Mechanics of deformable glacier beds

My focus in this thesis is to contribute to a more thorough understanding of the mechanics of ice and deformable glacier beds. Glaciers flow under their own weight through a combination of deformation within the ice column and basal slip, which involves both sliding along and deformation within the bed. Deformable beds, which are made up of unfrozen sediment, are prevalent in nature and are often the primary contributors to ice flow wherever they are found. Their granular nature imbues them with unique mechanical properties that depend on the granular structure and hydrological properties of the bed. Despite their importance for understanding glacier flow and the response of glaciers to changing climate, the mechanics of deformable glacier beds are not well understood.

Our general approach to understanding the mechanics of bed deformation and their effect on glacier flow is to acquire synoptic observations of ice surface velocities and their changes over time and to use those observations to infer the mechanical properties of the bed. We focus on areas where changes in ice flow over time are due to known environmental forcings and where the processes of interest are largely isolated from other effects. To make this approach viable, we further develop observational methods that involve the use of mapping radar systems. Chapters 2 and 5 focus largely on the development of these methods and analysis of results from ice caps in central Iceland and an ice stream in West Antarctica. In Chapter 3, we use these observations to constrain numerical ice flow models in order to study the mechanics of the bed and the ice itself. We show that the bed in an Iceland ice cap deforms plastically and we derive an original mechanistic model of ice flow over plastically deforming beds that incorporates changes in bed strength caused by meltwater flux from the surface. Expanding on this work in Chapter 4, we develop a more detailed mechanistic model for till-covered beds that helps explain the mechanisms that cause some glaciers to surge quasi-periodically. In Antarctica, we observe and analyze the mechanisms that allow ocean tidal variations to modulate ice stream flow tens of kilometers inland. We find that the ice stream margins are significantly weakened immediately upstream of the area where ice begins to float and that this weakening likely allows changes in stress over the floating ice to propagate through the ice column.

Friction and heat transfer coefficients in smooth and rough pipes with dilute polymer solutions

Measurements of friction and heat transfer coefficients were obtained with dilute polymer solutions flowing through electrically heated smooth and rough tubes. The polymer used was "Polyox WSR-301", and tests were performed at concentrations of 10 and 50 parts per million. The rough tubes contained a close-packed, granular type of surface with roughness-height-to-diameter ratios of 0.0138 and 0.0488 respectively. A Prandtl number range of 4.38 to 10.3 was investigated which was obtained by adjusting the bulk temperature of the solution. The Reynolds numbers in the experiments were varied from =10,000 (Pr= 10.3) to 250,000 (Pr= 4.38).

Friction reductions as high as 73% in smooth tubes and 83% in rough tubes were observed, accompanied by an even more drastic heat transfer reduction (as high as 84% in smooth tubes and 93% in rough tubes). The heat transfer coefficients with Polyox can be lower for a rough tube than for a smooth one.

The similarity rules previously developed for heat transfer with a Newtonian fluid were extended to dilute polymer solution pipe flows. A velocity profile similar to the one proposed by Deissler was taken as a model to interpret the friction and heat transfer data in smooth tubes. It was found that the observed results could be explained by assuming that the turbulent diffusivities are reduced in smooth tubes in the vicinity of the wall, which brings about a thickening of the viscous layer. A possible mechanism describing the effect of the polymer additive on rough pipe flow is also discussed.

Palinotaxonomia de espécies de Cissus L. (Vitaceae Juss.) ocorrentes no Brasil

Analisou-se os grãos de pólen de 31 espécies brasileiras de Cissus L. (Vitaceae Juss.). Este é o maior gênero da família, com cerca de 350 táxons. Na região neotropical foram localizadas 75 espécies, tendo sua maior representatividade na América do Sul com 48 representantes endêmicos. No Brasil apenas o gênero Cissus ocorre naturalmente em todos os estados e é representado por 48 espécies, podendo ser encontrado em áreas de mata, campos, restingas e cerrados. Neste estudo foram analisados 14 grupos taxonômicos informais com a finalidade de descrever a morfologia polínica e estabelecer se os atributos polínicos seriam úteis à taxonomia do grupo. O material botânico utilizado foi obtido através de exsicatas depositadas nos herbários brasileiros. Os grãos de pólen foram tratados pelo método de acetólise láctica, sendo posteriormente mensurados, descritos, fotomicrografados em microscopia de luz; realizou-se tratamento estatístico (expressos em tabelas). Para análise em microscópio eletrônico de varredura (MEV), as anteras foram rompidas e os grãos de pólen, não acetolisados, espalhados sobre uma fita de carbono. Foram caracterizados quanto à forma, ao tamanho, ao tipo de abertura, à polaridade e a ornamentação da sexina. Os grãos de pólen foram descritos como: médios a grandes, isopolares ou heteropolares, oblato-esferoidais a prolatos, 3-colporados, colpos muito longos ou longos, com margem ornamentada ou não, membrana granulada, presença ou não de opérculo; endoabertura geralmente lalongada, algumas vezes apresentando costa e/ou fastígio; a sexina variou de microrreticulada, perfurada a reticulada; a sexina é geralmente mais espessa que a nexina. Com os resultados construiu-se uma chave polínica na qual foi possível reunir espécies com caracteres semelhantes subordinadas a mais de um Grupo. Com esta pesquisa concluiu-se que os atributos polínicos permitiram a distinção da maior parte dos táxons, exceto quatro, confirmando a heterogeneidade polínica do gênero. Espera-se que este estudo contribua para o melhor conhecimento da taxonomia do gênero e forneça dados para uma filogenia futura.

