Hvala vam što ste posjetili Nature.com. Verzija preglednika koju koristite ima ograničenu podršku za CSS. Za najbolje iskustvo, preporučujemo da koristite ažurirani preglednik (ili isključite način kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bismo osigurali kontinuiranu podršku, prikazat ćemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Izvještavamo o dokazima aktivnog izdizanja morskog dna i emisija plina nekoliko kilometara od obale luke Napulj (Italija). Udubljenja, humci i krateri su karakteristike morskog dna. Ove formacije predstavljaju vrhove plitkih kora struktura, uključujući pagode, rasjede i nabore koji danas utiču na morsko dno. Zabilježili su izdizanje, pritisak i oslobađanje helija i ugljičnog dioksida u reakcijama dekarbonizacije talina plašta i stijena kore. Ovi plinovi su vjerovatno slični onima koji hrane hidrotermalne sisteme Ischije, Campi Flegre i Soma-Vezuva, što sugerira izvor plašta pomiješan s kora fluidima ispod Napuljskog zaljeva. Podmorska ekspanzija i ruptura uzrokovani procesom podizanja plina i pritiska zahtijevaju nadpritisak od 2-3 MPa. Izdizanje morskog dna, rasjedi i emisije plina su manifestacije nevulkanskih poremećaja koji mogu najaviti erupcije morskog dna i/ili hidrotermalne eksplozije.
Dubokomorska hidrotermalna (vruća voda i plin) ispuštanja su uobičajena karakteristika srednjookeanskih grebena i konvergentnih rubova ploča (uključujući potopljene dijelove otočnih lukova), dok su hladna ispuštanja plinskih hidrata (klatrata) često karakteristična za kontinentalne police i pasivne rubove1, 2,3,4,5. Pojava hidrotermalnih ispuštanja na morskom dnu u obalnim područjima podrazumijeva izvore topline (rezervoare magme) unutar kontinentalne kore i/ili plašta. Ova ispuštanja mogu prethoditi usponu magme kroz najgornje slojeve Zemljine kore i kulminirati erupcijom i postavljanjem vulkanskih podmorskih planina6. Stoga je identifikacija (a) morfologija povezanih s aktivnom deformacijom morskog dna i (b) emisija plina u blizini naseljenih obalnih područja poput vulkanske regije Napulj u Italiji (~1 milion stanovnika) ključna za procjenu mogućih vulkana. Plitka erupcija. Nadalje, dok su morfološke karakteristike povezane s dubokomorskim hidrotermalnim ili hidratnim emisijama plina relativno dobro poznate zbog svojih geoloških i bioloških svojstava, izuzeci su morfološke karakteristike povezane s plićim vodama, osim onih koje se javljaju u jezeru... 12, postoji relativno malo zapisa. Ovdje predstavljamo nove batimetrijske, seizmičke, podatke o vodenom stupcu i geokemijske podatke za podvodno, morfološki i strukturno složeno područje pogođeno emisijama plinova u Napuljskom zaljevu (južna Italija), otprilike 5 km od luke Napulj. Ovi podaci prikupljeni su tokom krstarenja SAFE_2014 (august 2014.) na brodu R/V Urania. Opisujemo i interpretiramo strukture morskog dna i podzemlja gdje dolazi do emisija plinova, istražujemo izvore fluida koji se ispuštaju, identificiramo i karakteriziramo mehanizme koji reguliraju porast plina i povezane deformacije, te raspravljamo o utjecajima vulkanologije.
Napuljski zaljev formira pliokvartarni zapadni rub, izduženu tektonsku depresiju Kampanije u pravcu SZ-JI 13,14,15. Istočnoistočni dio Ischije (oko 150-1302. godine), krater Campi Flegre (oko 300-1538. godine) i Soma-Vezuv (od <360-1944. godine). Raspored ograničava zaljev na sjeveru) 15, dok jug graniči sa Sorrentskim poluostrvom (slika 1a). Napuljski zaljev je pod utjecajem prevladavajućih značajnih rasjeda sjeveroistok-jugozapad i sekundarnih značajnih rasjeda sjeverozapad-jugozapad (slika 1) 14,15. Ischia, Campi Flegrei i Somma-Vezuv karakteriziraju se hidrotermalnim manifestacijama, deformacijom tla i plitkom seizmičnošću 16,17,18 (npr. turbulentni događaj kod Campi Flegreija 1982-1984. godine, s izdizanjem od 1,8 m i hiljadama zemljotresa). Nedavne studije 19,20 sugeriraju da bi moglo doći do Veza između dinamike Soma-Vezuva i Campi Flegrea, moguće povezana s 'dubokim' pojedinačnim rezervoarima magme. Vulkanska aktivnost i oscilacije nivoa mora u posljednjih 36 hiljada godina Campi Flegrea i 18 hiljada godina Somma Vezuva kontrolirale su sedimentni sistem Napuljskog zaliva. Nizak nivo mora na posljednjem glacijalnom maksimumu (18 hiljada godina) doveo je do regresije plitkog sedimentnog sistema na otvorenom moru, koji je potom ispunjen transgresivnim događajima tokom kasnog pleistocena-holocena. Emisije podmorskih gasova otkrivene su oko ostrva Ischia i uz obalu Campi Flegrea i u blizini planine Soma-Vezuv (slika 1b).
