http://www.openstarts.units.it:80/dspace/handle/10077/97 2013-05-26T04:33:46Z http://www.openstarts.units.it:80/dspace/handle/10077/8666 Title: Studio geochimico-isotopico delle precipitazioni del Friuli-Venezia Giulia Authors: Michelini, Marzia Abstract: L’approvvigionamento dell'acqua per usi potabili ed agricoli, rappresenta una delle maggiori emergenze che i governi, sia di paesi economicamente evoluti che in via di sviluppo, devono affrontare in tempi rapidi. La continua richiesta di questo bene prezioso, l’inquinamento diffuso e i recenti mutamenti climatici hanno portato alla diminuzione della già limitata quantità d’acqua dolce disponibile, rendendo assolutamente necessario affrontare con metodi rigorosamente scientifici le problematiche legate alla protezione di questa risorsa. Nelle indagini idrogeologiche un importante strumento per la comprensione della struttura di un acquifero è dato dalla composizione isotopica dell'ossigeno (δ18O) e dell’idrogeno (δD), definita come la deviazione in parti per mille del rapporto isotopico di un campione rispetto ad uno standard di riferimento, che nel caso delle acque è rappresentato dalla composizione isotopica media oceanica. Ogni indagine idrogeologica deve partire dalla conoscenza delle caratteristiche idrogeochimiche della fonte di alimentazione delle acque superficiali e di falda che, nella quasi totalità dei casi, è identificabile con le acque meteoriche. Questo dottorato si pone come obiettivo la caratterizzazione ad alta risoluzione spaziale della composizione di ossigeno e idrogeno nelle acque meteoriche del Friuli-Venezia Giulia, a questo scopo le acque provenienti dal 20 pluviometri dislocati in tutta la regione sono state raccolte mensilmente e analizzate tramite IRMS e CRDS per determinarne la composizioni isotopica di idrogeno e ossigeno. Il periodo di campionamento va dal 2004 al 2011, con alcuni pluviometri, L1 ed L3, attivi dalla prima metà degli anni 80. I risultati delle analisi mostrano un 18O variabile nella regione, con valori medi pluriannuali pesati per la quantità di precipitazione intorno al -6‰ per i pluviometri costieri e di pianura, tra il -7‰ ed il -8‰per i pluviometri situati in valli nell’entroterra intorno al -9‰ per i pluviometri situati in quota. La composizione isotopica dell’ossigeno è stata confrontata con temperatura e quantità di precipitazioni per determinare quale sia l’influenza di questi fattori sulla distribuzione del 18O nelle precipitazioni della regione. Dai confronti è emerso che i siti in montagna sono fortemente influenzati dalla temperatura, influenza che diminuisce mano a mano che ci si avvicina alla costa. L’ammontare della precipitazione non sembra avere effetti consistenti sulla composizione isotopica, sono state osservate delle correlazioni positive tra quantità di precipitazioni e aumento dei valori di 18O e D, dovute però ad un aumento della temperatura corrispondente all’evento di precipitazione. I pluviometri L1 ed L3, situati a Basovizza e Trieste mostrano dei valori meno negativi di quanto la temperatura non farebbe supporre, per chiarire le cause di queste anomalie la zona di Trieste è stata oggetto di un’ulteriore monitoraggio su base giornaliera. I valori di 18O e d dei singoli eventi di pioggia così ottenuti, confrontati con le retrotraiettorie delle masse d’aria che hanno dato origine alle precipitazioni, hanno evidenziato una forte influenza della provenienza delle precipitazioni sulla composizione isotopica delle precipitazioni nella zona di Trieste. Utilizzando i valori mensili di 18O e D è stata elaborata una linea locale per le acque meteoriche (LMWL) di equazione: D = 7,98* 18O + 10,62 La LMWL ottenuta per il Friuli Venezia Giulia ha valori molto simili alla linea relativa alle precipitazioni globali (Craig, 1961) ed a quella determinata per l’Italia del nord (Longinelli e Selmo, 2003). È stato poi calcolato il gradiente isotopico verticale, ovvero la variazione della composizione isotopica all’aumentare della quota, del 18O utilizzando i valori medi pesati pluriannuali. Il gradiente medio per la regione risulta essere -0.17‰ ogni 100 m di quota. Infine si è cercato di dare una caratterizzazione isotopica di alcune acque superficiali