Ensaios dinâmicos de biossorção de cobre com macroalgas em leitos-fixos contendo materiais adsorventes de natureza não-biológica

A biossorção é o termo aplicado à tecnologia de adsorção de íons metálicos em solução, por meio de materiais de natureza biológica inativa, comparável à adsorção utilizando-se adsorventes convencionais. A biossorção depende da temperatura, pH, concentração inicial do íon metálico, e tipo de biosorvente. O objetivo principal dessa dissertação é estudar e comparar os processos de adsorção de cobre iônico a partir de soluções aquosas utilizando Sargassum sp., alginato de cálcio úmido e desidratado e carvão ativo em pó e granular, em regime de batelada e contínuo. O alginato de cálcio foi preparado através de uma solução 4% (m/v) de alginato de sódio gotejada em solução 37% (m/v) de cloreto de cálcio dihidratado. O alginato de cálcio apresentou uma umidade de 89% após secagem em estufa a 100C por 24 horas. Os parâmetros da biossorção foram fixados em: a dose de adsorventes de 2 g/L; a temperatura em 30C; pH da solução em 5,0; e velocidade de rotação da chapa rotatória em 150 rpm. Para os estudos de cinética e equilíbrio, os ensaios foram feitos em regime de batelada. Nos ensaios cinéticos para duas concentrações medias (0,16 e 3,15 mmol/L) variou-se o tempo de contato (1 a 120 min) para se atingir o equilíbrio. Nos ensaios de equilíbrio variou-se as concentrações (0,16 a 15,72 mmol/L) utilizando o tempo de equilíbrio determinado nos ensaios cinéticos. Foram utilizadas duas modelagens cinéticas (a de pseudo-primeira ordem e a de segunda ordem) e duas modelagens do equilíbrio (Langmuir e Freundlich). O modelo cinético de segunda ordem ajustou melhor os resultados. O tempo de equilíbrio para adsorção do cobre foi de 60 minutos para Sargassum sp. e pellets de alginatos de cálcio úmido e desidratado. Para os carvões ativos os tempos de equilíbrio para a adsorção do cobre foram mais rápidos, mas a capacidade de remoção do cobre foram muito baixas. Com base nos resultados desfavoráveis obtidos para os carvões ativos eles foram descartados para se prosseguir com os ensaios de equilíbrio. A isoterma de Freundlich melhor ajusta os dados experimentais para Sargassum sp. e alginato de cálcio úmido. A capacidade de adsorção máxima calculada pelo modelo de Freundlich: na concentração de equilíbrio de 11,66 0,06 mmol/L foi de 1,97 0,07 mmol/g para Sargassum sp.; e na concentração de equilíbrio de 12,12 0,03 mmol/L foi de 1,69 0,04 mmol/g para alginato de cálcio úmido. O processo de biossorção em regime contínuo, com alturas de leito variável de 10 a 40 cm, teve melhor desempenho com a altura de 40 cm. Em regime de batelada, o desempenho da Sargassum sp. foi superior ao dos alginatos de cálcio (úmido melhor que o desidratado), que por sua vez foram superiores ao desempenho dos carvões ativos em pó e granular (em pó melhor que o granular). O sistema contínuo com concentração inicial de cobre de 8,5 mmol/L deve ser operado com altura de leito igual ou superior a 40 cm, ou com sistemas multicolunas para soluções mais concentradas

Optimization study of the structural HACFRA composition (Self Compacting Concrete Steel Fiber Reinforced)

The interest of HACFRA (self compacting concrete reinforced with steel fibers), is the combination of the residual strength increase and cracking decrease compared to plain concrete by the introduction of steel fibers in the mass with the advantages of the self-compacting. The paper presents an analysis of the influence of different components of the HACRFA and provides their selection, refered to the granular skeleton and to different steel fiber types and amount, in order to obtain an optimization of its features and structural behavior.

