תודה שביקרתם באתר Nature.com. גרסת הדפדפן בה אתם משתמשים כוללת תמיכה מוגבלת ב-CSS. לחוויית המשתמש הטובה ביותר, אנו ממליצים להשתמש בדפדפן מעודכן (או לכבות את מצב התאימות ב-Internet Explorer). בינתיים, כדי להבטיח תמיכה מתמשכת, נציג את האתר ללא סגנונות ו-JavaScript.
אנו מדווחים על עדויות להתרוממות קרקעית הים פעילה ופליטות גזים מספר קילומטרים מהחוף מנמל נאפולי (איטליה). חורים, תלוליות ומכתשים הם מאפיינים של קרקעית הים. תצורות אלו מייצגות את ראשי מבנים רדודים בקרום, כולל פגודות, שברים וקפלים המשפיעים על קרקעית הים כיום. הן תיעדו את העלייה, הלחץ והשחרור של הליום ופחמן דו-חמצני בתגובות דה-קרבוניזציה של התכות המעטפת וסלעי הקרום. גזים אלו דומים ככל הנראה לאלה המזינים את המערכות ההידרותרמיות של איסקיה, קמפי פלגרה וסומה-וזוב, דבר המצביע על מקור מעטפת מעורבב עם נוזלי קרום מתחת למפרץ נאפולי. התפשטות תת-ימית וקרע הנגרמים מתהליך הרמת הגז והלחץ דורשים לחץ יתר של 2-3 מגה פיקסל. התרוממות קרקעית הים, שברים ופליטות גזים הם ביטויים של תהפוכות לא געשיות שעשויות לבשר על התפרצויות קרקעית הים ו/או פיצוצים הידרותרמיים.
פריקות הידרותרמיות (מים חמים וגז) במעמקי הים הן מאפיין נפוץ של רכסים אמצעיים באוקיינוס ​​ושולי לוחות מתכנסים (כולל חלקים שקועים של קשתות איים), בעוד שפריקות קרות של גז הידרטים (כלטרטים) אופייניות לעתים קרובות למדפים יבשתיים ולשוליים פסיביים1, 2,3,4,5. התרחשותן של פריקות הידרותרמיות בקרקעית הים באזורים חופיים מרמזת על מקורות חום (מאגרי מאגמה) בתוך הקרום היבשתי ו/או המעטפת. פריקות אלו עשויות להקדים את עליית המאגמה דרך השכבות העליונות של קרום כדור הארץ ולהגיע לשיאן בהתפרצות ובהצבת הרי געש געשיים6. לכן, זיהוי של (א) מורפולוגיות הקשורות לעיוות קרקעית ים פעיל ו-(ב) פליטות גז בקרבת אזורי חוף מאוכלסים כמו האזור הוולקני של נאפולי באיטליה (כמיליון תושבים) הוא קריטי להערכת הרי געש אפשריים. התפרצות רדודה. יתר על כן, בעוד שמאפיינים מורפולוגיים הקשורים לפליטות גז הידרטים או הידרטים במעמקי הים ידועים יחסית בשל תכונותיהם הגיאולוגיות והביולוגיות, היוצאים מן הכלל הם מאפיינים מורפולוגיים הקשורים למים רדודים יותר, למעט אלה... המתרחשים באגם 12, ישנם יחסית מעט רישומים. כאן, אנו מציגים נתונים חדשים של באטימטריה, סייסמיות, עמודת מים ונתונים גיאוכימיים עבור אזור תת-ימי, מורכב מבחינה מורפולוגית ומבנית, המושפע מפליטות גזים במפרץ נאפולי (דרום איטליה), כ-5 ק"מ מנמל נאפולי. נתונים אלה נאספו במהלך שייט SAFE_2014 (אוגוסט 2014) על סיפון ה-R/V אורניה. אנו מתארים ומפרשים את המבנים של קרקעית הים והתת-קרקעיים שבהם מתרחשות פליטות גזים, חוקרים את מקורות נוזלי האוורור, מזהים ומאפיינים את המנגנונים המווסתים את עליית הגזים ואת העיוות הנלווה, ודנים בהשפעות וולקניות.
מפרץ נאפולי יוצר את השוליים המערביים של פליו-רביעון, את השקע הטקטוני המוארך של קמפניה בכיוון צפון-מערב-דרום-מזרח13,14,15. דרום-מערב של איסקיה (בסביבות 150-1302 לספירה), מכתש קמפי פלגרה (בסביבות 300-1538) וסומה-וזוב (מ-<360-1944). הסידור מגביל את המפרץ לצפון לספירה)15, בעוד שהדרום גובל בחצי האי סורנטו (איור 1א). מפרץ נאפולי מושפע משברים משמעותיים שוררים בכיוון צפון-מערב-דרום-מערב ומשניים בכיוון צפון-מערב-דרום-מזרח (איור 1)14,15. איסקיה, קמפי פלגרה וסומה-וזוב מאופיינים בתופעות הידרותרמיות, עיוות קרקע וסייסמיות רדודה16,17,18 (למשל, האירוע הסוער בקמפי פלגרה בשנים 1982-1984, עם התרוממות קרקע של 1.8 מטר ואלפי רעידות אדמה). מחקרים אחרונים19,20 מצביעים על כך שייתכן שיש... קשר בין הדינמיקה של סומה-וזוב לזו של קמפי פלגרה, שקשור אולי למאגרי מאגמה בודדים "עמוקים". פעילות געשית ותנודות בגובה פני הים ב-36 הקילומטרים האחרונים של קמפי פלגרה וב-18 הקילומטרים האחרונים של סומה-וזוב שלטו במערכת המשקעים של מפרץ נאפולי. גובה פני הים הנמוך בשיא הקרחון האחרון (18 הקילומטרים) הוביל לנסיגה של מערכת המשקעים הרדודה לחוף הים, אשר מולאה לאחר מכן על ידי אירועים טרנסגרסיביים במהלך הפלייסטוקן המאוחר-הולוקן. פליטות גז תת-ימיות זוהו סביב האי איסקיה, מול חופי קמפי פלגרה וליד הר סומה-וזוב (איור 1ב').
