Hvala 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 rada kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bismo osigurali stalnu podršku, prikazat ćemo web mjesto bez stilova i JavaScripta.
Izvještavamo o dokazima o aktivnom izdizanju morskog dna i emisijama plinova nekoliko kilometara od obale u napuljskoj luci (Italija). Osobine, humci i krateri značajke su morskog dna. Ove formacije predstavljaju vrhove plitkih struktura kore, uključujući pagode, rasjede i nabore koji danas utječu na morsko dno. Zabilježili su porast, pritisak i oslobađanje helija i ugljičnog dioksida u reakcijama dekarbonizacije taline plašta i stijene kore. Ovi su plinovi vjerojatno slični onima koji opskrbljuju hidrotermalne sustave Ischia, Campi Flegre i Soma-Vesuvius, što ukazuje na izvor plašta pomiješan s tekućinama kore ispod Napuljskog zaljeva. Podvodno širenje i puknuće uzrokovano dizanjem plina i procesom tlačenja zahtijeva pretlak od 2-3 MPa. Uzdizanja morskog dna, rasjedi i emisija plinova s ​​su manifestacije nevulkanskih preokreta koji mogu najavljivati ​​erupcije morskog dna i/ili hidrotermalne eksplozije.
Dubokomorska hidrotermalna (topla voda i plin) ispuštanja zajednička su značajka srednjooceanskih grebena i rubova konvergentnih 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 morskog dna u obalnim područjima podrazumijeva izvore topline ( rezervoari 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, identifikacija (a) morfologija povezanih s aktivnom deformacijom morskog dna i (b) emisija plinova u blizini naseljenih obalnih područja kao što su vulkanski Napuljska regija u Italiji (~1 milijun stanovnika) ključna je za procjenu mogućih vulkana. Plitka erupcija. Nadalje, dok su morfološke značajke povezane s emisijama hidrotermalnih ili hidratnih plinova u dubokom moru relativno dobro poznate zbog svojih geoloških i bioloških svojstava, iznimke su morfološke značajke povezane s plićim vodama, osim onih koje se javljaju u jezeru 12, postoji relativno malo zapisa. Ovdje predstavljamo nove batimetrije, seizmički podaci, podaci o vodenom stupcu i geokemijski podaci za podvodnu, morfološki i strukturno složenu regiju pogođenu emisijama plinova u Napuljskom zaljevu (južna Italija), približno 5 km od luke Napulj. Ovi su podaci prikupljeni tijekom krstarenja SAFE_2014 (kolovoz 2014.) brodom R/V Urania. Opisujemo i tumačimo strukture morskog dna i podzemlja gdje se emitiraju plinovi nastaju, istražuju izvore ventilacijskih tekućina, identificiraju i karakteriziraju mehanizme koji reguliraju dizanje plina i pridružene deformacije te raspravljaju o utjecajima vulkanologije.
Napuljski zaljev tvori zapadni rub plio-kvartara, NW-SE izduženu tektonsku depresiju Campania13,14,15.EW od Ischie (oko 150.-1302. AD), krater Campi Flegre (oko 300.-1538.) i Soma-Vezuv (od <360.-1944.) Raspored ograničava zaljev na sjever AD)15, dok jug graniči s poluotokom Sorrento (Sl. 1a). Napuljski zaljev je pod utjecajem značajnih rasjeda koji prevladavaju na sjevero-jugoistočnom i sekundarnom sjevero-zapadnom jugoistoku (sl. 1)14,15. Ischia, Campi Flegrei i Somma-Vezuv karakteriziraju hidrotermalne manifestacije, deformacija tla i plitka seizmičnost16,17,18 ( npr. turbulentni događaj u Campi Flegreiju 1982.-1984., s izdizanjem od 1,8 m i tisućama potresa). Nedavne studije19,20 sugeriraju da bi mogla postojati veza između dinamike Soma-Vezuva i one Campi Flegrea, koja je vjerojatno povezana s 'dubokim' pojedinačnim rezervoarima magme. Vulkanska aktivnost i oscilacije razine mora u posljednjih 36 godina Campi Flegrei i 18 ka Somma Vezuv je kontrolirao sedimentni sustav Napuljskog zaljeva. Niska razina mora na posljednjem glacijalnom maksimumu (18 ka) dovela je do regresije priobalnog plitkog sedimentnog sustava, koji je naknadno ispunjen transgresivnim događajima tijekom kasnog pleistocena-holocena. Emisije podmorskih plinova otkrivene su oko otoka Ischia i izvan obali Campi Flegre i blizu planine Soma-Vezuv (sl.1b).
(a) Morfološki i strukturni raspored epikontinentalnog pojasa i Napuljskog zaljeva 15, 23, 24, 48. Točke su glavna središta podmorske erupcije;crvene linije predstavljaju velike rasjede. (b) Batimetrija Napuljskog zaljeva s otkrivenim otvorima tekućine (točke) 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 kvadratići označavaju lokacije profili akustičnog vodenog stupca i okviri CTD-EMBlank, CTD-EM50 i ROV prikazani su na slici 5. Žuti krug označava mjesto ispuštanja plina za uzorkovanje, a njegov sastav prikazan je u tablici S1. Golden Software (http://www.goldensoftware.com/products/surfer) koristi grafiku koju je generirao Surfer® 13.
