(Appendix B) Benthic foraminifera in Indian Ocean surface sediments

Multivariate analysis was performed on percentages of 46 species of unstained deep-sea benthic foraminifera from 131 core-top to near-core-top samples (322-5013 m) from across the Indian Ocean. Faunal data are combined with GEOSECS geochemical data to investigate any relationship between benthic foraminifera (assemblages and species) and deep-sea properties. In general, benthic foraminifera show a good correlation to surface productivity, organic carbon flux to the sea floor, deep-sea oxygenation and, to a lesser extent, to bottom temperature, without correlation with the water depths. The foraminiferal census data combined with geochemical data has enabled the division of the Indian Ocean into two faunal provinces. Province A occupies the northwestern Indian Ocean (Arabian Sea region) where surface primary production has a major maximum during the summer monsoon season and a secondary maximum during winter monsoon season that leads to high organic flux to the seafloor, making the deep-sea one of the most oxygen-deficient regions in the world ocean, with a pronounced oxygen minimum zone (OMZ). This province is dominated by benthic foraminifera characteristic of low oxygen and high organic food flux including Uvigerina peregrina, Robulus nicobarensis, Bolivinita pseudopunctata, Bolivinita sp., Bulimina aculeata, Bulimina alazanensis, Ehrenbergina carinata and Cassidulina carinata. Province B covers southern, southeastern and eastern parts of the Indian Ocean and is dominated by Nuttallides umbonifera, Epistominella exigua, Globocassidulina subglobosa, Uvigerina proboscidea, Cibicides wuellerstorfi, Cassidulina laevigata, Pullenia bulloides, Pullenia osloensis, Pyrgo murrhina, Oridorsalis umbonatus, Gyroidinoides (= Gyroidina) soldanii and Gyroidinoides cf. gemma suggesting well-oxygenated, cold deep water with low (oligotrophic) and pulsed food supply.

Líneas posibles de avance del modelo de Sraffa

Diversas consideraciones históricas e ideológicas han impedido la difusión de la obra fundamental de Sraffa Producción de mercancías por medio de mercancías. La obra de Sraffa ha sido estudiada fundamentalmente en sus aspectos matemáticos por economistas tales como Garegnani, Abraham-Frois, Pasinetti, Steedman, Kurz, Roncaglia, etc. pero sin desarrollar apenas sus aspectos teóricos y económicos. En este artículo se hacen algunas consideraciones sobre posibles desarrollos del libro de Sraffa a partir de su propio esquema de pensamiento.

Effetto di olio essenziale di Satureja Montana ed estratto di Cotinus coggygria sulle curve di morte termica di Listeria monocytogenes e Saccharomyces cerevisiae

Negli ultimi anni, è aumentato notevolmente l'interesse per piante e prodotti vegetali, e composti da essi derivati od estratti, in alternativa ai conservanti chimici per prevenire o ritardare lo sviluppo microbico negli alimenti. Questo deriva dalla percezione negativa, ormai diffusa a livello pubblico, nei confronti di sostanze di sintesi che sono ampiamente utilizzate come conservanti nell’industria alimentare. Sono stati effettuati diversi studi sull’attività antimicrobica di questi composti negli alimenti, anche se il loro utilizzo a livello industriale è limitato. Ciò dipende dalla difficile standardizzazione di queste sostanze, dovuta alla variabilità della matrice alimentare che ne può alterarne l’attività antimicrobica. In questa sperimentazione si sono utilizzati l’olio essenziale di Sateureja montana e l’estratto di Cotinus coggygria e sono state fatte delle prove preliminari, determinandone le componenti volatili tramite gas-cromatografia abbinata a microestrazione in fase solida. Sono stati selezionati un ceppo di Listeria monocytogenes (Scott A) e uno di Saccharomyces cerevisiae (SPA), e sono stati utilizzati per realizzare curve di morte termica in sistema modello e in sistema reale. Dai risultati ottenuti si può affermare che Satureja montana e Cotinus coggygria possono essere presi in considerazione come antimicrobici naturali da impiegare per la stabilizzazione di alimenti, nonché per ridurre l’entità dei trattamenti termici atti a salvaguardare le proprietà nutrizionali ed organolettiche di alimenti, come ad esempio succhi di frutta, garantendone la sicurezza e qualità microbiologica.

