Upper-mantle seismic anisotropy from SKS splitting in the South American stable platform: A test of asthenospheric flow models beneath the lithosphere

Upper-mantle seismic anisotropy has been extensively used to infer both present and past deformation processes at lithospheric and asthenospheric depths. Analysis of shear-wave splitting (mainly from core-refracted SKS phases) provides information regarding upper-mantle anisotropy. We present average measurements of fast-polarization directions at 21 new sites in poorly sampled regions of intra-plate South America, such as northern and northeastern Brazil. Despite sparse data coverage for the South American stable platform, consistent orientations are observed over hundreds of kilometers. Over most of the continent, the fast-polarization direction tends to be close to the absolute plate motion direction given by the hotspot reference model HS3-NUVEL-1A. A previous global comparison of the SKS fast-polarization directions with flow models of the upper mantle showed relatively poor correlation on the continents, which was interpreted as evidence for a large contribution of ""frozen"" anisotropy in the lithosphere. For the South American plate, our data indicate that one of the reasons for the poor correlation may have been the relatively coarse model of lithospheric thicknesses. We suggest that improved models of upper-mantle flow that are based on more detailed lithospheric thicknesses in South America may help to explain most of the observed anisotropy patterns.

An extension of the concept of gradient semigroups which is stable under perturbation

In this article we introduce the concept of a gradient-like nonlinear semigroup as an intermediate concept between a gradient nonlinear semigroup (those possessing a Lyapunov function, see [J.K. Hale, Asymptotic Behavior of Dissipative Systems, Math. Surveys Monogr., vol. 25, Amer. Math. Soc., 1989]) and a nonlinear semigroup possessing a gradient-like attractor. We prove that a perturbation of a gradient-like nonlinear semigroup remains a gradient-like nonlinear semigroup. Moreover, for non-autonomous dynamical systems we introduce the concept of a gradient-like evolution process and prove that a non-autonomous perturbation of a gradient-like nonlinear semigroup is a gradient-like evolution process. For gradient-like nonlinear semigroups and evolution processes, we prove continuity, characterization and (pullback and forwards) exponential attraction of their attractors under perturbation extending the results of [A.N. Carvalho, J.A. Langa, J.C. Robinson, A. Suarez, Characterization of non-autonomous attractors of a perturbed gradient system, J. Differential Equations 236 (2007) 570-603] on characterization and of [A.V. Babin, M.I. Vishik, Attractors in Evolutionary Equations, Stud. Math. Appl.. vol. 25, North-Holland, Amsterdam, 1992] on exponential attraction. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Solvent Effects in Chemical Processes. Water-Assisted Proton Transfer Reaction of Pterin in Aqueous Environment

Pterins are members of a family of heterocyclic compounds present in a wide variety of biological systems and may exist in two forms, corresponding to an acid and a basic tautomer. In this work, the proton transfer reaction between these tautomeric forms was investigated in the gas phase and in aqueous solution. In gas phase, the intramolecular mechanism was carried out for die isolated pterin by quantum mechanical second-order Moller-Plesset Perturbation theory (MP2/aug-cc-pVDZ) calculations and it indicates that the acid form is more stable than the basic form by -1.4 kcal/mol with a barrier of 34.2 kcal/mol with respect to the basic form. In aqueous solution, the role of the water molecules in the proton transfer reaction was analyzed in two separated parts, the direct participation of one water molecule in the reaction path, called water-assisted mechanism, and the complementary participation of the aqueous solvation. The water-assisted mechanism was carried out for one pterin-water cluster by quantum mechanical calculations and it indicates that the acid form is still more stable by -3.3 kcal/mol with a drastic reduction of 70% of the barrier, The bulk solution effect on the intramolecular and water-assisted mechanisms was included by free energy perturbation implemented on Monte Carlo simulations. The bulk water effect is found to be substantial and decisive when the reaction path involves the water-assisted mechanism. In this case, the free energy barrier is only 6.7 kcal/mol and the calculated relative Gibbs free energy for the two tautomers is -11.2 kcal/mol. This value is used to calculate the pK(a) value of 8.2 +/- 0.6 that is in excellent agreement with the experimental result of 7.9.