Na temelju podataka dobivenih tijekom krstarenja SAFE_2014 (kolovoz 2014.) (vidi Metode), konstruiran je novi digitalni model terena (DTM) Napuljskog zaljeva s rezolucijom od 1 m. DTM pokazuje da morsko dno južno od luke Napulj karakterizira blago nagnuta površina okrenuta prema jugu (nagib ≤3°) isprekidana s 5,0 × 5,3 km kupolasta struktura, lokalno poznata kao Banco della Montagna (BdM).Sl.1a,b). BdM se razvija na dubini od oko 100 do 170 metara, 15 do 20 metara iznad okolnog morskog dna. Kupola BdM pokazala je morfologiju nalik humku zbog 280 podkružnih do ovalnih humaka (Sl. 2a), 665 čunjeva i 30 jama (Sl. 3 i 4). Humak ima najveću visinu i opseg od 2 2 m, odnosno 1.800 m. Krugovi [C = 4π(površina/perimetar2)] humaka smanjivali su se s povećanjem perimetra (Sl. 2b). Aksijalni omjeri za humke kretali su se između 1 i 6,5, s humcima s aksijalnim omjerom >2 koji pokazuju preferirani N45°E + 15° prostiranje i raspršeniji sekundarni, raspršeniji N105 °E do N145°E udar ( sl. 2c).Pojedinačni ili poredani čunjevi postoje na BdM ravnini i na vrhu humka (sl. 3a,b). Stožasti rasporedi slijede raspored humka na kojima se nalaze. Bodice se obično nalaze na ravnom morskom dnu (sl. 3c), a povremeno i na humcima. Prostorne gustoće čunjeva i bugica pokazuju da prevladavajući smjer SI-JZ omeđuje sjeveroistočne i jugozapadne granice BdM kupole (sl. 4a,b);manje proširena ruta SZ-JI nalazi se u središnjoj regiji BdM.
(a) Digitalni model terena (veličina ćelije od 1 m) kupole Banco della Montagna (BdM). (b) Perimetar i zaobljenost BdM humaka. (c) Aksijalni omjer i kut (orijentacija) glavne osi najbolje prilagođene elipse koja okružuje humak. Standardna pogreška digitalnog modela terena je 0,004 m;standardne pogreške perimetra i okruglosti su 4,83 m odnosno 0,01, a standardne pogreške aksijalnog omjera i kuta su 0,04 odnosno 3,34°.
Detalji identificiranih stožaca, kratera, humaka i jama u BdM regiji izvađeni iz DTM-a na slici 2.
(a) Konusi poravnanja na ravnom morskom dnu;(b) stošci i krateri na SZ-JI vitkim humcima;(c) boginje na lagano umočenoj površini.
(a) Prostorna distribucija otkrivenih kratera, jama i ispuštanja aktivnog plina. (b) Prostorna gustoća kratera i jama navedenih u (a) (broj/0,2 km2).
Identificirali smo 37 plinovitih emisija u BdM regiji iz ROV slika ehosonda vodenog stupca i izravnih opažanja morskog dna snimljenih tijekom krstarenja SAFE_2014 u kolovozu 2014. (slike 4 i 5). Akustične anomalije ovih emisija pokazuju okomite izdužene oblike koji se uzdižu s morskog dna, okomito između 12 i oko 70 m (Fi g. 5a). Na nekim mjestima, akustične anomalije formirale su gotovo neprekidni "vlak". Promatrane mjehuraste perjanice uvelike variraju: od kontinuiranih, gustih tokova mjehurića do kratkotrajnih fenomena (Dopunski film 1). ROV inspekcija omogućuje vizualnu provjeru pojave otvora za tekućinu na morskom dnu i ističe male boginje na morskom dnu, ponekad okružene crvenim do narančastim sedimentima (Slika 5b). U nekim slučajevima, ROV kanali ponovno aktiviraju emisije. Morfologija otvora pokazuje kružni otvor na vrhu bez baklje u vodenom stupcu. pH u vodenom stupcu neposredno iznad točke ispuštanja pokazao je značajan pad, što ukazuje na kiselije uvjete na lokalnoj razini (Sl.5c,d). Konkretno, pH iznad ispuštanja plina BdM na 75 m dubine smanjio se s 8,4 (na 70 m dubine) na 7,8 (na 75 m dubine) (Sl. 5c), dok su druga mjesta u Napuljskom zaljevu imala pH vrijednosti između 0 i 160 m u dubinskom intervalu između 8,3 i 8,5 (Sl. 5d). Značajne promjene u temperaturi i slanosti morske vode nedostajali su na dva mjesta unutar i izvan područja BdM Napuljskog zaljeva. Na dubini od 70 m, temperatura je 15 °C, a salinitet je oko 38 PSU (Sl. 5c,d). Mjerenja pH, temperature i saliniteta pokazala su: a) sudjelovanje kiselih tekućina povezanih s procesom otplinjavanja BdM i b) odsutnost ili vrlo sporo ispuštanje topline tekućine i salamure.