della valle del But: il torrente But, quattro sorgenti in destra But e due sorgenti in sinistra But. Dalle analisi sono emersi tre andamenti ben distinti per le sorgenti e la difficoltà di situare nell’area l’origine di una esse, il Fontanone, suggerendo la necessità di ulteriori indagini. Description: 2011/2012 Type: Tesi di dottorato; Doctoral Thesis 2013-04-24T00:00:00Z http://www.openstarts.units.it:80/dspace/handle/10077/8665 Title: Ricostruzione dell’idrodinamica delle acque di falda del Carso Classico Authors: Grillo, Barbara Abstract: All'interno del massiccio carsico del Carso Classico si sviluppa il reticolo del cosiddetto Timavo ipogeo, uno tra i più famosi fiumi carsici al mondo, il cui percorso stimato in circa 80 km di sviluppo lineare tra Slovenia e Italia, nonostante sia stato oggetto di oltre due secoli di studi scientifici, è per alcuni aspetti misterioso. L’obiettivo di questa Tesi è: 1)la riorganizzazione e ottimizzazione della rete di monitoraggio delle acque di falda del Carso Classico; 2)l’analisi dei dati in continuo esistenti (portate, precipitazioni, livello, temperatura e conducibilità); 3)l’analisi dell’influenza del carico idraulico sull’idrostruttura; 4) la ricostruzione dell’idrodinamica nelle diverse condizioni di impinguamento per una valutazione della vulnerabilità e dell’entità delle risorse. L’attività di ricerca si è articolata essenzialmente in una prima fase di ricerca bibliografica e acquisizione delle competenze di gestione della rete di monitoraggio; una seconda parte di acquisizione delle competenza informatiche per l’analisi dei dati; una terza parte di interpretazione dei dati e costruzione di un nuovo modello idrodinamico considerando i parametri chimico-fisici degli eventi di piena principali. Il punto di forza del presente studio è la riorganizzazione, l’aggiornamento e l’analisi congiunta di tutta la serie temporale a disposizione permettendo di ottenere un robusto modello idrodinamico dell’area in esame. Infatti sono stati considerati quasi 4000000 di dati complessivi raccolti a cadenza oraria o bioraria in 17 anni: essi consistono in misure di livello, temperatura, conducibilità e torbidità delle acque di 29 punti di misura in 13 cavità, 4 piezometri, 7 sorgenti, 2 laghi, 4 fiumi. Inoltre sono stati considerati anche dati idrometrici, pluviometrici, di portata e dati geofisici di stazioni geodetiche. L’intervallo temporale analizzato va dal 1995 al 2012. La ricerca svolta costituisce un contributo allo studio secolare della complessa idrostruttura del Carso Classico e ha permesso di approfondire le conoscenze sulla sua idrodinamica. Si sono potuti evidenziare e caratterizzare i diversi comportamenti della circolazione idrica nei grandi condotti e nel reticolo fessurato, rilevando i settori a diversa idrodinamica e gettando le basi per una dettagliata mappatura di vulnerabilità e gestione della risorsa idrica. Sono stati raggiunti i seguenti obiettivi: 1)Realizzazione di una rete di monitoraggio integrata tra Italia e Slovenia per il monitoraggio qualitativo e quantitativo della falda del Carso classico; 2)Creazione di un ricco archivio dei dati idrologici (precipitazioni, temperature, portate, livelli, torbidità, conducibilità e temperature) dal 1995 ad oggi quale base fondamentale per la creazione di un sistema di gestione del territorio; 3)Aggiornamento della mappa delle precipitazioni del Carso Classico, unificando i dati italiani e sloveni e tenendo conto del quadro generale dato dall’OSMER e ARSO; 4)Analisi statistica comparata di tutti i dati acquisiti per caratterizzare ogni sito monitorato dal punto di vista chimico - fisico; 5)Analisi idrodinamica con l’elaborazione di un protocollo per il confronto del calcolo delle velocità apparenti da dati di temperatura e di conducibilità, grazie al quale poi è stato possibile calcolare le velocità apparenti su 17 eventi a regime diverso, validando la procedura mediante l’uso di tracciamenti storici; 6)Creazione di mappe isofreatiche in regime di magra e di piena del Carso Classico e della fascia delle sorgenti per la valutazione della distribuzione del carico idraulico; 7)Analisi quantitativa del livello, della temperatura e conducibilità di serie