Development and application of DNA techniques for validating and improving pinniped diet estimates

Polymerase chain reaction techniques were developed and applied to identify DNA from .40 species of prey contained in fecal (scat) soft-part matrix collected at terrestrial sites used by Steller sea lions (Eumetopias jubatus) in British Columbia and the eastern Aleutian Islands, Alaska. Sixty percent more fish and cephalopod prey were identified by morphological analyses of hard parts compared with DNA analysis of soft parts (hard parts identified higher relative proportions of Ammodytes sp., Cottidae, and certain Gadidae). DNA identified 213 prey occurrences, of which 75 (35%) were undetected by hard parts (mainly Salmonidae, Pleuronectidae, Elasmobranchii, and Cephalopoda), and thereby increased species occurrences by 22% overall and species richness in 44% of cases (when comparing 110 scats that amplified prey DNA). Prey composition was identical within only 20% of scats. Overall, diet composition derived from both identification techniques combined did not differ significantly from hard-part identification alone, suggesting that past scat-based diet studies have not missed major dietary components. However, significant differences in relative diet contributions across scats (as identified using the two techniques separately) reflect passage rate differences between hard and soft digesta material and highlight certain hypothesized limitations in conventional morphological-based methods (e.g., differences in resistance to digestion, hard part regurgitation, partial and secondary prey consumption), as well as potential technical issues (e.g., resolution of primer efficiency and sensitivity and scat subsampling protocols). DNA analysis of salmon occurrence (from scat soft-part matrix and 238 archived salmon hard parts) provided species-level taxonomic resolution that could not be obtained by morphological identification and showed that Steller sea lions were primarily consuming pink (Oncorhynchus gorbuscha) and chum (Oncorhynchus keta) salmon. Notably, DNA from Atlantic salmon (Salmo salar) that likely originated from a distant fish farm was also detected in two scats from one site in the eastern Aleutian Islands. Overall, molecular techniques are valuable for identifying prey in the fecal remains of marine predators. Combining DNA and hard-part identification will effectively alleviate certain predicted biases and will ultimately enhance measures of diet richness, fisheries interactions (especially salmon-related ones), and the ecological role of pinnipeds and other marine predators, to the benefit of marine wildlife conservationists and fisheries managers.

Mutations in SRCAP, Encoding SNF2-Related CREBBP Activator Protein, Cause Floating-Harbor Syndrome

Floating-Harbor syndrome (FHS) is a rare condition characterized by short stature, delayed osseous maturation, expressive-language deficits, and a distinctive facial appearance. Occurrence is generally sporadic, although parent-to-child transmission has been reported on occasion. Employing whole-exome sequencing, we identified heterozygous truncating mutations in SRCAP in five unrelated individuals with sporadic MS. Sanger sequencing identified mutations in SRCAP in eight more affected persons. Mutations were de novo in all six instances in which parental DNA was available. SRCAP is an SNF2-related chromatin-remodeling factor that serves as a coactivator for CREB-binding protein (CREBBP, better known as CBP, the major cause of Rubinstein-Taybi syndrome [RTS]). Five SRCAP mutations, two of which are recurrent, were identified; all are tightly clustered within a small (111 codon) region of the final exon. These mutations are predicted to abolish three C-terminal AT-hook DNA-binding motifs while leaving the CBP-binding and ATPase domains intact. Our findings show that SRCAP mutations are the major cause of FHS and offer an explanation for the clinical overlap between FHS and RTS.

Haploinsufficiency of a Spliceosomal GTPase Encoded by EFTUD2 Causes Mandibulofacial Dysostosis with Microcephaly

Mandibulofacial dysostosis with microcephaly (MFDM) is a rare sporadic syndrome comprising craniofacial malformations, microcephaly, developmental delay, and a recognizable dysmorphic appearance. Major sequelae, including choanal atresia, sensorineural hearing loss, and cleft palate, each occur in a significant proportion of affected individuals. We present detailed clinical findings in 12 unrelated individuals with MFDM; these 12 individuals compose the largest reported cohort to date. To define the etiology of MFDM, we employed whole-exome sequencing of four unrelated affected individuals and identified heterozygous mutations or deletions of EFTUD2 in all four. Validation studies of eight additional individuals with MFDM demonstrated causative EFTUD2 mutations in all affected individuals tested. A range of EPTUD2-mutation types, including null alleles and frameshifts, is seen in MFDM, consistent with haploinsufficiency; segregation is de novo in all cases assessed to date. U5-116kD, the protein encoded by EFTUD2, is a highly conserved spliceosomal GTPase with a central regulatory role in catalytic splicing and post-splicing-complex disassembly. MFDM is the fast multiple-malformation syndrome attributed to a defect of the major spliceosome. Our findings significantly extend the range of reported spliceosomal phenotypes in humans and pave the way for further investigation in related conditions such as Treacher Collins syndrome.

