BANDI CONCLUSI
Concorsi per l’ammissione ai dottorati dell'Università di Pisa (A.A. 2023/2024)
39° ciclo in Geoscienze e Ambiente - Bando C
https://dottorato.unipi.it/index.php/it/concorsi-d-ammissione-a-a-2023-2024/item/773.html (CHIUSO)
Per il bando in scadenza il 7 agosto 2023 alle ore 13:00 (ora italiana), sono previste per il corso di dottorato in Geoscienze e Ambiente le seguenti posizioni:
1) Graduatoria unica per corso di dottorato - tematica aperta
POSTI A CONCORSO: 1 con borsa (finanziamento UNIPI)
39° ciclo in Geoscienze e Ambiente - Bando B
https://dottorato.unipi.it/index.php/it/concorsi-d-ammissione-a-a-2023-2024/item/764.html (CHIUSO)
1) Paleontologia preventiva: il territorio della Provincia di Pisa come caso di studio per la conservazione e la promozione del patrimonio paleontologico [Inglese: Preventive paleontology: the Pisa Province territory as a case study for the conservation and promotion of paleontological heritage]
Docente referente: Dott. Alberto Collareta alberto.collareta@unipi.it
Ente finanziatore: ATENEO
Descrizione: Il patrimonio paleontologico rappresenta una porzione rilevante dell'ampio e variegato patrimonio naturale italiano. È ormai ampiamente riconosciuto che la salvaguardia dei beni paleontologici necessiti di azioni di valorizzazione del patrimonio “ex situ”, comprensivo dei reperti presenti nelle collezioni museali, come pure di interventi di tutela del patrimonio “in situ”, costituito da rocce fossilifere in affioramento o subaffioranti. Mentre la conservazione dei beni ex situ è da oltre 150 anni oggetto di riflessione da parte della comunità paleontologica italiana, la ricerca di strategie efficaci di tutela dei beni in situ muove oggi i primi passi. La presente proposta di progetto dottorale intende recuperare il ritardo accumulato dalle discipline paleontologiche nella tutela dei geositi di loro pertinenza attraverso un approccio che contempli sia la ricerca di base che la paleontologia applicata, integrando il patrimonio ex situ ed in situ in un unico piano di conservazione e valorizzazione. Il territorio della Provincia di Pisa, con il suo ricco e diversificato patrimonio paleontologico, rappresenta un “laboratorio a cielo aperto” ideale per l'elaborazione di tale progetto, che si svolgerà attraverso le seguenti direttrici: (1) revisione e perfezionamento del censimento dei siti di interesse paleontologico della Provincia di Pisa; (2) elaborazione di strategie di “paleontologia preventiva” volte alla conservazione del patrimonio in situ, anche attraverso l'ideazione e la produzione di mappe geotematiche; (3) digitalizzazione delle principali emergenze paleontologiche in situ ed ex situ attraverso la scansione a luce strutturata e la fotogrammetria da drone; (4) ulteriore promozione di località paleontologiche di particolare interesse nazionale ed internazionale attraverso il reperimento e l'analisi di nuovi fossili e la revisione di reperti storici.
ENG: The paleontological heritage comprises a significant portion of the broad and varied natural heritage of Italy. It is now widely recognized that the safeguarding of paleontological heritage requires actions to enhance the “ex situ” heritage (which includes specimens stored in museum collections) as well as interventions to protect the “in situ” heritage (which consists of outcropping or sub-outcropping fossiliferous rocks). While the conservation of ex situ goods has been the subject of reflection by the Italian paleontological community for over 150 years, the search for effective strategies of protection of the in situ goods is still almost in its infancy. The present doctoral project proposal aims to address the delay accumulated by the paleontological professionals about the preservation of paleontological geosites through an approach that contemplates both basic research and applied paleontology and aims at integrating the ex situ and in situ heritage in a comprehensive conservation and valorisation plan. With its rich and diverse paleontological heritage, the Pisa Province territory represents an ideal “open-air laboratory” for the implementation of this project along the following lines: (1) revision and improvement of the atlas of paleontological sites of the Pisa Province; (2) elaboration of strategies of “preventive paleontology”, aimed at the conservation of the in situ heritage, through the ideation and production of specific geothematic maps; (3) digitization of the main fossiliferous outcrops and corresponding ex situ paleontological goods by means of structured light scanning and drone photogrammetry; (4) further promotion of paleontological localities of prime national or international interest through the collection and analysis of new fossils and the revision of historical specimens.
