| descrizione: | Il Corso di Dottorato in Scienze della Terra (SdT) costituisce il terzo livello di formazione universitaria su tematiche di ricerca avanzata inerenti il sistema terra solida-idrosferaatmosfera. L’obiettivo principale del Corso di Dottorato è formare esperti di alta qualificazione scientifica. Le attività di ricerca che verranno sviluppate durante il corso verteranno su tematiche di punta nell’ambito delle Scienze della Terra, che potranno essere sviluppate sia in ambito nazionale che internazionale. Lo studente di dottorato in Scienze della Terra acquisirà conoscenze specifiche e svilupperà un progetto di ricerca avanzato sulle maggiori tematiche dibattute a livello internazionale in uno dei seguenti ambiti: Geodinamica, Vulcanologia, Ambiente, Territorio, Energia, Risorse, Rischi, Clima. Il Corso di Dottorato in SdT è organizzato nei seguenti due curricula: (1) Geodinamica, Vulcanologia. Lo studente afferente a questo curriculum svilupperà un progetto di ricerca avanzato inerente alle maggiori tematiche dibattute a livello internazionale di Geologia Strutturale, Tettonica, Geofisica, Geodinamica e Vulcanologia. Lo studente approfondirà conoscenze specifiche riguardanti la deformazione e reologia della crosta e litosfera continentale, tettonica regionale, vulcanismo, modellazione di processi tettonici, vulcanici e geodinamici, meccanismi eruttivi, reologia e proprietà fisiche dei magmi. (2) Risorse, Ambiente e Territorio. Lo studente afferente a questo curriculum svilupperà un progetto di ricerca avanzato inerente alle maggiori tematiche dibattute a livello internazionale di Ambiente, Territorio, Energia, Risorse, Rischi, Clima. Lo studente approfondirà conoscenze specifiche riguardanti ricostruzioni paleoclimatiche e paleoambientali, risorse energetiche, (idrocarburi, geotermia), risorse idriche e dissesto idrogeologico, pianificazione e salvaguardia del territorio, geochimica e geochimica ambientale. Il collegio dei docenti è composto da esperti riconosciuti internazionalmente delle discipline menzionate. Nel corso del Dottorato gli studenti lavoreranno nell’ambito della ricerca sia di base sia applicata. Le tesi di dottorato verranno svolte in laboratori altamente qualificati e/o sul terreno in aree del mondo di specifico interesse. Gli studenti di dottorato lavoreranno in un ambiente altamente stimolante caratterizzato da una collaborazione di gruppi di ricerca afferenti a diverse discipline al fine di realizzare una solida base scientifica e professionale per le loro future carriere nei campi della ricerca delle Scienze della Terra. Il percorso formativo del Corso SdT è rivolto a formare professionalità con potenziale sviluppo occupazionale presso società pubbliche e private, nazionali e internazionali e università e centri di ricerca, pubblici e privati, che sviluppano didattica e ricerca avanzata su tematiche inerenti le discipline delle Scienze della Terra.
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| title: | Earth Sciences |
| description: | The PhD program in “Earth Sciences” (SdT) is the third level of university education on topics focused on the cutting-edge research in solid earth-hydrosphere-atmosphere. The main aim of the program is to train experts of high scientific qualification. The research activities that will be developed encompass fundamental Earth sciences disciplines at both national and international levels. The PhD student will acquire specific knowledge and professional skills and will develop a research project on advanced topics, debated in the international community, in Geodynamics, Volcanology, Environment, Climate, Resources, Energy and Geological Risks. The program in “Earth Sciences” is organized in two main curricula: (1) Geodynamics and Volcanology (2) Resources and Environment. (1) Geodynamics and Volcanology. The student will develop a research project focused on the main topics debated at international levels related to Structural Geology, Tectonics, Geophysics and Volcanology. The student will acquire specific knowledge on the deformation and rheology of the crust and continental lithosphere, regional tectonics, modelling of tectonic, volcanic and geodynamic processes, eruptive dynamics and rheology and physical properties of magma. (2) Resources and Environment. The student will develop a research project focused on the main topics debated at international levels related to Resources, Energy, Environment, Climate and Geological Risks. The student will acquire specific knowledge on the paleo-environment and paleo-climatic reconstructions, energy (hydrocarbons and geothermal energy), hydric resources and hydrogeological risk, territory management, geochemistry and environmental geochemistry and modelling of geological processes. The board of supervisors consists of worldwide recognized experts specialized in the cited disciplines. Within the Ph.D. Course, students will benefit from top-level basic and applied research. Doctoral theses will be carried out in laboratories characterized by multidisciplinary research approach, and/or field work in selected regions around the world. Ph.D. students will work in a stimulating environment characterized by a strong integration and cooperation among different Earth science disciplines, building up a strong background for their future career in Earth science research fields. The Ph.D. program aims at creating professional figures in public institutions and private companies, national and international and in universities and research centers devoted to research and education in Earth science.