(א) סידורים מורפולוגיים ומבניים של המדף היבשתי ומפרץ נאפולי 15, 23, 24, 48. נקודות הן מרכזי התפרצות תת-ימית עיקריים; קווים אדומים מייצגים שברים עיקריים. (ב) באטימטריה של מפרץ נאפולי עם פתחי נוזלים שזוהו (נקודות) ועקבות של קווים סייסמיים (קווים שחורים). הקווים הצהובים הם מסלולי הקווים הסייסמיים L1 ו-L2 המדווחים באיור 6. גבולות המבנים דמויי הכיפה של Banco della Montagna (BdM) מסומנים בקווים מקווקווים כחולים ב-(א,ב). הריבועים הצהובים מסמנים את מיקומי פרופילי עמודת המים האקוסטיים, ומסגרות CTD-EMBlank, CTD-EM50 ו-ROV מדווחות באיור 5. העיגול הצהוב מסמן את מיקום פריקת גז הדגימה, והרכבו מוצג בטבלה S1. Golden Software (http://www.goldensoftware.com/products/surfer) משתמשת בגרפיקה שנוצרה על ידי Surfer® 13.
בהתבסס על נתונים שהתקבלו במהלך שייט SAFE_2014 (אוגוסט 2014) (ראה שיטות), נבנה מודל שטח דיגיטלי (DTM) חדש של מפרץ נאפולי ברזולוציה של 1 מטר. ה-DTM מראה שקרקעית הים מדרום לנמל נאפולי מאופיינת במשטח משופע עדין הפונה דרומה (שיפוע ≤3°), הנקטע על ידי מבנה דמוי כיפה בגודל 5.0 × 5.3 ק"מ, המכונה מקומית Banco della Montagna (BdM). איור. 1א,ב). BdM מתפתח בעומק של כ-100 עד 170 מטרים, 15 עד 20 מטרים מעל קרקעית הים שמסביב. כיפת ה-BdM הציגה מורפולוגיה דמוית תל הודות ל-280 תלוליות תת-מעגליות עד סגלגלות (איור 2א), 665 חרוטים ו-30 בורות (איורים 3 ו-4). לתל גובה והיקף מקסימליים של 22 מטר ו-1,800 מטר, בהתאמה. המעגליות [C = 4π(שטח/היקף²)] של התלוליות ירדה עם עלייה בהיקף (איור 2ב). יחסי צירים עבור תלוליות נעו בין 1 ל-6.5, כאשר תלוליות עם יחס צירי >2 הראו פגיעה מועדפת של N45°E + 15° ופגיעה משנית מפוזרת יותר, מפוזרת יותר, מ-N105°E עד N145°E (איור 2ג). קונוסים בודדים או מסודרים קיימים במישור BdM ועל גבי התל (איור 3א',ב'). הסידורים הקוניים עוקבים אחר סידור התלוליות עליהן הם ממוקמים. נקעים ממוקמים בדרך כלל על קרקעית הים השטוחה (איור 3ג') ולעיתים גם על תלוליות. הצפיפות המרחבית של קונוסים ונקעים מדגימה כי היישור הצפון-מזרחי-דרום-מערבי השולט תוחם את הגבולות הצפון-מזרחיים והדרום-מערביים של כיפת BdM (איור 4א',ב'); המסלול הפחות מורחב צפון-מערב-דרום-מזרחי ממוקם באזור BdM המרכזי.
(א) מודל שטח דיגיטלי (גודל תא של 1 מטר) של כיפת Banco della Montagna (BdM). (ב) היקף ועגוליות של תלוליות BdM. (ג) יחס צירי וזווית (כיוון) של הציר הראשי של האליפסה המתאימה ביותר המקיפה את התל. סטיית התקן של מודל השטח הדיגיטלי היא 0.004 מטר; סטיות התקן של היקף ועגוליות הן 4.83 מטר ו-0.01, בהתאמה, וסטיות התקן של יחס צירי וזווית הן 0.04 ו-3.34°, בהתאמה.
פרטים על חרוטים, מכתשים, תלוליות ובורות שזוהו באזור BdM כפי שחולצו מה-DTM באיור 2.
(א) חרוטי יישור על קרקעית ים שטוחה; (ב) חרוטי ים ומכתשים על תלוליות צרות בכיוון צפון-דרום-דרום-מזרח; (ג) שקעים על משטח שקוע קלות.
(א) פיזור מרחבי של מכתשים, בורות ופליטות גז פעילות שזוהו. (ב) צפיפות מרחבית של מכתשים ובורות שדווחו ב-(א) (מספר/0.2 קמ"ר).
זיהינו 37 פליטות גז באזור BdM מתמונות של משקעי עמודת מים של כלי רכב ROV ותצפיות ישירות על קרקעית הים שנרכשו במהלך שיוט SAFE_2014 באוגוסט 2014 (איורים 4 ו-5). האנומליות האקוסטיות של פליטות אלו מראות צורות מוארכות אנכית העולות מקרקעית הים, בטווח אנכי בין 12 לכ-70 מטר (איור 5א'). במקומות מסוימים, אנומליות אקוסטיות יצרו "רכבת" כמעט רציפה. פלומות הבועות שנצפו מגוונות מאוד: מזרימות בועות רציפות וצפופות ועד לתופעות קצרות מועד (סרט משלים 1). בדיקת ROV מאפשרת אימות חזותי של התרחשות פתחי נוזלים בקרקעית הים ומדגישה נקעים קטנים על קרקעית הים, לעיתים מוקפים במשקעים אדומים עד כתומים (איור 5ב'). במקרים מסוימים, ערוצי ROV מפעילים מחדש פליטות. מורפולוגיית הפתח מראה פתח עגול בחלק העליון ללא התלקחות בעמודת המים. רמת החומציות בעמודת המים ממש מעל נקודת הפריקה הראתה ירידה משמעותית, דבר המצביע על תנאים חומציים יותר באופן מקומי (איור 5ג',ד'). בפרט, רמת החומציות מעל פריקת גז BdM ב... בעומק של 75 מטר ירד העומק מ-8.4 (בעומק של 70 מטר) ל-7.8 (בעומק של 75 מטר) (איור 5ג'), בעוד שאתרים אחרים במפרץ נאפולי החזיקו בערכי pH בין 0 ל-160 מטר בטווח העומקים שבין 8.3 ל-8.5 (איור 5ד'). שינויים משמעותיים בטמפרטורת מי הים ובמליחות חסרו בשני אתרים בתוך ומחוץ לאזור BdM של מפרץ נאפולי. בעומק של 70 מטר, הטמפרטורה היא 15 מעלות צלזיוס והמליחות היא כ-38 PSU (איור 5ג',ד'). מדידות של pH, טמפרטורה ומליחות הצביעו על: א) השתתפות של נוזלים חומציים הקשורים לתהליך סילוק הגזים של BdM ו-ב) היעדר או פריקה איטית מאוד של נוזלים תרמיים ומי מלח.
