Tephra from andesitic Shiveluch volcano, Kamchatka, NW Pacific: chronology of explosive eruptions and geochemical fingerprinting of volcanic glass

The ~16-ka-long record of explosive eruptions from Shiveluch volcano (Kamchatka, NW Pacific) is refined using geochemical fingerprinting of tephra and radiocarbon ages. Volcanic glass from 77 prominent Holocene tephras and four Late Glacial tephra packages was analyzed by electron microprobe. Eruption ages were estimated using 113 radiocarbon dates for proximal tephra sequence. These radiocarbon dates were combined with 76 dates for regional Kamchatka marker tephra layers into a single Bayesian framework taking into account the stratigraphic ordering within and between the sites. As a result, we report ~1,700 high-quality glass analyses from Late Glacial–Holocene Shiveluch eruptions of known ages. These define the magmatic evolution of the volcano and provide a reference for correlations with distal fall deposits. Shiveluch tephras represent two major types of magmas, which have been feeding the volcano during the Late Glacial–Holocene time: Baidarny basaltic andesites and Young Shiveluch andesites. Baidarny tephras erupted mostly during the Late Glacial time (~16–12.8 ka BP) but persisted into the Holocene as subordinate admixture to the prevailing Young Shiveluch andesitic tephras (~12.7 ka BP–present). Baidarny basaltic andesite tephras have trachyandesite and trachydacite (SiO₂ < 71.5 wt%) glasses. The Young Shiveluch andesite tephras have rhyolitic glasses (SiO₂ > 71.5 wt%). Strongly calc-alkaline medium-K characteristics of Shiveluch volcanic glasses along with moderate Cl, CaO and low P₂O₅ contents permit reliable discrimination of Shiveluch tephras from the majority of other large Holocene tephras of Kamchatka. The Young Shiveluch glasses exhibit wave-like variations in SiO₂ contents through time that may reflect alternating periods of high and low frequency/volume of magma supply to deep magma reservoirs beneath the volcano. The compositional variability of Shiveluch glass allows geochemical fingerprinting of individual Shiveluch tephra layers which along with age estimates facilitates their use as a dating tool in paleovolcanological, paleoseismological, paleoenvironmental and archeological studies. Electronic tables accompanying this work offer a tool for statistical correlation of unknown tephras with proximal Shiveluch units taking into account sectors of actual tephra dispersal, eruption size and expected age. Several examples illustrate the effectiveness of the new database. The data are used to assign a few previously enigmatic wide-spread tephras to particular Shiveluch eruptions. Our finding of Shiveluch tephras in sediment cores in the Bering Sea at a distance of ~600 km from the source permits re-assessment of the maximum dispersal distances for Shiveluch tephras and provides links between terrestrial and marine paleoenvironmental records.

Development and evaluation of a novel integrated anti-icing/de-icing technology for carbon fibre composite aerostructures using an electro-conductive textile

The preliminary evaluation is described of a new electro-thermal anti-icing/de-icing device for carbon fibre composite aerostructures. The heating element is an electro-conductive carbon-based textile (ECT) by Gorix. Electrical shorting between the structural carbon fibres and the ECT was mitigated by incorporating an insulating layer formed of glass fibre plies or a polymer film. A laboratory-based anti-icing and de-icing test program demonstrated that the film-insulated devices yielded better performance than the glssass fibre insulated ones. The heating capability after impact damage was maintained as long as the ECT fabric was not breached to the extent of causing electrical shorting. A modified structural scarf repair was shown to restore the heating capacity of a damaged specimen.