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- Struttura profonda, vincoli termo-barici e geocronologici del complesso vulcanico dei Sabatini per la definizione del potenziale geotermico e delle mineralizzazioni associate.
L'Italia è uno dei principali produttori di energia geotermica in Europa e nel mondo e dispone di potenziali risorse di energia geotermica sfruttabili per soddisfare pienamente la domanda interna. Tuttavia, sono ancora poco definiti l'estensione e la tempistica dei processi responsabili del mantenimento dell'anomalia termica nella regione e ciò ha avuto conseguenze sull'interpretazione dei giacimenti geotermici e sul loro sfruttamento. Il settore interno della catena appenninica fornisce un laboratorio naturale per studiare come la perturbazione termica focalizzata dalla messa in posto dei magmi quaternari a livelli crostali poco profondi abbia alimentato un'anomalia termica positiva su larga scala che ha localizzato le aree geotermiche attive distribuite lungo il settore costiero tirrenico dalla Toscana alla Campania.
Lo scopo di questo progetto di dottorato è quello di approfondire la comprensione della struttura (paleo-)termica della sezione crostale che ospita i campi geotermici attivi d'Italia concentrandosi sull'area geotermica Sabatini del Lazio settentrionale. Per il progetto sarà messo a disposizione un deposito di cuttings e carote da pozzi geotermici profondi (fino a 3 km di profondità) nell'area di studio. Questi campioni daranno accesso al periodo più antico e poco noto di attività vulcanica nell'area Sabatini, permettendo di valutare l'evoluzione termo-barica del serbatoio geotermico e la distribuzione dei corpi intrusivi sepolti. Questo studio fornirà una migliore comprensione della struttura termica profonda del campo geotermico e di come la collocazione del magma trasferisca il calore e regoli la mineralizzazione idrotermale nella crosta superficiale e nella risorsa geotermica. I risultati avranno anche implicazioni per una migliore valutazione del serbatoio geotermico e del suo sfruttamento.
Il progetto è adatto a uno studente con un forte background in geologia e interesse per vulcanologia, petrografia, geochimica e geocronologia. Verrà fornita una formazione continua su metodi e tecniche per lo studio dei giacimenti geotermici, offrendo la possibilità di acquisire, in particolare, spiccate competenze nella ricostruzione della storia P-T-t e di mineralizzazione in unità di giacimento e rocce di copertura.
- Deep structure, thermo-baric and geochronological constraints of the Sabatini volcanic complex for the definition geothermal potential and associated mineralization.
Italy is one of the main producers of geothermal energy in Europe and in the world, and has potential resources of exploitable geothermal energy to fully satisfy the internal demand. However, still poorly defined are extent and timing of the processes responsible for maintenance of the thermal anomaly in the region and this has had consequences for the interpretation of the geothermal reservoir and its exploitation. The inner sector of the Apennine chain provides a natural laboratory to study how the thermal perturbation focused by magma emplacement at shallow crustal levels has been feeding a large-scale positive thermal anomaly that has resulted in the active geothermal areas distributed along the Tyrrhenian coastal sector from Tuscany to Campania region.