(א) חלון רכישה של פרופיל עמודת המים האקוסטי (אקומטר Simrad EK60). פס ירוק אנכי המתאים להתלקחות הגז שזוהתה על פריקת הנוזל EM50 (כ-75 מטר מתחת לפני הים) הממוקמת באזור BdM; מוצגים גם אותות מרובי-תעלות הים מהקרקעית ומקרקעית הים (ב) שנאספו באמצעות רכב הנשלט מרחוק באזור BdM. התמונה היחידה מציגה מכתש קטן (עיגול שחור) מוקף במשקע אדום עד כתום. (ג,ד) נתוני CTD של גשש רב-פרמטרי שעובדו באמצעות תוכנת SBED-Win32 (Seasave, גרסה 7.23.2). דפוסים של פרמטרים נבחרים (מליחות, טמפרטורה, pH וחמצן) של עמודת המים מעל פריקת הנוזל EM50 (לוח ג) ומחוץ ללוח אזור פריקת Bdm (ד).
אספנו שלוש דגימות גז מאזור המחקר בין ה-22 ל-28 באוגוסט 2014. דגימות אלו הראו הרכבים דומים, כאשר ריכוזי CO2 (934-945 mmol/mol), ואחריהם ריכוזים רלוונטיים של N2 (37-43 mmol/mol), CH4 (16-24 mmol/mol) ו-H2S (0.10 mmol/mol) -0.44 mmol/mol), בעוד ש-H2 ו-He היו פחות נפוצים (<0.052 ו-<0.016 mmol/mol, בהתאמה) (איור 1b; טבלה S1, סרטון משלים 2). נמדדו גם ריכוזים גבוהים יחסית של O2 ו-Ar (עד 3.2 ו-0.18 mmol/mol, בהתאמה). סכום הפחמימנים הקלים נע בין 0.24 ל-0.30 mmol/mol ומורכב מאלקאנים C2-C4, ארומטיקה (בעיקר בנזן), פרופן ותרכובות המכילות גופרית (תיופן). ערך 40Ar/36Ar עולה בקנה אחד עם ערך האוויר. (295.5), למרות שדגימה EM35 (כיפת BdM) בעלת ערך של 304, המציגה עודף קל של 40Ar. יחס δ15N היה גבוה יותר מאשר באוויר (עד +1.98% לעומת אוויר), בעוד שערכי δ13C-CO2 נעו בין -0.93 ל-0.44% לעומת V-PDB. ערכי R/Ra (לאחר תיקון לזיהום אוויר באמצעות יחס 4He/20Ne) היו בין 1.66 ל-1.94, דבר המצביע על נוכחות של חלק גדול של He במעטפת. על ידי שילוב איזוטופ ההליום עם CO2 והאיזוטופ היציב שלו 22, ניתן להבהיר עוד יותר את מקור הפליטות ב-BdM. במפת CO2 עבור CO2/3He לעומת δ13C (איור 6), הרכב גז BdM מושווה לזה של הפומרולים של איסקיה, קמפי פלגריי וסומה-וזוב. איור 6 מדווח גם על קווי ערבוב תיאורטיים בין שלושה מקורות פחמן שונים שעשויים להיות מעורבים בייצור גז BdM: נמסים שמקורם במעטפת, משקעים עשירים בחומרים אורגניים וקרבונטים. דגימות ה-BdM נופלות על קו הערבוב המתואר על ידי שלושת הרי הגעש בקמפניה, כלומר, ערבוב בין גזי מעטפת (אשר מניחים שהם מועשרים מעט בפחמן דו-חמצני יחסית ל-MORBs קלאסיים לצורך התאמת הנתונים) ותגובות הנגרמות על ידי דה-קרבוניזציה של הקרום. סלע הגז המתקבל.
קווים היברידיים בין הרכב המעטפת לבין שאר חלקי הקרקע של אבן גיר ומשקעים אורגניים מדווחים להשוואה. תיבות מייצגות את אזורי הפומרולים של איסקיה, קמפי פלגריי וסומה-וסביוס 59, 60, 61. דגימת BdM נמצאת במגמה המעורבת של הר הגעש קמפניה. גז הקרקע של הקו המעורב הוא ממקור המעטפת, שהוא הגז המופק מתגובת דה-קרבוריזציה של מינרלים פחמתיים.