Ingegnerizzazione di materiali nanostrutturati fotocataliticamente attivi

Il lavoro oggetto di questa tesi è rivolto alla sintesi e alla caratterizzazione di materiali nanostrutturati costituiti da biossido di titanio e ossido di silicio da utilizzare come fotocatalizzatori per la depurazione delle acque. L’obiettivo è stato quello di realizzare un sistema in fase solida costituito da una matrice inerte, la silice, e una fase fotocataliticamente attiva, la nano-TiO2. Tale sistema si inserisce perfettamente nel settore di ricerca che studia la sintesi colloidale di eterostrutture nano e micro cristalline che combinano materiali diversi in un’unica particella. Il progetto nasce all’interno dell’ISTEC-CNR di Faenza, dove è stato svolto il lavoro.

Analysis of slip distribution of large earthquakes oriented to tsunamigenesis characterisation

The present thesis focuses on the on-fault slip distribution of large earthquakes in the framework of tsunami hazard assessment and tsunami warning improvement. It is widely known that ruptures on seismic faults are strongly heterogeneous. In the case of tsunamigenic earthquakes, the slip heterogeneity strongly influences the spatial distribution of the largest tsunami effects along the nearest coastlines. Unfortunately, after an earthquake occurs, the so-called finite-fault models (FFM) describing the coseismic on-fault slip pattern becomes available over time scales that are incompatible with early tsunami warning purposes, especially in the near field. Our work aims to characterize the slip heterogeneity in a fast, but still suitable way. Using finite-fault models to build a starting dataset of seismic events, the characteristics of the fault planes are studied with respect to the magnitude. The patterns of the slip distribution on the rupture plane, analysed with a cluster identification algorithm, reveal a preferential single-asperity representation that can be approximated by a two-dimensional Gaussian slip distribution (2D GD). The goodness of the 2D GD model is compared to other distributions used in literature and its ability to represent the slip heterogeneity in the form of the main asperity is proven. The magnitude dependence of the 2D GD parameters is investigated and turns out to be of primary importance from an early warning perspective. The Gaussian model is applied to the 16 September 2015 Illapel, Chile, earthquake and used to compute early tsunami predictions that are satisfactorily compared with the available observations. The fast computation of the 2D GD and its suitability in representing the slip complexity of the seismic source make it a useful tool for the tsunami early warning assessments, especially for what concerns the near field.

Metodi di pirolisi analitica per la determinazione di microplastiche di polistirene in tessuti biologici

Nel presente lavoro di tesi sono presentati i primi risultati di un nuovo metodo basato sulla pirolisi analitica off-line per l’analisi quali-quantitativa di microplastiche di polistirene in tessuti biologici. I prodotti di pirolisi sono stati intrappolati testando due tecniche di campionamento, estrazione in fase solida (SPE) tramite cartucce adsorbenti e microestrazione in fase solida (SPME) tramite fibra adsorbente, per essere analizzati in gas cromatografia-spettrometria di massa. È stato testato un protocollo di pretrattamento della matrice biologica (digestione alcalina) ed estrazione con toluene prima di applicare la pirolisi analitica. Il pretrattamento della matrice biologica ha portato a dei buoni risultati garantendo un efficiente digestione dei tessuti biologici (> 97%). L’utilizzo del toluene come solvente di estrazione, ha permesso la separazione del polistirene dalla matrice biologica che poteva interferire nelle analisi. La pirolisi del polistirene genera cromatogrammi caratterizzati dalla presenza dello stirene come prodotto principale di degradazione. L’analisi quantitativa è stata condotta utilizzando il metodo dello standard interno e l’area del picco cromatografico dello stirene. Sono state determinate le principali caratteristiche delle tecniche SPE e SPME: precisione, linearità e recuperi. La tecnica SPE, presentando dei recuperi ed un grado di precisione più accettabili, è stata applicata a campioni di tessuti biologici provenienti da esperimenti in vivo di mitili esposti a basse concentrazioni di PS. I risultati delle analisi indicano la presenza di PS nei tessuti dei mitili a livelli del ug/g. Il metodo sviluppato presenta dati promettenti e potenzialità per monitorare l’inquinamento da PS nei tessuti biologici, tuttavia anche dei limiti che richiedono ulteriori indagini e miglioramenti in studi futuri.

Adsorbimento di Blu di metilene su materiali a base Grafene

Nel presente lavoro di tesi è stato studiato il processo di adsorbimento di molecole su materiali a base grafene, la cui elevata area superficiale può essere misurata esclusivamente tramite la quantificazione di tali processi fisici. L’obiettivo principale di questo studio è stato quello di ottenere un protocollo sperimentale utile alla determinazione delle aree superficiali di materiali a base grafenica in soluzione. La molecola usata come standard per l’adsorbimento in liquido è stata il blu di metilene (MB), già ampiamente utilizzata in letteratura. Nello stato dell’arte attuale gran parte dei materiali sono stati analizzati unicamente tramite l’adsorbimento di gas in fase solida (N2 o Ar), ma per materiali composti a strati le diverse condizioni di aggregazione della polvere in secco e in soluzione portano ad una diversa stima dell’effettiva area superficiale. Con il presente lavoro è stato dimostrato che per substrati con aree superficiali comprese fra 6 e 1600 m2/g il MB è un'eccellente molecola standard per calcolare l’area superficiale in soluzione, trascurando la presenza di microporosità.

