Field data on methane fluxes, temperature, soil gas profiles and microbial activities in ponds of the northeast Siberian polygonal tundra

The data files give the basic field and laboratory data on five ponds in the northeast Siberian Arctic tundra on Samoylov. The files contain water and soil temperature data of the ponds, methane fluxes, measured with closed chambers in the centres without vascular plants and the margins with vascular plants, the contribution of plant mediated fluxes on total methane fluxes, the gas concentrations (methane and dissolved inorganic carbon, oxygen) in the soil and the water column of the ponds, microbial activities (methane production, methane oxidation, aerobic and anaerobic carbon dioxide production), total carbon pools in the different horizons of the bottom soils, soil bulk density, soil substance density, and soil porosity.

Isotopic composition of diet and tissues, and isotope discrimination factors for pink-footed and barnacle geese, Svalbard

Breeding in the high Arctic is time constrained and animals should therefore start with their annual reproduction as early as possible. To allow for such early reproduction in migratory birds, females arrive at the breeding grounds either with body stores or they try to rapidly develop their eggs after arrival using local resources. Svalbard breeding barnacle geese Branta leucopsis have to fly non-stop for about 1100 km from their last continental staging site to the archipelago making the transport of body stores costly. However, environmental conditions at the breeding grounds are highly unpredictable favouring residual body stores allowing for egg production after arrival on the breeding grounds. We estimated the reliance on southern continental resources, i.e. body stores for egg formation, in barnacle geese using stable isotope ratios in the geese's forage along the flyway and in their eggs. Females adopted mixed breeding strategies by using southern resources as well as local resources to varying extents for egg formation. Southern capital in lipid-free yolk averaged 41% (range: 23-65%), early laid eggs containing more southern capital than eggs laid late in the season. Yolk lipids and albumen did not vary over time and averaged a southern capital proportion of 54% (range: 32-73%) and 47% (range: 25-88%), respectively. Our findings indicate that female geese vary the use of southern resources when synthesizing their eggs and this allocation also varies among egg tissues. Their mixed and flexible use of distant and local resources potentially allows for adaptive adjustments to environmental conditions encountered at the archipelago just before breeding.

Radionuclides of bulk and terrigenous surface sediments in the Southern Ocean

Sr and Nd isotopic compositions of Late Quaternary surface sediment and sediment cores from the south Atlantic and southeast Pacific sectors of the Southern Ocean are used to constrain the provenance and transport mechanisms of their terrigenous component. We report isotopic and mineralogical data for core samples from three localities, the Mid-Atlantic Ridge at 41°S and the northern and southern Scotia Sea. In addition, data for surface sediment samples from the south Atlantic and southeast Pacific sectors of the Southern Ocean are presented. The variations of Sr and Nd isotopic compositions of the bulk sediment samples in all cores were correlated with the magnetic susceptibility of the sediment and with the inferred glacial-interglacial stages. The isotopic data indicate that, during glacial periods, sediment was delivered from continental crust with a shorter residence time than that supplying material during interglacial periods. At the core site near the Mid-Atlantic Ridge, Nd isotopic, combined with mineralogical evidence indicates interglacial period deposition of a relatively high amount of kaolinite and silt with low epsilon-Nd values < -8. The material was probably supplied by North Atlantic Deep Water from low latitudes. For glacial periods, a high contribution of silt and clay with epsilon-Nd > -4.5, probably derived from southern South America, was indicated. The glacial-interglacial shift in sources may be due to either a decreasing influence of North Atlantic Deep Water during glacial times or by a larger contribution of glaciogenic detritus from southern South America. At the core site in the northern Scotia Sea, sediment of interglacial periods is dominated by smectite with epsilon-Nd < - 6 and silt with epsilon-Nd > -4. We suggest that smectite was derived from the Falkland shelf and silt was derived from the Argentinian shelf. During glacial periods, the Argentinian shelf was an important source for silt and chlorite with epsilon-Nd > -4. The contribution from the Falkland shelf seems to have remained similar during glacial and interglacial periods. Hydrographic transport by bottom currents and turbidites could account for the high glacial detrital flux. An evaluation of the significance of an aeolian contribution to deep sea sediment suggests that it plays only a minor role. In the southern Scotia Sea, the Antarctic Peninsula is considered an important source for young material with epsilon-Nd > -4, in particular during glacial periods. During interglacial periods, sediment supply from the Antarctic Peninsula was lower than during glacial times, resulting in a relatively high contribution of old material (epsilon-Nd < -8) from East Antarctica. Deep water currents and icebergs could account for the transport of the old component to the southern Scotia Sea. The accumulation rates of material from the various source regions for glacial times are in agreement with an increase in the strength of the Antarctic Circumpolar Current. The production rate and the circulation pattern of bottom water in the Weddell Sea appear to have remained similar over most of the last 150 kyr.