(a) Prozor za snimanje akustičnog profila vodenog stupca (ehometar Simrad EK60). Okomita zelena traka koja odgovara plinskoj baklji otkrivenoj na ispustu tekućine EM50 (oko 75 m ispod razine mora) koji se nalazi u području BdM;prikazani su i multipleksni signali dna i morskog dna (b) prikupljeni vozilom na daljinsko upravljanje u BdM regiji. Jedna fotografija prikazuje mali krater (crni krug) okružen crvenim do narančastim sedimentom. (c,d) CTD podaci višeparametarske sonde obrađeni pomoću softvera SBED-Win32 (Seasave, verzija 7.23.2). Uzorci odabranih parametara (slanost, temperatura, pH i kisik) stupac vode iznad ispuštanja tekućine EM50 (ploča c) i izvan ploče područja ispuštanja Bdm (d).
Prikupili smo tri uzorka plina iz istraživanog područja između 22. i 28. kolovoza 2014. Ti su uzorci pokazali slične sastave, u kojima je dominirao CO2 (934-945 mmol/mol), zatim 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 su manje zastupljeni (<0,052 odnosno <0,016 mmol/mol) (Slika 1b; tablica S1, dopunski film 2). Također su izmjerene relativno visoke koncentracije O2 i Ar (do 3,2 odnosno 0,18 mmol/mol). Zbroj lakih ugljikovodika kreće se od 0,24 do 0,30 mmol/mol i sastoji se od C2-C4 al kana, aromati (uglavnom benzen), propen i spojevi koji sadrže sumpor (tiofen). Vrijednost 40Ar/36Ar je u skladu sa zrakom (295,5), iako uzorak EM35 (BdM kupola) ima vrijednost 304, pokazujući blagi višak od 40Ar. Omjer δ15N bio je viši nego za zrak (do +1,98% u odnosu na zrak), dok je Vrijednosti δ13C-CO2 bile su u rasponu od -0,93 do 0,44% u odnosu na V-PDB.R/Ra vrijednosti (nakon korekcije za onečišćenje zraka korištenjem omjera 4He/20Ne) bile su između 1,66 i 1,94, što ukazuje na prisutnost velikog udjela He iz plašta. Kombiniranjem izotopa helija s CO2 i njegovim stabilnim izotopom 22, izvorom emisije s u BdM može se dodatno razjasniti. Na karti CO2 za CO2/3He u odnosu na δ13C (Sl.6), sastav plina BdM uspoređuje se s fumarolama Ischia, Campi Flegrei i Somma-Vesuvius. Slika 6 također prikazuje teorijske linije miješanja između tri različita izvora ugljika koji mogu biti uključeni u proizvodnju plina BdM: otopljene taline dobivene iz plašta, sedimenti bogati organskim tvarima i karbonati. Uzorci BdM padaju na liniju miješanja koju prikazuju tri vulkana Campania, koji je miješanje plinova iz plašta (za koje se pretpostavlja da su malo obogaćeni ugljičnim dioksidom u odnosu na klasične MORB-ove u svrhu uklapanja podataka) i reakcija uzrokovanih dekarbonizacijom kore. Rezultirajuća plinovita stijena.
Hibridne linije između sastava plašta i pripadnika vapnenca i organskih sedimenata prijavljene su za usporedbu. Okviri predstavljaju područja ischije, Campi flegrei i Somma-vesvius 59, 60, 61. Uzorak BDM-a je u mješovitom vojniku kampona.
Seizmički presjeci L1 i L2 (slike 1b i 7) pokazuju prijelaz između BdM i distalnih stratigrafskih sekvenci vulkanskih regija Somma-Vesuvius (L1, slika 7a) i Campi Flegrei (L2, slika 7b). BdM karakterizira prisutnost dviju glavnih seizmičkih formacija (MS i PS na slici 7). Gornja (MS) pokazuje subparalelni odraz ili visoke do umjerene amplitude i bočnog kontinuiteta (Sl. 7b,c). Ovaj sloj uključuje morske sedimente koje je povukao sustav Last Glacial Maximum (LGM) i sastoji se od pijeska i gline23. Donji sloj PS (Sl. 7b–d) karakterizira kaotična do prozirna faza u obliku stupova ili pješčanih satova. Vrh PS sedimenata formirao je humke na morskom dnu (Sl. 7d). ).Ove geometrije nalik dijapiru pokazuju prodor prozirnog materijala PS u najgornje naslage MS. Uzdizanje je odgovorno za stvaranje nabora i rasjeda koji utječu na sloj MS i današnje sedimente koji leže iznad BdM morskog dna (sl. 7b–d). Stratigrafski interval MS jasno je delaminiran u ENE dijelu sekcije L1, dok se izbjeljuje prema BdM zbog prisutnosti sloja zasićenog plinom (GSL) pokriven nekim unutarnjim razinama MS sekvence (Sl.7a). Gravitacijske jezgre prikupljene na vrhu BdM-a koje odgovaraju prozirnom seizmičkom sloju pokazuju da se gornjih 40 cm sastoji od pijeska taloženog nedavno do danas;)24,25 i fragmenti plovućca iz eksplozivne erupcije Campi Flegrei "Napuljskog žutog tufa" (14,8 ka)26. Prozirna faza sloja PS ne može se objasniti samo kaotičnim procesima miješanja, jer su kaotični slojevi povezani s klizištima, muljevitim i piroklastičnim tokovima pronađenim izvan BdM-a u Napuljskom zaljevu akustički neprozirni21,2 3,24. Zaključujemo da promatrani BdM PS seizmički facijes kao i izgled podmorskog izdanačkog PS sloja (Sl. 7d) odražavaju podizanje prirodnog plina.
