Geotermia
La determinazione e lo studio del flusso di calore terrestre e delle sue relazioni con la tettonica, la circolazione dei fluidi sotterranei e le risorse geotermiche sono gli argomenti principali di questo tema di ricerca. Le metodologie geofisiche adottate sono sia teoriche sia sperimentali e hanno come obiettivo il miglioramento delle conoscenze sui processi di trasferimento di calore nonché l’esplorazione geofisica dei sitemi geotermici terrestri e marini. L’analisi delle temperature misurate nel sottosuolo, delle proprietà termofisiche (quali la conducibilità termica, la resistività elettrica, la densità e la magnetizzazione) e dei dati di flusso di calore permette di riconoscere la tipologia di regime termico e la caratterizzazione dei modelli concettuali dei sistemi geotermici. Questi aspetti sono pertanto cruciali non solo per la modellazione della struttura termica crostale e litosferica, ma anche per le applicazioni che riguardano le energie rinnovabili. Lo studio dello stato termico, delle proprietà termiche e fisiche del sottosuolo è infatti fondamentale anche in termini di risorse energetiche geotermiche. Questa forma di energia sostenibile e rinnovabile, nei suoi diversi aspetti tecnici (usi elettrici, diretti, pompe di calore geotermiche, ecc.) sta diventando sempre più di interesse strategico. (E. Armadillo, F. Caratori Tontini, M. Verdoya) 

Vulcani sottomarini e sistemi idrotermali
I vulcani sottomarini sono ambienti in cui quantita' significative di massa e calore vengono mosse tra litosfera, idrosfera e biosfera terrestre. Nonostante la dimensione spaziale di tali siti sia trascurabile rispetto all'area totale degli oceani, si stima che le sorgenti idrotermali sottomarine siano responsabili di ~25% dell'intero calore disperso attraverso la superficie terrestre, emettendo fluidi con temperature fino a 400 °C, e dove sopravvivono comunita' biologiche uniche. Tramite questi processi, una quantita' significativa di minerali metallici viene depositata sui fondali oceanici. 
Gli argomenti principali sviluppati nell’ambito di questa ricerca sono:

1. Studi di alta risoluzione di sistemi attivi nell'arco di Kermadec e nel Tirreno Meridionale mediante l'integrazione di metodi geofisici e lo sviluppo di algoritmi di interpretazione quantitativa dei dati misurati, in collaborazione con enti di ricerca nazionali (e.g., Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia) ed internazionali (e.g., GNS Science). (F. Caratori Tontini)
2. Studi di mineralizzazione nelle ofioliti liguri e loro evoluzione tettonico-metamorfica, in particolare depositi di Mn, metalli critici e VMS a solfuri di Cu-Fe originati nel bacino della Tetide da analoghi processi di circolazione idrotermale di fluidi in crosta oceanica (D. Belmonte, R. Cabella, C. Carbone, P. Marescotti)

Proprieta' termodinamiche e chimico-fisiche dei minerali dell'interno della Terra
Le proprieta' chimico-fisiche e termodinamiche dei minerali dell’interno della Terra sono fondamentali per la comprensione dei processi dinamici e dell’evoluzione del nostro Pianeta e dei corpi planetari. Questo tema di ricerca è articolato nei seguenti argomenti:

1. Proprietà termodinamiche e stabilità di minerali, fusi e fluidi all’interno della Terra mediante calcoli ab initio (DFT, molecular dynamics) e modelling computazionale
2. Diagrammi di fase in condizioni estreme di pressione e temperatura
3. Proprietà  elastiche e transizioni di fase ad alta P e T
4. Fusione ed equilibri di fase solido-liquido-gas all’interno della Terra e dei pianeti

La ricerca è svolta in collaborazione con enti di ricerca nazionali ed internazionali (CNR-SCITEC Milano, IPGP – Institut de Physique du Globe de Paris, IMPMC - Institute de Minéralogie, de Physique des Matériaux et de Cosmochimie, Sorbonne Université, Paris) e finanziata su progetti PRIN-MUR e CINECA HPC (ISCRA, Italian SuperComputing Resource Allocation). (D. Belmonte)