The aim of this PhD project is to provide insights on the (paleo-)thermal structure of the crustal section hosting the active geothermal fields of Italy focusing on the Sabatini geothermal area of northern Latium region. A repository of cuttings and drill-cores from deep geothermal wells (down to 3 km depth) in the study area will be made available for the project. These samples will give access to the poorly known oldest period of volcanic activity in the Sabatini area, allowing to assess the thermo-baric evolution of the geothermal reservoir and distribution of the buried intrusive bodies. This study will provide an improved understanding of the deep thermal structure of the geothermal field and how magma emplacement transferred heat and regulated hydrothermal mineralisation in the shallow crust and the geothermal resource. The results will also have implications for a better assessment of the of the geothermal reservoir and its exploitation.
The project would suit a student with a strong background in geology and interest in volcanology, petrography, geochemistry, and geochronology. A continuous training on methods and techniques for the study of the geothermal reservoirs will be provided, offering the possibility to acquire strong skills in the reconstruction of the P-T-t and mineralization history in reservoir and cap rocks units.
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- Caratterizzazione e utilizzo di barriere anti-radon per la mitigazione del radon indoor
L’esposizione prolungata ad elevate concentrazioni di radon indoor è considerata la seconda causa di cancro ai polmoni, dopo il fumo di sigaretta. Le strategie di mitigazione si basano su una serie di azioni preventive o interventi successivi: (i) protezione dell’abitazione con prodotti anti-radon (ii) aumento della ventilazione naturale o forzata e (iii) pressurizzazione dell’ambiente indoor.
L’uso di barriere anti-radon si sta diffondendo notevolmente negli ultimi anni e sono molti i prodotti presenti sul mercato a tale scopo. Si tratta di materiali di varia natura, disponibili sotto forma di guaine adesive o vernici, da applicare sotto le fondazioni di un edificio o sulle pareti interne dello stesso; nel primo caso si interviene sulla sorgente-suolo, nel secondo sui materiali da costruzione.
La caratterizzazione di tali prodotti si basa sulla misura dei coefficienti di diffusione del radon e sulla distanza massima che il gas può coprire all’interno di essi. A questo riguardo, la ricerca si prefigge di analizzare materiali di natura diversa (emulsioni bituminose, polietilene ad alta densità, poliurie, poliuretani etc..), utilizzando un dispositivo originale, il TESTMAT, costituito da due camere-radon separate dal polimero da testare. Il radon viene immesso nella prima camera e misurato nella seconda, dopo l’interazione col prodotto.
Lo studio è finalizzato all’identificazione delle proprietà fisico-chimiche che più contribuiscono all’azione di barriera esercitata dai prodotti (come la porosità, il grado di ramificazione della struttura o la presenza di legami idrogeno etc …). Saranno testate varie tipologie di supporti inerti su cui applicare il prodotto e utilizzati supporti di vario spessore. Obiettivo importante del lavoro sarà anche la valutazione, compatibilmente con le condizioni ambientali ad inizio prove, del ruolo della temperatura e dell’umidità assoluta nel condizionare la diffusione del radon attraverso i vari tipi di materiale.
Il secondo filone di questa ricerca sarà invece dedicato allo studio di situazioni reali dove esistono o potrebbero esistere condizioni geologico-ambientali favorevoli all’accumulo di radon in ambiente indoor. I contesti reali sono molto complessi in quanto le sorgenti del radon (il suolo e i materiali da costruzione) possono avere un’influenza variabile nel tempo in relazione alle condizioni meteo-climatiche e alle abitudini di vita dei residenti. L’utilizzo di barriere anti-radon, eventualmente accoppiate ad altre azioni di mitigazione, sarà valutato sperimentalmente in contesti diversi, identificati sulla base di indagini volte alla definizione del potenziale geogenico locale.
Tutti i dati raccolti nel corso degli esperimenti in laboratorio e derivanti dal monitoraggio in situ saranno elaborati statisticamente, facendo ricorso all’analisi fattoriale che rappresenta uno strumento potente nel ridurre la complessità di dataset multidimensionali e nella definizione dei processi fisico-chimici più rilevanti.
Tale progetto s’inserisce dunque nell’ambito delle tematiche transizione ambientale e transizione verde (PNRR) verso un ambiente indoor caratterizzato da una migliore qualità dell’aria e una maggiore sicurezza per la salute dell’individuo.
