Analisi del degassamento di CO2 diffuso dal suolo presso la Solfatara di Pozzuoli (Napoli, Italia): Misura, mapping e quantificazione del flusso totale.

Il presente lavoro ha come obiettivo la descrizione dello studio del degassamento diffuso di CO2 (acquisizione dei dati e loro trattazione) effettuato nell'area vulcanica dei Campi Flegrei (NA), nello specifico nell'area della Solfatara di Pozzuoli. Questo infatti rappresenta attualmente il punto di massimo rilascio di fluidi ed energia dell'intero Distretto Vulcanico Flegreo attraverso attività quali fumarole e degassamento diffuso dal suolo, nonché deformazioni del terreno (bradisismo). Tramite l'acquisizione dei valori di flusso diffuso e delle temperature dei primi 10 cm di suolo, attraverso una trattazione dei dati statistica e geostatistica, è stato possibile distinguere e caratterizzare le sorgenti di CO2 (biologica o vulcanica), la realizzazione di sviluppo di mappe di probabilità e di flusso medio e la quantificazione dell'output totale giornaliero di CO2. Il lavoro è stato suddiviso in due fasi principali: 1. La prima fase ha riguardato l'acquisizione dei dati sul campo nei giorni 19 e 20 marzo 2015, tramite l'utilizzo di una camera d'accumulo ed un termometro munito di sonda, in 434 punti all'interno del cratere della Solfatara e nelle aree circostanti. 2. Nella seconda fase sono stati elaborati i dati, utilizzando il metodo statistico GSA (Graphical Statistic Approach) ed il metodo geostatistico della simulazione sequenziale Gaussiana (sGs). Tramite il GSA è stato possibile ripartire i dati in popolazioni e definire una media (con relativa varianza) per ognuna di esse. Con la sGs è stato possibile trattare i dati, considerando la loro distribuzione spaziale, per simulare valori per le aree prive di misurazioni; ciò ha permesso di generare delle mappe che mostrassero l'andamento dei flussi e la geometria della struttura del degassamento diffuso (Diffuse Degassing Structure, DDS; Chiodini et al., 2001). Infine i dati ottenuti sono stati confrontati con i risultati di precedenti studi e si è messo in relazione la geometria e l'intensità di degassamento con la geologia strutturale dell'area flegrea indagata.

Una nuova strategia per la misurazione della distribuzione di CO2 in stratosfera

Nella regione del TIR, le transizioni spettrali vibro-rotazionali della CO2 sono sfruttate per ricavare la distribuzione di P e T negli esperimenti spaziali. Oltre all’importanza di questi due parametri, la loro conoscenza è necessaria per ricavare la distribuzione di qualsiasi molecola dalle sue transizioni spettrali. Per ricavare P e T si assume di conoscere il VMR della CO2. L’accuratezza con cui si ricava la distribuzione della CO2 insieme a quelle di P e T non è sufficiente. Inoltre, il VMR della CO2 aumenta nel corso degli anni. Per questo, in questa tesi si propone una nuova strategia per misurare la CO2 usando uno strumento satellitare a scansione del lembo. L’idea è quella di sfruttare le transizioni rotazionali pure dell’O2 nella regione del FIR per ricavare P e T. Poiché queste transizioni traggono origine da un momento di dipolo magnetico la loro forza di riga è molto bassa. Tuttavia, grazie alla grande abbondanza dell’O2 in atmosfera e alla lunghezza dei cammini ottici, queste transizioni sono tra le più intense nello spettro atmosferico del FIR. Il satellite considerato è posto su un’orbita quasi polare e lo strumento osserva l’emissione del lembo atmosferico in direzione opposta a quella di volo. Lo strumento ipotizzato è uno spettrometro a trasformata di Fourier con due porte di output ospitanti un detector per la regione del FIR e uno per quella del TIR. La risoluzione spettrale è di 0.004 cm-1. Mentre il NESR è di 5 nW. Il campionamento geometrico verticale dell’atmosfera è di 3 Km mentre quello orizzontale è di circa 100 Km. Usando la teoria dell’optimal estimation sono stati selezionati due set di intervalli spettrali da analizzare, uno per la regione del FIR e l’altro per la regione del TIR. Con queste ipotesi sono stati effettuati test di retrieval su osservati simulati per valutare le performance del sistema ipotizzato. Si è dimostrato che le transizioni della CO2 nella regione del TIR non sono sufficienti per ricavare P e T insieme al proprio VMR con precisione soddisfacente e che l’uso dell’informazione derivante dal FIR fa aumentare la qualità del retrieval. Le performance dell’esperimento permettono di ricavare il VMR della CO2 con una precisione di circa 1 ppm tra 10 Km e 60 Km con una risoluzione verticale di 3 Km e una orizzontale di circa 2.5° di latitudine. Si è quindi dimostrato la validità della strategia proposta in questo studio.