Snail heterogeneity in clear cell renal cell carcinoma

Background: Intratumor heterogeneity may be responsible of the unpredictable aggressive clinical behavior that some clear cell renal cell carcinomas display. This clinical uncertainty may be caused by insufficient sampling, leaving out of histological analysis foci of high grade tumor areas. Although molecular approaches are providing important information on renal intratumor heterogeneity, a focus on this topic from the practicing pathologist' perspective is still pending. Methods: Four distant tumor areas of 40 organ-confined clear cell renal cell carcinomas were selected for histopathological and immunohistochemical evaluation. Tumor size, cell type (clear/granular), Fuhrman's grade, Staging, as well as immunostaining with Snail, ZEB1, Twist, Vimentin, E-cadherin, beta-catenin, PTEN, p-Akt, p110 alpha, and SETD2, were analyzed for intratumor heterogeneity using a classification and regression tree algorithm. Results: Cell type and Fuhrman's grade were heterogeneous in 12.5 and 60 % of the tumors, respectively. If cell type was homogeneous (clear cell) then the tumors were low-grade in 88.57 % of cases. Immunostaining heterogeneity was significant in the series and oscillated between 15 % for p110a and 80 % for Snail. When Snail immunostaining was homogeneous the tumor was histologically homogeneous in 100 % of cases. If Snail was heterogeneous, the tumor was heterogeneous in 75 % of the cases. Average tumor diameter was 4.3 cm. Tumors larger than 3.7 cm were heterogeneous for Vimentin immunostaining in 72.5 % of cases. Tumors displaying negative immunostaining for both ZEB1 and Twist were low grade in 100 % of the cases. Conclusions: Intratumor heterogeneity is a common event in clear cell renal cell carcinoma, which can be monitored by immunohistochemistry in routine practice. Snail seems to be particularly useful in the identification of intratumor heterogeneity. The suitability of current sampling protocols in renal cancer is discussed.

A Análise de redes sociais e a perspectiva geoespacial: um estudo de caso para avaliar a capilaridade do fluxo de informações em redes socioespaciais.

A noção de rede social e os métodos em análise em redes sociais (ARS) tem atraído considerável interesse e curiosidade para a comunidade científica nestas últimas décadas, assim como a crescente fascinação pública sobre as relações mais complexas da sociedade moderna. A ARS está baseada na importância de relações entre a interação de unidades. Numa análise de rede social a observação dos atributos sociais de um ator pode ser entendida como padrão ou como uma estrutura de relação entre as unidades. Desta forma, quando empregados a uma perspectiva de rede, é possível estudar os padrões de estruturas relacionais diretamente, sem referência a atributos dos indivíduos envolvidos. Na análise convencional de redes sociais a distância geográfica (ou geoespacial) não tem efeito mapeado na rede. Quando utilizada, esta informação normalmente adquire caráter de um atributo complementar associado individualmente a cada ator (ou aglomerados de atores) da própria rede. O objetivo deste trabalho é demonstrar, numa escala local (de maneira mais granular) como o posicionamento geoespacial dos atores, considerado como elementos da rede, pode desvendar aspectos significativos do comportamento destes que não seriam revelados em análises convencionais. No estudo de caso utilizou-se ainda conceitos de outras disciplinas, como a Matemática e a Física, para verificar a capilaridade do fluxo da informação da rede em três perspectivas distintas: a social, a espacial e a socioespacial. O trabalho descreve o campo emergente de pesquisa em ARS, abordando também questões fundamentais sobre como estas diferentes perspectivas podem trazer resultados mais assertivos para orientar uma tomada de decisão no mercado.