חתכים סייסמיים L1 ו-L2 (איורים 1b ו-7) מראים את המעבר בין BdM לבין הרצפים הסטרטיגרפיים הדיסטליים של אזורי הגעש סומה-וזוב (L1, איור 7a) וקמפי פלגריי (L2, איור 7b). BdM מאופיין בנוכחות שתי תצורות סייסמיות עיקריות (MS ו-PS באיור 7). העליונה (MS) מציגה מחזירי אור תת-מקבילים בעלי משרעת גבוהה עד בינונית ורציפות רוחבית (איור 7b,c). שכבה זו כוללת משקעים ימיים הנגררים על ידי מערכת המקסימום הקרחוני האחרון (LGM) ומורכבת מחול וחימר23. שכבת ה-PS שמתחת (איור 7b-d) מאופיינת בשלב כאוטי עד שקוף בצורת עמודים או שעוני חול. החלק העליון של משקעי ה-PS יצר תלוליות קרקעית הים (איור 7d). גיאומטריות דמויות דיאפיר אלו מדגימות את חדירת חומר שקוף PS למשקעי ה-MS העליונים ביותר. התרוממות רוח אחראית להיווצרות קפלים ושברים המשפיעים על... שכבת ה-MS והמשקעים הנוכחיים שמעליהם של קרקעית הים BdM (איור 7ב-ד). המרווח הסטרטיגרפי של ה-MS מפושט בבירור בחלק ה-ENE של חתך L1, בעוד שהוא מלבן לכיוון BdM עקב נוכחות של שכבה רוויה בגז (GSL) המכוסה על ידי כמה רמות פנימיות של רצף ה-MS (איור 7א). ליבות כבידה שנאספו בחלק העליון של ה-BdM התואמות לשכבה הסייסמית השקופה מצביעות על כך ש-40 הס"מ העליונים מורכבים מחול שהושקע לאחרונה עד ימינו; )24,25 ושברי אבן ספוג מההתפרצות הנפיצה של קמפי פלגריי של "טוף צהוב של נאפולי" (14.8 קא)26. לא ניתן להסביר את השלב השקוף של שכבת ה-PS על ידי תהליכי ערבוב כאוטיים בלבד, מכיוון שהשכבות הכאוטיות הקשורות למפולות, זרימות בוץ וזרימות פירוקלסטיות שנמצאו מחוץ ל-BdM במפרץ נאפולי הן אטומות מבחינה אקוסטית21,23,24. אנו מסיקים כי הפציות הסייסמיות של BdM PS שנצפו, כמו גם הופעת שכבת ה-PS התת-ימית (איור 7ד), משקפים את עליית הגז הטבעי.
(א) פרופיל סייסמי חד-מסלולי L1 (עקבת ניווט באיור 1b) המציג סידור מרחבי עמודי (פגודה). הפגודה מורכבת ממשקעים כאוטיים של אבן ספוג וחול. השכבה הרוויה בגז הקיימת מתחת לפגודה מסירה את הרציפות של התצורות העמוקות יותר. (ב) פרופיל סייסמי חד-ערוצי L2 (עקבת ניווט באיור 1b), המדגיש חיתוך ועיוות של תלוליות קרקעית הים, משקעי חול ימיים (MS) ומשקעי חול ספוג (PS). (ג) פרטי העיוות ב-MS ו-PS מדווחים ב-(c,d). בהנחה של מהירות של 1580 מטר/שנייה בסדימנט העליון, 100 מילישניות מייצגות כ-80 מטר בסולם האנכי.
המאפיינים המורפולוגיים והמבניים של BdM דומים לשדות הידרותרמיים וגז הידרט תת-ימיים אחרים ברחבי העולם2,12,27,28,29,30,31,32,33,34 ולעתים קרובות קשורים להתרוממות שטח (קמרונות ותלוליות) ולפריקת גז (קונוסים, בורות). קונוסים ובורות המיושרים עם BdM ותלוליות מוארכות מצביעים על חדירות מבוקרת מבנית (איורים 2 ו-3). הסידור המרחבי של תלוליות, בורות ופתחים פעילים מצביע על כך שההתפלגות שלהם נשלטת בחלקה על ידי שברי פגיעה צפון-דרום-מזרחית וצפון-דרום-דרום-מערב (איור 4b). אלו הן מערכות השבר המועדפות המשפיעות על אזורי הגעש קמפי פלגריי וסומה-וזוב ועל מפרץ נאפולי. בפרט, מבנה הראשון שולט במיקום הפריקה ההידרותרמית ממכתש קמפי פלגריי35. לכן אנו מסיקים ששברים ושברים במפרץ נאפולי מייצגים את המסלול המועדף לנדידת גז אל פני השטח, מאפיין משותף להידרותרמיות אחרות המבוקרות מבנית. מערכות36,37. ראוי לציין כי חרוטי BdM ובורות לא תמיד היו קשורים לתלוליות (איור 3א', ג'). ממצא זה מצביע על כך שתלוליות אלו אינן מייצגות בהכרח סימנים מוקדמים להיווצרות בורות, כפי שהציעו מחברים אחרים לגבי אזורי גז הידרט32,33. מסקנותינו תומכות בהשערה כי שיבוש משקעי קרקעית הים הכיפתיים אינו תמיד מוביל להיווצרות בורות.
שלושת פליטות הגזים שנאספו מראות חתימות כימיות אופייניות לנוזלים הידרותרמיים, בעיקר CO2 עם ריכוזים משמעותיים של גזים מחזרים (H2S, CH4 ו-H2) ופחמימנים קלים (במיוחד בנזן ופרופילן)38,39, 40, 41, 42, 43, 44, 45 (טבלה S1). נוכחותם של גזים אטמוספריים (כגון O2), שאינם צפויים להיות נוכחים בפליטות תת-ימיות, עשויה להיות תוצאה של זיהום מאוויר מומס במי ים שבא במגע עם גזים המאוחסנים בקופסאות פלסטיק המשמשות לדגימה, כאשר רכבי חילוץ ניידים (ROV) נשלפים מקרקעית האוקיינוס ​​אל הים כדי להתפשט. לעומת זאת, ערכי δ15N חיוביים ו-N2/Ar גבוה (עד 480) גבוה משמעותית מ-ASW (מים רוויים באוויר) מצביעים על כך שרוב ה-N2 מופק ממקורות חוץ-אטמוספריים, בהתאם למקור ההידרותרמי הדומיננטי של גזים אלה. המקור ההידרותרמי-וולקני של גז BdM אושר על ידי תכולת ה-CO2 וה-He והאיזוטופים שלהם. חתימות. איזוטופים של פחמן (δ13C-CO2 מ-0.93%- עד 0.4%+) וערכי CO2/3He (מ-1.7 × 1010 עד 4.1 × 1010) מצביעים על כך שדגימות ה-BdM שייכות למגמה מעורבת של פומרולים סביב קצה המעטפת של מפרץ נאפולי ודקרבוניזציה. הקשר בין הגזים המיוצרים על ידי התגובה (איור 6). באופן ספציפי יותר, דגימות גז ה-BdM ממוקמות לאורך מגמת הערבוב בערך באותו מיקום כמו הנוזלים מהרי הגעש הסמוכים קמפי פלגריי וסומה-וזוב. הם קרומיים יותר מפומרולים של איסקיה, הקרובים יותר לקצה המעטפת. לסומה-וזוב וקמפי פלגריי יש ערכי 3He/4He גבוהים יותר (R/Ra בין 2.6 ל-2.9) מאשר BdM (R/Ra בין 1.66 ל-1.96; טבלה S1). זה מצביע על כך שהתוספת וההצטברות של רדיוגני. מקורו מאותו מקור מאגמה שהזין את הרי הגעש סומה-וזוב וקמפי פלגריי. היעדר שברי פחמן אורגניים ניתנים לזיהוי בפליטות BdM מצביע על כך שמשקעים אורגניים אינם מעורבים בתהליך סילוק הגזים של BdM.