(a) Morfološki i strukturni rasporedi kontinentalnog šelfa i Napuljskog zaliva 15, 23, 24, 48. Tačke predstavljaju glavne centre podmorskih erupcija; crvene linije predstavljaju glavne rasjede. (b) Batimetrija Napuljskog zaliva sa detektovanim otvorima fluida (tačke) i tragovima seizmičkih linija (crne linije). Žute linije su putanje seizmičkih linija L1 i L2 prikazane na Slici 6. Granice kupolastih struktura Banco della Montagna (BdM) označene su plavim isprekidanim linijama u (a,b). Žuti kvadrati označavaju lokacije profila akustičnog vodenog stuba, a okviri CTD-EMBlank, CTD-EM50 i ROV prikazani su na Slici 5. Žuti krug označava lokaciju ispuštanja uzorkovanja gasa, a njegov sastav je prikazan u Tabeli S1. Golden Software (http://www.goldensoftware.com/products/surfer) koristi grafiku generiranu pomoću Surfer® 13.
Na osnovu podataka dobijenih tokom krstarenja SAFE_2014 (august 2014.) (vidi Metode), konstruisan je novi Digitalni model terena (DTM) Napuljskog zaliva sa rezolucijom od 1 m. DTM pokazuje da morsko dno južno od luke Napulj karakteriše blago nagnuta površina okrenuta prema jugu (nagib ≤3°) koju prekida kupolasta struktura dimenzija 5,0 × 5,3 km, lokalno poznata kao Banco della Montagna (BdM). Slika... 1a,b).BdM se razvija na dubini od oko 100 do 170 metara, 15 do 20 metara iznad okolnog morskog dna. Kupola BdM-a pokazala je morfologiju sličnu humku zbog 280 subkružnih do ovalnih humaka (slika 2a), 665 konusa i 30 jama (slike 3 i 4). Humak ima maksimalnu visinu i obim od 22 m i 1.800 m, respektivno. Kružnost [C = 4π(površina/obim²)] humaka smanjivala se s povećanjem obima (slika 2b). Aksijalni omjeri za humke kretali su se između 1 i 6,5, pri čemu humci s aksijalnim omjerom >2 pokazuju preferirani pružanje N45°E + 15° i disperziraniji sekundarni, disperziraniji pružanje N105°E do N145°E (slika 2c). Pojedinačni ili poravnati konusi postoje na BdM ravni i na vrhu humka (Sl. 3a,b). Konusni raspored prati raspored humaka na kojima se nalaze. Udubljenja se obično nalaze na ravnom morskom dnu (Sl. 3c), a povremeno i na humcima. Prostorne gustoće konusa i udubljenja pokazuju da predominantno poravnanje sjeveroistok-jugozapad ograničava sjeveroistočne i jugozapadne granice BdM kupole (Sl. 4a,b); manje proširena ruta sjeverozapad-jugoistok nalazi se u centralnoj BdM regiji.
(a) Digitalni model terena (veličina ćelije 1 m) kupole Banco della Montagna (BdM).(b) Obim i zaobljenost BdM humka.(c) Aksijalni odnos i ugao (orijentacija) glavne ose elipse koja najbolje okružuje humku. Standardna greška digitalnog modela terena je 0,004 m; standardne greške obima i zaobljenosti su 4,83 m i 0,01, respektivno, a standardne greške aksijalnog odnosa i ugla su 0,04 i 3,34°, respektivno.
Detalji identifikovanih konusa, kratera, humaka i jama u BdM regiji izvučeni iz DTM-a na Slici 2.
(a) Konusi za poravnanje na ravnom morskom dnu; (b) konusi i krateri na vitkim humcima u pravcu SZ-JI; (c) udubljenja na blago uronjenoj površini.
(a) Prostorna distribucija detektovanih kratera, jama i aktivnih ispuštanja gasa. (b) Prostorna gustina kratera i jama prikazana u (a) (broj/0,2 km2).
Identifikovali smo 37 gasovitih emisija u BdM regiji na osnovu snimaka ROV ehosondera u vodenom stubu i direktnih posmatranja morskog dna dobijenih tokom krstarenja SAFE_2014 u avgustu 2014. (Slike 4 i 5). Akustične anomalije ovih emisija pokazuju vertikalno izdužene oblike koji se uzdižu sa morskog dna, u rasponu vertikalno između 12 i oko 70 m (Slika 5a). Na nekim mjestima, akustične anomalije su formirale gotovo kontinuirani "niz". Posmatrani oblak mjehurića uveliko varira: od kontinuiranih, gustih tokova mjehurića do kratkotrajnih fenomena (Dodatni film 1). ROV inspekcija omogućava vizuelnu provjeru pojave otvora za tečnost na morskom dnu i ističe male udubljenja na morskom dnu, ponekad okružene crvenim do narandžastim sedimentima (Slika 5b). U nekim slučajevima, ROV kanali reaktiviraju emisije. Morfologija otvora pokazuje kružni otvor na vrhu bez širenja u vodenom stubu. pH u vodenom stubu neposredno iznad tačke ispuštanja pokazao je značajan pad, što ukazuje na kiselije uslove lokalno (Slika 5c,d). Konkretno, pH iznad ispuštanja gasa BdM na Dubina na 75 m smanjila se sa 8,4 (na 70 m dubine) na 7,8 (na 75 m dubine) (Sl. 5c), dok su druge lokacije u Napuljskom zaljevu imale pH vrijednosti između 0 i 160 m u intervalu dubine između 8,3 i 8,5 (Sl. 5d). Značajne promjene u temperaturi i salinitetu morske vode nedostajale su na dvije lokacije unutar i izvan BdM područja Napuljskog zaljeva. Na dubini od 70 m, temperatura je 15 °C, a salinitet oko 38 PSU (Sl. 5c,d). Mjerenja pH, temperature i saliniteta ukazala su na: a) učešće kiselih fluida povezanih s procesom degazacije BdM-a i b) odsustvo ili vrlo sporo ispuštanje termalnih fluida i slane vode.