- Characterization and use of anti-radon barriers for indoor radon mitigation
Prolonged exposure to high concentrations of indoor radon is considered the second leading cause of lung cancer, after cigarette smoking. Mitigation strategies are based on a series of preventive actions or subsequent interventions: (i) protection of the home with anti-radon products (ii) increase in natural or forced ventilation and (iii) pressurization of the indoor environment.
The use of anti-radon barriers has been increasing considerably in recent years and there are many products on the market for this purpose. There are materials of various kinds, available in the form of adhesive covers or paints, to be applied under the foundations of a building or on its internal walls; in the first case we intervene on the soil source, in the second on the building materials.
The characterization of these products is based on the measurement of the radon diffusion coefficients and on the maximum distance that the gas can cover within them. In this regard, the research aims to analyze materials of different nature (bituminous emulsions, high density polyethylene, polyureas, polyurethanes, etc..), using an original device, the TESTMAT, consisting of two radon-chambers separated by the polymer to be tested. Radon is introduced into the first chamber and measured in the second, after interaction with the product.
The study is aimed at identifying the physical-chemical properties that most contribute to the barrier action exerted by the products (such as porosity, the degree of structure branching or the presence of hydrogen bonds, etc ...). Various types of inert supports on which to apply the product will be tested and supports of various thicknesses will be used. An important objective of the work will also be the evaluation, compatibly with the environmental conditions at the start of the tests, of the role of temperature and absolute humidity in influencing the diffusion of radon through the various types of material.
The second part of this research will be dedicated to the study of real situations where geological/environmental conditions favorable to the accumulation of radon indoors occur or could exist. Real settings are very complex as the sources of radon (the soil and building materials) can have a variable influence over time in relation to the weather and climatic conditions and to the living habits of the residents. The use of anti-radon barriers, possibly coupled with other mitigation actions, will be evaluated experimentally in different case studies, based on surveys aimed at defining the local geogenic potential.
All the data collected during the laboratory experiments and deriving from in situ monitoring will be statistically processed, making use of factor analysis which represents a powerful tool in reducing the complexity of multidimensional datasets and in defining the most relevant physicochemical processes.
This project is therefore part of the environmental transition and green transition (PNRR) issues towards an indoor environment characterized by improved air quality and safety for people health.
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- Valorizzazione della Geodiversità della città di Roma per la divulgazione delle Geoscienze e la promozione del Geo-turismo.
Il progetto di ricerca si inserisce nella tradizione dei Musei Diffusi per la divulgazione delle Geoscienze nell'area di Roma e dintorni, finalizzato alla creazione di una rete di siti geologici rilevanti in città, nella campagna romana e nel vicino Appennino, creando e sperimentando un nuovo modello di integrazione delle informazioni geo-scientifiche, fruibile dal grande pubblico, per la conservazione del patrimonio naturale e culturale, della geodiversità e dei beni culturali e la promozione del geo-turismo, anche in ambito urbano.
Il progetto si articolerà nei seguenti punti:
1. CREAZIONE e/o REALIZZAZIONE DI UNA RETE DI PASSEGGIATE SCIENTIFICHE A ROMA E DINTORNI, dedicata anche alla valorizzazione del patrimonio di rocce ornamentali utilizzate per la realizzazione di monumenti di grande importanza.
2. L'AMPLIAMENTO DEI CONTENUTI SCIENTIFICI sopra citati ATTRAVERSO L'USO DI STRUMENTI MULTIMEDIALI DI INDAGINE E COMUNICAZIONE. Verranno utilizzate metodologie e processi innovativi che sfruttano al meglio le tecnologie di nuova generazione.
Il progetto è adatto a studenti con una solida base di geologia e petrografia e una conoscenza di base delle tecniche di comunicazione informatica e multimediale. Verrà effettuata una formazione specifica sulle nuove tecniche e metodologie di comunicazione, offrendo la possibilità di acquisire una buona conoscenza e capacità nella realizzazione di strumenti multimediali e analogici per la divulgazione delle Geoscienze. La formazione sarà svolta presso Roma Tre e le università straniere che collaboreranno al progetto.