2) Geologia, geochimica e mineralogia di depositi auriferi epitermali della Chatkal-Kurama (Tian-Shan Metallogenic Belt, Uzbekistan, Central Asia) [Inglese: Geology, geochemistry, and mineralogy of epithermal gold deposits of the Chatkal-Kurama Region in the Tian-Shan Metallogenic Belt (Uzbekistan, Central Asia)]
Docente referente: Prof. Anna Gioncada anna.gioncada@unipi.it
Ente finanziatore: ATENEO
Descrizione: L'oro nei depositi epitermali è tipicamente accompagnato da una varietà di elementi chimici (Ag, Te, Se, Bi, Sb, Hg, ...), che si traduce in un'elevata complessità mineralogica e geochimica. L'oro stesso può presentarsi in leghe (ad esempio, elettro), in seleniuri, tellururi, e talvolta come oro "invisibile", in micro e nanoinclusioni o in sostituzione nella struttura cristallina di altri minerali (solfuri).
Un'esaustiva conoscenza delle caratteristiche geochimiche e mineralogiche di una mineralizzazione dalla macroscala alla nanoscala ha una triplice importanza: 1) comprendere la genesi della mineralizzazione, inclusi i meccanismi di trasporto dei metalli e la loro precipitazione dai fluidi idrotermali; 2) contribuire a definire le strategie di lavorazione del minerale estratto; 3) comprendere il potenziale impatto ambientale delle attività minerarie e metallurgiche, dovuto alla dispersione naturale e/o antropica di elementi potenzialmente tossici nell'ambiente. Parallelamente allo studio mineralogico e geochimico, la conoscenza del contesto geologico e strutturale in cui si è sviluppata la mineralizzazione è fondamentale per ricostruire compiutamente i processi di formazione del minerale e il modello concettuale del deposito.
La regione di Chatkal-Kurama è situata all'estremità più occidentale del Tian Shan, una delle più grandi catene montuose intracontinentali del mondo, e ha ricevuto una notevole attenzione in quanto ospita numerosi depositi di Au e Cu-Au (epitermali, porphyry Cu-Au-Mo, Cu-Au skarn). In questo quadro, studi multidisciplinari di queste mineralizzazioni, condotti con moderni approcci analitici, possono contribuire a ricostruire la storia metallogenica di questa regione.
L’obiettivo generale di questo progetto di dottorato consisterà nella caratterizzazione geologica, geochimica e mineralogica di selezionate mineralizzazioni epitermali aurifere della regione di Chatkal-Kurama. Le mineralizzazioni saranno selezionate in collaborazione con i colleghi della University of Geological Sciences (UGS) di Tashkent (Uzbekistan). In questo progetto, il dottorando utilizzerà un approccio multidisciplinare: 1) rilevamento geologico-strutturale, finalizzato alla definizione del contesto geologico che ospita la mineralizzazione; 2) indagini petrografiche e tessiturali, finalizzate alla ricostruzione dell'evoluzione temporale dei sistemi idrotermali; 3) indagini multianalitiche tra cui SEM-EDS, EPMA, LA-ICPMS, TEM, XRD, inclusioni fluide. Altre tipologie di indagine (datazioni, analisi di isotopi stabili, ulteriori analitici a scala nanometrica) saranno prese in considerazione in base allo sviluppo della ricerca.