Adsorbimento dinamico di CO2 in compositi innovativi a base geopolimerica

Fra le alternative proposte per la riduzione delle emissioni di CO2, le tecniche di Carbon Capture si presentano come un’efficace soluzione per il breve e medio termine. Fra queste, l’adsorbimento su fase solida per la rimozione di CO2 da correnti gassose si prospetta come una valida alternativa rispetto al convenzionale assorbimento ad umido. Questo lavoro di tesi si è occupato della sintesi di un composito a base geopolimerica presso l’ISTEC/CNR di Faenza, da impiegare per l’adsorbimento di CO2 a bassa temperatura, e dell’analisi del suo comportamento in regime di adsorbimento dinamico. Tale materiale è stato sintetizzato tramite attivazione con soluzione alcalina di metacaolino 1200S addizionato con polveri di zeolite Na13X. Esso costituisce una opzione interessante per la cattura di CO2, mostrando capacità di adsorbimento superiori a 1 mmol/g per concentrazioni di CO2 del 14% (a pressione atmosferica), simili a quelle presenti in molti processi industriali. Le prestazioni in regime dinamico risultano inoltre simili a quelle registrate nel regime statico. Le prove sperimentali hanno evidenziato la criticità della rigenerazione del materiale, in particolare riguardo all’eliminazione dell’acqua. Una temperatura di 130°C si mostra adatta per ottenere un’elevata rigenerazione del materiale, con rimozione sia di CO2 che dell’umidità adsorbita. Dalle prove svolte è risultato evidente come non sia conveniente operare con desorbimenti a temperatura ambiente e pressione atmosferica, ma sia necessario operare combinando swing di pressione e temperatura. È stato inoltre valutato l’effetto di una più bassa temperatura di adsorbimento (2°C), che porta ad un aumento della capacità del materiale. Sviluppi futuri in questo campo potrebbero essere la produzione di monoliti geopolimerici a porosità strutturate tramite tecniche innovative quali il freeze-casting e l’utilizzo di compositi integrati con additivi che ne migliorino le performance in termini di conducibilità termica.

Analisi del non-equilibrio termico locale nella conduzione non-stazionaria in uno strato poroso

Lo scopo di questo lavoro di tesi si focalizza sullo studio, sia dal punto di vista analitico che da quello numerico, della conduzione del calore non stazionaria di un mezzo poroso rettangolare saturo di fluido. Per descrivere tale fenomeno sono state adoperate le equazioni di bilancio dell’energia modellate tramite la teoria del non-equilibrio termico locale, cioè una coppia di equazioni di bilancio dell’energia sia per la fase solida sia per la fase fluida, dipendenti l’una dall’altra in quanto legate dal termine generativo di interfase. La necessità di avere due equazioni di bilancio dell’energia è dovuta a una caratteristica importante dei processi di trasferimento del calore in una schiuma metallica. In questo elaborato verranno risolte numericamente le equazioni di biliancio dell’energia del non-equilibrio termico locale, tramite l’ausilio del programma di calcolo MATLAB e il suo solutore “pdepe”, indagando e proponendo una soluzione al “paradosso” introdotto da Vadazs* nel suo articolo. Tale paradosso si presenta quando si risolvono analiticamente le equazioni di bilancio dell’energia del non-equilibrio termico locale applicando due metodi differenti: il metodo di sostituzione delle variabili e il metodo di separazione delle variabili dipendenti. Dai risultati ottenuti da Vadasz emerge una discrepanza tra i due metodi in quanto uno dei due porta a predire un comportamento di equilibrio termico tra le due fasi a ogni istante di tempo, mentre l’altro predirebbe un comportamento di non-equilibrio termico locale tra le due fasi, particolarmente evidente nei primi istanti di tempo. Successivamente si è analizzato il problema di conduzione studiandone la variazione dei transitori termici del campo di temperatura della fase solida e dalla fase fluida al mutare dei parametri adimensionali che caratterizzano le equazioni di bilancio dell’energia nella sue forme adimensionalizzate.