Photocatalytic degradation of eleven microcystin analogues and nodularin by TiO2 coated glass microspheres

Microcystins and nodularin are toxic cyanobacterial secondary metabolites produced by cyanobacteria that pose a threat to human health in drinking water. Conventional water treatment methods often fail to remove these toxins. Advanced oxidation processes such as TiO2 photocatalysis have been shown to effectively degrade these compounds. A particular issue that has limited the widespread application of TiO2 photocatalysis for water treatment has been the separation of the nanoparticulate power from the treated water. A novel catalyst format, TiO2 coated hollow glass spheres (Photospheresâ„¢), is far more easily separated from treated water due to its buoyancy. This paper reports the photocatalytic degradation of eleven microcystin variants and nodularin in water using Photospheresâ„¢. It was found that the Photospheresâ„¢ successfully decomposed all compounds in 5 minutes or less. This was found to be comparable to the rate of degradation observed using a Degussa P25 material, which has been previously reported to be the most efficient TiO2 for photocatalytic degradation of microcystins in water. Furthermore, it was observed that the degree of initial catalyst adsorption of the cyanotoxins depended on the amino acid in the variable positions of the microcystin molecule. The fastest degradation (2 minutes) was observed for the hydrophobic variants (microcystin-LY, -LW, -LF). Suitability of UV-LEDs as an alternative low energy light source was also evaluated.

Correlation between ΔAbs, ΔRGB (red) and stearic acid destruction rates using commercial self-cleaning glass as the photocatalyst

A resazurin (Rz) based photocatalyst indicator ink is used to test the activity of a commercial self-cleaning glass, using UV–vis spectroscopy and digital photography to monitor the photocatalyst-driven change in colour of the ink. UV–vis spectroscopy allows the change in film absorbance, ΔAbs, to be monitored as a function of irradiation time, whereas digital photography is used to monitor the concomitant change in the red component of the RGB values, i.e. ΔRGB (red). Initial work reveals the variation in ΔAbst and ΔRGB (red)t as a function of irradiation time, t, are linearly correlated. The rates of change of these parameters are also linearly correlated to the rates of oxidative destruction of stearic acid on self-cleaning glass under different irradiances. This work demonstrates that a measure of photocatalyst activity of self-cleaning glass, i.e. the time taken to change the colour of an Rz photocatalyst indicator ink, can be obtained using inexpensive digital photography, as alternative to more expensive lab-based techniques, such as UV–vis spectrophotometry.

Breaking Glass: Towards a Gendered Analysis of Entrepreneurial Leadership

Despite recent expansion in the literature on entrepreneurial leadership, this has not been matched with the development of appropriate theoretical frameworks, theory building, and conceptual analyses, including the analysis of gender. In this paper, we provide the foundation for a more robust and extensive gendered study of entrepreneurial leadership, through a review of the entrepreneurial leadership literature and of the current debates on gender and leadership. On the basis of this, we propose a research agenda for the gendered analysis of the rapidly expanding interface between leadership and entrepreneurship, comprising three themes around which the future development of entrepreneurial leadership can be organized.

Development and testing of an intermediate temperature glass sealant for use in mixed ionic and electronic conducting membrane reactors

High temperature ceramic membranes have interesting possibilities for application in areas of new and developing technologies such as hydrocarbon combustion with carbon dioxide capture and electrochemical promotion of catalysis (EPOC). However, membrane module sealing remains a significant technical challenge. In this work a borosilicate glass sealant (50SiO₂·25B₂O₃·25Na<sub>2O, mol%) was developed to fit the requirements of sealing an air separation membrane system at intermediate temperatures (300-600 °C). The seal was assessed by testing the leak rates under a range of conditions. The parameters tested included the effect of flowrate on the leak rate, the heating and cooling rates of the reactor and the range of temperatures under which the system could operate. Tests for durability and reliability were also performed. It was found that the most favourable reactor configuration employed a reactor with the ceramic pellet placed underneath the inner chamber alumina tube (inverted configuration), using a quartz wool support to keep the membrane in place prior to sealing. Using this configuration the new glass-based seal was found to be a more suitable sealant than traditional alternatives; it produced lower leak rates at all desirable flowrates, with the potential for rapid heating and cooling and multiple cycling, allowing for prolonged usage. © 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Clinopyroxene based glasses and glass-ceramics for functional applications