Reaction mechanisms for weakly-bound, stable nuclei and unstable, halo nuclei on medium-mass targets

An experimental overview of reactions induced by the stable, but weakly-bound nuclei (6)Li, (7)Li and (9)Be, and by the exotic, halo nuclei (6)He, (8)B, (11)Be and (17)F on medium-mass targets, such as (58)Ni, (59)Co or (64)Zn, is presented. Existing data on elastic scattering, total reaction cross sections, fusion processes, breakup and transfer channels are discussed in the framework of a CDCC approach taking into account the breakup degree of freedom.

Density-Profile Processes Describing Biological Signaling Networks: Almost Sure Convergence to Deterministic Trajectories

We introduce jump processes in R(k), called density-profile processes, to model biological signaling networks. Our modeling setup describes the macroscopic evolution of a finite-size spin-flip model with k types of spins with arbitrary number of internal states interacting through a non-reversible stochastic dynamics. We are mostly interested on the multi-dimensional empirical-magnetization vector in the thermodynamic limit, and prove that, within arbitrary finite time-intervals, its path converges almost surely to a deterministic trajectory determined by a first-order (non-linear) differential equation with explicit bounds on the distance between the stochastic and deterministic trajectories. As parameters of the spin-flip dynamics change, the associated dynamical system may go through bifurcations, associated to phase transitions in the statistical mechanical setting. We present a simple example of spin-flip stochastic model, associated to a synthetic biology model known as repressilator, which leads to a dynamical system with Hopf and pitchfork bifurcations. Depending on the parameter values, the magnetization random path can either converge to a unique stable fixed point, converge to one of a pair of stable fixed points, or asymptotically evolve close to a deterministic orbit in Rk. We also discuss a simple signaling pathway related to cancer research, called p53 module.

A Higher order and stable method for the numerical integration of Random Differential Equations

Trabalho apresentado no Congresso Nacional de Matemática Aplicada à Indústria, 18 a 21 de novembro de 2014, Caldas Novas - Goiás

Dynamics of Bose-Einstein condensates with atomic pumping and dissipative processes

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Upper-mantle seismic anisotropy from SKS splitting in the South American stable platform: A test of asthenospheric flow models beneath the lithosphere

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Intercalation processes and diffusion paths of lithium ions in spinel-type structured Li(1+x)Ti(2)O(4): Density functional theory study

Intercalation processes and corresponding diffusion paths of Li ions into spinel-type structured Li(1+x)Ti(2)O(4) (0 <= x <= 0.375) are systematically studied by means of periodic density functional theory calculations for different compositions and arrangements. An analysis of the site preference for intercalation processes is carried out, while energy barriers for the diffusion paths have been computed in detail. Our results indicate that the Li insertion is thermodynamically favorable at octahedral sites 16c in the studied composition range, and Li migration from tetrahedral sites 8a to octahedral sites 16c stabilizes the structure and becomes favorable for compositions x >= 0.25. Diffusion paths from less stable arrangements involving Li migrations between tetrahedral and octahedral sites exhibit the lowest energy barrier since the corresponding trajectories and energy profiles take place across a triangle made by three neighboring oxygen anions without structural modification. Theoretical and experimental diffusion coefficients are in reasonable agreement.

Autosolitons in trapped Bose-Einstein condensates with two- and three-body inelastic processes

The conditions for the existence of autosolitons were considered in trapped Bose-Einstein condensates with attractive atomic interactions. The expression for the parameters of the autosoliton was derived using the time-dependent variational approach for the nonconservative 3-dimensional Gross-pitaevskii equation and their stability was checked. The results were in agreement with the exact numerical calculations. It was shown that the transition from unstable to stable point solely depends on the magnitude of the parameters.

Feedbacks between vegetation and disturbance processes promote long-term persistence of forest-grassland mosaics in south Brazil

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Finite element evaluation of three methods of stable fixation of condyle base fractures

The surgical treatment of mandibular condyle fractures currently offers several possibilities for stable internal fixation. In this study, a finite element model evaluation was performed of three different methods for osteosynthesis of low subcondylar fractures: (1) two four-hole straight plates, (2) one seven-hole lambda plate, and (3) one four-hole trapezoidal plate. The finite element model evaluation considered a load applied to the first molar on the contralateral side to the fracture. Results showed that, although the three methods are capable of withstanding functional loading, the lambda plate displayed a more homogeneous stress distribution for both osteosynthesis material and bone and may be a better method when single-plate fixation is the option.