בהתבסס על הנתונים שדווחו לעיל ותוצאות ממודלים ניסיוניים של מבנים דמויי כיפה הקשורים לאזורים עשירים בגז תת-ימיים, לחץ גז עמוק עשוי להיות אחראי להיווצרות כיפות BdM בקנה מידה קילומטר. כדי להעריך את לחץ היתר Pdef המוביל לקמרון BdM, יישמנו מודל מכניקה של לוחות דקים33,34 בהנחה, מהנתונים המורפולוגיים והסיסמיים שנאספו, שקמרון BdM הוא יריעה תת-מעגלית ברדיוס a הגדול יותר ממשקע צמיג רך ומעוות. התזוזה האנכית המקסימלית w והעובי h של (איור משלים S1). Pdef הוא ההפרש בין הלחץ הכולל ללחץ הסטטי בסלע בתוספת לחץ עמודת המים. ב-BdM, הרדיוס הוא כ-2,500 מטר, w הוא 20 מטר, והמקסימום h המוערך מהפרופיל הסייסמי הוא כ-100 מטר. אנו מחשבים את Pdef 46Pdef = w 64 D/a4 מהקשר, כאשר D היא קשיחות הכיפוף; D ניתן על ידי (E h3)/[12(1 – ν2)], כאשר E הוא מודול יאנג של המשקע, ν הוא יחס פואסון (~0.5)33. מכיוון שלא ניתן למדוד את התכונות המכניות של משקעי BdM, אנו קובעים את E = 140 kPa, שהוא ערך סביר עבור משקעי חול חופיים47 בדומה ל-BdM14,24. איננו מתחשבים בערכי E הגבוהים יותר המדווחים בספרות עבור משקעי חרסית סחפתיים (300 < E < 350,000 kPa)33,34 מכיוון שמשקעי BDM מורכבים בעיקר מחול, לא סחפת או חרסית סחפת24. אנו מקבלים Pdef = 0.3 Pa, התואם את הערכות תהליכי הרמה של קרקעית הים בסביבות אגן גזים הידרטים, כאשר Pdef משתנה בין 10-2 ל-103 Pa, כאשר ערכים נמוכים יותר מייצגים w/a נמוך ו/או מה. ב-BdM, ירידה בקשיחות עקב רוויה מקומית של הגזים במשקעים. ו/או הופעת סדקים קיימים עשויה גם היא לתרום לכשל ולשחרור גז כתוצאה מכך, מה שמאפשר את היווצרות מבני האוורור שנצפו. הפרופילים הסייסמיים המשתקפים שנאספו (איור 7) הצביעו על כך שמשקעי PS הורמו מהשכבה הימית הגדולה (GSL), ודחפו את משקעי ה-MS שמעליה למעלה, וכתוצאה מכך נוצרו תלוליות, קפלים, שברים וחתכים משקעיים (איור 7b,c). ממצא זה מצביע על כך שאבן הספוג בת 14.8 עד 12 קאלא חדרה לשכבת ה-MS הצעירה יותר באמצעות תהליך הובלת גז כלפי מעלה. ניתן לראות את המאפיינים המורפולוגיים של מבנה BdM כתוצאה מלחץ יתר שנוצר על ידי פריקת הנוזלים המיוצרת על ידי ה-GSL. בהינתן שניתן לראות פריקה פעילה מקרקעית הים עד לעומק של מעל 170 מטר לפני הים (bsl48), אנו מניחים שלחץ יתר הנוזלים בתוך ה-GSL עולה על 1,700 קילופסקל. נדידה כלפי מעלה של גזים במשקעים השפיעה גם על קרצוף החומר הכלול ב-MS, מה שמסביר את נוכחותם של משקעים כאוטיים בליבות כבידה שנדגמו ב... BdM25. יתר על כן, לחץ היתר של ה-GSL יוצר מערכת שברים מורכבת (שבר מצולע באיור 7b). באופן קולקטיבי, מורפולוגיה, מבנה והתיישבות סטרטיגרפית זו, המכונות "פגודות"49,50, יוחסו במקור להשפעות משניות של תצורות קרחוניות ישנות, וכיום מתפרשות כהשפעות של עליית גז31,33 או אידוי50. בשוליים היבשתיים של קמפניה, משקעים אידויים הם נדירים, לפחות בתוך 3 הקילומטרים העליונים ביותר של הקרום. לכן, מנגנון הצמיחה של פגודות BdM ככל הנראה נשלט על ידי עליית גז בסדימנטים. מסקנה זו נתמכת על ידי הפאציות הסייסמיות השקופות של הפגודה (איור 7), כמו גם נתוני ליבת כבידה כפי שדווח בעבר24, שם חול של ימינו מתפרץ עם 'Pomici Principali'25 ו-'Naples Yellow Tuff'26 Campi Flegrei. יתר על כן, משקעי PS פלשו ועיוותו את שכבת ה-MS העליונה (איור 7ד). סידור מבני זה מרמז שהפגודה מייצגת מבנה מתרומם ולא רק צינור גז. לפיכך, שני תהליכים עיקריים שולטים בהיווצרות הפגודה: א) צפיפות המשקע הרך פוחתת ככל שגז נכנס מלמטה; ב) תערובת הגז-משקע עולה, שהיא הקיפול, השבר והשבר שנצפו וגורמים לשקיעות MS (איור 7). מנגנון היווצרות דומה הוצע עבור פגודות הקשורות להידרטים של גז בים סקוטיה הדרומית (אנטארקטיקה). פגודות BdM הופיעו בקבוצות באזורים גבעיים, והיקפן האנכי היה בממוצע 70-100 מטר בזמן נסיעה דו-כיווני (TWTT) (איור 7א). בשל נוכחותן של גלי MS ובהתחשב בסטרטיגרפיה של ליבת הכבידה של BdM, אנו מסיקים שגיל היווצרות מבני הפגודה הוא פחות מ-14-12 אלף שנה. יתר על כן, צמיחתם של מבנים אלה עדיין פעילה (איור 7ד) מכיוון שכמה פגודות פלשו ועיוותו את חול ה-BdM של ימינו (איור 7ד).