(a) Prozor za akviziciju akustičnog profila vodenog stuba (ehometar Simrad EK60). Vertikalna zelena traka koja odgovara gasnom izljevu detektovanom na ispuštanju fluida EM50 (oko 75 m ispod nivoa mora) koje se nalazi u BdM regiji; prikazani su i multipleks signali dna i morskog dna. (b) prikupljeni daljinski upravljanim vozilom u BdM regiji. Jedna fotografija prikazuje mali krater (crni krug) okružen crvenim do narandžastim sedimentom. (c,d) CTD podaci višeparametarske sonde obrađeni korištenjem SBED-Win32 softvera (Seasave, verzija 7.23.2). Obrasci odabranih parametara (slanost, temperatura, pH i kisik) vodenog stuba iznad ispuštanja fluida EM50 (panel c) i izvan područja ispuštanja Bdm (panel d).
Prikupili smo tri uzorka plina iz područja istraživanja između 22. i 28. augusta 2014. godine. Ovi uzorci pokazali su slične sastave, u kojima dominira CO2 (934-945 mmol/mol), nakon čega slijede relevantne koncentracije N2 (37-43 mmol/mol), CH4 (16-24 mmol/mol) i H2S (0,10 mmol/mol) -0,44 mmol/mol, dok su H2 i He bili manje zastupljeni (<0,052 i <0,016 mmol/mol, respektivno) (Slika 1b; Tabela S1, Dodatni film 2). Izmjerene su i relativno visoke koncentracije O2 i Ar (do 3,2 i 0,18 mmol/mol, respektivno). Zbir lakih ugljikovodika kreće se od 0,24 do 0,30 mmol/mol i sastoji se od C2-C4 alkana, aromata (uglavnom benzena), propena i spojeva koji sadrže sumpor (tiofen). Vrijednost 40Ar/36Ar je u skladu sa zrakom. (295,5), iako uzorak EM35 (BdM kupola) ima vrijednost od 304, što pokazuje blagi višak 40Ar. Odnos δ15N bio je veći nego za zrak (do +1,98% u odnosu na zrak), dok su se vrijednosti δ13C-CO2 kretale od -0,93 do 0,44% u odnosu na V-PDB. Vrijednosti R/Ra (nakon korekcije za zagađenje zraka korištenjem odnosa 4He/20Ne) bile su između 1,66 i 1,94, što ukazuje na prisustvo velikog udjela He u plaštu. Kombiniranjem izotopa helija sa CO2 i njegovim stabilnim izotopom 22, izvor emisija u BdM može se dodatno razjasniti. Na mapi CO2 za CO2/3He u odnosu na δ13C (slika 6), sastav plina BdM uspoređen je sa sastavom fumarola Ischia, Campi Flegrei i Somma-Vesuvius. Slika 6 također prikazuje teorijske linije miješanja između tri različita izvora ugljika. ...koji mogu biti uključeni u proizvodnju BdM plina: otopljeni taline iz plašta, sedimenti bogati organskim materijama i karbonati. BdM uzorci padaju na liniju miješanja koju prikazuju tri vulkana Campanije, odnosno miješanje između plinova iz plašta (za koje se pretpostavlja da su neznatno obogaćeni ugljičnim dioksidom u odnosu na klasične MORB-ove radi prilagođavanja podataka) i reakcija uzrokovanih dekarbonizacijom kore. Rezultirajuća plinska stijena.
Hibridne linije između sastava plašta i krajnjih članova krečnjaka i organskih sedimenata prikazane su radi poređenja. Okviri predstavljaju područja fumarola Ischia, Campi Flegrei i Somma-Vesvius 59, 60, 61. Uzorak BdM nalazi se u miješanom trendu vulkana Campania. Krajnji član miješane linije je iz plašta, a to je plin proizveden reakcijom dekarburizacije karbonatnih minerala.
Seizmički presjeci L1 i L2 (slike 1b i 7) pokazuju prijelaz između BdM i distalnih stratigrafskih sekvenci vulkanskih regija Somma-Vezuv (L1, slika 7a) i Campi Flegrei (L2, slika 7b). BdM karakterizira prisustvo dvije glavne seizmičke formacije (MS i PS na slici 7). Gornja (MS) pokazuje subparalelne reflektore visoke do umjerene amplitude i lateralnog kontinuiteta (slika 7b,c). Ovaj sloj uključuje morske sedimente vučene sistemom Posljednjeg glacijalnog maksimuma (LGM) i sastoji se od pijeska i gline23. Donji PS sloj (slika 7b-d) karakterizira haotična do prozirna faza u obliku stupova ili pješčanih satova. Vrh PS sedimenata formirao je humke na morskom dnu (slika 7d). Ove geometrije slične dijapirima pokazuju prodor prozirnog PS materijala u najgornje MS naslage. Izdizanje je odgovorno za formiranje nabora i rasjeda koji utječu na MS sloj i prekrivajući današnje sedimente morskog dna BdM (Sl. 7b–d). MS stratigrafski interval je jasno delaminiran u ENE dijelu L1 sekcije, dok prema BdM postaje bjelji zbog prisustva sloja zasićenog plinom (GSL) prekrivenog nekim unutrašnjim nivoima MS sekvence (Sl. 7a). Gravitacijske jezgre prikupljene na vrhu BdM-a koje odgovaraju prozirnom seizmičkom sloju ukazuju na to da se gornjih 40 cm sastoji od pijeska taloženog nedavno do danas; )24,25 i fragmenti plovućca iz eksplozivne erupcije vulkana Campi Flegrei „Napuljskog žutog tufa“ (14,8 ka)26. Prozirna faza PS sloja ne može se objasniti samo haotičnim procesima miješanja, jer su haotični slojevi povezani s klizištima, tokovima blata i piroklastičnim tokovima pronađeni izvan BdM-a u Napuljskom zaljevu akustički neprozirni21,23,24. Zaključujemo da uočene seizmičke facije BdM PS-a, kao i izgled podmorskog izdanka PS sloja (slika 7d), odražavaju izdizanje prirodnog plina.