Distribuição da caspase-3 clivada no cerebelo de ratos durante o desenvolvimento em um modelo de hipóxia-isquemia sistêmica pré-natal

A Hipóxia-isquemia (HI) perinatal é um problema de saúde pública, e ocorrem aproximadamente 1,5 casos de encefalopatias por HI por 1000 nascidos vivos. Dos que sobrevivem 25-60% sofrem de deficiências permanentes do desenvolvimento neurológico, incluindo paralisia cerebral, convulsões, retardo mental, e dificuldade de aprender. Neurônios e oligodendrócitos, especialmente os progenitores, são os mais afetados pela HI. Existem vários modelos de HI, no entanto, poucos levam em consideração as intercorrências maternas, a importância da atividade placentária, e as trocas entre mãe-filho, que são clinicamente observadas em humanos. Robinson estabeleceu um modelo de HI sistêmica pré-natal transitório, onde o fluxo das artérias uterinas da rata grávida era obstruído por 45 minutos no décimo oitavo dia (E18) de gestação. Neste modelo foram observadas alterações que são similares às observadas em cérebros humanos que passaram por hipóxia perinatal, dentre as quais foram relatados aumento no nível de apoptose. Caspase-3 é descrita como uma enzima que atua na apoptose, e é amplamente utilizada como marcador para células apoptóticas. Vários autores vêm mostrando, entretanto, que a enzima caspase-3 pode estar ativada para fins não apoptóticos. No modelo de HI sistêmica pré-natal, foram observados astrogliose na substância branca, morte de oligodendrócitos, lesão em axônios tanto na substância branca como no córtex cerebral, e danos motores. Pouco se sabe da influencia do insulto HI no desenvolvimento do cerebelo, considerando que o cerebelo junto com o córtex motor, contribui para o controle motor. O objetivo desse trabalho foi avaliar a distribuição da caspase-3 clivada durante o desenvolvimento do cerebelo em um modelo de HI pré-natal. Os resultados deste trabalho demonstram que as células caspase-3 clivadas apresentaram duas morfologias distintas em ambos os grupos. Uma onde a caspase-3 foi observada apenas no núcleo, oscilando entre células com imunorreatividade fraca a intensa, e de células com a presença da caspase-3 no corpo celular, nos prolongamentos condensados e presença de fragmentos ao redor do soma, morfologia típica de célula em apoptose. A HI pré-natal, assim como nos hemisférios cerebrais, levou ao aumento de células caspase-3 clivadas com morfologia de progenitores de oligodendrócitos no cerebelo do grupo HI em P2, mas não em P9 e P23. Também foi demonstrado que a HI pré-natal não levou a uma ativação da apoptose em oligodendrócitos, neurônios e microglia (identificados por seus respectivos marcadores, CNPase, NeuN e ED1) apresentando marcação no núcleos de células GFAP+, na substância branca, camada granular e nas células da glia de Bergmann, em P9 e P23 no cerebelo. Podemos concluir que a HI pré-natal aumentou o número de células imunorreativas para a caspase-3 em um período crítico do desenvolvimento da oligodendroglia no cerebelo, e que a diminuição de progenitores de oligodendrócitos no cerebelo decorrente do insulto pré-natal visto em trabalhos anteriores, pode estar relacionada a morte celular por apoptose, embora não se possa descartar a hipótese da participação dessas células que apresentam caspase-3 clivada em outros eventos não apoptóticos desencadeados pela hipóxia-isquemia.

Avaliação morfofuncional do complexo hipocampal em ratos submetidos a um modelo de hipóxia-isquemia pré-natal

A diminuição do aporte de oxigênio e nutrientes na vida perinatal resulta em danos, como astrogliose, morte de neurônios e de células proliferativas. Déficits cognitivos podem estar relacionados a danos no hipocampo. Neste trabalho avaliamos a citoarquitetura do giro dentado (DG) durante o desenvolvimento e a memória de ratos submetidos à HI. Para tal, utilizamos a técnica de imunohistoquímica para marcador de proliferação celular (KI67), neurônio jovem (DCX), de astrócitos (GFAP) e de óxido nítrico sintase neuronal (NOSn). Para avaliar a memória de curta e de longa duração foi utilizado o teste de reconhecimento de objetos (RO). Ratas Wistar grávidas em E18 foram anestesiadas (tribromoetanol) e as quatro artérias uterinas foram ocluídas com grampos de aneurisma (Grupo HI). Após 45 minutos, os grampos foram removidos e foi feita a sutura por planos anatômicos. Os animais do grupo controle (SHAM) sofreram o mesmo procedimento, excetuando a oclusão das artérias. Os animais nasceram a termo. Animais com idades de 7 a 90 dias pós-natal (P7 a P90), foram anestesiados e perfundido-fixados com paraformaldeído a 4%, e os encéfalos submetidos ao processamento histológico. Cortes coronais do hipocampo (20m) foram submetidos à imunohistoquímica para KI67, DCX, GFAP e NOSn. Animais P90 foram submetidos ao RO. Os procedimentos foram aprovados pelo comitê de ética (CEA/019/2010). Observamos menor imunomarcação para KI67 no giro dentado de animais HI em P7. Para a marcação de DCX nesta idade não foi observada diferença entre os grupos. Animais HI em P15, P20 e P45 tiveram menor imunomarcação para DCX e Ki67 na camada granular. Animais P90 de ambos os grupos não apresentaram marcação para KI67 e DCX. Vimos aumento da imunomarcação para GFAP nos animais HI em todas as idades. A imunomarcação para NOSn nos animais HI foi menor em todas as idades. O maior número de células NOSn positivas foi visto em animais P7 em ambos os grupos na camada polimórfica. Em P15, animais HI apresentam células NOSn+ em todo o DG. Em P30 animais HI apresentam células NOSn+ nas camadas polimórfica e sub-granular. Animais adultos (P90) de ambos os grupos apresentam células NOSn positivas apenas nas camadas granular e sub-granular. Embora animais HI P90 não apresentaram déficits de memória, estes apresentaram menor tempo de exploração do objeto. Comportamento correspondente a déficits de atenção em humanos. Nossos resultados sugerem que HI perinatal diminui a população de células proliferativas, de neurônios jovens, de neurônios NOSn+, além de causar astrogliose e possivelmente déficits de atenção. O modelo demonstrou ser útil para a compreensão dos mecanismos celulares das lesões hipóxico-isquêmicas e pode ser usado para testar estratégias terapêuticas.