- Enhancing the geodiversity of the city of Rome for the dissemination of Geosciences and the promotion of Geotourism
The research project is part of the tradition of the Widespread Museums for the dissemination of Geosciences in the area of Rome and its surroundings, aimed at the creation of a network of relevant geological sites in the Roman countryside and the nearby Apennines, creating and testing a new model of integration of geo-scientific information, usable by the general public, for the conservation of the natural heritage, geodiversity and the promotion of geo-tourism, also in urban areas.
The project will consist of the following points:
1. CREATION and/or IMPLEMENTATION OF A NETWORK OF SCIENTIFIC WALKS IN ROME AND ITS SURROUNDINGS, also dedicated to the valorization of the heritage of ornamental rocks used for the creation of monuments of great importance.
2. ENHANCEMENT OF THE SCIENTIFIC CONTENTS cited above THROUGH THE USE OF MULTIMEDIA TOOLS OF INVESTIGATION AND COMMUNICATION. Innovative methodologies and processes that make the most of new generation technologies will be used.
The project is suitable for students with a solid foundation in geology and petrography and a basic knowledge of computer and multimedia communication techniques. Specific training on new communication techniques and methods will be performed , offering the possibility of acquiring a good knowledge and ability in the realisation of multimedia and analogue tools for the dissemination of Geosciences. The training will be carried out at Roma Tre and foreign universities that will collaborate in the project.
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- Impatto sul breve termine, dal bacino alla scala orogenica, del forzante climatica sulla generazione, il trasporto e lo stoccaggio dei sedimenti
Lo stoccaggio transitorio dei sedimenti in bacini fluviali di orogeni attivi influenza i processi di ridistribuzione di massa e conseguentemente la deformazione tettonica a diverse scale temporali (da 103 a 107 anni) e spaziali (dai singoli bacini all'intero orogene). Sebbene lo stoccaggio transitorio dei sedimenti sul breve termine sia guidato principalmente da cicli climatici, il fattore che controlla la produzione di sedimenti, il loro trasporto fluviale e la deposizione nei bacini sedimentari (valli, bacini intermontani e di avampaese), nonché il ritardo che intercorre tra le cause (forzanti climatici) e gli effetti sulla stratigrafia (aggradazione o incisione fluviale) è ancora oggetto di discussione. Il progetto si propone di studiare la concentrazione di 10Be e 26Al in bacini fluviali caratterizzati dalla presenza di terrazzi Quaternari che testimoniano la presenza di molteplici cicli di riempimenti sedimentari (aggradazione) per: 1) quantificare i tassi moderni e i paleo-tassi di erosione alla scala dei bacini fluviali, e 2) caratterizzare gli episodi di seppellimento e riesposizione dei sedimenti, e quindi il tempo di permanenza dei sedimenti nei sistemi orogenici, possibilmente in diverse zone climatiche. I risultati saranno integrati con dati disponibili e confrontati con esperimenti di modellazione analogica eseguiti con un apparato che simula deformazione, precipitazione, erosione, deposizione e incisione fluviale di un orogene a doppia vergenza. Questa strategia multidisciplinare fornirà un modello concettuale di interesse generale che consentirà di quantificare l'impatto dei cambiamenti climatici sulla generazione e il trasferimento dei sedimenti, nonché sulla sedimentazione e l'incisione fluviale. I risultati attesi potranno essere utilizzati per fare previsioni su diverse scale temporali, incluso l'Antropocene.
- Short-term, catchment- to orogenic-scale impact of climate forcing on sediment generation, transport, and storage.
The transient storage of sediments in fluvially dominated catchments of actively deforming orogens affects mass redistribution processes and consequently tectonic deformation at different temporal (from 103 to 107 years) and spatial (from individual catchments to the entire orogen) scales. Although the short-term transient storage of sediments appears to be primarily driven by climate cycles, the factor controlling sediments generation and their delivery from the coupled hillslope-fluvial system to the sink (valleys, intermontane basins and forelands), as well as the lag time between the causes (climate forcing) and the stratigraphic effects (fluvial aggradation or incision) is still matter if debate. In this project we propose to investigate the concentration of 10Be and 26Al in selected catchments of fluvially dominated landscapes and dated Quaternary terraces of valleys characterized by multiple sedimentary infilling cycles to: 1) quantify modern and paleo catchment-wide erosion rates, and 2) characterize episodes of sediments burial and re-exposure and hence the sediment residence time in orogenic systems, possibly spanning different climatic zones. Results will be integrated with available data and compared with analogue modeling experiments performed with an apparatus that simulates deformation, precipitation, erosion, deposition, and fluvial incision of a double growing orogen. This multidisciplinary strategy will provide a conceptual model of general interest that will allow quantifying the impact of climate changes on sediment generation and transfer, sedimentation and incision. The expected results can be used to make predictions at different time scales including the Anthropocene.