(a) Jednokanalni seizmički profil L1 (navigacijski trag na Sl. 1b) koji prikazuje stupčasti (pagoda) prostorni raspored. Pagoda se sastoji od haotičnih naslaga plovućca i pijeska. Sloj zasićen plinom koji postoji ispod pagode uklanja kontinuitet dubljih formacija. (b) Jednokanalni seizmički profil L2 (navigacijski trag na Sl. 1b), koji ističe urezivanje i deformaciju humaka morskog dna, morskih (MS) i naslaga plovućca i pijeska (PS). (c) Detalji deformacije u MS i PS prikazani su u (c,d). Pod pretpostavkom brzine od 1580 m/s u najgornjem sedimentu, 100 ms predstavlja oko 80 m na vertikalnoj skali.
Morfološke i strukturne karakteristike BdM-a slične su drugim podmorskim hidrotermalnim i plinskim hidratnim poljima širom svijeta2,12,27,28,29,30,31,32,33,34 i često su povezane s izdizanjima (svodovi i humci) i ispuštanjem plina (konusi, jame). Konusi i jame poravnati s BdM-om i izduženi humci ukazuju na strukturno kontroliranu propusnost (slike 2 i 3). Prostorni raspored humaka, jama i aktivnih otvora sugerira da je njihova distribucija djelimično kontrolirana udarnim pukotinama SZ-JI i SI-JZ (slika 4b). Ovo su preferirani pravci rasjednih sistema koji utječu na vulkanska područja Campi Flegrei i Somma-Vezuv te Napuljski zaljev. Konkretno, struktura prvog kontrolira lokaciju hidrotermalnog ispuštanja iz kratera Campi Flegrei35. Stoga zaključujemo da rasjedi i pukotine u Napuljskom zaljevu predstavljaju preferirani put za migraciju plina na površinu, karakteristiku koju dijele i drugi strukturno kontrolirani hidrotermalni izvori. sistemi36,37. Važno je napomenuti da BdM konusi i jame nisu uvijek bili povezani s humcima (Sl. 3a,c). To sugerira da ovi humci ne predstavljaju nužno prekursore formiranja jama, kao što su drugi autori sugerirali za zone plinskih hidrata32,33. Naši zaključci podržavaju hipotezu da poremećaj sedimenata morskog dna kupole ne dovodi uvijek do formiranja jama.
Tri prikupljene plinovite emisije pokazuju hemijske potpise tipične za hidrotermalne fluide, i to uglavnom CO2 sa značajnim koncentracijama redukujućih plinova (H2S, CH4 i H2) i lakih ugljikovodika (posebno benzena i propilena)38,39, 40, 41, 42, 43, 44, 45 (Tabela S1). Prisustvo atmosferskih plinova (kao što je O2), za koje se ne očekuje da budu prisutni u emisijama podmornica, može biti posljedica kontaminacije iz zraka rastvorenog u morskoj vodi koji dolazi u kontakt sa plinovima uskladištenim u plastičnim kutijama koje se koriste za uzorkovanje, dok se ROV-ovi vade sa dna okeana u more radi pobune. Suprotno tome, pozitivne vrijednosti δ15N ​​i visok N2/Ar (do 480) znatno viši od ASW (voda zasićena zrakom) sugeriraju da se većina N2 proizvodi iz ekstraatmosferskih izvora, što je u skladu s predominantnim hidrotermalnim porijeklom ovih plinova. Hidrotermalno-vulkansko porijeklo BdM plina potvrđeno je sadržajem CO2 i He i njihovim izotopskim potpisima. Izotopi ugljika (δ13C-CO2 od -0,93% do +0,4%) i vrijednosti CO2/3He (od 1,7 × 1010 do 4,1 × 1010) sugeriraju da uzorci BdM pripadaju mješovitom trendu fumarola oko krajnjih članova plašta Napuljskog zaljeva i dekarbonizacije. Odnos između plinova proizvedenih reakcijom (Slika 6). Preciznije, uzorci plina BdM nalaze se duž trenda miješanja na približno istoj lokaciji kao i fluidi iz susjednih vulkana Campi Flegrei i Somma-Veusivus. Oni su više koroviti od fumarola Ischia, koji su bliže kraju plašta. Somma-Vezuv i Campi Flegrei imaju veće vrijednosti 3He/4He (R/Ra između 2,6 i 2,9) od BdM (R/Ra između 1,66 i 1,96; Tabela S1). Ovo sugerira da je dodavanje i akumulacija radiogenog He potekla iz istog izvora magme koji... hranili su vulkane Somma-Vesuvius i Campi Flegrei. Odsustvo detektabilnih frakcija organskog ugljika u emisijama BdM-a sugerira da organski sedimenti nisu uključeni u proces degazacije BdM-a.