temporali mediante l’applicazione di funzioni matematiche (cross-correlazione e periodogramma) per testare e validare alcuni algoritmi; 8)Analisi multidisciplinare con la quale sono stati messi a confronto il segnale clinometrico dei pendoli in Grotta Gigante, il segnale GPS, i livelli della falda nell’Abisso di Trebiciano, nella Grotta Gigante e nel piezometro di Opicina per valutare l’influenza del carico idraulico. Description: 2011/2012 Type: Tesi di dottorato; Doctoral Thesis 2013-04-24T00:00:00Z http://www.openstarts.units.it:80/dspace/handle/10077/8664 Title: Some evidences of recent and holocenic evolution of the cryosphere in Friuli Venezia Giulia (Italy) Authors: Colucci, Renato Abstract: The cryosphere, an integrated part of the Earth system, refers to that portion of the physical world that exists in its frozen state. Ice caps, sea ice, icebergs, lake ice, snow cover, ground ice, glaciers and ice sheets and shelves obviously belong to this set. It also comprises all those parts of territory which, though not presenting water in solid state, always maintain temperatures below zero (i.e. permafrost environments). Studies on the cryosphere of Friuli Venezia Giulia were almost always referred to the attempt of reconstructing the major glacial phasesof the Pleistocene period. The only studied aspect of today’s cryosphere is that of the small glaciers of the Julian Alps, on which terminus shrinkage or advances measurements were taken since the end of the 19th century. The fact that today’s cryosphere isn’t studied that much is probably due to its scarcity compared to other sectors of the Alps. This work intends to fill this gap, trying to characterise as best as possible the present state of the cryosphere on the Friuli Venezia Giulia territory. In order to do so the whole mountain territory of Friuli Venezia Giulia was taken into consideration, ultimately focusing on two distinct sectors: the Julian Alps (south-east area), which hosts the last glacial remains on the Canin and Montasiomassifs, and the Carnic sector of the Alps (north-west area). The latter is the only one that was involved in a survey aiming at the characterisation of mountain permafrost, due to investigations made to realise the rock glaciers inventory of the Italian Alps. A third aspect, still not deeply analysed also on a global level though potentially capable of bringing crucial developments in the future, is that of permanent ice deposits inside cavities. The so named IceCaves are just one of several peculiar phenomena which show a reaction to climate and somewhat sparse research over the past few decades has shown that ice in temperate caves holds similar and complementary secrets to ice elsewhere. Friuli Venezia Giulia contains a great number of cavities (over 7000) also at high altitudes, since of the almost 5000km2 mountain area 1900 are interested by carbonate rocks (limestones and dolostones). This work therefore focuses on the following three aspects: define the present-day state of glacial remains on Mount Canin, also to test new methodologies; update the rock glaciers national inventory thanks to the recent and ongoing developments in earth observation techniques and related geoinformatics; finally, begin a systematic monitoring of cavities with permanent ice remains. As far as the Canin glaciers are concerned the attention focused on the Canin Orientale glacier, actually representing one of the lowermost glaciers of the Alpine chain. A combined strategy involving Ground Penetrating Radar (GPR) and Light Detection And Ranging (LiDAR) technologies was used. GPR profiles were performed during Autumn 2011, to reveal the thicknesses of the glacier, test a methodology to image the internal structure and to estimate the volume of main glaciological units. LiDAR surveys on the area of the Canin Orientale glacier were purposely performed at the same time of the GPR surveys, to allow the creation of a complete and highly precise data set also from a topographic point of view. Thanks to a further LiDAR survey undertaken in 2006 by the Civil Defence of Friuli Venezia Giulia and integrating GPR measurements with these LiDAR surveys, we also quantified the volumetric