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- La Faglia del Mar Morto e sollevamento dell’altopiano del Negev-Giordania.
Questo progetto si prefigge la caratterizzazione dell’evoluzione della faglia sismogenica trasforme del Mar Morto, mediante l’integrazione di dati geologico-strutturali, termocronologici di bassa temperatura e morfotettonici nella regione israelo-giordana.
L’attività della faglia del mar Morto si sviluppa contemporaneamente al vulcanismo e al sollevamento regionale dell’altipiano della Giordania e del Negev in Israele.
Il progetto di ricerca prevede un’analisi strutturale della zona di danneggiamento associata alla faglia del Mar Morto per la definizione della sua geometria in 3D e la sua storia cinematica e di enucleazione. A questo si affiancherà il campionamento di alcuni transetti per analisi di termocronologia a bassa temperatura per definire l’evoluzione spazio-temporale della Faglia del Mar Morto sul medio e lungo termine, e lo studio geomorfologico delle zone adiacenti alla faglia. Modelli analogici di laboratorio verranno infine sviluppati per definire i processi di erosione e sedimentazione in contesto transtensivo.
Gli obiettivi del progetto sono la definizione (i) dell’evoluzione strutturale, morfotettonica, esumativa e topografica della faglia trasforme del Mar Morto, e (ii) dell’evoluzione geodinamica miocenico-quaternaria regionale. I risultati permetteranno inoltre di capire come tale contesto abbia avuto un impatto sulla biodiversità durante la chiusura della Tetide.
Questo studio si inquadra in un ampio progetto di ricerca focalizzato sui movimenti verticali e deformazioni della regione del Mediterraneo Orientale-Medio Oriente e verrà effettuato mediante collaborazione con Geological Survey of Israel, ETHZ Zurigo e GFZ Potsdam. Lo studente potrà avere opportunità di approfondire tematiche strutturali, morfo-tettoniche, trascorrere periodi in laboratori esteri (Zurigo, Potsdam) in un contesto di ricerca internazionale.
- The Dead Sea fault and the uplift of the Negev-Jordan highlands
The aim of this project is to define the long to short term evolution of the seismogenic Dead Sea fault, using structural and morphotectonic analysis, thermochronological and geochemical data.
The formation of the Dead Sea valley and the activity of the faults appear to be contemporaneous with the uplift and the volcanism of the region, but this correlation is still enigmatic.
The project will explore the analysis of the fault damage zone, the 3-D definition of the fault architecture and its kinematic history. A thermochronological transect, coupled with cosmogenic sampling and morphotectonic analysis will be performed along the rift shoulder to better constraints its space-time evolution. Analogue experiments with river incision and aggradation will be also carried out to constrain the morphotectonic evolution across- and along-strike of the Dead Sea Fault.
The goals of the PhD project are: (i) understanding the long-term evolution of the Dead Sea fault; (ii) constraining exhumation of the rift shoulder and surface topography evolution along the Dead Sea fault; and (iii) reconstructing the geodynamic evolution of the region. This study will be developed in the frame of a research project dealing with the vertical motion of the Middle East region and will be done in collaboration with Geological Survey of Israel, ETH Zurich and GFZ Potsdam.
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- Controllo reologico sull’innesco di correnti di densità piroclastiche derivate dai depositi.