La realizzazione di questo progetto di dottorato usufruirà delle competenze scientifiche e del supporto logistico e tecnico dei colleghi di UGS e della collaborazione di ricercatori di diversi ambiti (geologico, geochimico, petrografico, mineralogico) del DST.
ENG: Gold in epithermal deposits is characteristically accompanied by a variety of chemical elements (Ag, Te, Se, Bi, Sb, Hg, ...) that result in a high mineralogical and geochemical complexity. Gold itself may occur as alloys (e.g., electrum), selenides, tellurides, and as "invisible" gold in micro- and nanoinclusions or in the mineral lattice of other ore minerals (e.g., sulfides).
Knowledge of the full geochemical and mineralogical features of the mineralization at the multiscale (from macro- to nanoscale) has a three-fold importance: 1) understanding the genesis of ore deposits, including the mechanisms of metal transport and precipitation from hydrothermal fluids; 2) contributing to the best ore processing practices; 3) understanding the potential environmental impact of mining and metallurgical activities, due to the natural and/or anthropic dispersion of potentially toxic elements in the environment. Alongside the study of the mineralization, the knowledge of the geological and structural setting in which the mineralization developed is pivotal to fully reconstruct the ore-forming processes and the conceptual model of the deposit. The Chatkal-Kurama region is the westernmost end of the Tian Shan, one of the largest intracontinental mountain ranges in the world, and it has received considerable attention as it hosts numerous, also world-class, Au and Cu-Au deposits (epithermal, porphyry Cu-Au-Mo, Cu-Au skarn, polymetallic sulfide deposits). In this frame, detailed geological and mineralogical-geochemical studies of these ore deposits, carried out with up-to-date analytical approaches, would contribute to reconstruct the metallogenic and geodynamic history of this interesting region. The aims of this PhD project will be the full geological, geochemical, and mineralogical characterization of selected epithermal gold mineralizations from the Chatkal-Kurama region. The mineralizations will be selected in collaboration with the colleagues of the University of Geological Sciences in Tashkent (Uzbekistan). In this project, the PhD student will join a multidisciplinary approach: 1) field work, aimed at defining the geological setting hosting the mineralization; 2) petrographic and textural investigations, aimed to the reconstruction of the temporal evolution of hydrothermal systems; 3) detailed multi-analytical approaches including SEM-EDS, EPMA, LA-ICPMS, TEM, XRD, fluid inclusions. Other analysis (e.g., radiometric dating, stable isotope data, further nanoscale analytical approaches) will be considered based on the development of the research. This PhD project will benefit from the scientific expertise, logistical and technical support by the colleagues from University of Geological Sciences in Tashkent (Uzbekistan) and from the collaboration with geology, geochemistry, petrography and mineralogy researchers of DST.
3) Analisi multidisciplinari di ceneri vulcaniche: dalle dinamiche eruttive all’impatto ambientale [Inglese: Multidisciplinary investigations of volcanic ash: from eruptive dynamics to environmental impact]
Docente referente: Prof. Marco Pistolesi marco.pistolesi@unipi.it
Ente finanziatore: ATENEO
Le eruzioni vulcaniche esplosive immettono comunemente nell'atmosfera una grande quantità di particelle vulcaniche (tefra) che possono viaggiare a grande distanza dalla sorgente sotto l'effetto dei venti dominanti. Mentre la caduta di tefra ha un effetto immediato durante l'eruzione (ad esempio interruzione del traffico terrestre e aereo, danni alle infrastrutture), le particelle vulcaniche rappresentano in seguito un efficace strumento per i ricercatori che si occupano di fenomeni vulcanici. Negli ultimi 20 anni, l'uso di particelle vulcaniche a grana fine (ceneri) come livelli marker isocroni (tefrocronologia), ha dimostrato la capacità di fornire informazioni stratigrafiche ad alta risoluzione temporale cruciali per la datazione, la correlazione e la sincronizzazione di dati archeologici, geologici, paleoecologici e paleoclimatici. Le caratteristiche principali dei tefra sono legate alla loro deposizione quasi sincrona (in un tempo molto breve, di solito poche