Abrupt changes in high-latitude nutrient supply to the Atlantic during the last glacial cycle

The supply of nutrients to the low-latitude thermocline is largely controlled by intermediate-depth waters formed at the surface in the high southern latitudes. Silicic acid is an essential macronutrient for diatoms, which are responsible for a significant portion of marine carbon export production. Changes in ocean circulation, such as those observed during the last deglaciation, would influence the nutrient composition of the thermocline and, therefore, the relative abundance of diatoms in the low latitudes. Here we present the first record of the silicic acid content of the Atlantic over the last glacial cycle. Our results show that at intermediate depths of the South Atlantic, the silicic acid concentration was the same at the Last Glacial Maximum (LGM) as it is today, overprinted by high silicic acid pulses that coincided with abrupt changes in ocean and atmospheric circulation during Heinrich Stadials and the Younger Dryas. We suggest these pulses were caused by changes in intermediate water formation resulting from shifts in the subpolar hydrological cycle, with fundamental implications for the nutrient supply to the Atlantic.

The phenotype of Floating-Harbor syndrome: clinical characterization of 52 individuals with mutations in exon 34 of SRCAP

Background Floating-Harbor syndrome (FHS) is a rare condition characterized by short stature, delays in expressive language, and a distinctive facial appearance. Recently, heterozygous truncating mutations in SRCAP were determined to be disease-causing. With the availability of a DNA based confirmatory test, we set forth to define the clinical features of this syndrome. Methods and results Clinical information on fifty-two individuals with SRCAP mutations was collected using standardized questionnaires. Twenty-four males and twenty-eight females were studied with ages ranging from 2 to 52 years. The facial phenotype and expressive language impairments were defining features within the group. Height measurements were typically between minus two and minus four standard deviations, with occipitofrontal circumferences usually within the average range. Thirty-three of the subjects (63%) had at least one major anomaly requiring medical intervention. We did not observe any specific phenotype-genotype correlations. Conclusions This large cohort of individuals with molecularly confirmed FHS has allowed us to better delineate the clinical features of this rare but classic genetic syndrome, thereby facilitating the development of management protocols.

Decadal Variabilities and Trends in the Southwest Atlantic in a model forced with NCEP Reanalysis from 1960 to 2012

Analysis of the NCAR/NCEP Reanalysis show changes in the atmospheric circulation in the Southern hemisphere, with a strengthening and poleward displacement of the westerlies. Because the wind is one of the main sources of the ocean's kinetic energy, a numerical experiment with the Hybrid Coordinate Ocean Model (HYCOM) was forced with monthly means of the NCAR/NCEP Reanalysis products to investigate the effects of the changes in the wind on the ocean circulation in a geographical domain defined by 98W – 114E; 65S – 60N. The results show good agreement with other models and with available satellite data. In the western sector of the South Atlantic there are several indications of changes such as a poleward displacement of the Brazil-Malvinas Confluence and positive trends in temperature and salinity of the southwestern region of the subtropical gyre

Decadal Variabilities and Trends in the Southwest Atlantic in a model forced with NCEP Reanalysis from 1960 to 2012

Analysis of the NCAR/NCEP Reanalysis show changes in the atmospheric circulation in the Southern hemisphere, with a strengthening and poleward displacement of the westerlies. Because the wind is one of the main sources of the ocean's kinetic energy, a numerical experiment with the Hybrid Coordinate Ocean Model (HYCOM) was forced with monthly means of the NCAR/NCEP Reanalysis products to investigate the effects of the changes in the wind on the ocean circulation in a geographical domain defined by 98W – 114E; 65S – 60N. The results show good agreement with other models and with available satellite data. In the western sector of the South Atlantic there are several indications of changes such as a poleward displacement of the Brazil-Malvinas Confluence and positive trends in temperature and salinity of the southwestern region of the subtropical gyre.