Le correnti di densità piroclastiche (PDC) derivate dai depositi (in inglese deposit-derived PDC; dd-PDC) si originano dall'instabilità gravitazionale dei materiali depositati durante l'attività eruttiva. Il crollo del materiale vulcanoclastico caldo genera valanghe incandescenti, un fenomeno ibrido che ha caratteristiche intermedie tra le correnti di densità piroclastiche (PDC) e le frane di roccia. Questi eventi coinvolgono tipicamente volumi relativamente piccoli (da decine di migliaia a decine di milioni di metri cubi) ma possono percorrere diversi chilometri dall'area di origine e sono emessi a temperature molto elevate, essendo potenzialmente pericolosi per le comunità vicine ai vulcani e per i turisti. Le PDC derivate dal deposito sono più comuni di quanto si pensasse in precedenza e l'aumento delle osservazioni negli ultimi anni ha mostrato che sono fenomeni abbastanza frequenti nei vulcani mafici-intermedi, caratterizzati da elevate pendenze sui loro fianchi.
Questo progetto prevede di studiare i fattori predisponenti e i processi scatenanti delle PDC derivate dai depositi, che si sono verificate nei vulcani Stromboli e Vesuvio durante la loro storia recente (ad esempio, l'eruzione di Stromboli del 1930 e l'eruzione del Vesuvio del 1944). Lo studio impiegherà diverse metodologie, dalla caratterizzazione petrografica e geochimica classica di depositi vulcanici selezionati, all'analisi delle variazioni di resistenza meccanica ad alta temperatura della roccia/deposito, al fine di considerare gli effetti della diversa velocità di accumulo e dei diversi gradi di saldatura del deposito, nonché della variazione di porosità e cristallinità dei materiali. Saranno progettati esperimenti di deformazione ad alta temperatura per replicare i campioni naturali e investigare la reologia complessa della miscela multifase (fuso + cristalli + pori) esplorando il comportamento reologico dalla deformazione omogenea a quella non omogenea. Le curve di flusso ottenute verranno analizzate per definire la resistenza uniassiale e l’indebolimento meccanico in risposta alla formazione di bande di taglio e alla deformazione duttile. Queste informazioni aiuteranno a caratterizzare la transizione tra accumuli vulcanoclastici che evolvono in colate laviche o in materiale frammentato predisposto alla formazione di PDC derivate dal deposito. La comprensione dei vincoli reologici delle PDC derivate dai depositi contribuirà a mitigare i rischi a breve e lungo termine associati a questi eventi, a interpretare i dati di monitoraggio dei vulcani attivi, supportando la pianificazione territoriale appropriata nelle aree circostanti.
- Rheological control on deposit-derived pyroclastic density currents.
Deposit-derived pyroclastic density currents (PDCs) originate from the gravitational instability of the materials deposited during the eruptive activity. The failure and collapse of hot volcanoclastic material generates glowing avalanches, a hybrid phenomenon that has intermediate characteristics between the pyroclastic density currents (PDCs) and the rock avalanches. These events typically involve relatively small volumes (from tens of thousands to tens of millions of cubic meters) but can travel several kilometers from the source area and are emplaced at very high temperatures, being potentially dangerous for communities close to the volcanoes and tourists. Deposit-derived PDCs are more common than previously thought, and the increase in observations in the last few years have shown that they are quite frequent phenomena in mafic-intermediate volcanoes, characterized by high gradients of their slopes.
This project plans to study the predisposing factors and triggering processes of the deposit-derived PDCs that occurred at Stromboli and Vesuvius volcanoes during their recent history (e.g., Stromboli 1930 eruption and Vesuvius 1944 eruption). The study will employ different methodologies, including both the classical petrographic and geochemical characterization of selected volcanic deposits and the analysis of the rock/deposit toughness variations at high temperature, in order to consider the effects of different accumulation rate and welding degrees of the glowing deposit, as well as the variation of porosity and crystallinity of the materials. High temperature deformation experiments will be designed to replicate natural samples and investigate the complex rheology of the multiphase mixture (melt + crystals + pores) exploring the rheological behavior from homogeneous to non-homogenous deformation, the latter characterized by viscous and/or brittle shear localization. The obtained flow curves will be analyzed to define the uniaxial strength and weakening in response to shear band formation and ductile deformation. This information will help to characterize the transition between volcaniclastic accumulations that evolve into lava flows or into fragmented material predisposed to deposit-derived PDCs. The understanding of the rheological constraints of deposit-derived PDCs will contribute to mitigating short- and long-term risks associated with these events, aid in the interpretation of monitoring data from active volcanoes, and inform appropriate territorial planning in areas surrounding them.
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