Estimating crustal deformation from geodetic data

By the end of the 19th century, geodesy has contributed greatly to the knowledge of regional tectonics and fault movement through its ability to measure, at sub-centimetre precision, the relative positions of points on the Earth’s surface. Nowadays the systematic analysis of geodetic measurements in active deformation regions represents therefore one of the most important tool in the study of crustal deformation over different temporal scales [e.g., Dixon, 1991]. This dissertation focuses on motion that can be observed geodetically with classical terrestrial position measurements, particularly triangulation and leveling observations. The work is divided into two sections: an overview of the principal methods for estimating longterm accumulation of elastic strain from terrestrial observations, and an overview of the principal methods for rigorously inverting surface coseismic deformation fields for source geometry with tests on synthetic deformation data sets and applications in two different tectonically active regions of the Italian peninsula. For the long-term accumulation of elastic strain analysis, triangulation data were available from a geodetic network across the Messina Straits area (southern Italy) for the period 1971 – 2004. From resulting angle changes, the shear strain rates as well as the orientation of the principal axes of the strain rate tensor were estimated. The computed average annual shear strain rates for the time period between 1971 and 2004 are γ˙1 = 113.89 ± 54.96 nanostrain/yr and γ˙2 = -23.38 ± 48.71 nanostrain/yr, with the orientation of the most extensional strain (θ) at N140.80° ± 19.55°E. These results suggests that the first-order strain field of the area is dominated by extension in the direction perpendicular to the trend of the Straits, sustaining the hypothesis that the Messina Straits could represents an area of active concentrated deformation. The orientation of θ agree well with GPS deformation estimates, calculated over shorter time interval, and is consistent with previous preliminary GPS estimates [D’Agostino and Selvaggi, 2004; Serpelloni et al., 2005] and is also similar to the direction of the 1908 (MW 7.1) earthquake slip vector [e.g., Boschi et al., 1989; Valensise and Pantosti, 1992; Pino et al., 2000; Amoruso et al., 2002]. Thus, the measured strain rate can be attributed to an active extension across the Messina Straits, corresponding to a relative extension rate ranges between < 1mm/yr and up to ~ 2 mm/yr, within the portion of the Straits covered by the triangulation network. These results are consistent with the hypothesis that the Messina Straits is an important active geological boundary between the Sicilian and the Calabrian domains and support previous preliminary GPS-based estimates of strain rates across the Straits, which show that the active deformation is distributed along a greater area. Finally, the preliminary dislocation modelling has shown that, although the current geodetic measurements do not resolve the geometry of the dislocation models, they solve well the rate of interseismic strain accumulation across the Messina Straits and give useful information about the locking the depth of the shear zone. Geodetic data, triangulation and leveling measurements of the 1976 Friuli (NE Italy) earthquake, were available for the inversion of coseismic source parameters. From observed angle and elevation changes, the source parameters of the seismic sequence were estimated in a join inversion using an algorithm called “simulated annealing”. The computed optimal uniform–slip elastic dislocation model consists of a 30° north-dipping shallow (depth 1.30 ± 0.75 km) fault plane with azimuth of 273° and accommodating reverse dextral slip of about 1.8 m. The hypocentral location and inferred fault plane of the main event are then consistent with the activation of Periadriatic overthrusts or other related thrust faults as the Gemona- Kobarid thrust. Then, the geodetic data set exclude the source solution of Aoudia et al. [2000], Peruzza et al. [2002] and Poli et al. [2002] that considers the Susans-Tricesimo thrust as the May 6 event. The best-fit source model is then more consistent with the solution of Pondrelli et al. [2001], which proposed the activation of other thrusts located more to the North of the Susans-Tricesimo thrust, probably on Periadriatic related thrust faults. The main characteristics of the leveling and triangulation data are then fit by the optimal single fault model, that is, these results are consistent with a first-order rupture process characterized by a progressive rupture of a single fault system. A single uniform-slip fault model seems to not reproduce some minor complexities of the observations, and some residual signals that are not modelled by the optimal single-fault plane solution, were observed. In fact, the single fault plane model does not reproduce some minor features of the leveling deformation field along the route 36 south of the main uplift peak, that is, a second fault seems to be necessary to reproduce these residual signals. By assuming movements along some mapped thrust located southward of the inferred optimal single-plane solution, the residual signal has been successfully modelled. In summary, the inversion results presented in this Thesis, are consistent with the activation of some Periadriatic related thrust for the main events of the sequence, and with a minor importance of the southward thrust systems of the middle Tagliamento plain.

