microscopy. Image analysis data could demonstrate that pits are wider than deep, evoluting for conical, quasi-conical or irregular shapes. Most pits have presented a quasi-conical morphology, but the wider ones have evoluted to an irregular shape influenced by sub-surface microstructure. Image analysis based on shape segmentation could enhance the differences on morphological behavior. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Desempeño de tanques decantadores de sólidos en un sistema de recirculación para producción de tilapia

To compare the removal efficiency of solids, turbidity and apparent color between a conventional and a column settling tanks in a recirculating aquaculture system (RAS) for tilapia farming. Materials and methods. Tilapia with a stocking density between 30 and 33 kg/m3 were cultured in a RAS consisting of a water level control box, PVC piping system, three plastic tanks for culture, conventional horizontal flow settling tank (Con.ST), column vertical flow settling tank (Col.ST), three phase fluidized bed reactor, oxygen transfer reactor, air compressor, air blower, centrifugal pump. The Con.ST operated at a volume of 1.4 m3 and hydraulic retention time (HRT) of 2.94 h; and was drained weekly for washing and sludge collection, representing a 55%discharge of system water volume. The Col.ST operated with a volume of 0.30 m3 and HRT of 0.553 h. Three daily partial draining operations were executed, representing a discharge of 50% of the system volume. Results. The mean solids removal efficiencies were: 34.01 and 44.44%for total solids; 64.45 and 71.71% for suspended solids; 21.10 and 45.65% volatile solids; 65.51% and 62.79% for turbidity; and 56.37 and 50.91% for apparent color, respectively for Con.ST and Col.ST. Conclusions. The two settling devices are useful on removal of the studied parameters and presented similar performance on turbidity and apparent color removal; however, the Col.ST was more efficient than Con.ST for solids removal, requires less space, less volume and requires less discharge water volume, displaying feasibility for its use on RAS.

Definição da assinatura geoquímica multielemento secundária dos depósitos Canoas e Perau - Vale do Ribeira - PR e sua aplicação como ferramenta na seleção de novas áreas potenciais para pesquisa mineral

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Delineamento do pé do talude na margem continental do Ceará através da integração de dados geológicos e geofísicos

A metodologia de interpretação integrada dos dados geológicos e geofísicos observados em um perfil da margem continental do Ceará possibilita a identificação e a integração de características peculiares a cada tipo de dado. Dessa forma, é possível se definir a localização mais provável de feições estruturais importantes, tais como a fronteira entre as crostas continental e oceânica e o pé do talude, objeto do presente estudo. Segundo o Artigo 76 (parágrafo 4, item b) da Convenção das Nações Unidas para o Direito do Mar, o pé do talude é definido como o ponto de variação máxima do gradiente do talude na sua base. Entretanto, essa definição, apesar de simples no contexto fisiográfico, não é suficiente para propiciar a localização do pé do talude como preconiza a Convenção, razão pela qual se aplicam os métodos geofísicos. Dentro do contexto geofísico-geológico está implícita a interpretação quantitativa das anomalias gravimétricas ar-livre, que possibilita o delineamento do modelo geofísico representando a subsuperfície, cuja finalidade é subsidiar geologicamente a interpretação integrada dos dados aludidos. Um procedimento automático de ajuste de curvas combinando as técnicas de inversão de busca sistemática e a que utiliza derivadas foi usado com o propósito de gerar o modelo geofísico. A aplicação rigorosa de vínculos preliminarmente e a constante reavaliação desses vínculos através de um processo interativo entre a sísmica e a gravimetria, gerado durante a interpretação quantitativa das anomalias ar-livre, possibilitaram que o modelo geofísico final estivesse dentro dos padrões geológicos para área, notadamente quanto ao equilíbrio isostático (Teoria de Airy). O objetivo do presente trabalho é se estudar as características geológicas e geofísicas observadas ao longo de um perfil da margem continental do Ceará (LEPLAC III), notadamente quanto ao pé do talude, buscando estabelecer a aplicabilidade de uma metodologia de interpretação integrada desses dados, cuja finalidade é se definir de forma sistemática a localização mais provável para esta feição fisiográfica. A metodologia de interpretação integrada dos dados geológicos e geofísicos empregada mostrou-se eficiente para este objetivo. Foi possível se integrar: (i) a localização fisiográfica (distância da costa e profundidade) do pé do talude; (ii) a zona de instabilidade tectônica evidenciada pelos falhamentos, comuns nesta região; (iii) ao fim de uma zona magnética perturbada, associado a um ponto de mínimo na curva de anomalia magnética, e que possivelmente delimita o início de uma zona magnética quieta, denominada de anomalia E e (iv) um ponto de inflexão na curva de anomalia ar-livre, associado ao efeito gravimétrico do contraste de densidades entre as crostas continental, os sedimentos e a água do mar, evidenciado pela geometria do talude. Foi possível ainda se definir a localização mais provável para a fronteira entre as crostas continental e oceânica. Dada a rigorosidade na aplicação das técnicas de inversão e dos vínculos é provável que as correlações das características intrínsecas a cada tipo de dado efetuadas na conclusão desse trabalho tenham fundamento e possam ser confirmadas. A condição para isto é a aplicação da metodologia aqui estabelecida em um número maior de perfis.