Nutrientes y termoclinas en la Estación Europea de Series Temporales Oceánicas de Canarias

[ES]El mantenimiento de observaciones continuadas, durante largos períodos de tiempo en un mismo área, es una estrategia científica y logística de gran interés oceanográfico. El estudio detallado de las series así establecidas, nos permitirá conocer los cambios temporales que tienen lugar tanto en la fisica, como en la biogeoquímica oceánica, y los procesos que ejercen el control de los mismos. Dentro de esta escala temporal, la base de datos hidrográficos que resulta nos ayudará a establecer los ciclos estacionales y los ciclos interanuales del conjunto de parámetros hidrográficos y geoquímicos medidos. El Archipiélago Canario está considerado, dada la combinación de procesos de larga escala que se dan, como una zona óptima para estudios de las aguas oceánicas a escala global. Se encuentra rodeado de aguas profundas inmersas en el régimen de recirculación Este de la Corriente del Golfo, constituido por la Corriente de Canarias, influenciado por el afloramiento del Noroeste Africano y por la deposición de partículas eólicas desde el Sahara.El programa ESTOC supone una contribución a los proyectos internacionales y multidisciplinarios WOCE (World Ocean Circulation Experiment) y JGOFS (Joint Global Ocean Flux Study) que pretenden resolver el problema científico que supone la escasez de información sobre lo que está ocurriendo en los océanos a escala global.

Towards the construction of a validated numerical system to study the mesoscale dynamics of the North East Atlantic (2003-2006)

Máster en Oceanografía

Stratigraphy and Palaeontology of the Late Cretaceous Wapiti Formation, west-central Alberta, Canada

A complete stratigraphic assessment and revision of the middle Campanian to upper Maastrichtian Wapiti Formation in north-western Alberta and north-eastern British Columbia is the main aim of this research project. The study area encompasses an area of approximately 200X180 km in the Grande Prairie County (west-central Alberta) and easternmost British Columbia, Canada. Results presented here indicate that the 1300m thick succession currently reported in the literature as “undifferentiated lithostratigraphic unit”, consists of five lithostratigraphic units and four unconformity-bounded depositional sequences; their study and description have been documented integrating several geological disciplines, including sequence stratigraphic methods, well-log signatures, facies analysis, and fossil associations. On the whole, particular attention has been given to 1) age and nature of both basal and upper contacts of the Wapiti Formation, 2) effective mappability of lithostratigraphic units and depositional sequences in western Alberta, and 3) the identification of previously undetermined maximum flooding surface of the Bearpaw seaway and Drumheller Marine Tongue, which are reference marine unit in central and southern Alberta. A second, but not less important, guideline for the project has been the rich paleontological record of the Wapiti deposits. Detailed paleoenvironmental and taxonomical information on old and new finds have been the base for correlation with well known associations of Alaska, southern Alberta, and Montana. Newly discovered rich fossil localities documented an extraordinarily diverse fauna during the latest Cretaceous, including dinosaurs, squamates, and fresh-water fishes and reptiles. Lastly, in order to better characterize the Wapiti Formation, major marker beds were described: these include several bentonites (altered volcanic ash deposits) which have been documented over an area of almost 30.000 km2, as well as four major coal zones, characterized by tabular coal seams with an overall thickness of 2 meters. Such marker beds represent a formidable tool for high-resolution chronology and regional correlations within the Late Cretaceous Alberta foreland basin.

Studio e modellazione numerica della propagazione di colate detritiche in ambiente appenninico