Seawater carbonate chemistry and calcification during a tropical lagoon study at SW lagoon of New Caledonia, 1994

Carbon dioxide and oxygen fluxes were measured in 0.2 m2 enclosures placed at the water sediment interface in the SW lagoon of New Caledonia. Experiments, performed at several stations in a wide range of environments, were carried out both in darkness to estimate respiration and at ambient light, to assess the effects of primary production. The community respiratory quotient (CRQ = CO2 production rate/02 consumption rate) and the community photosynthetic quotient (CPQ= gross O2 production rate/gross CO2 consumption rate) were calculated by functional regressions. The CRQ value, calculated from 61 incubations, was 1.14 (S.E. 0.05) and the CPQ value, obtained from 18 incubations, was 1.03 (S.E. 0.08). The linearity of the relationship between the O2 and the CO2 fluxes suggests that these values are representative for the whole lagoon

Suppression of the Insulin Receptors in Adult Schistosoma japonicum Impacts on Parasite Growth and Development: Further Evidence of Vaccine Potential

To further investigate the importance of insulin signaling in the growth, development, sexual maturation and egg production of adult schistosomes, we have focused attention on the insulin receptors (SjIRs) of Schistosoma japonicum, which we have previously cloned and partially characterised. We now show, by Biolayer Interferometry, that human insulin can bind the L1 subdomain (insulin binding domain) of recombinant (r)SjIR1 and rSjIR2 (designated SjLD1 and SjLD2) produced using the Drosophila S2 protein expression system. We have then used RNA interference (RNAi) to knock down the expression of the SjIRs in adult S. japonicum in vitro and show that, in addition to their reduced transcription, the transcript levels of other important downstream genes within the insulin pathway, associated with glucose metabolism and schistosome fecundity, were also impacted substantially. Further, a significant decrease in glucose uptake was observed in the SjIR-knockdown worms compared with luciferase controls. In vaccine/challenge experiments, we found that rSjLD1 and rSjLD2 depressed female growth, intestinal granuloma density and faecal egg production in S. japonicum in mice presented with a low dose challenge infection. These data re-emphasize the potential of the SjIRs as veterinary transmission blocking vaccine candidates against zoonotic schistosomiasis japonica in China and the Philippines.

The perihelion activity of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko as seen by robotic telescopes

Around the time of its perihelion passage the observability of 67P/Churyumov-Gerasimenko from Earth was limited to very short windows each morning from any given site, due to the low solar elongation of the comet. The peak in the comet's activity was therefore difficult to observe with conventionally scheduled telescopes, but was possible where service/queue scheduled mode was possible, and with robotic telescopes. We describe the robotic observations that allowed us to measure the total activity of the comet around perihelion, via photometry (dust) and spectroscopy (gas), and compare these results with the measurements at this time by Rosetta's instruments. The peak of activity occurred approximately two weeks after perihelion. The total brightness (dust) largely followed the predictions from Snodgrass et al. 2013, with no significant change in total activity levels from previous apparitions. The CN gas production rate matched previous orbits near perihelion, but appeared to be relatively low later in the year.