ore, giorni o settimane) su vaste aree formando uno strato che ha un'età identica (isocrona). Uno strato di tefra proveniente da una eruzione di grande intensità può diffondersi a larga scala su terra, mare e ghiaccio, formando così un livello che ha esattamente la stessa età ovunque si sia deposto. L'età dell'eruzione e della deposizione del tefra può essere spesso determinata con i metodi Ar/Ar e K/Ar e questa età viene trasferita ai sedimenti in cui il tefra è intercalato. Inoltre, lo studio delle particelle vulcaniche (morfologia, forma, tessitura) rappresenta uno strumento prezioso per la ricostruzione della dinamica eruttiva, dato che i meccanismi di risalita del condotto e di frammentazione del magma sono registrati dai frammenti di cenere in termini di densità, vescicolarità, cristallinità, forma esterna. Un altro aspetto chiave delle particelle di cenere vulcanica è la loro capacità di preservare elementi chimici secondari che aderiscono alla superficie esterna e che comunemente si formano a causa dell'interazione gas-particella durante il trasporto all'interno della nube vulcanica. Una volta depositata, il rilascio di metalli tossici durante la reazione della cenere vulcanica con acqua dolce o di mare, la conseguente alterazione chimica dell'acqua e la variazione del pH, possono avere importanti effetti ambientali; insieme alla possibile soppressione degli organismi planctonici, possono anche causare fasi di estinzione. Il progetto mira ad un approccio multidisciplinare per lo studio di livelli di tefra identificati come casi studio che includa lo studio morfologico, tessiturale e geochimico delle particelle juvenili a grana fine. I metodi includeranno la differenziazione dei componenti e l’analisi d’immagine, le analisi con microsonda e LA-ICP-MS, la cromatografia e l’analisi ICP-MS sui lisciviati ottenuti da strati di tefra non contaminati.
ENG: Volcanic explosive eruptions commonly inject in the atmosphere a large amount of volcanic particles (tephra) that can travel at long distance from the source under the effect of prevailing winds. While tephra fallout has a real-time effect during the eruption (e.g., ground and air traffic disruption, damage to infrastructures), volcanic particles later represent an invaluable tool for researchers dealing with volcanic phenomena. In the last 20 years, the use of fine-grained volcanic particles (ash) as isochronous marker horizons (tephrochronology), demonstrated to provide high-temporal-resolution, time-stratigraphic information crucial for the dating, correlation, and synchronization of archeological, geological, paleoecological and paleoclimatic records. The main characteristics of tephra are that they are deposited almost synchronously (in a very short time, usually only a few hours, days or weeks) over wide areas forming a layer that has an identical age (isochronous). A tephra layer from a powerful eruption can be spread widely over land, sea and ice, hence forming a thin blanket that has exactly the same age wherever it occurs. The age of the eruption and the tephra deposition can be often determined with Ar/Ar and K/Ar methods and this age is transferred to the sediments where tephra are intercalated. Moreover, the study of volcanic particles (morphology, shape, texture) represents an invaluable tool for the reconstruction of eruptive dynamics, given that conduit ascent and magma fragmentation mechanisms are recorded by quenched ash fragments in terms of density, vesicularity, crystallinity, external shape. Another key aspect of volcanic ash particles is their ability to scavenge and preserve external, secondary chemical elements that are commonly acquired due to gas-particle interaction during transport within the volcanic cloud. Once deposited, the release of toxic metals during the reaction of the volcanic ash with fresh or seawater, the resulting water chemical alteration, and the change in pH, may have important environmental effects; together with the possible suppression of planktonic organisms, they may also cause extinction phases. The project aims at a multidisciplinary approach for the study of key tephra layers, including morphological, textural, geochemical study of fine-grained juvenile particles. Methods will include componentry and image analysis, microprobe and LA-ICP-MS analyses, chromatography and ICP-MS data on leachates from pristine tephra layers.
