Dėkojame, kad apsilankėte Nature.com. Jūsų naudojama naršyklės versija turi ribotą CSS palaikymą. Kad užtikrintumėte geriausią patirtį, rekomenduojame naudoti atnaujintą naršyklę (arba išjungti suderinamumo režimą „Internet Explorer“). Tuo tarpu, siekdami užtikrinti nuolatinį palaikymą, svetainę rodysime be stilių ir „JavaScript“.
Pateikiame aktyvaus jūros dugno kilimo ir dujų išmetimo įrodymus už kelių kilometrų nuo Neapolio uosto (Italija). Jūros dugno bruožai yra įdubimai, pylimai ir krateriai. Šie dariniai atspindi seklių plutos struktūrų, įskaitant pagodas, lūžius ir raukšles, kurios šiandien veikia jūros dugną, viršūnes. Jie užfiksavo helio ir anglies dioksido kilimą, slėgio didėjimą ir išsiskyrimą mantijos lydalų ir plutos uolienų dekarbonizacijos reakcijose. Šios dujos greičiausiai panašios į tas, kurios maitina Iskijos, Campi Flegre ir Soma-Vezuvijaus hidrotermines sistemas, o tai rodo, kad mantijos šaltinis yra sumaišytas su plutos skysčiais po Neapolio įlanka. Povandeninis išsiplėtimas ir plyšimas, kurį sukelia dujų kilimo ir slėgio procesas, reikalauja 2–3 MPa viršslėgio. Jūros dugno kilimas, lūžiai ir dujų išmetimas yra nevulkaninių perversmų, kurie gali pranašauti jūros dugno išsiveržimus ir (arba) hidroterminius sprogimus, apraiškos.
Giliavandeniai hidroterminiai (karšto vandens ir dujų) išleidimai yra dažnas vandenyno vidurio kalnagūbrių ir konverguojančių plokščių ribų (įskaitant panardintas salų lankų dalis) bruožas, o šalti dujų hidratų (chlatratų) išleidimai dažnai būdingi kontinentiniams šelfams ir pasyviems pakraščiams1, 2, 3, 4, 5. Jūros dugno hidroterminių išleidimų atsiradimas pakrančių zonose reiškia šilumos šaltinius (magmos rezervuarus) žemyno plutoje ir (arba) mantijoje. Šie išleidimai gali vykti prieš magmos kilimą per viršutinius Žemės plutos sluoksnius ir baigtis vulkaninių povandeninių kalnų išsiveržimu ir susidarymu6. Todėl, vertinant galimus ugnikalnių išsiveržimus, labai svarbu nustatyti (a) su aktyvia jūros dugno deformacija susijusias morfologijas ir (b) dujų išmetimą netoli apgyvendintų pakrančių zonų, tokių kaip Neapolio vulkaninis regionas Italijoje (apie 1 mln. gyventojų).Seklus išsiveržimas. Be to, nors morfologinės ypatybės, susijusios su giliavandenių hidroterminių arba hidratinių dujų išmetimu, yra gana gerai žinomos dėl savo geologinių ir biologinių savybių, išimtys yra morfologinės ypatybės, susijusios su seklesniais vandenimis, išskyrus tas, kurios atsiranda In ežere. 12, įrašų yra palyginti nedaug. Čia pateikiame naujus batimetrinius, seisminius, vandens storymės ir geocheminius duomenis apie povandeninį, morfologiškai ir struktūriškai sudėtingą regioną Neapolio įlankoje (Pietų Italijoje), maždaug 5 km nuo Neapolio uosto, paveiktą dujų emisijų. Šie duomenys buvo surinkti SAFE_2014 (2014 m. rugpjūčio mėn.) kruizo metu laivu „R/V Urania“. Aprašome ir interpretuojame jūros dugno ir požemines struktūras, kuriose vyksta dujų emisijos, tiriame ventiliacijos skysčių šaltinius, nustatome ir apibūdiname mechanizmus, kurie reguliuoja dujų kilimą ir susijusią deformaciją, ir aptariame vulkanologijos poveikį.