Il presente studio ha come obiettivi l’analisi, la modellazione numerica e la caratterizzazione del rischio idrogeologico di due siti dell’Appennino bolognese interessati negli ultimi due anni da colate detritiche, Serraglio (Comune di Castiglione dei Pepoli) e Chiapporato (Comune di Camugnano). Lo studio è stato condotto in collaborazione con il Servizio Tecnico di Bacino Reno della Regione Emilia-Romagna, che ha reso disponibile la documentazione relativa ai due eventi analizzati. I predetti eventi possono esser definiti “anomali” in relazione sia alla loro collocazione – essendo il fenomeno delle colate detritiche diffuso principalmente in aree montuose caratterizzate da un’altitudine media rilevante, come l’arco alpino – sia al fatto che non sono né catalogati né ricordati a memoria d’uomo eventi, in tali località, precedenti a quelli in esame. Il rischio idrogeologico, indotto dalla possibilità non remota di nuovi eventi, è dato non dal volume o dall’area interessata dai fenomeni, ma piuttosto dall’estrema velocità caratterizzante le colate detritiche, appunto definite come manifestazioni parossistiche lungo la rete idrografica secondaria con trasporto in massa di sedimenti. L’analisi effettuata ha anche fornito l’occasione per effettuare un confronto tra due realtà, quella di Serraglio e quella di Chiapporato, accomunate dalla stessa tipologia di evento, ma differenti in relazione all’uso del suolo, alle caratteristiche geomorfologiche e alle modalità di propagazione nel corso dell’evento. L’abitato di Serraglio, sito nella frazione di Baragazza, è stato colpito da una colata detritica il 20 gennaio 2009. Da un punto di vista geologico e geomorfologico la località è sovrastata da un versante boscato notevolmente acclive, caratterizzato dall’affioramento della cosiddetta Formazione di Cervarola: tali rocce, appartenenti alla categoria delle arenarie e solitamente presenti in strati compatti, in seguito alla naturale degradazione dovuta agli agenti atmosferici hanno dato luogo ad un detrito composto da blocchi e ciottoli di varia dimensione immersi in una matrice sabbiosa. Il distacco è avvenuto proprio in questo materiale detritico, reso instabile dal notevole apporto pluviometrico verificatosi nei giorni precedenti. La colata, sviluppatasi in seguito alla fluidificazione del materiale coinvolto in uno scivolamento di detrito di ridotta volumetria, si è incanalata in uno dei rii effimeri che drenano il versante con traiettorie tra loro pseudo parallele. Il debris flow, accelerato da un dislivello complessivo di 125 m, ha poi raggiunto due abitazioni, fortunatamente non abitate al momento dell’evento, depositando uno spessore detritico di oltre 1,5 m nella zona di transito prima di proseguire verso valle nella sua frazione più fine, incanalandosi di fatto lungo lo stradello asfaltato di accesso alle abitazioni e interessando la strada provinciale che collega Castiglione dei Pepoli all’uscita autostradale di Roncobilaccio. Da un punto di vista meteo-climatico il mese di gennaio 2009 è stato caratterizzato da precipitazioni fortemente superiori alla media, accompagnate da una ridotta insolazione. La continua oscillazione dello zero termico tra 0 e 900 m ha dato luogo alla formazione di uno spessore nivale al suolo di circa 20 cm tre giorni prima dell’evento e poi al suo rapido scioglimento contestualmente all’aumento termico, dato dalla risalita di aria calda umida di origine africana, accompagnata da quella perturbazione che ha poi di fatto innescato il fenomeno. Nelle 48 ore precedenti l’evento sono stati registrati apporti nivo-pluviometrici corrispondenti ad oltre 130 mm, che hanno causato la completa saturazione del detrito superficiale, l’innesco dello scivolamento di detrito e la sua successiva fluidificazione. Il distacco del materiale detritico, la sua movimentazione e la notevole erosione che ha caratterizzato l’alveo del rio durante il fenomeno – quantificata mediamente in 20 cm – sono state favorite dalle mediocri condizioni di salute del castagneto che copre il versante interessato dall’evento: la totale assenza di manutenzione e l’abbandono della coltivazione “a pali” del bosco hanno inibito la naturale funzione stabilizzante del boscato, trasformatosi da fattore inibente a fattore predisponente il fenomeno. La seconda colata detritica analizzata ha invece interessato la strada comunale che collega la frazione di Stagno all’abitato di Chiapporato, splendida borgata cinquecentesca, frequentata soprattutto da turisti ed escursionisti durante la stagione estiva. Il versante sede della colata, occorsa in data 8 novembre 2010, è caratterizzato da numerosi affioramenti della cosiddetta Formazione di Stagno, arenarie intervallate da strati marnoso-pelitici. Tale litotipo, soggetto alla naturale degradazione indotta dagli agenti atmosferici, origina un detrito composto da massi e ciottoli, raccoltisi, nell’area in esame, in un canalone posto ai piedi di una scarpata pseudo verticale delimitante il pianoro di “Val di Sasso”. Tale materiale detritico è stato poi fluidificato dalle abbondanti piogge, depositando, dopo oltre 320 metri di dislivello, circa un metro di detrito sul piano stradale per poi proseguire la sua corsa verso il Torrente Limentra e il Bacino di Suviana. L’evento è stato innescato da precipitazioni intense e persistenti che hanno depositato al suolo oltre 69 mm di pioggia in 25 ore. Nel mese precedente il fenomeno sono stati misurati oltre 530 mm di pioggia, quantitativi superiori alla media climatologica, che hanno sicuramente accelerato anche la degradazione della scarpata e l’accumulo di detriti nell’area sorgente. Le colate sopra descritte sono state poi simulate utilizzando il modello DAN-W (Dynamic ANalysis) del prof. Oldrich Hungr della University of British Columbia (Canada). Tale modello si basa su una discretizzazione della massa movimentata tramite il metodo degli “elementi di contorno” e sulla soluzione alle differenze finite di tipo Lagrangiano dell’equazione di De Saint Venant. L’equazione del moto, integrata verticalmente, è applicata a colonne strette di flusso (elementi di contorno). L’equazione di continuità è invece risolta riferendosi agli elementi di massa delimitati dai predetti elementi di contorno. Il numero di incognite principali eguaglia il numero di equazioni disponibili ed il problema è quindi completamente determinato. Gli altri parametri caratterizzanti la colata sono determinati tramite interpolazioni basate sull’ipotesi che sia la superficie del flusso sia quella della traiettoria siano ragionevolmente lisce. La soluzione è esplicita ed avviene per step temporali successivi. Al fine della determinazione dei parametri l’utilizzatore ha la possibilità di scegliere tra vari modelli reologici, quantificanti il termine di resistenza caratterizzante il moto. Su indicazione dell’autore del modello sono stati utilizzati il modello frizionale e quello di Voellmy, che, in casi simili, forniscono risultati più realistici (in