כישלונה של הפגודה לחצות את קרקעית הים של ימינו מצביע על כך ש-(א) עליית גז ו/או הפסקה מקומית של ערבוב גז-משקע, ו/או (ב) זרימה צידית אפשרית של תערובת גז-משקע אינה מאפשרת תהליך לחץ יתר מקומי. על פי מודל תורת הדיאפיר52, הזרימה הצידית מדגימה איזון שלילי בין קצב האספקה ​​של תערובת גז-בוץ מלמטה לבין הקצב שבו הפגודה נעה כלפי מעלה. הירידה בקצב האספקה ​​עשויה להיות קשורה לעלייה בצפיפות התערובת עקב היעלמות אספקת הגז. התוצאות שסוכמו לעיל ועליית הפגודה הנשלטת על ידי ציפה מאפשרות לנו להעריך את גובה עמודת האוויר hg. הציפה ניתנת על ידי ΔP = hgg (ρw – ρg), כאשר g הוא כוח הכבידה (9.8 מ'/שנייה) ו-ρw ו-ρg הן צפיפויות המים והגז, בהתאמה. ΔP הוא סכום Pdef שחושב קודם לכן והלחץ הליתוסטטי Plith של לוח המשקע, כלומר ρsg h, כאשר ρs היא צפיפות הסדימנט. במקרה זה, ערך hg הנדרש לציפה הרצויה ניתן על ידי hg = (Pdef + Plith)/[g (ρw – ρg)]. ב-BdM, אנו קובעים את Pdef = 0.3 Pa ו-h = 100 m (ראה לעיל), ρw = 1,030 kg/m3, ρs = 2,500 kg/m3, ρg זניח מכיוון ש-ρw ≫ρg. אנו מקבלים hg = 245 m, ערך המייצג את עומק תחתית ה-GSL. ΔP הוא 2.4 MPa, שהוא לחץ היתר הנדרש כדי לשבור את קרקעית הים BdM וליצור פתחי אוורור.
הרכב גז ה-BdM עולה בקנה אחד עם מקורות המעטפת שהשתנו עקב הוספת נוזלים הקשורים לתגובות דה-קרבוניזציה של סלעי קרום (איור 6). יישורים גסים של כיפות BdM והרי געש פעילים כמו איסקיה, קמפי פלגרה וסומה-וזוב, יחד עם הרכב הגזים הנפלטים, מצביעים על כך שגזים הנפלטים מהמעטפת שמתחת לכל אזור הגעש של נאפולי מעורבבים. יותר ויותר נוזלים בקרום נעים ממערב (איסקיה) למזרח (סומה-וזוב) (איורים 1ב' ו-6).
הגענו למסקנה שבמפרץ נאפולי, כמה קילומטרים מנמל נאפולי, קיים מבנה דמוי כיפה ברוחב 25 קמ"ר המושפע מתהליך פעיל של סילוק גזים ונגרם מהצבת פגודות ותלוליות. נכון לעכשיו, חתימות BdM מצביעות על כך שטורבולנציה לא מגמטית53 עשויה להיות מוקדמת לוולקניזם עוברי, כלומר פריקה מוקדמת של מאגמה ו/או נוזלים תרמיים. יש ליישם פעילויות ניטור כדי לנתח את התפתחות התופעות ולזהות אותות גיאוכימיים וגיאופיזיים המעידים על הפרעות מגמטיות פוטנציאליות.
פרופילים אקוסטיים של עמודת המים (2D) נרכשו במהלך שייט SAFE_2014 (אוגוסט 2014) על גבי ה-R/V Urania (CNR) על ידי המכון הלאומי לסביבה ימית חופית (IAMC) של המועצה הלאומית למחקר. דגימה אקוסטית בוצעה על ידי מדידת תהודה מדעית Simrad EK60 הפועל בתדר 38 קילוהרץ. נתונים אקוסטיים נרשמו במהירות ממוצעת של כ-4 ק"מ. תמונות הדידה שנאספו שימשו לזיהוי פריקות נוזלים ולהגדרת מיקומם במדויק באזור האיסוף (בין 74 ל-180 מטר מעל פני הים). מדידת פרמטרים פיזיקליים וכימיים בעמודת המים באמצעות גלאים מרובי פרמטרים (מוליכות, טמפרטורה ועומק, CTD). הנתונים נאספו באמצעות גלאי CTD 911 (SeaBird, Electronics Inc.) ועובדו באמצעות תוכנת SBED-Win32 (Seasave, גרסה 7.23.2). בדיקה ויזואלית של קרקעית הים בוצעה באמצעות מכשיר ROV "Pollux III" (GEItaliana) (כלי טיס המופעל מרחוק) עם שני... מצלמות (ברזולוציה נמוכה וגבוהה).
איסוף נתונים רב-קרן בוצע באמצעות מערכת סונאר רב-קרן Simrad EM710 בתדר 100 קילו-הרץ (Kongsberg). המערכת מקושרת למערכת מיקום גלובלית דיפרנציאלית כדי להבטיח שגיאות תת-מטריות במיקום הקרן. לפולס האקוסטי תדר של 100 קילו-הרץ, פולס ירי של 150° מעלות ופתיחה מלאה של 400 קרניים. מדידה והחלת פרופילי מהירות קול בזמן אמת במהלך האיסוף. הנתונים עובדו באמצעות תוכנת PDS2000 (Reson-Thales) בהתאם לתקן הארגון ההידרוגרפי הבינלאומי (https://www.iho.int/iho_pubs/standard/S-44_5E.pdf) לניווט ותיקון גאות ושפל. הפחתת רעש עקב קפיצות מקריות במכשיר והדרת קרן באיכות ירודה בוצעה באמצעות כלי עריכה והסרת קפיצות פס. זיהוי מהירות קול רציף מתבצע על ידי תחנת קיל הממוקמת ליד מתמר רב-קרן ורוכש ומחיל פרופילי מהירות קול בזמן אמת בעמודת המים כל 6-8 שעות כדי לספק מהירות קול בזמן אמת להיגוי קרן תקין. מערך הנתונים כולו מורכב... של כ-440 קמ"ר (עומק 0-1200 מ'). הנתונים שימשו ליצירת מודל שטח דיגיטלי (DTM) ברזולוציה גבוהה המאופיין בתא רשת בגודל 1 מ'. ה-DTM הסופי (איור 1א') בוצע עם נתוני שטח (>0 מ' מעל פני הים) שנרכשו בגודל תא רשת של 20 מ' על ידי המכון הגיאוגרפי-צבאי האיטלקי.