Neapolio įlanka sudaro Plio-kvartero vakarinį pakraštį, šiaurės vakarų-pietryčių kryptimi einančią pailgą Kampanijos tektoninę įdubą13,14,15. Į rytus nuo Iskijos (apie 150–1302 m. po Kr.), Campi Flegre kraterio (apie 300–1538 m.) ir Somos-Vezuvijaus (nuo <360 iki 1944 m. po Kr.). Dėl šio išsidėstymo įlanka ribojasi šiaurėje15, o pietuose ribojasi su Sorento pusiasaliu (1a pav.). Neapolio įlankai įtakos turi vyraujantys šiaurės rytų-pietvakarių ir antriniai šiaurės vakarų-pietryčių kryptimi esantys reikšmingi lūžiai (1 pav.)14,15. Iskijai, Campi Flegrei ir Somos-Vezuvijui būdingos hidroterminės apraiškos, grunto deformacija ir seklus seismiškumas16,17,18 (pvz., turbulentinis įvykis Campi Flegrei 1982–1984 m., kurio metu pakilo 1,8 m žemės drebėjimas, ir tūkstančiai žemės drebėjimų). Naujausi tyrimai19,20 rodo, kad gali būti Ryšys tarp Somos-Vezuvijaus ir Campi Flegrei dinamikos, galbūt susijęs su „giliais“ pavieniais magmos rezervuarais. Vulkaninis aktyvumas ir jūros lygio svyravimai per pastaruosius 36 tūkst. Campi Flegrei ir 18 tūkst. Somos-Vezuvijaus kalnuose kontroliavo Neapolio įlankos nuosėdų sistemą. Žemas jūros lygis paskutinio ledynmečio maksimumo metu (18 tūkst.) lėmė jūrinės seklios nuosėdų sistemos regresiją, kurią vėliau užpildė transgresyvūs įvykiai vėlyvojo pleistoceno-holoceno laikotarpiu. Povandeninių dujų išmetimas buvo aptiktas aplink Iskijos salą, prie Campi Flegre pakrantės ir netoli Somos-Vezuvijaus kalno (1b pav.).
(a) Kontinentinio šelfo ir Neapolio įlankos morfologinė ir struktūrinė išsidėstymas 15, 23, 24, 48. Taškai žymi pagrindinius povandeninių laivų išsiveržimų centrus; raudonos linijos žymi pagrindinius lūžius. (b) Neapolio įlankos batimetrija su aptiktomis skysčių angomis (taškais) ir seisminių linijų pėdsakais (juodomis linijomis). Geltonos linijos yra seisminių linijų L1 ir L2 trajektorijos, pateiktos 6 paveiksle. Banco della Montagna (BdM) kupolinių struktūrų ribos pažymėtos mėlynomis punktyrinėmis linijomis (a, b). Geltoni kvadratai žymi akustinių vandens storymės profilių vietas, o CTD-EMBlank, CTD-EM50 ir ROV kadrai pateikti 5 paveiksle. Geltonas apskritimas žymi mėginių ėmimo dujų išleidimo vietą, o jo sudėtis parodyta S1 lentelėje. „Golden Software“ (http://www.goldensoftware.com/products/surfer) naudoja „Surfer® 13“ sugeneruotą grafiką.
Remiantis SAFE_2014 (2014 m. rugpjūčio mėn.) kruizo metu gautais duomenimis (žr. Metodus), buvo sukurtas naujas Neapolio įlankos skaitmeninis reljefo modelis (DTM), kurio skiriamoji geba yra 1 m. DTM rodo, kad jūros dugnui į pietus nuo Neapolio uosto būdingas švelniai nuožulnus į pietus nukreiptas paviršius (nuolydis ≤3°), kurį pertraukia 5,0 × 5,3 km dydžio kupolo formos struktūra, vietinių vadinama Banco della Montagna (BdM). 1 pav. 1a,b). BdM susidaro maždaug 100–170 metrų gylyje, 15–20 metrų virš aplinkinio jūros dugno. BdM kupolas pasižymėjo piliakalnio formos morfologija dėl 280 apskritimo formos arba ovalių piliakalnių (2a pav.), 665 kūgių ir 30 įdubimų (3 ir 4 pav.). Piliakalnio didžiausias aukštis ir apimtis yra atitinkamai 22 m ir 1800 m. Piliakalnių apskritumas [C = 4π(plotas/perimetras2)] mažėjo didėjant perimetrui (2b pav.). Piliakalnių ašių santykis svyravo nuo 1 iki 6,5, o piliakalniai, kurių ašių santykis >2, parodė pageidaujamą Š45°R + 15° smūgį ir labiau išsklaidytą antrinį, labiau išsklaidytą Š105°R iki Š145°R smūgį (2c pav.). Pavieniai arba išrikiuoti kūgiai yra BdM plokštumoje ir piliakalnio viršuje (3a, b pav.). Kūgių išsidėstymas atitinka piliakalnių, ant kurių jie yra, išsidėstymą. Įdubimai dažniausiai yra plokščiame jūros dugne (3c pav.) ir kartais ant piliakalnių. ​​Kūgių ir įdubimų erdvinis tankis rodo, kad vyraujantis šiaurės rytų-pietvakarių išsidėstymas apibrėžia BdM kupolo šiaurės rytų ir pietvakarių ribas (4a, b pav.); mažiau ištemptas šiaurės vakarų-pietryčių maršrutas yra centriniame BdM regione.
a) Banco della Montagna (BdM) kupolo skaitmeninis reljefo modelis (1 m gardelės dydis). b) BdM piliakalnių perimetras ir apvalumas. c) Geriausiai piliakalnį juosiančios elipsės pagrindinės ašies ašinis santykis ir kampas (orientacija). Skaitmeninio reljefo modelio standartinė paklaida yra 0,004 m; perimetro ir apvalumo standartinės paklaidos yra atitinkamai 4,83 m ir 0,01, o ašinio santykio ir kampo standartinės paklaidos yra atitinkamai 0,04 ir 3,34°.