New routes to enantioenriched substances through small organic molecules

In this thesis we will disclose the results obtained from the diastereoisomeric salt formation (n salt, p salt and p1,n1 salt) between non-racemic trans-chrysanthemic acid (trans-ChA) and pure enantiomers of threo-2-dimethylamino-1-phenyl-1,3-propanediol (DMPP). The occurrence of p1,n1 salt formation can have profound effects on enantiomer separation of scalemic (non-racemic) mixtures. This phenomenon when accompanied by substrate self-association impedes the complete recovery of the major enantiomer through formation of an inescapable racemate cage. A synthetic sequence for the asymmetric synthesis of bicyclo[3.2.0]heptanones and bicyclo[3.2.0]hept-3-en-6-ones through a cycloaddition strategy is reported. The fundamental step is a [2+2]-cycloaddition of an enantiopure amide derived from the reaction between a set of acids and an oxazolidinone as the chiral auxiliary. The inter- and intramolecular cycloaddition of in situ-generated keteniminium salts gives bicycles with a good enantioselection. A key intermediate of Iloprost, a chemically stable and biologically active mimic of prostacyclin PGI2 is synthesized following a ‘green approach’. An example of simple optical resolution of this racemic intermediate involving the diastereoisomeric salt formation is described.

Il paesaggio come risorsa: progetti per la città adriatica

La sostenibilità ambientale ed il risparmio energetico rappresentano temi di grande attualità,forse non ancora sufficientemente approfonditi nel contesto dei territori costieri con una vocazione prevalentemente turistica. Il paesaggio marittimo della costa adriatica, con particolare attenzione alle zone di Ravenna e Jesolo, viene riletto attraverso le esperienze didattiche raccolte e rielaborate in questa sede, come vera e propria risorsa. Nel primo caso (Laboratorio di progettazione architettonica I) dedicato alla valorizzazione della foce dei Fiumi Uniti a Ravenna, si sono utilizzati il paesaggio e le emergenze architettoniche del territorio come fonti di ispirazione per la realizzazione di un percorso didattico. La seconda esperienza (Laboratorio di costruzione dell’architettura I), il progetto di un’unità abitativa sviluppata secondo criteri di sostenibilità ambientale sul litorale pugliese, rappresenta un momento di approfondimento di alcuni aspetti tecnici della costruzione, per ciò che riguarderà la ricerca e l’uso dei materiali più performanti. L’ultimo contributo (Laboratorio di sintesi finale), il progetto per la riqualificazione di un’area presso la località di Jesolo, sintetizza al suo interno gli interessi e le conoscenze maturate nel corso delle precedenti esperienze progettuali. Le riflessioni progettuali elaborate all’interno del laboratorio di progettazione del primo anno e del laboratorio di sintesi finale oltre a rappresentare le esperienze di inizio e fine del mio percorso universitario, ne restituiscono bene l’evoluzione, mettendo chiaramente in risalto come la mia attenzione nei confronti del paesaggio sia mutata nel corso degli anni. Nel primo caso la volontà è stata quella di rispettare la memoria del luogo senza modificarne l’identità, per questo si è scelto di collocare lungo il corso dei Fiumi Uniti, dall’immaginaria sorgente, all’incontro tra il Montone ed il Ronco, fino alla foce presso Lido di Dante, una serie di padiglioni che rappresentano gli elementi salienti del territorio ravennate. Per quanto riguarda Jesolo, invece, a causa delle pregresse condizioni dell’area oggetto dell’intervento, si è proceduto in modo più deciso, azzerando il lavoro di urbanizzazione primaria già effettuato, al fine di realizzare un “parco della ricerca”, all’interno del quale sviluppare energia biochimica attraverso l’uso di materia micro-algale, con l’intento di garantire al progetto nel suo insieme tanto una sostenibilità ambientale, quanto economica. Tra queste due esperienze un approfondimento sul tema del risparmio energetico, con il progetto per un’unità abitativa sul litorale pugliese, mette in luce l’interesse ed il progressivo avvicinamento a tematiche legate alla sostenibilità ambientale in ambito architettonico.