פרופיל נתונים סייסמי חד-ערוצי ברזולוציה גבוהה של 55 קילומטרים, שנאסף במהלך הפלגות אוקיינוס ​​בטוחות בשנים 2007 ו-2014, כיסה שטח של כ-113 קמ"ר, שניהם על גבי ספינת הקרוואן אורניה. פרופילי מאריסק (למשל, פרופיל סייסמי L1, איור 1b) התקבלו באמצעות מערכת בומר IKB-Seistec. יחידת הרכישה מורכבת מקטמרן באורך 2.5 מטר שבו ממוקמים המקור והמקלט. חתימת המקור מורכבת משיא חיובי יחיד המאופיין בטווח התדרים 1-10 קילוהרץ ומאפשר פתרון מחזירי אור המופרדים על ידי 25 ס"מ. פרופילים סייסמיים בטוחים נרכשו באמצעות מקור סייסמי Geospark רב-קצה של 1.4 קילו-ג'ול המחובר לתוכנת Geotrace (Geo Marine Survey System). המערכת מורכבת מקטמרן המכיל מקור 1-6.02 קילוהרץ החודר עד 400 מילישניות למשקעים רכים מתחת לקרקעית הים, עם רזולוציה אנכית תיאורטית של 30 ס"מ. התקבלו גם מכשירי Safe וגם מכשירי Marsik. בקצב של 0.33 יריות/שנייה עם מהירות כלי דם <3 Know-how. הנתונים עובדו והוצגו באמצעות תוכנת Geosuite Allworks עם תהליך העבודה הבא: תיקון התרחבות, השתקת עמודת מים, סינון IIR בפס רחב 2-6 קילו-הרץ ו-AGC.
הגז מהפומרולה התת-ימית נאסף על קרקעית הים באמצעות קופסת פלסטיק המצוידת בדיאפרגמה מגומי בצדה העליון, שהונחה הפוך על ידי ה-ROV מעל פתח האוורור. לאחר שבועות האוויר הנכנסות לקופסה החליפו לחלוטין את מי הים, ה-ROV חזר לעומק של מטר אחד, והצולל מעביר את הגז שנאסף דרך מחיצת גומי לשתי צלוחיות זכוכית של 60 מ"ל שפונו מראש, המצוידות בברזים אטומים לטפלון, כאשר אחת מהן מולאה ב-20 מ"ל של תמיסת NaOH 5N (בקבוק מסוג Gegenbach). סוגי הגז החומציים העיקריים (CO2 ו-H2S) מומסים בתמיסה הבסיסית, בעוד שסוגי הגז בעלי המסיסות הנמוכה (N2, Ar+O2, CO, H2, He, Ar, CH4 ופחמימנים קלים) מאוחסנים בחלל הגג של בקבוק הדגימה. גזים אנאורגניים בעלי מסיסות נמוכה נותחו על ידי כרומטוגרפיית גז (GC) באמצעות Shimadzu 15A המצויד בעמודת מסננת מולקולרית 5A באורך 10 מטר וגלאי מוליכות תרמית (TCD) 54. ארגון ו-O2 נותחו באמצעות Thermo Focus. כרומטוגרף גז המצויד בעמוד מסננת מולקולרית קפילרית באורך 30 מטר ו-TCD. מתאן ופחמימנים קלים נותחו באמצעות כרומטוגרף גז Shimadzu 14A המצויד בעמודה מפלדת אל-חלד באורך 10 מטר ארוזה ברשת Chromosorb PAW 80/100, מצופה ב-23% SP 1700 וגלאי יינון להבה (FID). הפאזה הנוזלית שימשה לניתוח של 1) CO2, כ-, טיטרציה עם תמיסת HCl 0.5 N (Metrohm Basic Titrino) ו-2) H2S, כ-, לאחר חמצון עם 5 מ"ל H2O2 (33%), באמצעות כרומטוגרפיית יונים (IC) (IC) (Wantong 761). השגיאה האנליטית של טיטרציה, GC וניתוח IC היא פחות מ-5%. לאחר הליכי מיצוי וטיהור סטנדרטיים עבור תערובות גז, 13C/12C CO2 (מבוטא כ-δ13C-CO2% ו-V-PDB) נותח באמצעות מסה Finningan Delta S. ספקטרומטר55,56. הסטנדרטים ששימשו להערכת הדיוק החיצוני היו שיש קררה וסן וינצ'נזו (פנימי), NBS18 ו-NBS19 (בינלאומי), בעוד ששגיאת האנליטיקה ושחזוריות היו ±0.05% ו-±0.1%, בהתאמה.
ערכי δ15N (מבוטא כ-% לעומת אוויר) ו-40Ar/36Ar נקבעו באמצעות כרומטוגרף גז (GC) Agilent 6890 N המחובר לספקטרומטר מסה זרימה רציפה Finnigan Delta plusXP. שגיאת הניתוח היא: δ15N±0.1%, 36Ar<1%, 40Ar<3%. יחס האיזוטופים של He (מבוטא כ-R/Ra, כאשר R הוא 3He/4He הנמדד בדגימה ו-Ra הוא אותו יחס באטמוספירה: 1.39 × 10⁻⁶)57 נקבע במעבדה של INGV-פלרמו (איטליה). 3He, 4He ו-20Ne נקבעו באמצעות ספקטרומטר מסה בעל קולט כפול (Helix SFT-GVI)58 לאחר הפרדת He ו-Ne. שגיאת הניתוח ≤ 0.3%. ריקים אופייניים עבור He ו-Ne הם <10⁻⁴ ו-<10⁻⁴ מול, בהתאמה.