(a) Jednotračni seizmički profil L1 (navigacijski trag na slici 1b) koji prikazuje prostorni raspored stupaca (pagoda). Pagoda se sastoji od kaotičnih naslaga plovućca i pijeska. Sloj zasićen plinom koji postoji ispod pagode uklanja kontinuitet dubljih formacija. (b) Jednokanalni seizmički profil L2 (navigacijski trag na slici 1b), naglašavajući u cizija i deformacija humka morskog dna, morskih (MS) i naslaga pijeska plovućca (PS).(c) Pojedinosti o deformaciji u MS i PS prikazane su u (c,d). Uz pretpostavku brzine od 1580 m/s u najgornjem sedimentu, 100 ms predstavlja oko 80 m na vertikalnoj ljestvici.
Morfološke i strukturne značajke BdM-a slične su drugim podmorskim hidrotermalnim i plinohidratnim poljima na globalnoj razini2,12,27,28,29,30,31,32,33,34 i često su povezane s uzdizanjima (svodovi i humci) i ispuštanjem plina (čušci, jame). Stošci i jame poravnati s BdM-om i izduženi humci ukazuju na strukturno kontroliranu propusnost ( Slike 2 i 3). Prostorni raspored brežuljaka, jama i aktivnih otvora sugerira da je njihova distribucija djelomično kontrolirana udarnim pukotinama od SZ-JI i SI-JZ (Sl. 4b). Ovo su preferirani udari sustava rasjeda koji utječu na vulkanska područja Campi Flegrei i Somma-Vesuvius i Napuljski zaljev. Konkretno, struktura prvih kontrolira lokaciju hidrotermalnog pražnjenja iz krater Campi Flegrei35. Stoga zaključujemo da rasjedi i pukotine u Napuljskom zaljevu predstavljaju poželjni put za migraciju plina na površinu, značajku koju dijele drugi strukturno kontrolirani hidrotermalni sustavi36,37. Značajno, BdM stošci i jame nisu uvijek bili povezani s humcima (Sl.3a,c). Ovo sugerira da ti humci ne predstavljaju nužno prethodnike formiranju jama, kao što su drugi autori sugerirali za zone plinskih hidrata32,33. Naši zaključci podupiru hipotezu da poremećaj kupolastih sedimenata morskog dna ne dovodi uvijek do stvaranja jama.
Tri prikupljene plinovite emisije pokazuju kemijske oznake tipične za hidrotermalne fluide, točnije uglavnom CO2 sa značajnim koncentracijama redukcijskih plinova (H2S, CH4 i H2) i lakih ugljikovodika (osobito benzena i propilena)38,39, 40, 41, 42, 43, 44, 45 (Tablica S1). Prisutnost atmosferskih plinova (kao što je O 2), za koje se ne očekuje da će biti prisutni u podmorskim emisijama, mogu biti posljedica onečišćenja zraka otopljenog u morskoj vodi koji dolazi u dodir s plinovima pohranjenim u plastičnim kutijama koje se koriste za uzorkovanje, jer se ROV-ovi izvlače s dna oceana u more kako bi se pobunili. Suprotno tome, pozitivne vrijednosti δ15N i visoke N2/Ar (do 480) znatno više od ASW (voda zasićena zrakom) sugeriraju da većina N2 se proizvodi iz izvanatmosferskih izvora, u skladu s prevladavajućim hidrotermalnim podrijetlom ovih plinova. Hidrotermalno-vulkansko podrijetlo BdM plina potvrđuje sadržaj 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 × 101 0) sugeriraju da uzorci BdM pripadaju mješovitom trendu fumarola oko krajnjih članova plašta Napuljskog zaljeva i dekarbonizacija Odnos između plinova nastalih reakcijom (Slika 6). Točnije, uzorci plina BdM nalaze se duž trenda miješanja na približno istoj lokaciji kao i tekućine iz susjednih vulkana Campi Flegrei i Somma-Veusivus. Oni su više kore od Ischia fume uloge, koje su bliže kraju plašta. Somma-Vesuvius i Campi Flegrei imaju veće vrijednosti 3He/4He (R/Ra između 2,6 i 2,9) nego BdM (R/Ra između 1,66 i 1,96;Tablica S1). Ovo sugerira da je dodavanje i nakupljanje radiogenog He potjecalo iz istog izvora magme koji je hranio vulkane Somma-Vesuvius i Campi Flegrei. Nepostojanje mjerljivih udjela organskog ugljika u emisijama BdM sugerira da organski sedimenti nisu uključeni u proces otplinjavanja BdM.