variations of the glacier from 2006 to 2011. The revision of the Friuli Venezia Giulia part of the Italian rock glacier inventory was performed using both GIS techniques and activity on field. Aerial Orthorectified photographs (orthophotos) at high (2006 – 2009) and low (1998 and 2003) resolutions were used. A high resolution digital terrain model (DTM) was also used (cell size: 1m) interpolated from Aerial laser scannings (LiDAR) acquired between September 2006 and 2009 by the Civil Defence of Friuli Venezia Giulia. Terrain attributes (geometrical and spatial) were evaluated by using ArcGis10 software and its tools. Oblique terrestrial view (pseudo-3D image) of the DTM-hillshadehas been very useful in terms of interpretation of the topography and identification of lobes and shapes. The revision of this inventory uses the morphological classification by Barsch (1996) without taking in account the eventual mobilization of the landforms,and comprehends both rock glaciers and protalus ramparts, the latter taken into consideration for the first time on the Friuli Venezia Giulia territory. Results were analysed from a merely statistic point of view and then related to climate settings, testing the accuracy of a number of existing permafrost distribution models. To face the study of the underground cryosphere it was decided to install instruments in a cavity that would be suitable for the purpose. Attention mainly focused on monitoring the air temperature in several points of the cavity, the temperature of rock at several depths (2cm, 30cm and 100cm) to understand the evolution through time, and the temperature of ice. Moreover two benchmarks were placed to evaluate possible mass variations of the ice deposit. Again, in order to evaluate the thickness of ice and the internal stratifications, GPR was used in the above cave, as well as in another cave not installed with instruments as much. In view of performing further, more detailed inspections on ice in the future, a full stratigraphy of the visible layers on one side of the ice body was executed, together with an analysis of some clay samples extracted from the ice (X-ray difrattometer, LOI). Furthermore, to define the distribution of underground cryosphere in Friuli Venezia Giulia, all caves reporting the presence of snow, ice-snow and only ice were selected from the regional cave inventory of Friuli Venezia Giulia, therefore creating a useful working tool to start from for future studies. Despite of the gap of knowledge on the frozen karst caves in the area, all this instrumental and direct observations could provide a useful key to understand the permafrost distribution and its connections with the underground cryosphere and the glaciological evolution of the landscape. Description: 2011/2012 Type: Tesi di dottorato; Doctoral Thesis 2013-04-24T00:00:00Z http://www.openstarts.units.it:80/dspace/handle/10077/8620 Title: Multi-scale seismic hazard scenarios Authors: Magrin, Andrea Abstract: Seismic hazard assessment can be performed following a neo-deterministic approach (NDSHA), which allows to give a realistic description of the seismic ground motion due to an earthquake of given distance and magnitude. The approach is based on modelling techniques that have been developed from a detailed knowledge of both the seismic source process and the propagation of seismic waves. This permits to define a set of earthquake scenarios and to simulate the associated synthetic signals without having to wait for a strong event to occur. NDSHA can be applied at different geographic scale with different detail levels of modelling. At local scale the source and site characteristics can be take account, whereas at the regional scale seismograms at the nodes of a regular grid are computed. Finite fault simulation is needed to compute realistic ground motions close to a ruptured fault. No reasonable deterministic prediction for many details of a future fault motion can be expected and their variability can be treated in practice only from a statistical viewpoint. Therefore, their effect is simulated through Monte-Carlo approach. To test the accuracy of the method, the L’Aquila earthquake occurred on April 6, 2009 has been