Efeito da disponibilidade de oxigénio na produção de bioetanol por Scheffersomyces stipitis

O bioetanol constitui uma alternativa renovável aos combustíveis fósseis. Contudo, o bioetanol de primeira geração, produzido a partir de matérias-primas alimentares, desencadeou sérios problemas económicos e sociais, pelo que é fundamental encontrar estratégias que permitam a viabilidade comercial do bioetanol de segunda geração, produzido a partir de matérias-primas lenho-celulósicas. O licor de cozimento ao sulfito ácido de árvores folhosas (HSSL) é um subproduto da indústria papeleira que, devido ao seu elevado conteúdo em açúcares, pode ser utilizado como substrato para a produção de bioetanol de segunda geração. No entanto, a maior fração dos açúcares do HSSL é composta por pentoses. Por isso, a fermentação do HSSL é realizada pela levedura Scheffersomyces stipitis, pois esta é capaz de fermentar tanto as hexoses como as pentoses. Todavia, a S. stipitis só produz etanol sob condições microaerófilas, pelo que o maior desafio da produção de bioetanol por S. stipitis reside no estabelecimento das condições ótimas de arejamento. Este trabalho teve assim por objetivo estabelecer uma estratégia de arejamento que permita a eficiente produção de bioetanol a partir de HSSL por S. stipitis C4, a qual é uma estirpe adaptada a este substrato. Deste modo, foram realizados ensaios em Erlenmeyer, de modo a caracterizar o crescimento da S. stipitis C4, e ensaios em biorreator, com vista a estudar a produção de etanol por S. stipitis C4 em duas estratégias de arejamento diferentes. Na primeira estratégia foi usado apenas um único estágio de arejamento, com controlo da tensão de oxigénio dissolvido, DOT (%), e na segunda estratégia foram usados dois estágios de arejamento, com controlo da DOT no primeiro estágio e com restrição de oxigénio no segundo estágio. Nos ensaios em Erlenmeyer com HSSL o crescimento da S. stipitis C4 foi completamente inibido. Por sua vez, nos ensaios em biorreator com um único estágio de arejamento o controlo da DOT não permitiu a produção de etanol. No entanto, nos ensaios com dois estágios de arejamento em meio sintético foi possível produzir etanol de forma eficiente. Nesta estratégia, a utilização de um maior valor de DOT no primeiro estágio de arejamento permitiu aumentar a taxa específica de crescimento máxima e o rendimento em biomassa do primeiro estágio. Para além disso, a utilização de um maior valor de DOT no primeiro estágio também permitiu aumentar a produtividade em etanol durante o segundo estágio de arejamento. Por sua vez, no segundo estágio de arejamento verificou-se que a restrição de oxigénio evitou a reassimilação de etanol pela S. stipitis C4. Deste modo, os melhores resultados para a produção de etanol foram obtidos com controlo da DOT a 50% durante o primeiro estágio e com 0 mLAr.min-1 e 250 rpm durante o segundo estágio de arejamento. A aplicação desta estratégia de arejamento a 60% HSSL/40% meio sintético permitiu obter, no primeiro estágio de arejamento, uma taxa específica de crescimento máxima de 0,17 h-1, o que demonstra que a elevada disponibilidade de oxigénio durante o primeiro estágio aumenta a tolerância da S. stipitis C4 aos inibidores. Para além disso, a taxa volumétrica de produção de etanol e o rendimento em etanol de toda a fermentação foi de respetivamente de 0,03 g.L-1.h-1 e 0,38 g.g-1. Assim, a elevada eficiência de conversão dos açúcares em etanol (74,4%) demostra que a fermentação com dois estágios de arejamento constitui uma estratégia promissora para a produção de bioetanol de segunda geração a partir de HSSL.

Bacterioplâncton de quatro lagos rasos subtropicais com distintas características tróficas