relazione alla modellizzazione di colate di detrito). I parametri utilizzati per la calibrazione sono lo spessore di detrito depositato sul piano stradale, nel caso di Chiapporato, e a tergo della prima abitazione investita dalla colata nel caso di Serraglio, unitamente alla massima distanza raggiunta dai detriti. I risultati ottenuti utilizzando il modello reologico frizionale mostrano profili di velocità scarsamente rappresentativi, con una costante sovrastima della stessa, a fronte di una migliore capacità descrittiva degli spessori accumulatisi. Il modello di Voellmy ha invece prodotto andamenti di velocità più realistici, confrontabili con i valori forniti dalla letteratura internazionale, riuscendo al contempo a quantificare con precisione l’accumulo di detrito rilevato a seguito degli eventi. I valori dei parametri utilizzati nella modellazione sono stati ricavati dalle indicazioni dell’autore del modello affiancate dai range resi disponibili dalla letteratura. Entrambe le caratterizzazioni reologiche sono poi state oggetto di un’analisi di sensitività ai fini di quantificare il peso dei parametri utilizzati. Il modello frizionale si è rivelato particolarmente sensibile all’andamento del coefficiente di attrito basale e al coefficiente di pressione dei pori, con un lieve preponderanza del primo, mentre il modello reologico di Voellmy si è mostrato fortemente influenzato dal coefficiente di turbolenza e dal coefficiente di attrito, pressoché paritari nell’effettivo condizionamento dei risultati. Gli output ottenuti simulando l’evento di Serraglio sono risultati generalmente meno realistici di quelli ricavati nel caso di Chiapporato: ciò è probabilmente dovuto alle caratteristiche reologiche proprie del fenomeno occorso a Serraglio, classificabile come un ibrido tra un mud flow e un debris flow. Sono state infine avanzate proposte di intervento e di monitoraggio dei siti indagati, al fine di una mitigazione del rischio idrogeologico gravante sulle aree esaminate. Il caso di Serraglio presenta, a parere dello scrivente, un rischio idrogeologico più elevato, se paragonato a quello presente a Chiapporato, dati la vicinanza ad un centro abitato e lo status quo caratterizzante il versante sede del dissesto. Nei circa 18 mesi trascorsi dopo l’evento è stato possibile rilevare un progressivo ampliamento della nicchia di distacco dello scivolamento, poi evolutosi in colata con andamento tipicamente retrogressivo. Lo stato della vegetazione permane in condizioni problematiche, con frequenti ribaltamenti e sradicamenti (processi noti in letteratura come chablis) dei castagni presenti, con un conseguente aumento dell’erosione superficiale del versante e l’apporto detritico all’interno del rio. Tale detrito è poi trattenuto all’interno dell’alveo da una serie di briglie naturali formatesi a seguito della caduta di varie piante all’interno del canale stesso a causa del passaggio del debris flow o a fenomeni di chablis. La forte sovraescavazione occorsa in occasione della colata ha poi favorito l’innesco di una serie di piccoli scivolamenti superficiali confluenti nel rio stesso, anch’essi apportatori di detrito, ingrediente principale per un nuovo debris flow. È inoltre da notare come la zona di runout è tuttora parzialmente occupata dal detrito depositatosi a seguito dell’evento: tale configurazione, causando di fatto una riduzione della potenziale area di “sfogo” di un nuovo debris flow, acuisce il rischio di un’estensione areale verso valle degli effetti di un nuovo fenomeno, con un conseguente possibile maggior coinvolgimento dell’abitato di Serraglio. È stato quindi proposto di attuare un’adeguata regimazione dell’area boschiva caratterizzante il versante, unitamente ad una regimazione fluviale del rio, tramite la realizzazione di briglie in legno e pietrame – essendo l’area non cantierabile – e la rimozione degli accumuli detritici in seno all’alveo stesso. La nicchia di distacco principale e le nicchie secondarie dovranno poi essere oggetto di opportuna stabilizzazione. Più a valle è stata suggerita la rimozione dell’accumulo detritico presente nell’area di runout e la realizzazione di un’adeguata opera di ricezione delle acque del rio e di eventuali nuove colate: a tal fine si è ipotizzato il ripristino dell’antico alveo, successivamente deviato e tombato per permettere l’edificazione dell’abitazione poi investita dalla colata. È stato inoltre proposto un monitoraggio attraverso l’installazione di un pluviometro, tarato con opportune soglie di allarme, dotato di datalogger e modem GPRS al fine di comunicare in tempo reale, ai tecnici incaricati e agli abitanti, un eventuale superamento della soglia di allarme. Il caso di Chiapporato è invece caratterizzato da problematiche connesse al rischio idrogeologico meno rilevanti di quelle presenti a Serraglio. Ciò è dovuto allo scarso traffico caratterizzante la strada comunale e all’assenza di altri edifici o infrastrutture potenzialmente coinvolgibili da un nuovo evento. La probabilità del verificarsi di una nuova colata è però concreta, considerata la forte erosione caratterizzante il versante: trascorsi sei mesi dall’evento, è stato possibile rilevare nell’area sorgente un accumulo medio di detrito di circa mezzo metro di spessore. Le cause del dissesto, a differenza di Serraglio, non sono in alcun modo imputabili all’azione antropica: si tratta infatti della naturale evoluzione del versante sovrastante il piano stradale. Si propone quindi la collocazione di cartelli stradali indicanti il pericolo di caduta massi e colate detritiche agli automobilisti e ai pedoni, unitamente all’installazione di un cavo a strappo posto lungo l’alveo torrentizio collegato ad un semaforo dislocato nei pressi del guado della strada comunale sul rio Casale. L’eventuale verificarsi di un nuovo evento comporterebbe la lacerazione del cavo installato e l’attivazione del semaforo – e di un eventuale allarme acustico – con conseguente inibizione del traffico stradale in occasione del transito del debris flow. Nel contesto geologico e geomorfologico dell’Appennino tosco-emiliano i debris flow rappresentano una tipologia di dissesto da frana poco diffusa, ma comunque potenzialmente presente nelle aree dove i processi di alterazione e degradazione degli ammassi rocciosi affioranti generino accumuli di detrito e in condizioni morfologiche caratterizzate da elevate pendenze dei versanti. Questo studio ha permesso di approfondire la conoscenza di questi fenomeni, che presentano una magnitudo notevolmente inferiore rispetto al contesto alpino, ma la cui interferenza con l’attività antropica acuisce notevolmente il rischio idrogeologico nelle zone interessate. Si sottolinea, inoltre, che nell’attuale contesto climatico caratterizzato da sempre più frequenti piogge brevi ed intense ed eventi cosiddetti di rain on snow, la frequenza sia temporale che spaziale di tali fenomeni di dissesto appare destinata ad aumentare, anche in aree in precedenza non interessate.