Iš DTM išskirtų BdM regiono identifikuotų kūgių, kraterių, kalvų ir duobių detalės, pateiktos 2 paveiksle.
a) Išlyginimo kūgiai ant plokščio jūros dugno; b) kūgiai ir krateriai ant šiaurės vakarų-pietryčių krypties siaurų kalvų; c) įdubimai ant lengvai panirusio paviršiaus.
a) Aptiktų kraterių, duobių ir aktyvių dujų išleidimų erdvinis pasiskirstymas. b) a punkte nurodytas kraterių ir duobių erdvinis tankis (skaičius / 0,2 km2).
Iš ROV vandens storymės echoloto vaizdų ir tiesioginių jūros dugno stebėjimų, atliktų 2014 m. rugpjūčio mėn. SAFE_2014 kruizo metu, nustatėme 37 dujinius išmetimus BdM regione (4 ir 5 pav.). Šių emisijų akustinės anomalijos rodo vertikaliai pailgas formas, kylančias nuo jūros dugno, kurių aukštis vertikaliai svyruoja nuo 12 iki maždaug 70 m (5a pav.). Kai kuriose vietose akustinės anomalijos sudarė beveik ištisinį „traukinį“. Stebimi burbuliukų srautai labai skiriasi: nuo ištisinių, tankių burbuliukų srautų iki trumpalaikių reiškinių (1 papildomas filmas). ROV apžiūra leidžia vizualiai patikrinti jūros dugno skysčių angų atsiradimą ir išryškina mažas įdubas jūros dugne, kartais apsuptas raudonų arba oranžinių nuosėdų (5b pav.). Kai kuriais atvejais ROV kanalai vėl suaktyvina emisijas. Angos morfologija rodo apvalią angą viršuje be vandens storymės išplitimo. Vandens storymės pH tiesiai virš išleidimo taško parodė reikšmingą sumažėjimą, rodantį rūgštesnes sąlygas vietoje (5c, d pav.). Visų pirma, pH virš BdM dujų išleidimo taško ties 75 m gylyje pH sumažėjo nuo 8,4 (70 m gylyje) iki 7,8 (75 m gylyje) (5c pav.), o kitose Neapolio įlankos vietose pH vertės svyravo nuo 0 iki 160 m gylio intervale tarp 8,3 ir 8,5 (5d pav.). Dviejose Neapolio įlankos BdM zonos viduje ir už jos ribų reikšmingų jūros vandens temperatūros ir druskingumo pokyčių nebuvo. 70 m gylyje temperatūra yra 15 °C, o druskingumas – apie 38 PSU (5c, d pav.). pH, temperatūros ir druskingumo matavimai parodė: a) rūgštinių skysčių, susijusių su BdM degazavimo procesu, dalyvavimą ir b) šiluminių skysčių ir sūrymo nebuvimą arba labai lėtą išleidimą.
(a) Akustinio vandens stulpelio profilio duomenų rinkimo langas (echometras „Simrad EK60“). Vertikali žalia juosta, atitinkanti dujų žybsnį, aptiktą EM50 skysčio išleidime (apie 75 m žemiau jūros lygio), esančiame BdM regione; taip pat parodyti dugno ir jūros dugno multipleksiniai signalai. (b) surinkti nuotoliniu būdu valdomu automobiliu BdM regione. Vienoje nuotraukoje matyti mažas krateris (juodas apskritimas), apsuptas raudonų arba oranžinių nuosėdų. (c, d) Daugiaparametrio zondo CTD duomenys, apdoroti naudojant SBED-Win32 programinę įrangą („Seasave“, 7.23.2 versija). Pasirinktų vandens stulpelio parametrų (druskingumo, temperatūros, pH ir deguonies) modeliai virš skysčio išleidimo EM50 (c skydelis) ir už Bdm išleidimo srities ribų (d skydelis).