Caratterizzazione mediante flussaggio stazionario CFD di condotti di motori a combustione interna 'SACI'

In questo lavoro di tesi si è voluta creare una metodologia solida per la generazione di geome-trie banchi di flussaggio stazionario, sia per Tumble che per Swirl, a varie alzate valvole (in questo caso solo aspirazione, ma estendibile anche a quelle di scarico), avvalendosi del soft-ware SALOME; seguite da creazione griglia di calcolo e infine simulazione in ambiente Open-FOAM. Per prima cosa si è importata la geometria creata in un CAD esterno e importata in SALOME in formato STEP. A seguito si sono posizionate le valvole all’alzata da simulare, insieme alla creazione del falso cilindro, diversificato tra il caso Tumble e Swirl. Si è importato il file del banco di flussaggio, in formato STL, in snappyHexMesh e generata la griglia; questa è stata utilizzata per la simulazione in ambiente OpenFOAM, utilizzando l’utility rhoPorousSimpleFoam. Infine, si sono estratti i dati per il calcolo di grandezze utili, coppia di Tumble/Swirl e portata in massa, oltre alla creazione di immagini di visualizzazione campi di moto, utilizzando il post processore ParaView. In parallelo si è sviluppata l’automatizzazione delle varie fasi servendosi sia di script scritti in python che in bash.

Intercalazione di grafene ossido in idrossidi doppi a strato per lo sviluppo di capacitori ibridi

In questo lavoro, sono state valutate le prestazioni di quattro tipi di LDH (Co/Al e Co/Fe entrambe con e senza GO nella soluzione di elettrodeposizione) per l'applicazione in stoccaggio di energia, andando a confrontare le capacità specifiche calcolate da voltammetrie cicliche e curve galvanostatiche di carica/scarica. I risultati di tali analisi hanno mostrato come l’LDH a base di Al sia più adatto all’applicazione di accumulo di energia, rispetto a quello con il Fe. Ulteriori caratterizzazioni, come l’XRD ed il SEM accoppiato con l'EDX, hanno confermato la maggior applicabilità dei LDH di Co/Al rispetto a quelli di Co/Fe, in quanto i primi presentano: una struttura più cristallina, una morfologia più uniforme ed un’intercalazione dell’ERGO migliore. Dopo la fase di scelta dell’LDH più performante ci si è dedicati alla caratterizzazione di un capacitore ibrido operante in fase liquida. Concluse le analisi, si è notato come l’ERGO porti all'aumento delle prestazioni del sistema (risultato in linea con quello riscontrato tramite lo studio degli LDH come componenti catodici singoli). Grazie allo studio delle performance a lungo termine è stato possibile verificare come l’ERGO aumenti la stabilità del sistema quando si sottopone quest’ultimo a stress protratto nel tempo. Successivamente, si è proseguito con lo studio di un capacitore ibrido operante in fase solida. Come nel caso del sistema in fase liquida, si è riscontrato un aumento di performance dovuto alla presenza di ERGO nella struttura finale degli LDH.

Caratterizzazione fluidodinamica di un digestore anaerobico modello tramite tecniche di diagnostica ottica

L’aumento del consumo di energia globale e le problematiche legate all’inquinamento stanno rendendo indispensabile lo spostamento verso fonti di energia rinnovabile. La digestione anaerobica rappresenta una possibile soluzione in quanto permette di produrre biogas da biomassa organica di scarto ma, l’ottimizzazione del processo risulta difficoltosa a causa delle numerose variabili chimiche, biologiche, fisiche e geometriche correlate. Nel presente elaborato, concentrandosi sulle problematiche relative alla miscelazione interna, è stata investigata la fluidodinamica interna di un reattore modello ottenuto tramite scale-down di un digestore anaerobico industriale che presentava problemi di sedimentazione di sostanza solida sul fondo del reattore. Tramite tecniche di diagnostica ottiche, è stato studiato il movimento del fluido, prima utilizzando acqua demineralizzata e poi una soluzione di gomma di xantano come fluido di processo, al fine di studiare il campo di moto medio interno al reattore. Le tecniche utilizzate sono la Particle Image Velocimetry (PIV) e la Planar Laser Induced Fluorescence (PLIF). Al fine di rendere il sistema investigato il più rappresentativo possibile del digestore industriale, è stato utilizzato come fluido di processo per alcune delle prove raccolte, una soluzione acquosa 1,0g/kg di gomma di xantano, le cui proprietà reologiche sono state investigate grazie ad un Reometro Anton Paar MCR 301.