Design and development of new green catalytic methodologies for the synthesis of enantiomerically enriched molecules

The following Ph.D work was mainly focused on catalysis, as a key technology, to achieve the objectives of sustainable (green) chemistry. After introducing the concepts of sustainable (green) chemistry and an assessment of new sustainable chemical technologies, the relationship between catalysis and sustainable (green) chemistry was briefly discussed and illustrated via an analysis of some selected and relevant examples. Afterwards, as a continuation of the ongoing interest in Dr. Marco Bandini’s group on organometallic and organocatalytic processes, I addressed my efforts to the design and development of novel catalytic green methodologies for the synthesis of enantiomerically enriched molecules. In the first two projects the attention was focused on the employment of solid supports to carry out reactions that still remain a prerogative of omogeneous catalysis. Firstly, particular emphasis was addressed to the discovery of catalytic enantioselective variants of nitroaldol condensation (commonly termed Henry reaction), using a complex consisting in a polyethylene supported diamino thiopene (DATx) ligands and copper as active species. In the second project, a new class of electrochemically modified surfaces with DATx palladium complexes was presented. The DATx-graphite system proved to be efficient in promoting the Suzuki reaction. Moreover, in collaboration with Prof. Wolf at the University of British Columbia (Vancouver), cyclic voltammetry studies were reported. This study disclosed new opportunities for carbon–carbon forming processes by using heterogeneous, electrodeposited catalyst films. A straightforward metal-free catalysis allowed the exploration around the world of organocatalysis. In fact, three different and novel methodologies, using Cinchona, Guanidine and Phosphine derivatives, were envisioned in the three following projects. An interesting variant of nitroaldol condensation with simple trifluoromethyl ketones and also their application in a non-conventional activation of indolyl cores by Friedel-Crafts-functionalization, led to two novel synthetic protocols. These approaches allowed the preparation of synthetically useful trifluoromethyl derivatives bearing quaternary stereocenters. Lastly, in the sixth project the first γ-alkylation of allenoates with conjugated carbonyl compounds was envisioned. In the last part of this Ph.D thesis bases on an extra-ordinary collaboration with Prof. Balzani and Prof. Gigli, I was involved in the synthesis and characterization of a new type of heteroleptic cyclometaled-Ir(III) complexes, bearing bis-oxazolines (BOXs) as ancillary ligands. The new heteroleptic complexes were fully characterized and in order to examine the electroluminescent properties of FIrBOX(CH2), an Organic Light Emitting Device was realized.