4) Geomorfologia della piattaforma continentale: un archivio inesplorato per lo studio delle variazioni del livello del mare e delle migrazioni umane [Inglese: Geomorphology of the continental shelf: an unexplored archive of sea-level changes and human migrations]
Docente referente: Prof. Marta Pappalardo marta.pappalardo@unipi.it
Ente finanziatore: DM 118 M4C1 - Inv. 4.1 - PNRR
Descrizione: Il progetto è in linea con le finalità strategiche degli interventi previsti con la Missione M1 “Digitalizzazione, innovazione, competitività, cultura e turismo”, che mira a favorire il rilancio dei settori chiave per l’economia italiana della cultura e del turismo, anche attraverso interventi di valorizzazione di siti storici e culturali, volti a migliorare la capacità attrattiva e la fruibilità dei luoghi. In particolare, la Componente 3 “Turismo e Cultura 4.0”, con la Misura 1 “Patrimonio culturale per la prossima generazione” (M1-C3.1), prevede investimenti per la “Rimozione delle barriere fisiche e cognitive in musei, biblioteche e archivi per consentire un più ampio accesso e partecipazione alla cultura”. Il risultato principale dell’attività di ricerca sarà la realizzazione, nell’ambito della realtà territoriale dell’Area Archeologica e Museo Nazionale dei Balzi Rossi, di una ricostruzione virtuale del paesaggio nelle fasi salienti di frequentazione umana del sito, durante il Paleolitico, quando l’estensione del sito stesso comprendeva ampie porzioni della piattaforma continentale oggi sommersa. Il progetto si armonizza con gli interventi che M1-C3.1 prevede per l’eliminazione, con l’uso delle nuove tecnologie, delle barriere cognitive in aree e parchi archeologici statali. La mancanza totale di conoscenza di una consistente, anzi maggioritaria, porzione del territorio insediato da una popolazione umana nel passato, come è spesso il caso dei siti archeologici costieri, rappresenta una barriera alla conoscenza e comprensione delle dinamiche insediative delle popolazioni umane. Il progetto mira a mettere a punto tecniche di indagine per ovviare a questo “bias” che potranno essere applicate a casi di studio con caratteristiche analoghe in altre parti del mondo. L’innovativa metodologia di indagine si gioverà di tecniche e strumentazioni disponibili grazie alle più recenti tecnologie di indagine dei caratteri morfologici e geologici delle aree sommerse.
ENG: During the last, as well as previous climatic cycles, large portions of the continental shelf have been exposed for prolonged time spans during sea-level fluctuations. Exogenous processes have produced landforms only partly obliterated by subsequent flooding triggered by sea-level rise. Those landforms, presently submerged, can be detected through the interpretation of high-resolution bathymetric surveys, but ground-truthing of the deposits associated to them is crucial to unravel their enormous potential as archives of paleo-environmental modifications, sea-level changes and human migrations evidence. Exploitation of submerged landforms as natural archives has been so far hampered mostly by technical issues. The proposed PhD project is challenging these issues thanks to the availability of a huge amount of information on sea-bottom morphology and subsurface stratigraphy made available as the SPHeitage Project outcomes (https://spheritage.dst.unipi.it/ PI: Marta Pappalardo). These include a high-resolution DTM derived from multibeam survey, a network of closely-spaced seismic lines and a total amount of 50 m of sediment cores. Data are clustered on a 35 km2 stretch of the Liguro-Provençal continental shelf by the Italian-French border. In this area there are inland witnesses of at least three interglacial shorelines as well as traces of human settlement of Prehistoric populations belonging to different human species. The Candidate will be trained to the interpretation of the different types of data available. Landforms identification and interpretation will unable to identify and date submerged shorelines associated to multiple sea-level stands. A suite of geological indicators will provide a closer insight in relative sea-level history of the last climate cycle. Particularly, new evidence will be gained for MIS 4 to 2, and possibly for the Lateglacial, for which direct palaeo sea-level evidence is scanty. These data will be cross checked with available sea-level prediction models for the area, providing tips on its geodynamic setting. Being the study area an internationally recognized crossroad for Palaeolithic populations, reconstructing the displacement of the shoreline and the environmental conditions during relevant cultural phases such as the Neanderthal-Sapiens transition and the development of the Gravettian culture around LGM, will provide a relevant contribution to the scientific debate on human migration patterns during Prehistory and open an avenue of fruitful interdisciplinary collaborations.
