| 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-idrosfera-atmosfera. 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 in 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 alle discipline delle Scienze della Terra.
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In particolare, le tematiche scelte per il ciclo XLII sono le seguenti:
TEMATICA A) EVOLUZIONE COLLISIONALE, ESUMAZIONE E SOLLEVAMENTO DEL KARAKORAM NEL PAKISTAN
SETTENTRIONALE.
Il progetto si propone di ricostruire la cinematica e l’evoluzione temporale dei processi di
collisione continentale, esumazione e sollevamento crostale nel Karakorum e nelle aree adiacenti
del Pakistan settentrionale. L’area di studio si estende lungo un transetto che, dalla valle dello Swat
e dal Main Mantle Thrust, attraversa il blocco dell’arco del Kohistan fino a raggiungere il margine
euroasiatico lungo la Main Karakoram Thrust. L’obiettivo è definire l’evoluzione tettono-
metamorfica regionale, nonché la storia termica ed esumativa, attraverso l’integrazione di dati di
terreno, analisi microstrutturali, petrologia metamorfica, geocronologia e termocronologia a
diverse temperature di chiusura. I risultati attesi forniranno nuovi vincoli sui processi geodinamici
responsabili della costruzione della catena del Karakoram. La ricerca si inserisce in un quadro di
collaborazioni già attive con istituzioni pakistane ed europee e prevede attività integrate di
campagna, laboratorio e modellazione interpretativa. I risultati contribuiranno sia alla
ricostruzione geologica regionale sia a una più ampia comprensione dei processi di collisione
continentale.
TEMATICA B) PROCESSI DI ARRICCHIMENTO IN REES NEGLI SKARN DEI SISTEMI VULCANO-
GEOTERMICI QUATERNARI DELL’ITALIA CENTRALE.
Le Terre Rare (REEs) sono una classe di materie prime critiche (CRM) essenziali per
tecnologie low-carbon e digitali, le cui fonti primarie risultano ancora geologicamente
limitate e geopoliticamente vulnerabili. Il progetto di dottorato è incentrato sui distretti
vulcano-geotermici quaternari dell’Italia Centrale e mira a investigare il potenziale dei
reservoir carbonatici metasomatizzati dall’interazione fluido-roccia (skarn)
nell’arricchimento di REEs. La ricerca si basa su una metodologia integrata che combina
una (ri)valutazione dei dati geologici esistenti (incluse attività di perforazione), con indagini
sul terreno e di laboratorio (minero-petrografiche, geochimice, geocronologiche) e di
modellazione geologica. Ciò consentirà l’identificazione dei processi chiave e dei traccianti
che controllano le concentrazioni di REEs nei reservoir geotermici. I risultati contribuiranno
a migliorare i modelli predittivi della distribuzione delle REEs, supportando l’individuazione
di risorse non convenzionali di tali elementi nel quadro delle strategie europee volte a
garantire catene di approvvigionamento sostenibili di CRM. Il progetto di dottorato mira a
formare un profilo di ricerca interdisciplinare nel campo delle risorse minerarie di CRM. Il
candidato svilupperà competenze in geologia di terreno, mineralogia, petrografia,
geochimica e geocronologia, utilizzando tecniche analitiche avanzate (LA-ICP-MS, SIMS)
e integrando dataset multidisciplinari per ricostruire l’evoluzione spazio-temporale dei
sistemi mineralizzati.
TEMATICA C) ANALISI DI SENSIBILITÀ DEI MODELLI DIGITALI DEL TERRENO (DTM) PER LA RICOSTRUZIONE DELLE PALEODINAMICHE FLUVIALI E DELL’EVOLUZIONE CLIMATICA DI MARTE.