Na temelju gore navedenih podataka i rezultata eksperimentalnih modela kupolastih struktura povezanih s podmorskim područjima bogatim plinom, duboki tlak plina može biti odgovoran za formiranje BdM kupola veličine kilometra. Za procjenu pretlaka Pdef koji vodi do BdM svoda, primijenili smo mehanički model tanke ploče33,34 pretpostavljajući, iz prikupljenih morfoloških i seizmičkih podataka, da je BdM svod subkružna ona et radijusa a većeg od deformiranog mekog viskoznog naslaga. Vertikalni maksimalni pomak w i debljina h (dodatna slika S1). Pdef je razlika između ukupnog tlaka i statičkog tlaka stijene plus tlak vodenog stupca. Na BdM, radijus je oko 2500 m, w je 20 m, a maksimum h procijenjen iz seizmičkog profila je oko 100 m. Izračunavamo Pdef 46P def = w 64 D/a4 iz relacije, gdje je D krutost na savijanje;D je dan s (E h3)/[12(1 – ν2)], gdje je E Youngov modul naslaga, ν je Poissonov omjer (~0,5)33. Budući da se mehanička svojstva BdM sedimenata ne mogu izmjeriti, postavili smo E = 140 kPa, što je razumna vrijednost za obalne pješčane sedimente 47 slične BdM14,24. Više E vrijednosti ne uzimamo u obzir navedeno u literaturi za naslage muljevite gline (300 < E < 350 000 kPa)33,34 jer se naslage BDM sastoje uglavnom od pijeska, a ne mulja ili muljevite gline24. Dobivamo Pdef = 0,3 Pa, što je u skladu s procjenama procesa izdizanja morskog dna u okolišima bazena s plinskim hidratima, gdje Pdef varira od 10-2 do 103 Pa, s nižim vrijednostima koje predstavljaju niske w/a i/ili što. U BdM-u, smanjenje krutosti zbog lokalnog zasićenja sedimenta plinom i/ili pojave već postojećih pukotina također može pridonijeti kvaru i posljedičnom ispuštanju plina, omogućujući formiranje promatranih ventilacijskih struktura. Prikupljeni reflektirani seizmički profili (Sl. 7) pokazuju da su PS sedimenti izdignuti iz GSL-a, gurajući prema gore morske sedimente MS-a, što je rezultiralo humcima , nabora, rasjeda i sedimentnih usjeka (sl.7b,c). Ovo sugerira da je plovućac star 14,8 do 12 ka upao u mlađi sloj MS kroz proces prijenosa plina prema gore. Morfološke značajke strukture BdM mogu se vidjeti kao rezultat nadtlaka stvorenog ispuštanjem tekućine koje proizvodi GSL. S obzirom da se aktivno ispuštanje može vidjeti s morskog dna do preko 170 m bsl48, pretpostavljamo da je nadtlak tekućine unutar GSL prelazi 1700 kPa. Migracija plinova u sedimentima prema gore također je imala učinak ispiranja materijala sadržanog u MS-u, objašnjavajući prisutnost kaotičnih sedimenata u gravitacijskim jezgrama uzorkovanim na BdM25. Nadalje, pretlak GSL-a stvara složeni sustav pukotina (poligonalni rasjed na slici 7b). Zajedno, ova morfologija, struktura i stratigrafski naselje, koje se nazivaju "pagode"49,50, izvorno su se pripisivale sekundarnim učincima starih glacijalnih formacija, a trenutno se tumače kao učinci rastućeg plina31,33 ili evaporita50. Na kontinentalnom rubu Kampanije, isparljivi sedimenti su rijetki, barem unutar najgornja 3 km kore. Stoga je mehanizam rasta BdM pagoda vjerojatno kontroliran porastom plina u sedimentima. Ovaj zaključak podupire transparentni seizmički facijes pagode (sl.7), kao i podatke o gravitacijskoj jezgri kao što je ranije objavljeno24, gdje današnji pijesak izbija s 'Pomici Principali'25 i 'Naples Yellow Tuff'26 Campi Flegrei. Nadalje, naslage PS-a prodrle su i deformirale najviši sloj MS-a (Sl. 7d). Ovaj strukturni raspored sugerira da pagoda predstavlja građevinu koja se diže, a ne samo plinovod. Dakle, dva glavna procesa upravljaju formiranjem pagode: a) gustoća mekog sedimenta se smanjuje kako plin ulazi odozdo;b) mješavina plina i sedimenta se podiže, što je opaženo nabiranje, rasjed i lom Uzrok naslaga MS (Slika 7). Sličan mehanizam formiranja predložen je za pagode povezane s plinskim hidratima u Južnom Škotskom moru (Antarktika). BdM pagode pojavljivale su se u skupinama u brdovitim područjima, a njihov vertikalni opseg bio je u prosjeku 70-100 m u vremenu dvosmjernog putovanja (TWTT) (Slika 7a). e na prisutnost MS valovitosti i uzimajući u obzir stratigrafiju BdM gravitacijske jezgre, zaključujemo da je starost formiranja struktura pagoda manja od oko 14-12 ka. Nadalje, rast ovih struktura je još uvijek aktivan (Sl. 7d) budući da su neke pagode napale i deformirale gornji današnji BdM pijesak (Sl. 7d).