Comparação da difusão de fósforo em solos brasileiros para diferentes fertilizantes granulados usando fluorescência de raios X por reflexão total por radiação síncroton (SR-TXRF)

O fósforo (P) é um nutriente essencial para o crescimento das plantas. Milhões de toneladas de P são aplicados aos solos anualmente. No entanto, apenas uma pequena fração do P aplicado com fertilizantes é aproveitada nas lavouras no ano de aplicação, bem como a eficácia do fertilizante fosfatado diminui com o tempo. Para melhorar a nossa compreensão dos mecanismos, a esta resposta do P no campo, este trabalho visa estudar a migração desse elemento em solos tropicais brasileiros (Latossolo vermelho e Latossolo amarelo) tratados com três tipos de fertilizantes: fosfato monoamônico (MAP), o polímero revestido de fosfato monoamônio (MAPP) e fosfato organomineral (OMP) em um experimento de placa de Petri. Fluorescência de Raios X por Reflexão Total (TXRF) foi usada para determinar o fluxo difusivo P a distâncias radiais diferentes (entre 0 e 7,5 mm, entre 7,5 e 13,5 mm, 13,5 e 25,5 mm e entre 25,5 e 43 mm) a partir do grânulo de fertilizante. As análises usando TXRF foram realizadas no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), em Campinas, São Paulo, na linha de Fluorescência de Raios X (Beamline D09B). Depois de um período de cinco semanas, a concentração total de P, Ca e Al foram obtidas e comparadas analisando o tipo de solo/textura, o pH e o respectivo extrator de P, que nesse estudo foram usados o Mehlich 1 e água régia. De forma geral, concluiu-se que 80,0 % de fósforo proveniente dos fertilizantes usados nessa proposta ficaram concentrados em distâncias menores que 10 mm do ponto de aplicação dos fertilizantes, independentemente do tipo de solo, do pH e da respectiva textura. Em relação à utilização da técnica TXRF, o sistema foi eficiente, dentre outras características, na discriminação dos picos de fósforo dos picos de enxofre, principalmente nas amostras de solo usadas a partir da extração com Mehlich 1. Destaca-se isso, pois os raios X característicos desses elementos são muitos próximos.

Histological distribution and ultrastructure of exocrine pancreas in Indian major carp (Labeo rohita Ham.) and its alteration in aflatoxicosis

The distribution pattern of exocrine pancreas in Labeo rohita besides its general location along the course of intestinal mesentery was studied. It is evenly distributed within the liver around portal vessels and also within the spleen near a blood vessel. On ultrastructure, two cell types of different degrees of staining intensities containing abundant rough endoplasmic reticulum, mitochondria, pre-zymogen and zymogen granules were marked. During aflatoxicosis, the mesenteric pancreas and hepatic pancreas were mostly affected revealing necrotic changes to acini. The zymogen granular activities were markedly reduced. Ultra structurally, the rough endoplasmic reticulum was fully dilated and formed whorled pattern. The damage to the exocrine pancreas might be affecting digestive enzymes' secretion which may be one of the causes of aflatoxin-induced anorexia in fish.