La ricostruzione delle condizioni paleoclimatiche di Marte (Noachiano–Esperiano, 4,1–3,0 Ga) si basa sul riconoscimento di forme geomorfologiche fluviali quali reticoli vallivi, delta, terrazzi e canali sinuosi. Le interpretazioni geologiche di queste morfologie dipendono fortemente dalla qualità dei Modelli Digitali del Terreno (DTM), le cui incertezze influenzano le stime delle pendenze dei canali e dei versanti, del rilievo topografico e dei volumi erosi, portando potenzialmente a scenari paleoclimatici contrastanti. Un ulteriore limite interpretativo è rappresentato dall’equifinalità, per cui espressioni geomorfologiche simili possono derivare da processi genetici differenti.
Questo progetto si propone di sviluppare un approccio di analisi di sensibilità applicato ai DTM ottenuti mediante fotogrammetria stereoscopica e fotoclinometria, quantificando l’impatto dei parametri atmosferici e della risoluzione spaziale sulle metriche fluviali derivate, quali pendenze dei canali e profili longitudinali, nonché dei volumi di materiale eroso. Forme geomorfologiche chiave in aree selezionate saranno analizzate al fine di vincolare i regimi idrologici del passato e le dinamiche di trasporto sedimentario.
Integrando topografia ad alta risoluzione, quantificazione delle incertezze e un trattamento esplicito dell’equifinalità, lo studio mira a migliorare l’affidabilità delle ricostruzioni fluviali e a contribuire alla definizione di vincoli più accurati sull’evoluzione paleoclimatica di Marte.
TEMATICA D) COLLEGANDO PETROGRAFIA E GEODESIA NEI VULCANI.
La previsione delle eruzioni è la sfida più importante per la vulcanologia.
La definizione del flusso di magma accumulato durante un unrest potrebbe permettere di prevedere le eruzioni. La corretta valutazione di tale flusso rimane ancora incerta, in quanto influenzata da diversi fattori, tra cui la compressibilità del magma intruso, che a sua volta dipende dalla quantità di volatili.
Il presente progetto di dottorato mira a vincolare meglio i flussi magmatici durante l’unrest nei vulcani, compenetrando dati petrologici e geodetici, e modellazione avanzata.
I dati petrologici vincolano la composizione, pressione, temperatura e quantità di volatili nel magma, e in ultima analisi la sua compressibilità. I dati geodetici forniscono la deformazione superficiale legata all’accumulo (o fuoriuscita) di magma dal serbatoio, e la loro inversione permette di individuarne il volume responsabile.
Unire queste informazioni su specifici vulcani in unrest (laddove sono identificabili comportamenti anomali, possibilmente legati alla compressibilità del magma) e utilizzando modelli avanzati permette di elaborare un modello concettuale generale sulle relazioni tra deformazione superficiale e compressibilità del magma. Questi risultati confluiranno in un progetto più ampio che mira a prevedere le eruzioni.
LE TEMATICHE PROPOSTE SONO SUGGERIMENTI DEL COLLEGIO DI DOTTORATO. E' COMUNQUE POSSIBILE PROPORRE TEMATICHE DI DOTTORATO ALTERNATIVE.
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| 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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In particular, the topics selected for the XLII cycle are the following:
TOPIC A) TECTONIC EVOLUTION OF THE KARAKORAM IN NORTHERN PAKISTAN: FROM COLLISION TO EXHUMATION AND UPLIFT.
This project aims to reconstruct the kinematic framework and temporal evolution of continental
collision, exhumation, and crustal uplift in the Karakoram and adjacent regions of northern
Pakistan. The study area extends along a transect from the Swat Valley and the Main Mantle
Thrust, across the Kohistan arc block, to the Eurasian margin along the Main Karakoram Thrust.
The main objective is to define the regional tectono-metamorphic evolution, together with the
thermal and exhumation history, through the integration of field observations, microstructural
analysis, metamorphic petrology, geochronology, and thermochronology spanning different
closure temperatures. The expected results will provide new constraints on the geodynamic
processes responsible for the construction of the Karakoram range. The project builds on
established collaborations with Pakistani and European institutions and will combine fieldwork,
laboratory analyses, and interpretative modelling. The outcomes will contribute both to the
geological reconstruction of the region and to a broader understanding of continental collision
processes.
TOPIC B) REES ENRICHMENT IN QUATERNARY VOLCANIC–GEOTHERMAL SKARN SYSTEMS OF CENTRAL ITALY.