As piroxenas são um vasto grupo de silicatos minerais encontrados em muitas rochas ígneas e metamórficas. Na sua forma mais simples, estes silicatos são constituídas por cadeias de SiO3 ligando grupos tetrahédricos de SiO4. A fórmula química geral das piroxenas é M2M1T2O6, onde M2 se refere a catiões geralmente em uma coordenação octaédrica distorcida (Mg2+, Fe2+, Mn2+, Li+, Ca2+, Na+), M1 refere-se a catiões numa coordenação octaédrica regular (Al3+, Fe3+, Ti4+, Cr3+, V3+, Ti3+, Zr4+, Sc3+, Zn2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+), e T a catiões em coordenação tetrahédrica (Si4+, Al3+, Fe3+). As piroxenas com estrutura monoclínica são designadas de clinopiroxenes. A estabilidade das clinopyroxenes num espectro de composições químicas amplo, em conjugação com a possibilidade de ajustar as suas propriedades físicas e químicas e a durabilidade química, têm gerado um interesse mundial devido a suas aplicações em ciência e tecnologia de materiais. Este trabalho trata do desenvolvimento de vidros e de vitro-cerâmicos baseadas de clinopiroxenas para aplicações funcionais. O estudo teve objectivos científicos e tecnológicos; nomeadamente, adquirir conhecimentos fundamentais sobre a formação de fases cristalinas e soluções sólidas em determinados sistemas vitro-cerâmicos, e avaliar a viabilidade de aplicação dos novos materiais em diferentes áreas tecnológicas, com especial ênfase sobre a selagem em células de combustível de óxido sólido (SOFC). Com este intuito, prepararam-se vários vidros e materiais vitro-cerâmicos ao longo das juntas Enstatite (MgSiO3) - diopsídio (CaMgSi2O6) e diopsídio (CaMgSi2O6) - Ca - Tschermak (CaAlSi2O6), os quais foram caracterizados através de um vasto leque de técnicas. Todos os vidros foram preparados por fusão-arrefecimento enquanto os vitro-cerâmicos foram obtidos quer por sinterização e cristalização de fritas, quer por nucleação e cristalização de vidros monolíticos. Estudaram-se ainda os efeitos de várias substituições iónicas em composições de diopsídio contendo Al na estrutura, sinterização e no comportamento durante a cristalização de vidros e nas propriedades dos materiais vitro-cerâmicos, com relevância para a sua aplicação como selantes em SOFC. Verificou-se que Foi observado que os vidros/vitro-cerâmicos à base de enstatite não apresentavam as características necessárias para serem usados como materiais selantes em SOFC, enquanto as melhores propriedades apresentadas pelos vitro-cerâmicos à base de diopsídio qualificaram-nos para futuros estudos neste tipo de aplicações. Para além de investigar a adequação dos vitro-cerâmicos à base de clinopyroxene como selantes, esta tese tem também como objetivo estudar a influência dos agentes de nucleação na nucleação em volume dos vitro-cerâmicos resultantes á base de diopsídio, de modo a qualificá-los como potenciais materiais hopedeiros de resíduos nucleares radioactivos.