Neuspjeh pagode da prijeđe današnje morsko dno ukazuje na to da (a) porast plina i/ili lokalni prestanak miješanja plina i sedimenta, i/ili (b) mogući bočni tok mješavine plina i sedimenta ne dopušta lokalizirani proces nadtlaka. Prema modelu teorije dijapira52, bočni tok pokazuje negativnu ravnotežu između brzine dovoda mješavine mulja i plina odozdo i brzine kojom se pagoda pomiče prema gore. smanjenje brzine dovoda može biti povezano s povećanjem gustoće smjese zbog nestanka dovoda plina. Gore sažeti rezultati i uzgonom kontrolirani uspon pagode omogućuju nam procjenu visine stupca zraka hg. Uzgon je dan izrazom ΔP = hgg (ρw – ρg), gdje je g gravitacija (9,8 m/s2), a ρw i ρg gustoće vode i plina .ΔP je zbroj prethodno izračunatog Pdef i litostatskog tlaka Plith sedimentne ploče, tj. ρsg h, gdje je ρs gustoća sedimenta. U ovom slučaju, vrijednost hg potrebna za željeni uzgon dana je s hg = (Pdef + Plith)/[g (ρw – ρg)]. U BdM smo postavili Pdef = 0,3 Pa i h = 100 m (vidi gore), ρw = 1,030 kg/m3, ρs = 2,500 kg/m3, ρg je zanemariv jer je ρw ≫ρg. Dobivamo hg = 245 m, vrijednost koja predstavlja dubinu dna GSL-a. ΔP je 2,4 MPa, što je pretlak potreban za probijanje BdM morskog dna i formiranje otvora.
Sastav BdM plina u skladu je s izvorima plašta promijenjenim dodavanjem tekućina povezanih s reakcijama dekarbonizacije stijena kore (Slika 6). Grubo EW poravnanje BdM kupola i aktivnih vulkana kao što su Ischia, Campi Flegre i Soma-Vesuvius, zajedno sa sastavom emitiranih plinova, sugeriraju da su plinovi emitirani iz plašta ispod cijele Napuljske vulkanske regije miješani Više i više tekućine kore kreće se od zapada (Ischia) prema istoku (Somma-Vesuivus) (sl. 1b i 6).
Zaključili smo da u Napuljskom zaljevu, nekoliko kilometara od napuljske luke, postoji 25 km2 široka kupolasta struktura koja je pod utjecajem aktivnog procesa otplinjavanja i uzrokovana postavljanjem pagoda i humaka. Trenutačno, BdM potpisi sugeriraju da nemagmatske turbulencije53 mogu prethoditi embrionalnom vulkanizmu, tj. ranom ispuštanju magme i/ili termalnih tekućina. Aktivnosti praćenja trebale bi implementirati za analizu evolucije fenomena i otkrivanje geokemijskih i geofizičkih signala koji ukazuju na potencijalne magmatske poremećaje.
Akustični profili vodenog stupca (2D) prikupljeni su tijekom krstarenja SAFE_2014 (kolovoz 2014.) na R/V Urania (CNR) od strane Instituta Nacionalnog istraživačkog vijeća za obalni morski okoliš (IAMC). Akustično uzorkovanje izvedeno je znanstvenim ehosonderom Simrad EK60 koji dijeli zraku i radi na 38 kHz. Akustični podaci zabilježeni su pri prosječnoj brzini od oko 4 km. Prikupljene slike ehosonde korištene su za identifikaciju ispuštanja tekućine i točno definiranje njihove lokacije u području sakupljanja (između 74 i 180 m nm). Mjerite fizičke i kemijske parametre u vodenom stupcu pomoću višeparametarskih sondi (vodljivost, 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). Vizualni pregled morskog dna obavljen je ROV uređajem “Pollux III” (GEItaliana) (daljinski upravljano vozilo) s dvije kamere (niske i visoke rezolucije).
Prikupljanje podataka s više zraka provedeno je pomoću sonarnog sustava Simrad EM710 s više zraka od 100 KHz (Kongsberg). Sustav je povezan s diferencijalnim sustavom globalnog pozicioniranja kako bi se osigurale submetričke pogreške u pozicioniranju zraka. Akustični puls ima frekvenciju od 100 KHz, puls paljenja od 150° stupnjeva i cijeli otvor od 400 zraka. Izmjerite i primijenite profile brzine zvuka u stvarnom vremenu tijekom akvizicije. Podaci su obrađeni korištenjem softvera PDS2000 (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. Smanjenje buke zbog slučajnih skokova instrumenata i isključenja snopa loše kvalitete provedeno je pomoću alata za uređivanje opsega i de-spiking. Kontinuirano otkrivanje brzine zvuka izvodi se stanica kobilice smještena u blizini sonde s više zraka i prikuplja i primjenjuje profile brzine zvuka u stvarnom vremenu u vodenom stupcu svakih 6-8 sati kako bi se osigurala brzina zvuka u stvarnom vremenu za ispravno upravljanje snopom. Cijeli skup podataka sastoji se od približno 440 km2 (dubina 0-1200 m). Podaci su korišteni za izradu digitalnog modela terena (DTM) visoke rezolucije koji karakterizira veličina mrežne ćelije od 1 m. Konačni DTM (Sl.1a) napravljeno je s podacima o terenu (>0 m nadmorske visine) koje je talijanski Geo-vojni institut prikupio na mreži veličine 20 m.