O papel exercido pelas bactérias é reconhecido como fundamental no metabolismo de qualquer sistema aquático, não só pela mineralização da matéria orgânica, como também pela transferência de matéria e energia para níveis tróficos superiores (“microbial loop”). Para a realização deste estudo foram escolhidos quatro lagos com diferentes estados tróficos no Campus Carreiros da Universidade Federal do Rio Grande – FURG - RS. O Lago Biguás e o da Base possuem características de ambientes eutrófico - hipereutrófico, enquanto que, o Lago Polegar é caracterizado como um ambiente oligo-mesotrófico e o Lago Negro é considerado um ambiente distrófico. Em um estudo anterior em nove lagos rasos nesta mesma região, incluindo os quatro analisados no presente trabalho, Souza (2007) sugeriu que as bactérias livres atuariam como mineralizadoras e o seu crescimento seria limitado pela disponibilidade de fosfato (controle “bottom-up”), enquanto que as bactérias aderidas participariam da decomposição dos agregados orgânicos. Também foi sugerido que as bactérias aderidas seriam controladas principalmente pela predação por flagelados e ciliados (controle “top-down”), provavelmente devido ao seu maior biovolume. Porém, estas informações foram obtidas a partir de relações estatísticas de dados coletados em uma única amostragem. Assim, neste estudo a comunidade bacteriana (abundância e biomassa) e outros parâmetros físicos, químicos e biológicos dos quatro lagos rasos sub-tropicais foram estudados em amostragens quinzenais no decorrer de um ano entre junho de 2008 e maio de 2009. Nossos resultados indicam que a disponibilidade de carbono orgânico dissolvido produzido pelo fitoplâncton parece ser um dos principais fatores controladores da dinâmica de bactérias nestes lagos. Entretanto, a predação no Lago Negro parece ter sido de maior magnitude no controle das bactérias neste ambiente, uma vez que não houve um incremento na abundância bacteriana deste lago proporcional ao incremento da clorofila a. A presença de um maior número de nano - e microflagelados neste lago dá suporte a esta hipótese. Para testar esta hipótese, foi realizado um experimento utilizando-se a Técnica da Diluição em conjunto com a técnica a de FISH (Hibridização in situ Fluorescente) para identificar as taxas de produção e consumo não só dos diferentes morfotipos, mas também dos diferentes grupos filogenéticos (Archaea, Eubacteria, Alfa- Beta- e Gama-Proteobacteria e Cytophaga-Flavobacter) de uma amostra de água do Lago Negro. Os resultados deste experimento indicaram que as bactérias estão, de fato, sendo consumidas por vi protozoários na mesma proporção que estão sendo produzidas. Além disso, no Lago Negro a predação parece estar vinculada ao tamanho/biovolume celular, sendo os morfotipos de tamanho reduzido mais resistentes a predação e, por isso, mais abundantes.

Geothermal district heating networks: modelling novel operational strategies incorporating heat storage

The value of integrating a heat storage into a geothermal district heating system has been investigated. The behaviour of the system under a novel operational strategy has been simulated focusing on the energetic, economic and environmental effects of the new strategy of incorporation of the heat storage within the system. A typical geothermal district heating system consists of several production wells, a system of pipelines for the transportation of the hot water to end-users, one or more re-injection wells and peak-up devices (usually fossil-fuel boilers). Traditionally in these systems, the production wells change their production rate throughout the day according to heat demand, and if their maximum capacity is exceeded the peak-up devices are used to meet the balance of the heat demand. In this study, it is proposed to maintain a constant geothermal production and add heat storage into the network. Subsequently, hot water will be stored when heat demand is lower than the production and the stored hot water will be released into the system to cover the peak demands (or part of these). It is not intended to totally phase-out the peak-up devices, but to decrease their use, as these will often be installed anyway for back-up purposes. Both the integration of a heat storage in such a system as well as the novel operational strategy are the main novelties of this thesis. A robust algorithm for the sizing of these systems has been developed. The main inputs are the geothermal production data, the heat demand data throughout one year or more and the topology of the installation. The outputs are the sizing of the whole system, including the necessary number of production wells, the size of the heat storage and the dimensions of the pipelines amongst others. The results provide several useful insights into the initial design considerations for these systems, emphasizing particularly the importance of heat losses. Simulations are carried out for three different cases of sizing of the installation (small, medium and large) to examine the influence of system scale. In the second phase of work, two algorithms are developed which study in detail the operation of the installation throughout a random day and a whole year, respectively. The first algorithm can be a potentially powerful tool for the operators of the installation, who can know a priori how to operate the installation on a random day given the heat demand. The second algorithm is used to obtain the amount of electricity used by the pumps as well as the amount of fuel used by the peak-up boilers over a whole year. These comprise the main operational costs of the installation and are among the main inputs of the third part of the study. In the third part of the study, an integrated energetic, economic and environmental analysis of the studied installation is carried out together with a comparison with the traditional case. The results show that by implementing heat storage under the novel operational strategy, heat is generated more cheaply as all the financial indices improve, more geothermal energy is utilised and less fuel is used in the peak-up boilers, with subsequent environmental benefits, when compared to the traditional case. Furthermore, it is shown that the most attractive case of sizing is the large one, although the addition of the heat storage most greatly impacts the medium case of sizing. In other words, the geothermal component of the installation should be sized as large as possible. This analysis indicates that the proposed solution is beneficial from energetic, economic, and environmental perspectives. Therefore, it can be stated that the aim of this study is achieved in its full potential. Furthermore, the new models for the sizing, operation and economic/energetic/environmental analyses of these kind of systems can be used with few adaptations for real cases, making the practical applicability of this study evident. Having this study as a starting point, further work could include the integration of these systems with end-user demands, further analysis of component parts of the installation (such as the heat exchangers) and the integration of a heat pump to maximise utilisation of geothermal energy.