Relazioni fra regime dei venti e pH in un "campo di fumarole" a CO2 sui fondali costieri dell'isola d'Ischia (Italy).

Il problema dell'acidificazione degli oceani, conseguente ai cambiamenti climatici, è un processo ancora poco conosciuto. Per comprendere questo fenomeno, possono essere utilizzati degli ambienti naturalmente acidificati, considerati laboratori a cielo aperto. Lo scopo di questo lavoro di tesi è stato quello di utilizzare le fumarole presenti nell'isola di Ischia, per approfondire le dinamiche dei processi di acidificazione e per analizzare l'eventuale interazione tra pH e condizioni meteorologiche. I dati utilizzati, forniti dalla Stazione Zoologica “Anton Dohrn” di Napoli, erano serie di pH e di vento rilevate in continuo, in due aree, nord e sud rispetto all'isolotto del Castello Aragonese, e in tre stazioni lungo un gradiente di acidificazione. Tutto il lavoro è stato svolto a step, dove il risultato di un'analisi suggeriva il tipo e il metodo analitico da utilizzare nelle analisi successive. Inizialmente i dati delle due serie sono stati analizzati singolarmente per ottenere i parametri più salienti delle due serie. In seguito i dati sono stati correlati fra loro per stimare l'influenza del vento sul pH. Globalmente è stato possibile evidenziare come il fenomeno dell'acidificazione sia correlato con il vento, ma la risposta sembra essere sito-specifica, essendo risultato dipendente da altri fattori interagenti a scala locale, come la geomorfologia del territorio, le correnti marine e la batimetria del fondale. È però emersa anche la difficoltà nel trovare chiare correlazioni fra le due serie indagate, perché molto complesse, a causa sia della numerosa quantità di zeri nella serie del vento, sia da una forte variabilità naturale del pH, nelle varie stazioni esaminate. In generale, con questo lavoro si è dimostrato come utilizzare tecniche di analisi delle serie storiche, e come poter utilizzare metodi di regressione, autocorrelazione, cross-correlation e smoothing che possono integrare i modelli che prendono in considerazione variabili esogene rispetto alla variabile di interesse.

Preparazione e proprietà di trasporto di gas di membrane a base di polimeri e nanoplatelets grafenici per la cattura di CO2 da processi energetici

Lo scopo di questo studio sperimentale è stato quello di determinare l’effetto dell’aggiunta di piccole quantità (1wt%) di grafene e ossido di grafene al poli(1-trimetilsilil-1-propino) (PTMSP). Il PTMSP è uno dei polimeri più promettenti per la separazione di gas tramite membrane polimeriche grazie al suo elevato volume libero (26%). Sono state studiate sia membrane spesse (60-180 micron) preparate per solvent casting che sottili (2-10 micron) preparate per spin coating supportate su un film poroso di polipropilene commerciale. L’ossido di grafene aumenta la permeabilità del PTMSP, mentre il grafene ha mostrato un comportamento variabile in funzione del protocollo di preparazione che è risultato dipendere fortemente dalla velocità di evaporazione del solvente. Le membrane così ottenute sono state testate al permeometro. È stata osservata una dipendenza della permeabilità in funzione dello spessore del film e del grado di invecchiamento. In particolare, la presenza di nanofiller riduce il grado di invecchiamento dei film di PTMSP. Nel caso specifico della coppia di gas permeanti He/CO2, i campioni hanno mostrato un comportamento intercambiabile di selettività all’He o alla CO2, modulabile in funzione della temperatura tra 30-60°C e del filler utilizzato.