Mapeamento de uma interface separando dois meios homogêneos através da reconstituição gravimétrica compacta: aplicação a dados do LEPLAC-IV

O problema do mapeamento de uma interface separando dois meios homogêneos tem sido tradicionalmente resolvido através da continuação para baixo da anomalia gravimétrica observada. Este procedimento requer a utilização de um filtro passa-baixa ou de um parâmetro de amortecimento, que tendem a diminuir a resolução do relevo estimado da interface. Além disso, o uso da continuação para baixo implica supor (desnecessariamente) que a interface é uma superfície harmônica. Desta forma, a utilização da continuação para baixo é restrita a interfaces que apresentam um relevo suave relativamente à sua profundidade média. As restrições impostas pela continuação para baixo do campo gravimétrico são reduzidas na técnica de inversão proposta para este estudo, cujo objetivo é mapear a interface crosta-manto baseada na incorporação de informações a priori sobre o mínimo momento de inércia da fonte causadora, em relação a um eixo de concentração de massa pré-estabelecido e coincidente com o topo da fonte anômala. Além da introdução de informações sobre o mínimo momento, foi incluída também a possibilidade de haver variação lateral e em profundidade de densidade em setores previamente estabelecidos, o que permite estender a aplicação desta técnica a situações geológicas mais complexas que envolvam a reconstituição de corpos justapostos, que sejam de diferentes naturezas, tais como aqueles presentes em zonas de transição crustal. O método de inversão apresentado foi avaliado em testes usando dados sintéticos e os resultados obtidos mostraram a eficiência desta técnica em recuperar corpos alongados horizontalmente, que apresentem como topo ou base, interfaces arbitrárias a serem mapeadas. Foi também constatada a eficácia do método em reconstituir corpos que comportem variação lateral de densidade que pudessem retratar situações em que se deseja investigar a natureza do embasamento em regiões de transição crustal. Com base nos resultados destes testes, a técnica foi então empregada na inversão gravimétrica de cinco perfis do LEPLAC IV que cruzam a região oceânica adjacente à margem continental sudeste brasileira. Os resultados desta aplicação permitiram inferir a natureza dos corpos que constituem o arcabouço estrutural da região onde encontram-se inseridas a Dorsal de São Paulo e a Zona de Fratura de Porto Alegre, assim como mapear a Moho subjacente.

Métodos geofísicos aplicados a prospecção mineral na região do Igarapé Chega Tudo, Maranhão - Brasil

O presente trabalho de prospecção geofísica abrange o levantamento de uma faixa de direção NW-SE, desde o local denomina do Chatão, à margem direita do rio Gurupi, até 5 km além de Chega Tudo, no estado de Maranhão. Esse levantamento foi feito em travessas perpendiculares àquela faixa, a qual constitui uma extensa zona de falha. Os trabalhos de geofísica de campo, envolvendo os métodos magnético (campo total), cintilómétrico, eletro-resistivo (Schlumberger, Wenner e Half-Schlumberger) e E.M. (Slingram), foram realizados em duas etapas: a) levantamento de reconhecimento em uma área de 22 km², onde foram aplicados magnetometria e cintilometria e b) levantamento de detalhe em uma área de 3,50 km², onde foram aplicados eletro-resistividade e E.M. Os objetivos principais deste trabalho foram determinar e localizar as principais feições estruturais e geo-elétricas associadas às zonas mineralizadas, e selecionar, entre os métodos geofísicos empregados, qual o de melhor poder resolutivo na indicação de veios de quartzo em sub-superfície, possivelmente associados à mineração de ouro. O método magnético indicou uma anomalia principal no lado NE da área de reconhecimento, enquanto que o cintilométrico apresentou somente o valor do "background" da região. Por isso o método cintilométrico não será discutido nesse trabalho. Com os métodos eletro-resistivo e E.M. foram observadas várias anomalias ao longo de toda a área de detalhe. A interpretação dos dados de magnetometria e de eletro-resistividade foi realizada com técnicas computacionais, enquanto que para a dos dados eletromagnéticos foram empregados diagramas de fase. Os resultados apresentam uma estreita correlação das anomalias magnéticas e eletro-resistivas com a zona mineralizada. O método E.M. não apresentou nenhum poder resolutivo, uma vez que detectou anomalias semelhantes dentro e fora das áreas mais promissoras. Todas as anomalias foram confirmadas com furos de sondagem. Considerando-se que a área prospectada apresenta, devido ao difícil acesso, o mesmo grau de dificuldade para realização da pesquisa por métodos diretos (perfuração, poços ou trincheiras), como qualquer outra área similar na região amazônica, os resultados aqui apresentados confirmaram que os métodos magnético e eletro-resistivo podem ser utilizados com sucesso como ferramenta indireta na localização de zonas promissoras à exploração de ouro dentro da zona de falha de Chega Tudo ou em outros ambientes geológicos de semelhantes características.