כיצד לצטט מאמר זה: Passaro, S. et al. התרוממות קרקעית הים המונעת על ידי תהליך סילוק גזים חושפת פעילות געשית מתפתחת לאורך החוף. science.Rep. 6, 22448; doi: 10.1038/srep22448 (2016).
אהרון, פ. הגיאולוגיה והביולוגיה של חלחול ופתחי פחמימנים בקרקעית הים מודרניים ועתיקים: מבוא. Geographic Ocean Wright. 14, 69–73 (1994).
Paull, CK & Dillon, WP. הופעה עולמית של גז הידרטים. בתוך Kvenvolden, KA & Lorenson, TD (עורכים) 3–18 (גז טבעי הידרטים: הופעה, תפוצה וגילוי. American Geophysical Union Geophysical Monograph 124, 2001).
פישר, א.ט. אילוצים גיאופיזיים על מחזור הידרותרמי. בתוך: Halbach, PE, Tunnicliffe, V. & Hein, JR (עורכים) 29–52 (דו"ח סדנת דורהאם, העברת אנרגיה ומסה במערכות הידרותרמיות ימיות, הוצאת אוניברסיטת דורהאם, ברלין (2003)).
Coumou, D., Driesner, T. & Heinrich, C. מבנה ודינמיקה של מערכות הידרותרמיות ברכס אמצע האוקיינוס. Science 321, 1825–1828 (2008).
Boswell, R. & Collett, TS השקפות עכשוויות על משאבי גז הידרט.אנרגיה.וסביבה.מדעים.4, 1206–1215 (2011).
Evans, RJ, Davies, RJ & Stewart, SA מבנה פנימי והיסטוריה של התפרצויות של מערכת הרי געש בוץ בקנה מידה של קילומטר בדרום הים הכספי. מאגר אגן 19, 153–163 (2007).
ליאון, ר' ואחרים. מאפייני קרקעית הים הקשורים לחלחול פחמימנים מתלוליות בוץ קרבונט במים עמוקים במפרץ קאדיז: מזרימת בוץ למשקעי קרבונט. גיאוגרפיה מרץ. רייט. 27, 237–247 (2007).
Moss, JL & Cartwright, J. ייצוג סייסמי תלת-ממדי של צינורות בריחת נוזלים בקנה מידה קילומטר לחופי נמיביה. Basin Reservoir 22, 481–501 (2010).
Andresen, KJ מאפייני זרימת נוזלים במערכות צינורות נפט וגז: מה הם מספרים לנו על התפתחות האגן? March Geology.332, 89–108 (2012).
Ho, S., Cartwright, JA & Imbert, P. אבולוציה אנכית של מבנה פריקת הנוזלים הרביעוניים הנאוגניים ביחס לשטפי גז באגן הקונגו התחתון, לחופי אנגולה. March Geology. 332–334, 40–55 (2012).
ג'ונסון, ס.י. ואחרים. פעילות הידרותרמית וטקטונית בצפון אגם ילוסטון, ויומינג. גיאולוגיה. המפלגה הסוציאליסטית. כן. בול. 115, 954–971 (2003).
פטקה, א., סארטורי, ר. וסקנדונה, פ. אגן הטירני וקשת האפנינים: קשרים קינמטיים מאז סוף התקופה הטוטונית. Mem Soc Geol Ital 45, 425–451 (1990).
מיליה ואחרים. מבנה טקטוני וקרום בשוליים היבשתיים של קמפניה: קשר לפעילות געשית. מינרלים. בנזין. 79, 33–47 (2003)
פיוצ'י, מ., ברונו פ.פ. ודה אסטיס ג. התפקיד היחסי של טקטוניקת הבקע ותהליכי התרוממות מגמטית: הסקה מנתונים גיאופיזיים, מבניים וגיאוכימיים באזור הגעש של נאפולי (דרום איטליה). Gcubed, 6(7), 1-25 (2005).
דבוז'ק, ג'יי ג'יי ומאסטרולורנצו, ג'. מנגנוני תנועה אנכית של הקרום לאחרונה במכתש קאמפי פלגריי בדרום איטליה. גאולוגיה. המפלגה הסוציאליסטית. כן. מפרט. 263, עמ' 1-47 (1991).
אורסי, ג' ואחרים. עיוות קרקע לטווח קצר וסייסמיות במכתש קמפי פלגריי המקונן (איטליה): דוגמה להתאוששות מסה פעילה באזור צפוף אוכלוסין. J. Volcano.geothermal.reservoir.91, 415–451 (1999)
Cusano, P., Petrosino, S., and Saccorotti, G. מקורות הידרותרמיים של פעילות 4D ארוכת טווח במתחם הגעש קמפי פלגריי באיטליה. J. Volcano.geothermal.reservoir.177, 1035–1044 (2008).
פאפאלרדו, ל. ומסטרולורנצו, ג. התמיינות מהירה במאגרים מגמטיים דמויי סף: מחקר מקרה ממכתש קמפי פלגריי. science.Rep. 2, 10.1038/srep00712 (2012).
Walter, TR et al. סדרות זמן של InSAR, ניתוח קורלציה ומידול זמן-קורלציה חושפים צימוד אפשרי בין קמפי פלגריי וזוב. J. Volcano.geothermal.reservoir.280, 104–110 (2014).
Milia, A. & Torrente, M. מבנה מבני וסטרטיגרפי של המחצית הראשונה של הגראבן הטירני (מפרץ נאפולי, איטליה). פיזיקה בונה 315, 297–314.
סנו, י. ומרטי, ב. מקורות פחמן בגז אפר געשי מקשתות איים. גיאולוגיה כימית. 119, 265–274 (1995).
Milia, A. סטרטיגרפיה של קניון דורן: תגובות לירידת מפלס הים והתרוממות טקטונית במדף היבשתי החיצוני (השוליים הטירניים המזרחיים, איטליה). Geo-Marine Letters 20/2, 101–108 (2000).