Temporal dynamics of benthic assemblages along a gradient of ocean acidification at a CO2 vent’s system of the Ischia Island

Global warming and ocean acidification, due to rising atmospheric levels of CO2, represent an actual threat to terrestrial and marine environments. Since Industrial Revolution, in less of 250 years, pH of surface seawater decreased on average of 0.1 unit, and is expected to further decreases of approximately 0.3-0.4 units by the end of this century. Naturally acidified marine areas, such as CO2 vent systems at the Ischia Island, allow to study acclimatation and adaptation of individual species as well as the structure of communities, and ecosystems to OA. The main aim of this thesis was to study how hard bottom sublittoral benthic assemblages changed trough time along a pH gradient. For this purpose, the temporal dynamics of mature assemblages established on artificial substrates (volcanic tiles) over a 3 year- period were analysed. Our results revealed how composition and dynamics of the community were altered and highly simplified at different level of seawater acidification. In fact, extreme low values of pH (approximately 6.9), affected strongly the assemblages, reducing diversity both in terms of taxa and functional groups, respect to lower acidification levels (mean pH 7.8) and ambient conditions (8.1 unit). Temporal variation was observed in terms of species composition but not in functional groups. Variability was related to species belonging to the same functional group, suggesting the occurrence of functional redundancy. Therefore, the analysis of functional groups kept information on the structure, but lost information on species diversity and dynamics. Decreasing in ocean pH is only one of many future global changes that will occur at the end of this century (increase of ocean temperature, sea level rise, eutrophication etc.). The interaction between these factors and OA could exacerbate the community and ecosystem effects showed by this thesis.

Stima del sequestro e immagazzinamento di CO2 nelle praterie di Posidonia oceanica

Ogni anno, a causa dell’utilizzo di combustibili fossili e della produzione di cemento, vengono rilasciate in atmosfera 35,7 × 109 tonnellate di CO2, il principale dei gas serra. Durante l’ultima Conferenza delle Parti della UNFCCC, tenutasi a Parigi e nota come COP-21, gli Stati membri hanno posto come obiettivo il raggiungimento delle “emissioni zero” entro la seconda metà del XXI secolo. Secondo le previsioni fornite dall’IPCC il raggiungimento di tale obiettivo porterebbe comunque la concentrazione atmosferica di CO2 a 430 – 530 ppm con un conseguente aumento di temperatura di 1.5-2°C. Se non si riuscisse a rispettare questo traguardo potrebbe rendersi necessaria la rimozione forzata di CO2 dall’atmosfera. Negli ultimi anni è stata riconosciuta ad alcuni ecosistemi, tra cui le praterie di fanerogame marine, la capacità naturale di sottrarre elevate quantità di CO2, e rimuoverle dall’ambiente sotto forma di carbonio organico, chiamato “Blue Carbon”, per lunghi periodi di tempo. Il principale obiettivo di questo lavoro è quello di stimare i quantitativi di “Blue Carbon” contenuto all’interno dei sedimenti e nella biomassa vegetale di una prateria di Posidonia oceanica. I risultati hanno permesso di quantificare, al variare della densità dei fasci fogliari della pianta, la percentuale di carbonio organico contenuta nei primi 40 cm di sedimento e quello contenuto nella biomassa vegetale. Queste percentuali sono state utilizzate per stimare i quantitativi totali di carbonio all’interno di una ristretta area della prateria, quella attorno allo scoglio di Molarotto. Per quest’area il contenuto in carbonio organico stimato per i sedimenti è risultato essere compreso tra 104,4 e 122,7 t C ha-1, mentre quello contenuto nelle fronde tra 3,65 e 6,31 t C ha-1. Utilizzando il software QGIS è stato infine possibile stimare la quantità totale (fronde + sedimento) di carbonio contenuto all’interno della prateria in generale. Questo è risultato essere di 716 tonnellate.

CO2 and diode laser for excisional biopsies of oral mucosal lesions. A pilot study evaluating clinical and histopathological parameters

PURPOSE: The present pilot study evaluates the histopathological characteristics and suitability of CO2 and diode lasers for performing excisional biopsies in the buccal mucosa with special emphasis on the extent of the thermal damage zone created. PATIENTS AND METHODS: 15 patients agreed to undergo surgical removal of their fibrous hyperplasias with a laser. These patients were randomly assigned to one diode or two CO2 laser groups. The CO2 laser was used in a continuous wave mode (cw) with a power of 5 W (Watts), and in a pulsed char-free mode (cf). Power settings for the diode laser were 5.12 W in a pulsed mode. The thermal damage zone of the three lasers and intraoperative and postoperative complications were assessed and compared. RESULTS: The collateral thermal damage zone on the borders of the excisional biopsies was significantly smaller with the CO, laser for both settings tested compared to the diode laser regarding values in pm or histopathological index scores. The only intraoperative complication encountered was bleeding, which had to be controlled with electrocauterization. No postoperative complications occurred in any of the three groups. CONCLUSIONS: The CO2 laser seems to be appropriate for excisional biopsies of benign oral mucosal lesions. The CO2 laser offers clear advantages in terms of smaller thermal damage zones over the diode laser. More study participants are needed to demonstrate potential differences between the two different CO2 laser settings tested.