5) Il ghiaccio del permafrost nelle Alpi Sud Occidentali: un reservoir d’acqua a lungo termine [Inglese: Permafrost ice in the SW Alps: a long-term water reservoir]
Docente referente: Prof. Adriano Ribolini adriano.ribolini@unipi.it
Ente finanziatore: DM 118 M4C1 - Inv. 4.1 - Pubblica amministrazione
Descrizione: Il progetto risulta coerente con la Missione 2 del PNRR che ha fra gli obiettivi quello di incrementare la capacità di resilienza ai cambiamenti climatici, sostenendo investimenti in ricerca anche volti a favorire un utilizzo efficiente delle risorse d'acqua. In particolare, M2C4 sottolinea la necessità di sviluppare temi inerenti alla tutela della risorsa idrica. Il progetto di dottorato ha come obiettivo quello di sviluppare un approccio metodologico, associato a verifiche puntuali, per stimare la quantità di risorsa d'acqua disponibile allo stato solido nel permafrost di una regione alpina. I risultati di questa ricerca di dottorato possono essere visti come un riferimento per le altre regioni alpine, la cui criosfera rappresenta un serbatoio d'acqua determinante per l'approvvigionamento di vaste regioni del territorio italiano. Le recenti crisi di aridità, e la previsione che il cambiamento climatico in corso ne favorirà altre, rendono il tema della conoscenza della risorsa acqua in tutte le sue forme rilevante ed urgente. Il progetto di dottorato, quindi può contribuire ad una quantificazione della risorsa d’acqua allo stato solido presente nel serbatoio nascosto rappresentato dal permafrost.
ENG: In the context of ongoing climate change, it has become clear that also the southern flank of the Alps and the Italian territory in general are sensitive to prolonged periods of drought. The Alpine cryosphere represents an important solid-state water reservoir, the knowledge of which is a crucial point for estimating the millimetres of water potentially available in an annual and multi-year water balance. In this context, the ice contained in the permafrost is an important element of the cryosphere, as it represents a long-term solid-state water reservoir protected from direct solar radiation by the surface debris layer (i.e. the active layer). The evaluation of permafrost extension and thickness is therefore the subject of numerous geomorphological, geophysical, climatic, and regional-scale modelling researches, especially in the mountainous arid regions of the Earth. A quantitative approach for the volumetric evaluation of the water potential for the Italian Alpine region still needs to be carefully defined. The water potential can be performed on mountain slope debris accumulation characterized by permafrost creep (i.e. rock glacier) by combining geomorphological surveys, near-surface geophysics and volumetric reconstructions of the permafrost ice based on numerical modelling.
The PhD project aims to study the permafrost ice present in the rock glaciers of the South-Western Alps through remote sensing morphometric analysis, interpretation of near-surface geophysical data (Ground-Penetrating Radar-GPR, Electrical Resistivity Tomography-ERT), and volumetric reconstructions based on creep models of ice-rich debris mixtures. After having defined thicknesses and extensions of the permafrost ice, the PhD project will have to deal with generalizing 2D observations to obtain volumetric reconstructions via a numerical modelling approach. After having defined thicknesses and extensions of the permafrost ice, the PhD project will have to generalize 2D observations to obtain volumetric reconstructions via numerical modelling procedures anchored to the rock glacier mechanics. The methodological approach can be fine-tuned in test sites where high density subsurface data are available, then extended to other rock glaciers by modulating parameters (shape, thickness, ice density) to adapt to the different characteristics. The ideal candidate will have in-depth knowledge of rock glacier formation/kinematics, develop skills in interpreting GPR and ERT data, and ability to use/implement modeling procedures on GIS platforms.