Rare earth elements (REE) are a class of critical raw materials (CRM) that are essential
for low-carbon and digital technologies, yet their primary sources remain geologically
restricted and geopolitically vulnerable. Focusing on the Quaternary volcanic-geothermal
districts of northern Latium (central Italy), this PhD project aims at exploring the potential of
their metasomatised carbonate (skarn) reservoirs in hosting REE and CRM enrichments.
The research rationale is based on an integrated methodology that combines a
(re)evaluation of existing geological data (including the existing drilling activities) with new
field, petrographic, geochemical and geochronological laboratory investigations, and
geological modelling. This will allow identification of the key processes and tracers
controlling the REE and other CRM endowments in the reservoirs. Results will improve
predictive models of CRM distribution, supporting the identification of unconventional REE
resources, in the framework of the European strategies to secure sustainable CRM supply
chains. The PhD project aims to train a highly interdisciplinary researcher, with a focus on
fluid–rock interaction and CRM mineralization. The candidate will develop advanced skills
in field geology, minero-petrography, geochemical and geochronological analysis using
state-of-the-art techniques (e.g., LA-ICP-MS, SIMS), alongside expertise in integrating
multiple geological data sets to reconstruct hydrothermal system evolution in space and
time.
TOPIC C) SENSITIVITY ANALYSIS OF STEREO-DERIVED DIGITAL TERRAIN MODELS (DTMS) AND IMPLICATIONS FOR
RECONSTRUCTING ANCIENT FLUVIAL DYNAMICS ON MARS.
Reconstructing Mars’ early climate (Noachian–Hesperian, 4.1–3.0 Ga) relies on fluvial
landforms such as valley networks, deltas, and sinuous ridges. However, interpretations
are strongly controlled by Digital Terrain Model (DTM) quality, where systematic
uncertainties affect estimates of channel and topographic slope, relief, and volumetric
estimates, potentially yielding contrasting paleoclimatic scenarios. A central limitation is
equifinality, whereby similar geomorphic expressions may result from different formative
processes or boundary conditions, complicating causal reconstruction from morphology
alone.
This project develops a sensitivity framework for DTMs derived from stereo
photogrammetry and refined via atmosphere-aware photoclinometry. It quantifies how
atmospheric parameters and spatial resolution influence derived fluvial metrics, including
channel slopes, longitudinal profiles, and sediment volumes. Key landforms (dendritic
networks, outflow channels and deltas, among others) will be analyzed to constrain past
hydrological regimes and sediment transport dynamics.
By integrating high-resolution topography, uncertainty quantification, and explicit treatment
of equifinality, the study improves the robustness of Martian fluvial reconstructions and
supports improved constraints on early Mars climate evolution.
TOPIC D) LINKING PETROLOGY AND GEODESY AT VOLCANOES.
Forecasting eruptions is the ultimate challenge of volcanology. Determining the flux of accumulated magma during unrest may allow forecasting eruptions. The correct evaluation of the magma flux remains largely elusive, as being affected by several parameters, including the compressibility of the intruded magma, in turn related to the presence of volatiles.
This PhD project aims at better constraining magma influx rates, at volcanoes experiencing unrest, merging petrologic and geodetic data with advanced modelling.
Petrologic data constrain the composition, pressure, temperature and amount of dissolved volatiles within the magma, and in turn magma compressibility. Geodetic data provide the surface deformation due to the accumulation or withdrawal of the magma, and their inversion allows evaluating its volume.
Merging this information at selected volcanoes experiencing unrest (where unusual deformation behaviours that may be explained by magma compressibility are identified) and exploiting advanced modelling will allow providing a general conceptual model on the magma compressibility-geodetic relationships. These results will merge in a larger project devoted at forecasting eruptions.
THE PROPOSED TOPICS ARE SUGGESTIONS FROM THE PHD BOARD. IT IS NEVERTHELESS POSSIBLE TO PROPOSE ALTERNATIVE PHD RESEARCH TOPICS.
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