Na osnovu gore navedenih podataka i rezultata eksperimentalnih modela kupolastih struktura povezanih s podmorskim regijama bogatim plinom, duboki pritisak plina može biti odgovoran za formiranje BdM kupola kilometarske skale. Da bismo procijenili nadpritisak Pdef koji vodi do BdM svoda, primijenili smo model mehanike tankih ploča33,34 pretpostavljajući, na osnovu prikupljenih morfoloških i seizmičkih podataka, da je BdM svod subkružna ploča radijusa a većeg od deformiranog mekog viskoznog naslaga. Vertikalni maksimalni pomak w i debljina h (Dopunska slika S1). Pdef je razlika između ukupnog pritiska i statičkog pritiska stijene plus pritiska vodenog stupca. Kod BdM, radijus je oko 2.500 m, w je 20 m, a h maksimum procijenjen iz seizmičkog profila je oko 100 m. Izračunavamo Pdef 46Pdef = w 64 D/a4 iz relacije, gdje je D krutost na savijanje; D je dat sa (E h3)/[12(1 – ν2)], gdje je E Youngov modul elastičnosti naslaga, ν je Poissonov omjer (~0,5)33. Budući da se mehanička svojstva BdM sedimenata ne mogu mjeriti, postavljamo E = 140 kPa, što je razumna vrijednost za obalne pjeskovite sedimente47 slične BdM14,24. Ne uzimamo u obzir veće vrijednosti E navedene u literaturi za naslage muljevite gline (300 < E < 350.000 kPa)33,34 jer se BDM naslage uglavnom sastoje od pijeska, a ne od mulja ili muljevite gline24. Dobijamo Pdef = 0,3 Pa, što je u skladu s procjenama procesa izdizanja morskog dna u okruženjima bazena plinskih hidrata, gdje Pdef varira od 10-2 do 103 Pa, pri čemu niže vrijednosti predstavljaju nizak odnos vode i vode (w/a) i/ili vode. U BdM-u, smanjenje krutosti zbog lokalnog zasićenja sedimenta plinom i/ili pojava već postojećih pukotina također može doprinijeti otkazivanju i posljedičnom oslobađanju plina, omogućavajući formiranje uočenih ventilacijskih struktura. Prikupljeni reflektirani seizmički profili (Sl. 7) pokazali su da su sedimenti PS podignuti iz GSL-a, gurajući prema gore prekrivajuće morske sedimente MS-a, što je rezultiralo humcima, naborima, rasjedima i sedimentnim rezovima (Sl. 7b,c). Ovo sugerira da je plovućac star 14,8 do 12 ka prodro u mlađi sloj MS-a kroz proces transporta plina prema gore. Morfološke karakteristike strukture BdM mogu se vidjeti kao rezultat nadpritiska stvorenog ispuštanjem fluida koje proizvodi GSL. S obzirom na to da se aktivno ispuštanje može vidjeti s morskog dna do preko 170 m dubine48, pretpostavljamo da nadpritisak fluida unutar GSL-a prelazi 1.700 kPa. Migracija plinova prema gore u sedimentima također je imala učinak ribanja materijala sadržanog u MS-u, što objašnjava prisustvo haotičnih sedimenata u gravitacijskim jezgrama uzorkovanim na BdM25. Nadalje, Preveliki pritisak GSL-a stvara složeni sistem fraktura (poligonalni rasjed na slici 7b). Zajedno, ova morfologija, struktura i stratigrafsko naseljavanje, nazvani "pagode"49,50, prvobitno su pripisani sekundarnim efektima starih glacijalnih formacija, a trenutno se tumače kao efekti podizanja plina31,33 ili evaporita50. Na kontinentalnom rubu Kampanije, evaporativni sedimenti su rijetki, barem unutar gornjih 3 km kore. Stoga je mehanizam rasta BdM pagoda vjerovatno kontroliran podizanjem plina u sedimentima. Ovaj zaključak podržavaju transparentne seizmičke facije pagode (slika 7), kao i podaci gravitacijskog jezgra, kao što je prethodno objavljeno24, gdje današnji pijesak eruptira s 'Pomici Principali'25 i 'Napuljskim žutim tufom'26 Campi Flegrei. Nadalje, PS naslage su prodrle i deformirale najgornji MS sloj (slika 7d). Ovaj strukturni raspored sugerira da pagoda predstavlja izdizanje struktura, a ne samo plinovod. Dakle, dva glavna procesa upravljaju formiranjem pagode: a) gustoća mekog sedimenta se smanjuje kako plin ulazi odozdo; b) smjesa plina i sedimenta se podiže, što je uočeno nabiranje, rasjedanje i pukotine uzrokovane MS naslagama (Slika 7). Sličan mehanizam formiranja predložen je za pagode povezane s plinskim hidratima u Južnom Škotskom moru (Antarktik). BdM pagode su se pojavljivale u grupama u brdovitim područjima, a njihov vertikalni opseg u prosjeku je iznosio 70-100 m u dvosmjernom vremenu putovanja (TWTT) (Slika 7a). Zbog prisutnosti MS undulacija i uzimajući u obzir stratigrafiju gravitacijskog jezgra BdM-a, zaključujemo da je starost formiranja struktura pagode manja od oko 14-12 ka. Nadalje, rast ovih struktura je još uvijek aktivan (Slika 7d) jer su neke pagode prodrle i deformirale prekrivajući današnji BdM pijesak (Slika 7d).