Hydrochemical and stable isotopes (H, O, S) signatures in deep groundwaters of Parana basin, Brazil

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Stable isotope investigations of atmospheric nitrous oxide

ZusammenfassungDie Analyse von Isotopenverhältnissen ist von wachsender Bedeutung bei der Untersuchung von Quellen, Senken und chemischen Reaktionswegen atmosphärischer Spurengase. Distickstoffoxid (N2O) hat vier isotopisch einfach substituierte Spezies: 14N15N16O, 15N14N16O, 14N217O und 14N218O. In der vorliegenden Arbeit wurden massenspektrometrische Methoden entwickelt, die eine komplette Charakterisierung der Variationen im Vorkommen dieser Spezies ermöglichen. Es wird die bisher umfassendste Darstellung dieser Variationen in Troposphäre und Stratosphäre gegeben und mit Bezug auf eine Reihe von Laborexperimenten detailliert interpretiert.Die Laborexperimente machen einen großen Anteil dieser Doktorarbeit aus und konzentrieren sich auf die Isotopenfraktionierung in den stratosphärischen N2O-Senken, d. h. Photolyse und Reaktion mit elektronisch angeregten Sauerstoffatomen, O(1D). Diese Prozesse sind von dominantem Einfluß auf die Isotopenzusammensetzung von atmosphärischem N2O. Potentiell wichtige Parameter wie Temperatur- und Druckvariationen, aber auch Veränderungen der Wellenlänge im Fall der Photolyse wurden berücksichtigt. Photolyse bei stratosphärisch relevanten Wellenlängen > 190 nm zeigte immer Anreicherungen von 15N in beiden Stickstoffatomen des verbleibenden N2O wie auch in 17O und 18O. Die Anreicherungen waren am mittelständigen N-Atom signifikant höher als am endständigen N (mit mittleren Werten für 18O) und stiegen zu größeren Wellenlängen und niedrigeren Temperaturen hin an. Erstmalig wurden für 18O und 15N am endständigen N-Atom Isotopenabreicherungen bei 185 nm-Photolyse festgestellt. Im Gegensatz zur Photolyse waren die Isotopenanreicherungen bei der zweiten wichtigen N2O-Senke, Reaktion mit O(1D) vergleichsweise gering. Jedoch war das positionsabhängige Fraktionierungsmuster dem der Photolyse direkt entgegengesetzt und zeigte größere Anreicherungen am endständigen N-Atom. Demgemäß führen beiden Senkenprozesse zu charakteristischen Isotopensignaturen in stratosphärischem N2O. Weitere N2O-Photolyseexperimente zeigten, daß 15N216O in der Atmosphäre höchstwahrscheinlich mit der statistisch zu erwartenden Häufigkeit vorkommt.Kleine stratosphärische Proben erforderten die Anpassung der massenspektrometrischen Methoden an Permanentflußtechniken, die auch für Messungen an Firnluftproben von zwei antarktischen Stationen verwendet wurden. Das 'Firnluftarchiv' erlaubte es, den gegenwärtigen Trend und die präindustriellen Werte der troposphärischen N2O-Isotopensignatur zu bestimmen. Ein daraus konstruiertes globales N2O-Isotopenbudget ist im Einklang mit den besten Schätzungen der Gesamt-N2O-Emissionen aus Böden und Ozeanen.17O-Messungen bestätigten die Sauerstoffisotopenanomalie in atmosphärischem N2O, zeigten aber auch, daß N2O-Photolyse die Sauerstoffisotope gemäß einem massenabhängigen Fraktionierungsgesetz anreichert. Eine troposphärische Ursache für einen Teil des Exzeß-17O wurde vorgeschlagen, basierend auf der Reaktion von NH2 mit NO2, wodurch die Sauerstoffisotopenanomalie von O3 über NO2 an N2O übertragen wird.