6) Uso di metodi geofisici, di tecniche di inversione e di machine learning per l’indagine di siti caratterizzati da pericolosità elevata (es: frane, sinkhole, discariche, argini) [Inglese: Use of geophysical methods, inversion techniques and machine learning for the investigation of sites characterized by high degree of risk (e.g. landslides, sinkholes, landfills, embankments)]
Docente referente: Prof. Andrea Tognarelli andrea.tognarelli@unipi.it
Ente finanziatore: DM 118 M4C1 - Inv. 4.1 - PNRR
Descrizione: Uno degli aspetti che può permettere la mitigazione del rischio connesso ad alcuni fenomeni ambientali e naturali o attività antropiche, che è uno degli obbiettivi M4C1 è la valutazione della pericolosità ad essi associata per la cui stima è necessaria una conoscenza approfondita ed accurata dei parametri elettrici, elettromagnetici ed elastici del sottosuolo. Tale conoscenza può essere ricavata tramite l’applicazione di tecniche geofisiche per indagini superficiali che, attraverso opportune acquisizioni ed elaborazioni del dato registrato ne permettono la ricostruzione. L’analisi quantitativa dei diversi fattori in gioco, il loro ruolo e l’eventuale loro interconnessione sono elementi determinanti per le decisioni da intraprendere riguardo il ripristino o la messa in sicurezza del fenomeno relativo alla pericolosità ambientale investigato. Da ciò ne consegue la necessità di messa a punto di una procedura che, con il supporto delle indicazioni fornite dall’intelligenza artificiale appositamente addestrata, consenta di prendere le decisioni opportune sulla base dei dati acquisiti ed elaborati, dove l’interpretazione è stata effettuata mediante l’utilizzo di criteri il più possibile oggettivi.
ENG: The project aims at forming the PhD student at using the proper geophysical methods for the investigation and analysis of areas where there is a condition of a high degree of risk, such as landslide, sinkhole , embankments, landfills, which can be potentially dangerous for the environment and for the people. The techniques used range from standard approach, such as electrical tomography, multi-channel analysis of surface waves (MASW), seismic reflection and refraction investigations and electromagnetic methods, to advanced approaches applied to the modeling and to the inversion. The acquired data will be processed with innovative methodologies, while the inversion for the estimation of the subsurface parameters will be carried out by the Markov Chain Monte Carlo and Ensemble-Based techniques making use of the Bayesian approach allowing the estimation of the uncertainty of the predicted parameters. In this context, machine learning techniques will be used for different tasks: speed up the inversion process by reducing the number of required forward modeling, especially for those methodologies where modeling is computationally expensive; training models that are consistent with the objectives of the investigation will provide preliminary models which can be updated and improved with an iterative approach. The relationship between the estimated parameters (such as the velocity of the compressional and shear waves, the resistivity, the water saturation) will be used in order to provide a complete description of the phenomenon under investigation making easier the subsequent interpretative phase. Time-lapse effects of interest in this context will be taken into account, for example those associated with different saturation or salinity conditions of the waters near the surface.