La vegetazione e gli habitat del SIC "IT4080008 Balze di Verghereto, Monte Fumaiolo, Ripa della Moia" (provincia di Forlì-Cesena)

Scopo della tesi è la realizzazione di rilievi fitosociologici nel SIC “IT4080008 Balze di Verghereto, Monte Fumaiolo, Ripa della Moia” (provincia di Forlì-Cesena). Il gruppo montuoso del Monte Fumaiolo, posto al confine tra le Vallate del Savio e del Tevere, è stato proposto nel 1995 come Sito di Importanza Comunitaria. E' un'area colonizzata già nell'antichità dall'uomo e comprende una grande estensione di pascoli montani, con rupi calcaree e rilievi comprendenti faggete, abetine artificiali, rimboschimenti e prati pascoli. Nell'ambito di una ricerca sulla distribuzione degli habitat di maggior pregio in questo sito sono stati realizzati campionamenti, basati sul metodo Braun Blanquet, nel periodo tra Lunglio e Settembre 2013. I dati raccolti sono stati successivamente elaborati tramite software Matlab versione 7.10.0.282 creando due dendrogrammi allo scopo di descrivere sia la qualità naturale del SIC, sia dal punto di vista degli habitat. Dalle informazioni raccolte è stata possibile la definizione di due tipologie di vegetazione: le formazioni forestali e gli ambienti aperti. I risultati mostrano 57 rilievi inerenti ai boschi divisi in ulteriori sottogruppi rappresentanti boschi a faggio, situazioni miste con Fagus sylvatica e Abies alba, querceti misti e rimboschimenti a Pinus nigra. I 27 rilievi degli ambienti aperti mostrano invece una predominanza di prati-pascolo e pascoli con situazioni di evoluzione ad arbusteti a Cytisus scoparius e Juniperus communis. Sono state campionate anche le vegetazioni a succulente presenti su affioramenti rocciosi. Le informazioni ottenute ed elaborate possono essere utili per studi futuri e per la creazione di una carta fitosociologica sulla base dei rilievi effettuati e della pregressa carta della vegetazione su base fisionomica (Barlotti 2013).

Rinforzo delle murature mediante tecnica del repointing

Lo studio affrontato riguarda la tecnica della ristilatura armata dei giunti, quale metodologia di intervento atta a ripristinare la resistenza della muratura, depauperata dalla continua azione esercitata dal peso proprio delle strutture massive. La presenza di forze di compressione ha causato la creazione di fessure diffuse su tutta la muratura, che ha danneggiato oltre che la vita stessa dell’opera e quindi la sicurezza delle persone, anche l’aspetto architettonico come fonte di bellezza e ricordo di antiche civiltà. In questa ottica si inserisce la Tecnica di Repointing perchè riesca a soddisfare i requisiti richiesti di autenticità strutturale, durabilità, compatibilità e bassa invasività dell'intervento.

Quantum solitons in the XXZ model with staggered external magnetic field

The 1-D 1/2-spin XXZ model with staggered external magnetic field, when restricting to low field, can be mapped into the quantum sine-Gordon model through bosonization: this assures the presence of soliton, antisoliton and breather excitations in it. In particular, the action of the staggered field opens a gap so that these physical objects are stable against energetic fluctuations. In the present work, this model is studied both analytically and numerically. On the one hand, analytical calculations are made to solve exactly the model through Bethe ansatz: the solution for the XX + h staggered model is found first by means of Jordan-Wigner transformation and then through Bethe ansatz; after this stage, efforts are made to extend the latter approach to the XXZ + h staggered model (without finding its exact solution). On the other hand, the energies of the elementary soliton excitations are pinpointed through static DMRG (Density Matrix Renormalization Group) for different values of the parameters in the hamiltonian. Breathers are found to be in the antiferromagnetic region only, while solitons and antisolitons are present both in the ferromagnetic and antiferromagnetic region. Their single-site z-magnetization expectation values are also computed to see how they appear in real space, and time-dependent DMRG is employed to realize quenches on the hamiltonian parameters to monitor their time-evolution. The results obtained reveal the quantum nature of these objects and provide some information about their features. Further studies and a better understanding of their properties could bring to the realization of a two-level state through a soliton-antisoliton pair, in order to implement a qubit.