Valorização de resíduos provenientes da atividade no setor avícola: aplicação do processo de compostagem

O setor avícola, como setor em constante crescimento está associado à produção de elevadas quantidades de resíduos sólidos orgânicos. A crescente taxa de produção de resíduos avícolas leva à necessidade de lhes dar um destino adequado podendo a valorização orgânica, nomeadamente a compostagem, ser uma opção. O presente estudo pretende dar um contributo para o projeto de uma unidade de compostagem numa empresa portuguesa do setor, com valorização dos resíduos produzidos pela mesma, avaliando o potencial de aplicação desta operação de tratamento de resíduos e a qualidade do produto final. Como primeiro passo foi realizada uma caracterização dos resíduos a utilizar de forma a perceber a sua possível influência no processo de degradação. Os ensaios de compostagem foram realizados à escala laboratorial, numa gama de temperatura de 50 a 55ᵒC, utilizando como substrato base uma mistura dos resíduos avícolas, de acordo com os seus quantitativos de produção. Vários potenciais agentes estruturantes foram também testados, como adição ao substrato. A monitorização do processo foi feita com base em análises das fases gasosa (gases de exaustão), sólida (substrato em decomposição) e líquida (lixiviado). A avaliação do processo foi ainda complementada com a caracterização dos produtos finais obtidos, os quais foram ainda sujeitos a testes de fitotoxicidade. Foram observados graus de conversão de matéria orgânica relativamente altos (40-50%), comprovando a aplicabilidade desta operação de tratamento de resíduos. Embora a diferença entre ensaios tenha sido pouco notória, a utilização de uma combinação de cama de aviário e mato destroçado e compostado aparenta ser ligeiramente mais eficiente, enquanto a utilização de casca de eucalipto produziu os piores resultados. Perdas de humidade e de azoto foram as duas situações mais críticas observadas para os vários ensaios, tendo influência tanto sobre o processo como sobre o produto final. Os compostos obtidos revelam baixa qualidade, exibindo valores elevados de pH e condutividade elétrica e elevadas concentrações de metais pesados, tais como cobre e zinco. Supõe-se que as características adversas verificadas estejam associadas à aplicação de quantidades demasiado elevadas de cinza nos substratos, levando à necessidade de redução deste material; estudos adicionais seriam necessários a fim de avaliar as possibilidades de ajuste das quantidades a utilizar, dos diferentes materiais, com o intuito de produzir um produto final com qualidade, respeitando os requisitos legais.