7) Combinazione di metodi di waveform stacking e deep learning per la determinazione simultanea della localizzazione e dei meccanismi focali di eventi microsismici in ambienti vulcanici e geotermici [Inglese: Simultaneous location and focal mechanisms determination of microseismic events in volcanic and geothermal environments combining waveform stacking methods and deep learning]
Docente referente: dott. Francesco Grigoli francesco.grigoli@unipi.it
Ente finanziatore: INGV (Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia)
Descrizione: Machine Learning is heavily changing many scientific fields including geosciences (Marone 2018). ML techniques are particular useful in the analysis of seismicity associated to volcanic and geothermal activity. Fluid movements in volcanic environments often cause seismicity, in the form of volcano-tectonic (VT) as well as long- or very-long-period signals (LPs, VLPs) and tremor, associated to shear and tension failures along new or pre-existing structures, and resonance within the plumbing system. The analysis of (micro)seismicity can be leveraged to identify fluid pathways and fracture systems that are activated during volcanic unrest and eruption (McNutt et al. 2015). High resolution locations of seismicity and focal mechanisms, in combination with signal classification techniques, can be used to track the migration of seismic activity and thus the magma pathways, leading up to possible eruption. However, seismological data in volcanic environments are strongly noise-contaminated, due to both weak seismic sources and high seismic noise, so that robust and fully automated data analysis procedures must be employed. Despite recent advancements in Deep Learning Seismology (Mousavi and Beroza 2022), automated source characterization of microseismicity remains challenging due to the difficulties in modeling high-frequency signals and the sensitivity with respect to the noise (Cesca and Grigoli 2015). To overcome these problems, we propose within this phd project an innovative workflow for the source characterization of microseismicity in volcanic environments that combines Deep Learning techniques with waveform stacking procedures (Shi et al. 2022; Nooshiri et al. 2022; Zhang et al. 2022), with the final aim to resolve moment tensors beyond the current lower magnitude threshold. To achieve this target, we plan to combine a waveform-based techniques (Moment Tensor Imaging - MTI) (Chambers et al. 2014; Massin et al. 2018, Zhang et al. 2022) that simultaneously locates and characterize the seismic source, with deep learning methods. The MTI technique is based on the stacking of polarity-corrected characteristic functions that return a image containing the features of the source mechanism. This approach is not based on the optimization of an objective function through an inversion, this means that modeling high-frequency green functions are not required (Massin et al. 2014). A Deep Learning engine (based on CNN and GAN) will automatically associate the MTI image it to the corresponding source mechanism. A key advantage of the algorithm is that it can be trained using synthetic seismic data only, so it is applicable to scenarios where there are insufficient real data for training. In order to validate the method we will test it with datasets from different volcanic areas of the world including Italy, Iceland and Japan.
Concorsi per l’ammissione ai dottorati dell'Università di Pisa (A.A. 2022/2023)
38° ciclo in Geoscienze e Ambiente
Per il bando in scadenza l’8 agosto 2022 alle ore 13:00, sono previste per il corso di dottorato in Geoscienze e Ambiente le seguenti posizioni:
1) Graduatoria unica per corso di dottorato - tematica aperta
POSTI A CONCORSO: 5 di cui 4 con borsa (finanziamento UNIPI) e 1 senza borsa
2) Graduatoria per il tema/progetto “Risorse idriche e cambiamenti climatici: dati passati e proiezioni future per una gestione sostenibile nell'area appenninica”
POSTI A CONCORSO: 1 con borsa (a valere su finanziamenti ministeriali PNRR - decreto n.351/2022)
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Per il bando in scadenza il 23 agosto 2022 alle ore 13:00, sono previste per il corso di dottorato in Geoscienze e Ambiente le seguenti posizioni:
1) Graduatoria per il tema/progetto “Realizzazione e analisi di topografie ad alta risoluzione in aree vulcaniche attive ottenute con dati telerilevati e finalizzate a studi di pericolosità”
POSTI A CONCORSO: 1 di cui 1 con borsa (a valere su finanziamenti INGV)
Scarica il bando (CHIUSO)
Per il bando in scadenza il 1 febbraio 2023 alle ore 13:00, sono previste per il corso di dottorato in Geoscienze e Ambiente le seguenti posizioni:
1) Graduatoria unica per corso di dottorato - tematica aperta sul tema "Approcci di eScience per la ricerca scientifica sulle grandi sfide ambientali” – “eScience approaches supporting the research activities on environmental grand challenges”.
POSTI A CONCORSO: 3 borse interamente finanziate dal progetto PNRR-Infrastrutture ITINERIS
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