Nonlinearity as a resource for nonclassicality

Lo scopo di questo lavoro è cercare un'evidenza quantitativa a supporto dell'idea idea che la nonlinearità sia una risorsa per generare nonclassicità. Ci si concentrerà su sistemi unidimensionali bosonici, cercando soprattutto di connettere la nonlinearità di un oscillatore anarmonico, definito dalla forma del suo potenziale, alla nonclassicità del relativo ground state. Tra le numerose misure di nonclassicità esistenti, verranno impiegate il volume della parte negativa della funzione di Wigner e l'entanglement potential, ovvero la misura dell'entanglement prodotto dallo stato dopo il passaggio attraverso un beam splitter bilanciato avente come altro stato in ingresso il vuoto. La nonlinearità di un potenziale verrà invece caratterizzata studiando alcune proprietà del suo ground state, in particolare se ne misurerà la non-Gaussianità e la distanza di Bures rispetto al ground state di un oscillatore armonico di riferimento. Come principale misura di non-Gaussianità verrà utilizzata l'entropia relativa fra lo stato e il corrispettivo stato di riferimento Gaussiano, avente la medesima matrice di covarianza. Il primo caso che considereremo sarà quello di un potenziale armonico con due termini polinomiali aggiuntivi e il ground state ottenuto con la teoria perturbativa. Si analizzeranno poi alcuni potenziali il cui ground state è ottenibile analiticamente: l'oscillatore armonico modificato, il potenziale di Morse e il potenziale di Posch-Teller. Si andrà infine a studiare l'effetto della nonlinearità in un contesto dinamico, considerando l'evoluzione unitaria di uno stato in ingresso in un mezzo che presenta una nonlinearità di tipo Kerr. Nell'insieme, i risultati ottenuti con tutti i potenziali analizzati forniscono una forte evidenza quantitativa a supporto dell'idea iniziale. Anche i risultati del caso dinamico, dove la nonlinearità costituisce una risorsa utile per generare nonclassicità solo se lo stato iniziale è classico, confermano la pittura complessiva. Si sono inoltre studiate in dettaglio le differenze nel comportamento delle due misure di nonclassicità.

Architettura e forma urbana. Il foro di Mirandola

Progetto per la riqualificazione dell'area nord di Mirandola e il centro cittadino.

Architettura e forma urbana. Il Foro di Mirandola

Progetto per la riqualificazione dell'area nord di Mirandola e il centro cittadino.

Criticità nel trasferimento di grafene prodotto da CVD su rame

Il grafene è un cristallo bidimensionale composto da uno strato monoatomico planare di atomi di carbonio ibridizzati sp2. In ogni modo, il perfezionamento delle tecniche di produzione e di trasferimento del materiale è a tutt’oggi una attività di ricerca alla frontiera, e in questo contesto si è inserito il mio lavoro di tesi. Svolto nella sede di Bologna dell’Istituto per la Microelettronica ed i Microsistemi del Consiglio Nazionale delle Ricerche (IMM-CNR), ha avuto un duplice obiettivo. Il primo è stato quello di studiare la procedura di trasferimento su un wafer di ossido di silicio (SiO2) del grafene cresciuto per deposizione chimica da fase vapore (chemical vapor deposition) su rame normalmente impiegata in laboratorio. Il secondo è stato invece quello di proporre e verificare possibili modifiche con lo scopo di provare a risolvere uno dei problemi che ci si è trovati ad affrontare, nello specifico l’elevato numero di danni strutturali e di rotture indotti nella membrana trasferita. Dopo un capitolo iniziale di introduzione alla teoria ed alle proprietà fisiche del grafene, nel secondo verranno illustrate le tecniche principali con le quali attualmente si produce il materiale, con un focus particolare sulla chemical vapor deposition, tecnica impiegata all’IMM, e da me seguita per la produzione dei campioni da studiare. Il terzo capitolo tratterà nel dettaglio il processo di trasferimento dal substrato di crescita a quello finale, realizzato attraverso uno strato sacrificale di PMMA. Dopo una descrizione approfondita dei singoli passaggi, verrà mostrato il confronto tra i risultati ottenuti su campioni di grafene traferiti su ossido di silicio, con la tecnica inizialmente adottata e quella modificata. Come verrà discusso, nonostante non tutti problemi siano stati risolti, le modifiche apportante al processo di trasferimento hanno permesso di raggiungere l’obiettivo iniziale, cioè di migliorare in modo apprezzabile la qualità della pellicola dal punto di vista dell’integrità strutturale.

Misura di reazioni di fusione-evaporazione 16O + 12C. Risultati preliminari.