Co2-dependent vasomotor reactivity of cerebral arteries in patients with severe traumatic brain injury: time course and effect of augmentation of cardiac output with dobutamine

Failing cerebral blood flow (CBF) autoregulation may contribute to cerebral damage after traumatic brain injury (TBI). The purpose of this study was to describe the time course of CO(2)-dependent vasoreactivity, measured as CBF velocity in response to hyperventilation (vasomotor reactivity [VMR] index). We included 13 patients who had had severe TBI, 8 of whom received norepinephrine (NE) based on clinical indication. In these patients, measurements were also performed after dobutamine administration, with a goal of increasing cardiac output by 30%. Blood flow velocity was measured with transcranial Doppler ultrasound in both hemispheres. All patients except one had an abnormal VMR index in at least one hemisphere within the first 24 h after TBI. In those patients who did not receive catecholamines, mean VMR index recovered within the first 48 to 72 h. In contrast, in patients who received NE within the first 48 h period, VMR index did not recover on the second day. Cardiac output and mean CBF velocity increased significantly during dobutamine administration, but VMR index did not change significantly. In conclusion, CO(2) vasomotor reactivity was abnormal in the first 24 h after TBI in most of the patients, but recovered within 48 h in those patients who did not receive NE, in contrast to those eventually receiving the drug. Addition of dobutamine to NE had variable but overall insignificant effects on CO(2) vasomotor reactivity.

Deep ocean ventilation, carbon isotopes, marine sedimentation and the deglacial CO2 rise

The link between the atmospheric CO2 level and the ventilation state of the deep ocean is an important building block of the key hypotheses put forth to explain glacial-interglacial CO2 fluctuations. In this study, we systematically examine the sensitivity of atmospheric CO2 and its carbon isotope composition to changes in deep ocean ventilation, the ocean carbon pumps, and sediment formation in a global three-dimensional ocean-sediment carbon cycle model. Our results provide support for the hypothesis that a break up of Southern Ocean stratification and invigorated deep ocean ventilation were the dominant drivers for the early deglacial CO2 rise of ~35 ppm between the Last Glacial Maximum and 14.6 ka BP. Another rise of 10 ppm until the end of the Holocene is attributed to carbonate compensation responding to the early deglacial change in ocean circulation. Our reasoning is based on a multi-proxy analysis which indicates that an acceleration of deep ocean ventilation during the early deglaciation is not only consistent with recorded atmospheric CO2 but also with the reconstructed opal sedimentation peak in the Southern Ocean at around 16 ka BP, the record of atmospheric δ13CCO2, and the reconstructed changes in the Pacific CaCO3 saturation horizon.

Summer drought reduces total and litter-derived soil CO2 effluxes in temperate grassland - clues from a 13C litter addition experiment

Current climate change models predict significant changes in rainfall patterns across Europe. To explore the effect of drought on soil CO2 efflux (FSoil) and on the contribution of litter to FSoil we used rain shelters to simulate a summer drought (May to July 2007) in an intensively managed grassland in Switzerland by reducing annual precipitation by around 30% similar to the hot and dry year 2003 in Central Europe. We added 13C-depleted as well as unlabelled grass/clover litter to quantify the litter-derived CO2 efflux (FLitter). Soil CO2 efflux and the 13C/12C isotope ratio (δ13C) of the respired CO2 after litter addition were measured during the growing season 2007. Drought significantly decreased FSoil in our litter addition experiment by 59% and FLitter by 81% during the drought period itself (May to July), indicating that drought had a stronger effect on the CO2 release from litter than on the belowground-derived CO2 efflux (FBG, i.e. soil organic matter (SOM) and root respiration). Despite large bursts in respired CO2 induced by the rewetting after prolonged drought, drought also reduced FSoil and FLitter during the entire 13C measurement period (April to October) by 26% and 37%, respectively. Overall, our findings show that drought decreased FSoil and altered its seasonality and its sources. Thus, the C balance of temperate grassland soils respond sensitively to changes in precipitation, a factor that needs to be considered in regional models predicting the impact of climate change on ecosystems C balance.