Seismotectonic study on two strategic infrastructures in Southern Italy

With the entry into force of the latest Italian Building Code (NTC 2008, 2018), innovative criteria were provided, especially for what concerns the seismic verifications of large infrastructures. In particular, for buildings considered as strategic, such as large dams, a seismotectonic study of the site was declared necessary, which involves a re-assessment of the basic seismic hazard. This PhD project fits into this context, being part of the seismic re-evaluation process of large dams launched on a national scale following the O.P.C.M. 3274/2003, D.L. 79/2004. A full seismotectonic study in the region of two large earth dams in Southern Italy was carried out. We identified and characterized the structures that could generate earthquakes in our study area, together with the definition of the local seismic history. This information was used for the reassessment of the basic seismic hazard, using probabilistic seismic hazard assessment approaches. In recent years, fault-based models for the seismic hazard assessment have been proposed all over the world as a new emerging methodology. For this reason, we decided to test the innovative SHERIFS approach on our study area. The occasion of the seismotectonic study gave also the opportunity to focus on the characteristics of the seismic stations that provided the data for the study itself. In the context of the work presented here, we focused on the 10 stations that had been active for the longest time and we carried out a geophysical characterization, the data of which merged into a more general study on the soil-structure interaction at seismic stations and on the ways in which it could affect the SHA. Lastly, an additional experimental study on the two dams and their associated minor structures is also presented, aimed at defining their main dynamic parameters, useful for subsequent dynamic structural and geotechnical studies.

The Moho reflectivity from ambient seismic noise autocorrelations beneath the Western Alps

The lower crustal structure beneath the Western Alps -- including the Moho -- bears the signature of past and present geodynamic processes. It has been the subject of many studies until now. However, its current knowledge still leaves significant open questions. In order to derive new information, independent from previous determinations, here I wish to address this topic using a different method --- ambient seismic noise autocorrelation --- that is for the first time applied to reveal Moho depth in the Western Alps. Moho reflections are identified by picking reflectivity changes in ambient seismic noise autocorrelations. The seismic data is retrieved from more than 200 broadband seismic stations, from the China--Italy--France Alps (CIFALPS) linear seismic network, and from a subset of the AlpArray Seismic Network (AASN). The automatically-picked reflectivity changes along the CIFALPS transect in the southwestern Alps show the best results in the 0.5--1 Hz frequency band. The autocorrelation reflectivity profile of the CIFALPS transect shows a steeper subduction profile,~55 to ~70 km, of the European Plate underneath the Adriatic Plate. The dense spacing of the CIFALPS network facilitates the detection of lateral continuity of crustal structure, and of the Ivrea mantle wedge reaching shallow crustal depths in the southwestern Alps. The data of the AASN stations are filtered in the 0.4--1 and 0.5--1 Hz frequency bands. Although the majority of the stations give the same Moho depth for the different frequency bands, the few stations with different Moho depths shows the care that has to be taken when choosing the frequency band for filtering the autocorrelation stacks. The new Moho depth maps by using the AASN stations are a compilation of the first and second picked reflectivity changes. The results show the complex crust-mantle structure with clear differences between the northwestern and southwestern Alps.

Analysis of earthquakes predictability

Earthquake prediction is a complex task for scientists due to the rare occurrence of high-intensity earthquakes and their inaccessible depths. Despite this challenge, it is a priority to protect infrastructure, and populations living in areas of high seismic risk. Reliable forecasting requires comprehensive knowledge of seismic phenomena. In this thesis, the development, application, and comparison of both deterministic and probabilistic forecasting methods is shown. Regarding the deterministic approach, the implementation of an alarm-based method using the occurrence of strong (fore)shocks, widely felt by the population, as a precursor signal is described. This model is then applied for retrospective prediction of Italian earthquakes of magnitude M≥5.0,5.5,6.0, occurred in Italy from 1960 to 2020. Retrospective performance testing is carried out using tests and statistics specific to deterministic alarm-based models. Regarding probabilistic models, this thesis focuses mainly on the EEPAS and ETAS models. Although the EEPAS model has been previously applied and tested in some regions of the world, it has never been used for forecasting Italian earthquakes. In the thesis, the EEPAS model is used to retrospectively forecast Italian shallow earthquakes with a magnitude of M≥5.0 using new MATLAB software. The forecasting performance of the probabilistic models was compared to other models using CSEP binary tests. The EEPAS and ETAS models showed different characteristics for forecasting Italian earthquakes, with EEPAS performing better in the long-term and ETAS performing better in the short-term. The FORE model based on strong precursor quakes is compared to EEPAS and ETAS using an alarm-based deterministic approach. All models perform better than a random forecasting model, with ETAS and FORE models showing better performance. However, to fully evaluate forecasting performance, prospective tests should be conducted. The lack of objective tests for evaluating deterministic models and comparing them with probabilistic ones was a challenge faced during the study.