Bio-physical interactions and feedbacks in a global climate model

This PhD thesis addresses the topic of large-scale interactions between climate and marine biogeochemistry. To this end, centennial simulations are performed under present and projected future climate conditions with a coupled ocean-atmosphere model containing a complex marine biogeochemistry model. The role of marine biogeochemistry in the climate system is first investigated. Phytoplankton solar radiation absorption in the upper ocean enhances sea surface temperatures and upper ocean stratification. The associated increase in ocean latent heat losses raises atmospheric temperatures and water vapor. Atmospheric circulation is modified at tropical and extratropical latitudes with impacts on precipitation, incoming solar radiation, and ocean circulation which cause upper-ocean heat content to decrease at tropical latitudes and to increase at middle latitudes. Marine biogeochemistry is tightly related to physical climate variability, which may vary in response to internal natural dynamics or to external forcing such as anthropogenic carbon emissions. Wind changes associated with the North Atlantic Oscillation (NAO), the dominant mode of climate variability in the North Atlantic, affect ocean properties by means of momentum, heat, and freshwater fluxes. Changes in upper ocean temperature and mixing impact the spatial structure and seasonality of North Atlantic phytoplankton through light and nutrient limitations. These changes affect the capability of the North Atlantic Ocean of absorbing atmospheric CO2 and of fixing it inside sinking particulate organic matter. Low-frequency NAO phases determine a delayed response of ocean circulation, temperature and salinity, which in turn affects stratification and marine biogeochemistry. In 20th and 21st century simulations natural wind fluctuations in the North Pacific, related to the two dominant modes of atmospheric variability, affect the spatial structure and the magnitude of the phytoplankton spring bloom through changes in upper-ocean temperature and mixing. The impacts of human-induced emissions in the 21st century are generally larger than natural climate fluctuations, with the phytoplankton spring bloom starting one month earlier than in the 20th century and with ~50% lower magnitude. This PhD thesis advances the knowledge of bio-physical interactions within the global climate, highlighting the intrinsic coupling between physical climate and biosphere, and providing a framework on which future studies of Earth System change can be built on.