Variation of stable silicon isotopes: Analytical developments and applications in Precambrian geochemistry

Die vorliegende Dissertation behandelt die Gesamtgesteinsanalyse stabiler Siliziumisotope mit Hilfe einer „Multi Collector-ICP-MS“. Die Analysen fanden in Kooperation mit dem „Royal Museum for Central Africa“ in Belgien statt. Einer der Schwerpunkte des ersten Kapitels ist die erstmalige Analyse des δ30Si –Wertes an einem konventionellen Nu PlasmaTM „Multi-Collector ICP-MS“ Instrument, durch die Eliminierung der den 30Si “peak” überlagernden 14N16O Interferenz. Die Analyse von δ30Si wurde durch technische Modifikationen der Anlage erreicht, welche eine höherer Massenauflösung ermöglichten. Die sorgsame Charakterisierung eines adäquaten Referenzmaterials ist unabdingbar für die Abschätzung der Genauigkeit einer Messung. Die Bestimmung der „U.S. Geological Survey“ Referenzmaterialien bildet den zweiten Schwerpunkt dieses Kapitales. Die Analyse zweier hawaiianischer Standards (BHVO-1 and BHVO-2), belegt die präzise und genaue δ30Si Bestimmung und bietet Vergleichsdaten als Qualitätskontrolle für andere Labore. Das zweite Kapitel befasst sich mit kombinierter Silizium-/Sauerstoffisotope zur Untersuchung der Entstehung der Silizifizierung vulkanischer Gesteine des „Barberton Greenstone Belt“, Südafrika. Im Gegensatz zu heute, war die Silizifizierung der Oberflächennahen Schichten, einschließlich der „Chert“ Bildung, weitverbreitete Prozesse am präkambrischen Ozeanboden. Diese Horizonte sind Zeugen einer extremen Siliziummobilisierung in der Frühzeit der Erde. Dieses Kapitel behandelt die Analyse von Silizium- und Sauerstoffisotopen an drei unterschiedlichen Gesteinsprofilen mit unterschiedlich stark silizifizierten Basalten und überlagernden geschichteten „Cherts“ der 3.54, 3.45 und 3.33 Mill. Jr. alten Theespruit, Kromberg und Hooggenoeg Formationen. Siliziumisotope, Sauerstoffisotope und die SiO2-Gehalte demonstrieren in allen drei Gesteinsprofilen eine positive Korrelation mit dem Silizifizierungsgrad, jedoch mit unterschiedlichen Steigungen der δ30Si-δ18O-Verhältnisse. Meerwasser wird als Quelle des Siliziums für den Silizifizierungsprozess betrachtet. Berechnungen haben gezeigt, dass eine klassische Wasser-Gestein Wechselwirkung die Siliziumisotopenvariation nicht beeinflussen kann, da die Konzentration von Si im Meerwasser zu gering ist (49 ppm). Die Daten stimmen mit einer Zwei-Endglieder-Komponentenmischung überein, mit Basalt und „Chert“ als jeweilige Endglieder. Unsere gegenwärtigen Daten an den „Cherts“ bestätigen einen Anstieg der Isotopenzusammensetzung über der Zeit. Mögliche Faktoren, die für unterschiedliche Steigungen der δ30Si-δ18O Verhältnisse verantwortlich sein könnten sind Veränderungen in der Meerwasserisotopie, der Wassertemperatur oder sekundäre Alterationseffekte. Das letzte Kapitel beinhaltet potentielle Variationen in der Quellregion archaischer Granitoide: die Si-Isotopen Perspektive. Natriumhaltige Tonalit-Trondhjemit-Granodiorit (TTG) Intrusiva repräsentieren große Anteile der archaischen Kruste. Im Gegensatz dazu ist die heutige Kruste kaliumhaltiger (GMS-Gruppe: Granit-Monzonite-Syenite). Prozesse, die zu dem Wechsel von natriumhaltiger zu kaliumhaltiger Kruste führten sind die Thematik diesen Kapitels. Siliziumisotopenmessungen wurden hier kombiniert mit Haupt- und Spurenelementanalysen an unterschiedlichen Generationen der 3.55 bis 3.10 Mill. Yr. alten TTG und GMS Intrusiva aus dem Arbeitsgebiet. Die δ30Si-Werte in den unterschiedlichen Plutonit Generationen zeigen einen leichten Anstieg der Isotopie mit der Zeit, wobei natriumhaltige Intrusiva die niedrigste Si-Isotopenzusammensetzung aufweisen. Der leichte Anstieg in der Siliziumisotopenzusammensetzung über die Zeit könnte auf unterschiedliche Temperaturbedingungen in der Quellregion der Granitoide hinweisen. Die Entstehung von Na-reichen, leichten d30Si Granitoiden würde demnach bei höheren Temperaturen erfolgen. Die Ähnlichkeit der δ30Si-Werte in archaischen K-reichen Plutoniten und phanerozoischen K-reichen Plutoniten wird ebenfalls deutlich.