modelled. The use of a realistic model for the representation of the extended fault introduces a stochastic element in NDSHA. So the variability due to the stochastic component of seismic source has been evaluated. In standard NDSHA at regional scale, seismograms are computed for an upper frequency content of 1 Hz. The use of a more realistic source model than the scaled point source that takes account of effective duration of rupture process allowed to extend the maximum frequency of computation of seismograms of national scale maps to 10 Hz. A first estimation of uncertainty due to the random representation of the source in national scale maps has been obtained by parametric tests on EU-India Grid infrastructure. NDSHA defines the hazard as the maximum ground motion at the site and it does not supply information about the frequency of occurrence of the expected ground motion. The standard procedure of NDSHA has been modified here, to take into account the additional information of recurrence. The introduction of recurrence estimates in NDSHA allows the generation of ground motion maps for specified return periods that permits a straightforward comparison between the NDSHA and the PSHA maps. Furthermore the map of the recurrence has been associated with standard map of ground motion.; La valutazione della pericolosità sismica può essere effettuata seguendo un approccio neo-deterministico (NDSHA) che permette di dare una descrizione realistica del moto del suolo dovuto a un terremoto di data distanza e magnitudo. L’approccio è basato su tecniche di modellazione che sono state sviluppate da una conoscenza dettagliata sia della sorgente che della propagazione delle onde sismiche. Questo permette di definire un set di terremoti di scenario e di simulare i segnali sintetici associati senza dover aspettare l’accadimento di un forte evento. La metodologia neo-deterministica può essere applicata a diverse scale geografiche cui corrispondono differenti livelli di dettaglio nella modellazione. A scala locale è possibile tenere conto delle caratteristiche specifiche della sorgente e del sito considerati, mentre a scala regionale vengono calcolati i sismogrammi ai nodi di una griglia regolare. Per simulare in modo realistico il moto del suolo in prossimità di una faglia è necessario usare un modello di sorgente estesa. Molti dettagli del processo di rottura sulla sorgente non possono essere predetti in modo deterministico e la loro variabilità può essere trattata solo da un punto di vista statistico. Di conseguenza i loro effetti vengono simulati attraverso una approccio Monte-Carlo. Per testare l’accuratezza del metodo è stato modellato il terremoto dell’Aquila del 6 aprile 2009. L’uso di un modello realistico di sorgente per la rappresentazione della sorgente estesa introduce un elemento stocastico nel metodo neo-deterministico. Si è quindi valutata la variabilità dei valori di picco dovuta alla modellazione della sorgente. Nella metodologia neo-deterministica scala regionale i sismogrammi vengono calcolati con una frequenza massima di 1 Hz. L’uso di un modello di sorgente piu` realistico rispetto a quello della sorgente puntiforme in grado di tener in conto dell’effettiva durata del processo di rottura ha consentito di estendere la frequenza massima di calcolo dei sismogrammi delle mappe di pericolosità nazionali a 10 Hz. Una prima stima dell’incertezza legata alla simulazione stocastica della sorgente sulle mappe a scala nazionale è stata ottenuta con l’uso di test parametrici condotti utilizzando l’infrastruttura informatica EU-India Grid. Il metodo neo-deterministico definisce la pericolosità come il massimo scuotimento al sito e non fornisce alcuna informazione sulla ricorrenza del moto del suolo atteso. La procedura è stata modificata per tener conto dell’informazione aggiuntiva della ricorrenza. In questo modo è stato possibile generare delle mappe di scuotimento per specifici periodi di ritorno che consentono un diretto confronto con le mappe probabilistiche. Inoltre alle mappe di massimo scuotimento sono state associate le rispettive mappe di ricorrenza del moto del suolo. Description: 2011/2012 Type: Tesi di dottorato; Doctoral Thesis 2013-04-19T00:00:00Z