Operational Modal Analysis: the CEME Skywalk at UBC, Vancouver

Slender and lighter footbridges are becoming more and more popular to meet the transportation demand and the aesthetical requirements of the modern society. The widespread presence of such particular structures has become possible thanks to the availability of new, lightweight and still capable of carrying heavy loads material . Therefore, these kind of structure, are particularly sensitive to vibration serviceability problems, especially induced by human activities. As a consequence, it has been imperative to study the dynamic behaviour of such slender pedestrian bridges in order to define their modal characteristics. As an alternative to a Finite Element Analysis to find natural frequencies, damping and mode shape, a so-called Operational Modal Analysis is a valid tool to obtain these parameters through an ambient vibration test. This work provides a useful insight into the Operational Modal Analysis technique and It reports the investigation of the CEME Skywalk, a pedestrian bridge located at the University of British Columbia, in Vancouver, Canada. Furthermore, human-induced vibration tests have been performed and the dynamic characteristics derived with these tests have been compared with the ones from the ambient vibration tests. The effect of the dynamic properties of the two buildings supporting the CEME Skywalk on the dynamic behaviour of the bridge has been also investigated.

High-resolution reconstruction of Holocene climate variability and environmental changes in the North Pacific using bivalve shells

Bivalve mollusk shells are useful tools for multi-species and multi-proxy paleoenvironmental reconstructions with a high temporal and spatial resolution. Past environmental conditions can be reconstructed from shell growth and stable oxygen and carbon isotope ratios, which present an archive for temperature, freshwater fluxes and primary productivity. The purpose of this thesis is the reconstruction of Holocene climate and environmental variations in the North Pacific with a high spatial and temporal resolution using marine bivalve shells. This thesis focuses on several different Holocene time periods and multiple regions in the North Pacific, including: Japan, Alaska (AK), British Columbia (BC) and Washington State, which are affected by the monsoon, Pacific Decadal Oscillation (PDO) and El Niño/Southern Oscillation (ENSO). Such high-resolution proxy data from the marine realm of mid- and high-latitudes are still rare. Therefore, this study contributes to the optimization and verification of climate models. However, before using bivalves for environmental reconstructions and seasonality studies, life history traits must be well studied to temporally align and interpret the geochemical record. These calibration studies are essential to ascertain the usefulness of selected bivalve species as paleoclimate proxy archives. This work focuses on two bivalve species, the short-lived Saxidomus gigantea and the long-lived Panopea abrupta. Sclerochronology and oxygen isotope ratios of different shell layers of P. abrupta were studied in order to test the reliability of this species as a climate archive. The annual increments are clearly discernable in umbonal shell portions and the increments widths should be measured in these shell portions. A reliable reconstruction of paleotemperatures may only be achieved by exclusively sampling the outer shell layer of multiple contemporaneous specimens. Life history traits (e.g., timing of growth line formation, duration of the growing season and growth rates) and stable isotope ratios of recent S. gigantea from AK and BC were analyzed in detail. Furthermore, a growth-temperature model based on S. gigantea shells from Alaska was established, which provides a better understanding of the hydrological changes related to the Alaska Coastal Current (ACC). This approach allows the independent measurement of water temperature and salinity from variations in the width of lunar daily growth increments of S. gigantea. Temperature explains 70% of the variability in shell growth. The model was calibrated and tested with modern shells and then applied to archaeological specimens. The time period between 988 and 1447 cal yrs BP was characterized by colder (~1-2°C) and much drier (2-5 PSU) summers, and a likely much slower flowing ACC than at present. In contrast, the summers during the time interval of 599-1014 cal yrs BP were colder (up to 3°C) and fresher (1-2 PSU) than today. The Aleutian Low may have been stronger and the ACC was probably flowing faster during this time.