Novel materials based on chitosan, its derivatives and cellulose fibres

O presente trabalho tem como principal objectivo o desenvolvimento de novos materiais baseados em quitosano, seus derivados e celulose, na forma de nanofibras ou de papel. Em primeiro lugar procedeu-se à purificação das amostras comerciais de quitosano e à sua caracterização exaustiva em termos morfológicos e físicoquímicos. Devido a valores contraditórios encontrados na literatura relativamente à energia de superfície do quitosano, e tendo em conta a sua utilização como precursor de modificações químicas e a sua aplicação em misturas com outros materiais, realizou-se também um estudo sistemático da determinação da energia de superfície do quitosano, da quitina e seus respectivos homólogos monoméricos, por medição de ângulos de contacto Em todas as amostras comerciais destes polímeros identificaram-se impurezas não polares que estão associadas a erros na determinação da componente polar da energia de superfície. Após a remoção destas impurezas, o valor da energia total de superfície (gs), e em particular da sua componente polar, aumentou consideravelmente. Depois de purificadas e caracterizadas, algumas das amostras de quitosano foram então usadas na preparação de filmes nanocompósitos, nomeadamente dois quitosanos com diferentes graus de polimerização, correspondentes derivados solúveis em água (cloreto de N-(3-(N,N,N-trimetilamónio)-2- hidroxipropilo) de quitosano) e nanofibras de celulose como reforço (celulose nanofibrilada (NFC) e celulose bacteriana (BC). Estes filmes transparentes foram preparados através de um processo simples e com conotação ‘verde’ pela dispersão homogénea de diferentes teores de NFC (até 60%) e BC (até 40%) nas soluções de quitosano (1.5% w/v) seguida da evaporação do solvente. Os filmes obtidos foram depois caracterizados por diversas técnicas, tais como SEM, AFM, difracção de raio-X, TGA, DMA, ensaios de tracção e espectroscopia no visível. Estes filmes são altamente transparentes e apresentam melhores propriedades mecânicas e maior estabilidade térmica do que os correspondentes filmes sem reforço. Outra abordagem deste trabalho envolveu o revestimento de folhas de papel de E. globulus com quitosano e dois derivados, um derivado fluorescente e um derivado solúvel em água, numa máquina de revestimentos (‘máquina de colagem’) à escala piloto. Este estudo envolveu inicialmente a deposição de 1 a 5 camadas do derivado de quitosano fluorescente sobre as folhas de papel de forma a estudar a sua distribuição nas folhas em termos de espalhamento e penetração, através de medições de reflectância e luminescência. Os resultados mostraram que, por um lado, a distribuição do quitosano na superfície era homogénea e que, por outro lado, a sua penetração através dos poros do papel cessou após três deposições. Depois da terceira camada verificou-se a formação de um filme contínuo de quitosano sobre a superfície do papel. Estes resultados mostram que este derivado de quitosano fluorescente pode ser utilizado como marcador na optimização e compreensão de mecanismos de deposição de quitosano em papel e outros substratos. Depois de conhecida a distribuição do quitosano nas folhas de papel, estudou-se o efeito do revestimento de quitosano e do seu derivado solúvel em água nas propriedades finais do papel. As propriedades morfológicas, mecânicas, superficiais, ópticas, assim como a permeabilidade ao ar e ao vapor de água, a aptidão à impressão e o envelhecimento do papel, foram exaustivamente avaliadas. De uma forma geral, os revestimentos com quitosano e com o seu derivado solúvel em água tiveram um impacto positivo nas propriedades finais do papel, que se mostrou ser dependente do número de camadas depositadas. Os resultados também mostraram que os papéis revestidos com o derivado solúvel em água apresentaram melhores propriedades ópticas, aptidão à impressão e melhores resultados em relação ao envelhecimento do que os papéis revestidos com quitosano. Assim, o uso de derivados de quitosano solúveis em água em processos de revestimento de papel representa uma estratégia bastante interessante e sustentável para o desenvolvimento de novos materiais funcionais ou na melhoria das propriedades finais dos papéis. Por fim, tendo como objectivo valorizar os resíduos e fracções menos nobres da quitina e do quitosano provenientes da indústria transformadora, estes polímeros foram convertidos em polióis viscosos através de uma reacção simples de oxipropilação. Este processo tem também conotação "verde" uma vez que não requer solvente, não origina subprodutos e não exige nenhuma operação específica (separação, purificação, etc) para isolar o produto da reacção. As amostras de quitina e quitosano foram pré-activadas com KOH e depois modificadas com um excesso de óxido de propileno (PO) num reactor apropriado. Em todos os casos, o produto da reacção foi um líquido viscoso composto por quitina ou quitosano oxipropilados e homopolímero de PO. Estas duas fracções foram separadas e caracterizadas.