Questo lavoro di tesi è stato svolto nell'ambito del gruppo Nucl-ex di Bologna dell'INFN. L'esperimento specifico si inquadra nello studio di collisioni di nuclei con numero di neutroni N uguale al numero di protoni Z (nuclei pari-pari). In particolare si vuol analizzare una reazione centrale, cioè a piccoli parametri d'impatto, nella quale i nuclei del proiettile e del bersaglio fondono assieme formando un sistema unico eccitato (nucleo composto) che successivamente decade. Nel caso della misura descritta sono stati utilizzati un fascio di 16O ed un bersaglio di 12C ed il sistema fuso che si forma è 28Si. Per rivelare le particelle provenienti dal decadimento è stato impiegato l'apparato G.AR.F.I.E.L.D. (General Array for Fragment Identification and Emitted Light particles in Dissipative collisions) accoppiato al rivelatore denominato Ring Counter (RCo). La misura è stata realizzata presso i Laboratori Nazionali dell'INFN di Legnaro (Pd) in collaborazione tra le Università e le sezioni INFN di Bologna, Firenze, Napoli e Padova. Il fascio è stato accelerato mediante l'acceleratore elettrostatico Tandem XTU, mentre il bersaglio era fisso nel sistema di riferimento del laboratorio. La misura di collisione è stata realizzata per tre diverse energie cinetiche del fascio: 90.5 MeV, 110 MeV e 130 MeV. Il lavoro è consistito principalmente nella partecipazione a diverse fasi della misura, tra cui preparazione, presa dati ed alcune calibrazioni energetiche dei rivelatori, fino ad ottenere risultati preliminari sulle distribuzioni di frequenza dei frammenti rivelati, sulle molteplicità e sulle distribuzioni angolari di particelle leggere. L'analisi preliminare effettuata ha mostrato che il valore medio di carica del residuo di evaporazione {Definito come il frammento che rimane nello stato fondamentale alla fine della catena di decadimento.} diminuisce all'aumentare dell'energia a disposizione. In modo consistente aumenta, all'aumentare dell'energia, la molteplicità media delle delle particelle leggere. Le distribuzioni angolari di particelle leggere mostrano andamenti molto simili fra le diverse energie, ma poco compatibili con il fatto che, all'aumentare dell'energia del fascio, diminuisce il cono di emissione di particelle di decadimento, in quanto aumenta la velocità del sistema fuso.

Simulazione di sistemi quantistici, approccio numerico e sperimentale nel caso della localizzazione di Anderson

In questo lavoro viene presentato l'utilizzo di simulatori quantistici nello studio di sistemi a molte componenti. Dall'idea iniziale di Feynman della intersimulazione tra sistemi quantistici in questi anni si è sempre più sviluppata la tecnica sperimentale necessaria a creare sistemi di atomi in reticoli ottici ben controllati, nei quali riprodurre il comportamento di sistemi di natura diversa, ottenendo risultati promettenti nell'indagine di situazioni non trattabili analiticamente o numericamente. Tra questi, la conduzione di elettroni in materiali disordinati è ancora un problema aperto. In questa tesi nello specifico sono trattati i modelli di Anderson e di André-Aubry, i quali prevedono una transizione da stati estesi a localizzati in presenza di disordine nel materiale. I due modelli sono stati investigati numericamente su reticoli monodimensionali e i risultati confrontati con una realizzazione sperimentale realizzata con atomi freddi.

Grafene: proprietà, sintesi e trasferimento con il ciclododecano

Il grafene è un cristallo bidimensionale di atomi di carbonio, isolato per la prima volta nel 2004 da due fisici che per questo risultato vinsero il premio Nobel per la Fisica nel 2010. Il grafene possiede proprietà chimiche e fisiche superiori, quali un’elevata resistenza chimica e meccanica e un’eccellente conducibilità termica ed elettrica. Inoltre possiede altre due caratteristiche che lo rendono particolarmente promettente in diversi ambiti applicativi: leggerezza e trasparenza ottica. In questo elaborato ho descritto le attività svolte seguendo le ricerche che vengono svolte al CNR-IMM di Bologna, dove questo materiale viene prodotto tramite la tecnica di Chemical Vapor Deposition e studiato per l’integrazione in dispositivi elettronici ed elettro-meccanici innovativi. Durante la mia esperienza di laboratorio all’IMM ho seguito i procedimenti che portano al trasferimento del grafene sintetizzato su substrati catalitici di rame sui substrati finali per la successiva integrazione nella tecnologia del silicio. Nell’elaborato vengono da prima descritte la struttura cristallina ed elettronica e successivamente presentate alcune proprietà di cui gode e messe in relazione con i materiali attualmente in uso. Segue una breve trattazione bibliografica di alcune delle principali tecniche di produzione del grafene, trattando più nel dettaglio la tecnica CVD attualmente in uso per la sintesi di grafene all’interno dei laboratori del CNR-IMM di Bologna. La parte principale di questa esperienza di laboratorio è stato di seguire in prima persona le attuali ricerche del gruppo di lavoro per la messa a punto di un metodo alternativo che utilizza il ciclododecano per il trasferimento del grafene sintetizzato su rame al posto del classico strato sacrificale polimerico di PMMA. Nell’elaborato il confronto tra le due tecniche viene eseguito confrontando i risultati del trasferimento analizzando la morfologia dei campioni finali con tecniche di microscopia elettronica in scansione