Neuspjeh pagode da pređe današnje morsko dno ukazuje na to da (a) porast gasa i/ili lokalni prekid miješanja gasa i sedimenta, i/ili (b) mogući lateralni tok smjese gasa i sedimenta ne dozvoljava lokalizovani proces nadpritiska. Prema modelu teorije dijapira52, lateralni tok pokazuje negativnu ravnotežu između brzine dotoka smjese blata i gasa odozdo i brzine kojom se pagoda kreće prema gore. Smanjenje brzine dotoka može biti povezano s povećanjem gustoće smjese zbog nestanka dotoka gasa. Gore navedeni rezultati i uzgon kontrolisani uzgon omogućavaju nam da procijenimo visinu vazdušnog stuba hg. Uzgon je dat sa ΔP = hgg (ρw – ρg), gdje je g gravitacija (9,8 m/s2), a ρw i ρg su gustoće vode i gasa, respektivno. ΔP je zbir prethodno izračunatog Pdef i litostatskog pritiska Plith sedimentne ploče, tj. ρsg h, gdje je ρs je gustoća sedimenta. U ovom slučaju, vrijednost hg potrebna za željeni uzgon data je sa hg = (Pdef + Plith)/[g (ρw – ρg)]. U BdM-u, postavljamo Pdef = 0,3 Pa i h = 100 m (vidi gore), ρw = 1.030 kg/m3, ρs = 2.500 kg/m3, ρg je zanemarljivo jer je ρw ≫ρg. Dobijamo hg = 245 m, vrijednost koja predstavlja dubinu dna GSL-a. ΔP je 2,4 MPa, što je nadpritisak potreban za probijanje morskog dna BdM-a i formiranje otvora.
Sastav BdM gasa je u skladu sa izvorima plašta izmijenjenim dodavanjem fluida povezanih sa reakcijama dekarbonizacije stijena kore (Sl. 6). Gruba EW poravnanja BdM kupola i aktivnih vulkana kao što su Ischia, Campi Flegre i Soma-Vesuvius, zajedno sa sastavom emitovanih gasova, sugerišu da su gasovi emitovani iz plašta ispod cijele vulkanske regije Napulja pomiješani. Sve više i više fluida kore se kreće od zapada (Ischia) prema istoku (Somma-Vesuvius) (Sl. 1b i 6).
Zaključili smo da se u Napuljskom zaljevu, nekoliko kilometara od luke Napulj, nalazi kupolasta struktura širine 25 km2 koja je pod utjecajem aktivnog procesa degazacije i uzrokovana postavljanjem pagoda i humaka. Trenutno, BdM potpisi sugeriraju da nemagmatska turbulencija53 može prethoditi embrionalnom vulkanizmu, tj. ranom izbijanju magme i/ili termalnih fluida. Trebalo bi provesti aktivnosti praćenja kako bi se analizirala evolucija fenomena i otkrili geohemijski i geofizički signali koji ukazuju na potencijalne magmatske poremećaje.
Akustični profili vodenog stuba (2D) prikupljeni su tokom krstarenja SAFE_2014 (august 2014.) na R/V Urania (CNR) od strane Nacionalnog istraživačkog vijeća, Instituta za obalno morsko okruženje (IAMC). Akustično uzorkovanje izvršeno je naučnim dubinomjerom Simrad EK60 koji radi na 38 kHz. Akustični podaci su snimljeni prosječnom brzinom od oko 4 km. Prikupljene slike dubinomjera korištene su za identifikaciju ispuštanja fluida i precizno definiranje njihove lokacije u području sakupljanja (između 74 i 180 m nadmorske visine). Mjerenje fizičkih i hemijskih parametara u vodenom stubu izvršeno je pomoću multiparametarskih sondi (provodljivost, temperatura i dubina, CTD). Podaci su prikupljeni pomoću sonde CTD 911 (SeaBird, Electronics Inc.) i obrađeni pomoću softvera SBED-Win32 (Seasave, verzija 7.23.2). Vizuelni pregled morskog dna izvršen je pomoću ROV uređaja "Pollux III" (GEItaliana) sa dva... (kamere niske i visoke definicije).
Prikupljanje podataka s više snopa izvršeno je korištenjem višesnopnog sonarnog sistema Simrad EM710 od 100 KHz (Kongsberg). Sistem je povezan s diferencijalnim globalnim pozicionim sistemom kako bi se osigurale submetričke greške u pozicioniranju snopa. Akustični impuls ima frekvenciju od 100 KHz, impuls paljenja od 150° stepeni i cijeli otvor od 400 snopova. Mjerenje i primjena profila brzine zvuka u realnom vremenu tokom akvizicije. Podaci su obrađeni korištenjem PDS2000 softvera (Reson-Thales) u skladu sa standardom Međunarodne hidrografske organizacije (https://www.iho.int/iho_pubs/standard/S-44_5E.pdf) za navigaciju i korekciju plime i oseke. Smanjenje šuma uzrokovano slučajnim skokovima instrumenata i isključenjem snopa loše kvalitete izvršeno je alatima za uređivanje opsega i uklanjanje skokova. Kontinuirano detektiranje brzine zvuka vrši se kobiličnom stanicom koja se nalazi u blizini višesnopnog pretvarača i prikuplja i primjenjuje profile brzine zvuka u realnom vremenu u vodenom stupcu svakih 6-8 sati kako bi se osigurala brzina zvuka u realnom vremenu za pravilno upravljanje snopom. Cijeli... Skup podataka sastoji se od približno 440 km2 (dubina od 0 do 1200 m). Podaci su korišteni za izradu digitalnog modela terena (DTM) visoke rezolucije, karakteriziranog veličinom mrežne ćelije od 1 m. Konačni DTM (slika 1a) urađen je s podacima o terenu (>0 m nadmorske visine) prikupljenim na veličini mrežne ćelije od 20 m od strane Italijanskog geo-vojnog instituta.