Projeto de uma ferramenta específica para cravação de terminais elétricos

A necessidade contínua de incrementar a produtividade em todos os sectores leva a que sejam utilizados equipamentos cada vez mais sofisticados, permitindo novas técnicas de abordagem dos processos de fabrico, velocidades mais elevadas e maior precisão no produto final. No entanto, quase todos os equipamentos necessitam de ferramentas adequadas, que tirem partido efetivamente das potencialidades dos equipamentos disponíveis. A Engenharia tem aqui um papel extremamente importante, já que terá de conceber as ferramentas atendendo à satisfação de um elevado número de requisitos, que passam genericamente por tirar o máximo partido dos fatores tecnológicos proporcionados pelos equipamentos, cumprir com a cadência de produção necessária, assegurar a qualidade estipulada, garantir a segurança dos colaboradores que com ela trabalham e permitir uma fácil montagem e afinação, reduzindo assim os tempos de preparação e as possibilidades de fabrico de peças fora das especificações. Este trabalho foi desenvolvido em torno de uma necessidade real, tendo sido estipulados os requisitos necessários pelo cliente e tendo sido elaborado todo o projeto da ferramenta em torno desses mesmos requisitos. Foi efetuada uma otimização da ferramenta ainda na fase de anteprojeto, permitindo minimizar o seu custo e maximizar o seu rendimento e aptidão para o fim em vista. Os materiais foram cuidadosamente selecionados, tendo em vista a utilização de cada componente e a relação custo‐benefício. Foi ainda efetuada uma orçamentação da mesma, assim como um plano de instruções para a operação e manutenção da ferramenta. Deste modo, este trabalho é o resumo de grande parte do conhecimento adquirido, quer ao longo da vida académica, quer ao longo da experiência profissional.

Quantification of key biological processes determining the dynamics and the assessment of the anchovy population in the Bay of Biscay: growth, reproduction, demography and natural mortality.

333 p.

Effects of photoperiod on reproduction of Siamese fighting fish Betta splendens

This study investigated the effect of different photoperiods (24 h of light (L):0 h of darkness (D); 20L:4D; 16L:8D; 12L:12D; and 8L:16D) on the reproduction and growth of Betta splendens. The results showed that spawning frequency was significantly higher in couples reared under 16L:8D and 12L:12D, in comparison with other treatments. The highest number of eggs per spawn was obtained under 16L:8D (544.76±375.23) and 12L:12D (471.13±261.52), and the lowest values were detected for 24L:0D (128.55±58.14) and 20L:4D (187.87±103.84). Fertility and fecundity also showed significantly higher average values in 16L:8D and 12L:12D when compared with 24L:0D and 20L:4D treatments. Egg volume and perivitelline space were significantly higher in 24L:0D treatments that showed the lowest numbers of eggs per spawn, while the vitelline volume did not show significant differences. Other variables such as breeders weight gain and condition factor (K) were not statistically different. Moreover, the final length varies according to photoperiod and gender. These results demonstrated a key role for the photoperiod upon B. splendens reproduction. The best reproductive performance is achieved under the photoperiods that best approached those that occur in spring and summer (16L:8D and 12L:12D), coinciding with their best seasons for reproduction.

Estudo paramétrico do processo de injeção de solventes em poços horizontais para reservatórios de óleos pesados

The world has many types of oil that have a range of values of density and viscosity, these are characteristics to identify whether an oil is light, heavy or even ultraheavy. The occurrence of heavy oil has increased significantly and pointing to a need for greater investment in the exploitation of deposits and therefore new methods to recover that oil. There are economic forecasts that by 2025, the heavy oil will be the main source of fossil energy in the world. One such method is the use of solvent vaporized VAPEX which is known as a recovery method which consists of two horizontal wells parallel to each other, with a gun and another producer, which uses as an injection solvent that is vaporized in order to reduce the viscosity of oil or bitumen, facilitating the flow to the producing well. This method was proposed by Dr. Roger Butler, in 1991. The importance of this study is to analyze how the influence some operational reservoir and parameters are important in the process VAPEX, such as accumulation of oil produced in the recovery factor in flow injection and production rate. Parameters such as flow injection, spacing between wells, type of solvent to be injected, vertical permeability and oil viscosity were addressed in this study. The results showed that the oil viscosity is the parameter that showed statistically significant influence, then the choice of Heptane solvent to be injected showed a greater recovery of oil compared to other solvents chosen, considering the spacing between the wells was shown that for a greater distance between the wells to produce more oil