Profil jednokanalnih seizmičkih podataka visoke razlučivosti od 55 kilometara, prikupljen tijekom sigurnih oceanskih krstarenja 2007. i 2014., pokrivao je područje od približno 113 četvornih kilometara, oba na R/V Urania. Profili Marisk (npr. L1 seizmički profil, slika 1b) dobiveni su korištenjem IKB-Seistec boomer sustava. Jedinica za prikupljanje sastoji se od Katamaran od 2,5 m u kojem su smješteni izvor i prijamnik. Signatura izvora sastoji se od jednog pozitivnog vrha koji je karakteriziran u frekvencijskom rasponu 1-10 kHz i omogućuje razlučivanje reflektora odvojenih 25 cm. Sigurni seizmički profili dobiveni su korištenjem seizmičkog izvora Geospark s više vrhova od 1,4 Kj koji je povezan sa softverom Geotrace (Geo Marine Survey System). Sustav se sastoji od katamarana koji sadrži 1–6 0,02 KHz izvor koji prodire do 400 milisekundi u mekom sedimentu ispod morskog dna, s teoretskom okomitom rezolucijom od 30 cm. I Safe i Marsik uređaji dobiveni su brzinom od 0,33 snimaka/sek uz brzinu plovila <3 Kn. Podaci su obrađeni i prikazani pomoću softvera Geosuite Allworks sa sljedećim radnim procesom: korekcija dilatacije, prigušivanje vodenog stupca, 2-6 KHz bandpass I IR filtriranje i AGC.
Plin iz podvodnog fumarola prikupljen je na morskom dnu pomoću plastične kutije opremljene gumenom dijafragmom na gornjoj strani, koju je ROV postavio naopačke iznad otvora. Nakon što mjehurići zraka koji ulaze u kutiju potpuno zamijene morsku vodu, ROV se vraća na dubinu od 1 m, a ronilac prenosi prikupljeni plin kroz gumeni septum u dvije prethodno evakuirane staklene tikvice od 60 mL opremljene Teflolom n zapornih slavina u koje je jedan napunjen s 20 mL 5N otopine NaOH (tikvica tipa Gegenbach). Glavne vrste kiselog plina (CO2 i H2S) otopljene su u alkalnoj otopini, dok su vrste plina niske topivosti (N2, Ar+O2, CO, H2, He, Ar, CH4 i laki ugljikovodici) pohranjene u gornjem prostoru boce za uzorkovanje. Anorganski plinovi niske topljivosti analizirani su plinskom kromatografijom tografija (GC) pomoću Shimadzu 15A opremljenog 10 m dugačkom kolonom molekularnog sita 5A i detektorom toplinske vodljivosti (TCD) 54. Argon i O2 analizirani su korištenjem plinskog kromatografa Thermo Focus opremljenog 30 m dugačkom kolonom molekularnog sita s kapilarnim sitom i TCD-om. Metan i laki ugljikovodici analizirani su korištenjem plinskog kromatografa Shimadzu 14A opremljenog stupac od nehrđajućeg čelika dužine 10 m napunjen Chromosorb PAW 80/100 mesh, obložen s 23% SP 1700 i plamenoionizacijskim detektorom (FID). Tekuća faza korištena je za analizu 1) CO2, as, titriran s 0,5 N otopinom HCl (Metrohm Basic Titrino) i 2) H2S, as, nakon oksidacije s 5 mL H2O2 (33%), ionskom kromatografijom (IC) (IC) (Wantong 761). Analitička pogreška titracije, GC i IC analize manja je od 5%. Nakon standardnih postupaka ekstrakcije i pročišćavanja plinskih smjesa, 13C/12C CO2 (izražen kao δ13C-CO2% i V-PDB) analiziran je pomoću Finningan Delta S masenog spektrometra55,56. Standardi korišteni za procijenjena vanjska preciznost bila je mramor Carrara i San Vincenzo (unutarnja), NBS18 i NBS19 (međunarodna), dok su analitička pogreška i ponovljivost bile ±0,05% odnosno ±0,1%.