Profil seizmičkih podataka visoke rezolucije na jednom kanalu, prikupljen tokom sigurnih okeanskih krstarenja 2007. i 2014. godine, dužine 55 kilometara, pokrivao je površinu od približno 113 kvadratnih kilometara, oba na R/V Urania. Marisk profili (npr. L1 seizmički profil, slika 1b) dobijeni su korištenjem IKB-Seistec boomer sistema. Jedinica za akviziciju sastoji se od katamarana dužine 2,5 m u kojem su smješteni izvor i prijemnik. Potpis izvora sastoji se od jednog pozitivnog vrha koji je karakteriziran u frekvencijskom rasponu 1-10 kHz i omogućava razlučivanje reflektora razdvojenih za 25 cm. Sigurni seizmički profili dobijeni su korištenjem 1,4 Kj višestrukog Geospark seizmičkog izvora povezanog sa Geotrace softverom (Geo Marine Survey System). Sistem se sastoji od katamarana koji sadrži izvor od 1–6,02 KHz koji prodire do 400 milisekundi u meki sediment ispod morskog dna, sa teoretskom vertikalnom rezolucijom od 30 cm. Oba Safe i Marsik uređaja dobijeni su u... brzina od 0,33 udara/sek sa brzinom plovila <3 Kn. Podaci su obrađeni i prikazani korištenjem Geosuite Allworks softvera sa sljedećim tokom rada: korekcija dilatacije, prigušivanje vodenog stupca, 2-6 KHz propusno IIR filtriranje i AGC.
Plin iz podvodne fumarole sakupljen je na morskom dnu pomoću plastične kutije opremljene gumenom dijafragmom na gornjoj strani, koju je ROV postavio naopako preko otvora. Nakon što mjehurići zraka koji ulaze u kutiju potpuno zamijene morsku vodu, ROV se vraća na dubinu od 1 m, a ronilac prenosi sakupljeni plin kroz gumenu pregradu u dvije prethodno evakuirane staklene tikvice od 60 mL opremljene teflonskim slavinama, od kojih je jedna napunjena sa 20 mL 5N otopine NaOH (tikvica tipa Gegenbach). Glavne vrste kiselih plinova (CO2 i H2S) se rastvaraju u alkalnoj otopini, dok se vrste plinova niske topljivosti (N2, Ar+O2, CO, H2, He, Ar, CH4 i laki ugljikovodici) pohranjuju u prostoru iznad boce za uzorkovanje. Neorganski plinovi niske topljivosti analizirani su plinskom kromatografijom (GC) pomoću Shimadzu 15A opremljenog 10 m dugom 5A molekularnom sitastom kolonom i detektorom toplinske provodljivosti (TCD) 54. Argon i O2 analizirani su pomoću Thermo Focusa. Gasni hromatograf opremljen kapilarnom molekularno-sitastom kolonom dužine 30 m i TCD-om. Metan i laki ugljikovodici analizirani su korištenjem Shimadzu 14A gasnog hromatografa opremljenog kolonom od nehrđajućeg čelika dužine 10 m, napunjenom Chromosorb PAW 80/100 mesh, obloženom sa 23% SP 1700 i detektorom plamene ionizacije (FID). Tečna faza je korištena za analizu 1) CO2, kao, titriranog sa 0,5 N HCl rastvorom (Metrohm Basic Titrino) i 2) H2S, kao, nakon oksidacije sa 5 mL H2O2 (33%), jonskom hromatografijom (IC) (IC) (Wantong 761). Analitička greška titracije, GC i IC analize je manja od 5%. Nakon standardnih postupaka ekstrakcije i prečišćavanja za gasne smjese, 13C/12C CO2 (izražen kao δ13C-CO2% i V-PDB) je analiziran korištenjem Finningan Delta S masenog spektrometra55,56. Standardi korišteni za procjenu vanjske preciznosti bili su Carrara i San Vincenzo mramor (interni), NBS18 i NBS19 (međunarodni), dok su analitička greška i ponovljivost bile ±0,05% i ±0,1%, respektivno.
Vrijednosti δ15N (izraženo kao % u odnosu na zrak) i 40Ar/36Ar određene su korištenjem Agilent 6890 N plinskog kromatografa (GC) spojenog na Finnigan Delta plusXP maseni spektrometar kontinuiranog protoka. Greška analize je: δ15N±0,1%, 36Ar<1%, 40Ar<3%. Odnos izotopa He (izražen kao R/Ra, gdje je R 3He/4He izmjeren u uzorku, a Ra je isti odnos u atmosferi: 1,39 × 10−6)57 određen je u laboratoriji INGV-Palermo (Italija). 3He, 4He i 20Ne određeni su korištenjem masenog spektrometra s dvostrukim kolektorom (Helix SFT-GVI)58 nakon odvajanja He i Ne. Greška analize ≤ 0,3%. Tipične slijepe probe za He i Ne su <10-14 i <10-16 mol, respektivno.
Kako citirati ovaj članak: Passaro, S. i dr. Izdizanje morskog dna uzrokovano procesom degazacije otkriva pupoljačku vulkansku aktivnost duž obale. science. Rep. 6, 22448; doi: 10.1038/srep22448 (2016).
Aharon, P. Geologija i biologija modernih i drevnih procjeda i otvora ugljikovodika s morskog dna: uvod. Geografski ocean Wright. 14, 69–73 (1994).
Paull, CK & Dillon, WP Globalna pojava plinskih hidrata. U Kvenvolden, KA & Lorenson, TD (ur.) 3–18 (Hidrat prirodnog plina: Pojava, distribucija i detekcija. Geofizička monografija Američke geofizičke unije 124, 2001).
Fisher, AT Geofizička ograničenja hidrotermalne cirkulacije. U: Halbach, PE, Tunnicliffe, V. & Hein, JR (ur.) 29–52 (Izvještaj sa radionice u Durhamu, Prijenos energije i mase u morskim hidrotermalnim sistemima, Durham University Press, Berlin (2003)).
Coumou, D., Driesner, T. i Heinrich, C. Struktura i dinamika hidrotermalnih sistema srednjookeanskog grebena. Science 321, 1825–1828 (2008).
Boswell, R. i Collett, TS Trenutni stavovi o resursima gasnih hidrata. Energija.i.nauka.o.životnoj.sredini.4, 1206–1215 (2011).
Evans, RJ, Davies, RJ i Stewart, SA Unutrašnja struktura i historija erupcija sistema blatnih vulkana kilometarskih razmjera u Južnom Kaspijskom moru. Rezervoar sliva 19, 153–163 (2007).
Leon, R. i dr. Karakteristike morskog dna povezane s procjeđivanjem ugljikovodika iz dubokomorskih karbonatnih muljevitih humaka u zaljevu Cadiz: od mulja do karbonatnih sedimenata. Geografija, mart. Wright. 27, 237–247 (2007).
Moss, JL i Cartwright, J. 3D seizmički prikaz kilometarskih cjevovoda za isticanje fluida na obali Namibije. Rezervoar bazena 22, 481–501 (2010).
Andresen, KJ Karakteristike toka fluida u sistemima naftovoda i gasovoda: Šta nam govore o evoluciji bazena? March Geology.332, 89–108 (2012).
Ho, S., Cartwright, JA & Imbert, P. Vertikalna evolucija neogenske kvartarne strukture ispuštanja fluida u odnosu na protoke plina u Donjem basenu Konga, na obali Angole. March Geology. 332–334, 40–55 (2012).
Johnson, SY i dr. Hidrotermalna i tektonska aktivnost u sjevernom dijelu jezera Yellowstone, Wyoming. Geologija. Socijalistička stranka. Yes. Bull. 115, 954–971 (2003).
Patacca, E., Sartori, R. & Scandone, P. Tirenski bazen i Apeninski luk: Kinematički odnosi od kasnog totona. Mem Soc Geol Ital 45, 425–451 (1990).
Milia i dr. Tektonska i korasta struktura na kontinentalnom rubu Kampanije: odnos prema vulkanskoj aktivnosti. mineral. benzin. 79, 33–47 (2003)
Piochi, M., Bruno PP & De Astis G. Relativna uloga riftne tektonike i procesa magmatskog izdizanja: zaključci iz geofizičkih, strukturnih i geohemijskih podataka u vulkanskoj regiji Napulja (južna Italija). Gcubed, 6(7), 1-25 (2005).
Dvorak, JJ i Mastrolorenzo, G. Mehanizmi nedavnog vertikalnog kretanja kore u krateru Campi Flegrei u južnoj Italiji. Geologija. Socijalistička partija. Da. Specifikacija. 263, str. 1-47 (1991).
Orsi, G. i dr. Kratkoročna deformacija tla i seizmičnost u ugniježđenom krateru Campi Flegrei (Italija): primjer oporavka aktivne mase u gusto naseljenom području. J. Volcano.geothermal.reservoir.91, 415–451 (1999)
Cusano, P., Petrosino, S. i Saccorotti, G. Hidrotermalno porijeklo dugotrajne 4D aktivnosti u vulkanskom kompleksu Campi Flegrei u Italiji. J. Volcano.geothermal.reservoir.177, 1035–1044 (2008).
Pappalardo, L. i Mastrolorenzo, G. Brza diferencijacija u magmatskim rezervoarima nalik pragu: studija slučaja iz kratera Campi Flegrei. science.Rep. 2, 10.1038/srep00712 (2012).
Walter, TR i dr. Vremenske serije InSAR-a, korelacijska analiza i modeliranje vremenske korelacije otkrivaju moguće spajanje Campi Flegrei i Vezuva. J. Volcano.geothermal.reservoir.280, 104–110 (2014).
Milia, A. & Torrente, M. Strukturna i stratigrafska struktura prve polovine Tirenskog grabena (Napuljski zaljev, Italija). Konstruktivna fizika 315, 297–314.
Sano, Y. i Marty, B. Izvori ugljika u vulkanskom pepelu sa ostrvskih lukova. Hemijska geologija. 119, 265–274 (1995).
Milia, A. Stratigrafija kanjona Dohrn: Reakcije na pad nivoa mora i tektonsko izdizanje na vanjskom kontinentalnom šelfu (istočni tirenski rub, Italija). Geo-Marine Letters 20/2, 101–108 (2000).