Vrijednosti δ15N (izražene kao % u odnosu na zrak) i 40Ar/36Ar određene su pomoću Agilent 6890 N plinskog kromatografa (GC) spojenog na Finnigan Delta plusXP maseni spektrometar s kontinuiranim protokom. Pogreška analize je: δ15N±0,1%, 36Ar<1%, 40Ar<3%. Omjer He izotopa (izražen kao R/Ra, gdje je R je 3He/4He izmjeren u uzorku, a Ra je isti omjer u atmosferi: 1,39 × 10−6)57 određen je u laboratoriju INGV-Palermo (Italija) 3He, 4He i 20Ne određeni su uporabom spektrometra mase s dva kolektora (Helix SFT-GVI)58 nakon odvajanja He i Ne. Pogreška analize ≤ 0,3%. Tipične slijepe probe za He i Ne su <10-14 odnosno <10-16 mol.
Kako citirati ovaj članak: Passaro, S. et al. Izdizanje morskog dna potaknuto procesom otplinjavanja otkriva bujanje vulkanske aktivnosti duž obale.science.Rep.6, 22448;doi: 10.1038/srep22448 (2016).
Aharon, P. Geologija i biologija modernih i starih ugljikovodičnih izvora i otvora na morskom dnu: uvod. Geographic Ocean Wright.14, 69–73 (1994).
Paull, CK & Dillon, WP Globalna pojava plinskih hidrata. U Kvenvolden, KA & Lorenson, TD (ur.) 3–18 (Hidrati prirodnog plina: Pojava, distribucija i otkrivanje. Geofizička monografija Američke geofizičke unije 124, 2001.).
Fisher, AT Geofizička ograničenja hidrotermalne cirkulacije. U: Halbach, PE, Tunnicliffe, V. & Hein, JR (ur.) 29–52 (Izvješće radionice u Durhamu, Prijenos energije i mase u morskim hidrotermalnim sustavima, Durham University Press, Berlin (2003.)).
Coumou, D., Driesner, T. & Heinrich, C. Struktura i dinamika hidrotermalnih sustava srednjooceanskog grebena. Science 321, 1825–1828 (2008).
Boswell, R. & Collett, TS Trenutačni pogledi na resurse plinskih hidrata.energiju.i okoliš.znanost.4, 1206–1215 (2011.).
Evans, RJ, Davies, RJ & Stewart, SA Unutarnja struktura i povijest erupcija kilometarskog sustava blatnih vulkana u Južnom Kaspijskom moru. Basin Reservoir 19, 153–163 (2007).
Leon, R. et al. Značajke morskog dna povezane s curenjem ugljikovodika iz dubokih nasipa karbonatnog mulja u zaljevu Cadiz: od toka mulja do karbonatnih sedimenata. Geografija March.Wright.27, 237–247 (2007).
Moss, JL & Cartwright, J. 3D seizmički prikaz cjevovoda za ispuštanje tekućine na kilometarskoj skali od obale Namibije. Basen Reservoir 22, 481-501 (2010).
Andresen, KJ Karakteristike protoka fluida u sustavima naftovoda i plinovoda: Što nam one govore o evoluciji bazena? March Geology.332, 89-108 (2012).
Ho, S., Cartwright, JA & Imbert, P. Vertikalna evolucija neogenske kvartarne strukture istjecanja tekućine u odnosu na tokove plina u basenu Donjeg Konga, priobalna Angola. March Geology.332-334, 40-55 (2012).
Johnson, SY et al. Hidrotermalna i tektonska aktivnost u sjevernom jezeru Yellowstone, Wyoming.geology.Socialist Party.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 et al. Tektonska struktura i struktura kore na kontinentalnom rubu Kampanije: odnos prema vulkanskoj aktivnosti.mineral.gasoline.79, 33–47 (2003.)
Piochi, M., Bruno PP & De Astis G. Relativna uloga tektonike rascjepa i procesa magmatskog izdizanja: zaključak iz geofizičkih, strukturnih i geokemijskih podataka u vulkanskoj regiji Napulja (južna Italija).Gcubed, 6(7), 1-25 (2005).
Dvorak, JJ & 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. et al. Kratkotrajna deformacija tla i seizmičnost u ugniježđenom krateru Campi Flegrei (Italija): primjer aktivnog oporavka mase u gusto naseljenom području. J.Volcano.geothermal.reservoir.91, 415–451 (1999)
Cusano, P., Petrosino, S. i Saccorotti, G. Hidrotermalno podrijetlo trajne 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 sličnim pragovima: studija slučaja iz kratera Campi Flegrei.science.Rep.2, 10.1038/srep00712 (2012).
Walter, TR et al. InSAR vremenske serije, analiza korelacije i modeliranje vremenske korelacije otkrivaju moguću spregu Campi Flegreija i Vezuva.J.Vulkan.geotermalni.rezervoar.280, 104–110 (2014).
Milia, A. & Torrente, M. Strukturna i stratigrafska struktura prve polovice Tirenskog grabena (Napuljski zaljev, Italija). Constructive Physics 315, 297–314.
Sano, Y. & Marty, B. Izvori ugljika u plinu vulkanskog pepela s Island Arcs. Chemical Geology. 119, 265–274 (1995).
Milia, A. Dohrn Stratigrafija kanjona: Odgovori na pad razine mora i tektonsko podizanje na vanjskoj kontinentalnoj polici (istočni tirenski rub, Italija). Geo-Marine Letters 20/2, 101–108 (2000).