2014 m. rugpjūčio 22–28 d. iš tyrimo zonos surinkome tris dujų mėginius. Šių mėginių sudėtis buvo panaši: vyravo CO2 (934–945 mmol/mol), po to sekė atitinkamos N2 (37–43 mmol/mol), CH4 (16–24 mmol/mol) ir H2S (0,10 mmol/mol) koncentracijos (–0,44 mmol/mol), o H2 ir He buvo mažiau gausūs (atitinkamai <0,052 ir <0,016 mmol/mol) (1b pav.; S1 lentelė, 2 papildomas filmas). Taip pat buvo išmatuotos santykinai didelės O2 ir Ar koncentracijos (atitinkamai iki 3,2 ir 0,18 mmol/mol). Lengvųjų angliavandenilių suma svyruoja nuo 0,24 iki 0,30 mmol/mol ir susideda iš C2-C4 alkanų, aromatinių junginių (daugiausia benzeno), propeno ir sieros turinčių junginių (tiofeno). 40Ar/36Ar vertė atitinka oro (295,5), nors EM35 mėginio (BdM kupolo) vertė yra 304, rodanti nedidelį 40Ar perteklių. δ15N santykis buvo didesnis nei oro (iki +1,98 %, palyginti su oru), o δ13C-CO2 vertės svyravo nuo -0,93 iki 0,44 %, palyginti su V-PDB. R/Ra vertės (po oro taršos korekcijos naudojant 4He/20Ne santykį) buvo nuo 1,66 iki 1,94, o tai rodo didelę mantijos He dalį. Sujungus helio izotopus su CO2 ir jo stabiliu izotopu 22, galima dar labiau išsiaiškinti BdM emisijų šaltinį. CO2 žemėlapyje, kuriame CO2/3He ir δ13C santykis yra lyginamas (6 pav.), BdM dujų sudėtis lyginama su Iskijos, Campi Flegrei ir Somma-Vezuvijaus fumarolių sudėtimi. 6 paveiksle taip pat pateikiamos teorinės trijų skirtingų anglies atomų maišymosi linijos. Šaltiniai, kurie gali būti susiję su BdM dujų gamyboje: ištirpę mantijos lydalai, organinėmis medžiagomis turtingos nuosėdos ir karbonatai. BdM mėginiai patenka ant maišymosi linijos, kurią vaizduoja trys Kampanijos ugnikalniai, t. y. susimaišo mantijos dujos (kurios, siekiant pritaikyti duomenis, laikomos šiek tiek praturtintomis anglies dioksidu, palyginti su klasikiniais MORB) ir reakcijos, kurias sukelia plutos dekarbonizacija. Gauta dujų uoliena.
Palyginimui pateikiamos hibridinės linijos tarp mantijos sudėties ir klinčių bei organinių nuosėdų galinių elementų. Langeliai žymi Iskijos, Campi Flegrei ir Somma-Vesvius 59, 60, 61 fumarolių sritis. BdM mėginys yra mišrioje Kampanijos ugnikalnio tendencijoje. Mišrios linijos galinių elementų dujos yra iš mantijos šaltinio – tai dujos, susidarančios karbonatinių mineralų dekarbiarizacijos reakcijos metu.
Seisminiai pjūviai L1 ir L2 (1b ir 7 pav.) rodo perėjimą tarp BdM ir distalinių Somma-Vezuvijaus (L1, 7a pav.) ir Campi Flegrei (L2, 7b pav.) vulkaninių regionų stratigrafinių sekų. BdM būdingi du pagrindiniai seisminiai dariniai (MS ir PS 7 pav.). Viršutiniame (MS) matyti didelės arba vidutinės amplitudės ir šoninio tęstinumo sublygiagretūs reflektoriai (7b, c pav.). Šį sluoksnį sudaro jūrinės nuosėdos, kurias tempia paskutinio ledynmečio maksimumo (LGM) sistema, ir jis susideda iš smėlio bei molio23. Po juo esantis PS sluoksnis (7b–d pav.) pasižymi chaotiška arba skaidria faze, kolonų arba smėlio laikrodžių pavidalu. Viršutiniai PS nuosėdų sluoksniai suformavo jūros dugno kalvas (7d pav.). Šios diapyrus primenančios geometrijos rodo PS skaidrios medžiagos įsiskverbimą į viršutinius MS nuosėdų sluoksnius. Pakilimas yra atsakingas už raukšlių ir lūžių, kurie veikia MS sluoksnį ir viršutinį sluoksnį, susidarymą. dabartiniai BdM jūros dugno nuosėdos (7b–d pav.). MS stratigrafinis intervalas yra aiškiai delaminuotas L1 pjūvio šiaurės rytų dalyje, o BdM kryptimi jis baltėja dėl dujomis prisotinto sluoksnio (GSL), kurį dengia kai kurie vidiniai MS sekos sluoksniai (7a pav.). Gravitaciniai kernai, surinkti BdM viršuje, atitinkančiame skaidrų seisminį sluoksnį, rodo, kad viršutiniai 40 cm sudaryti iš neseniai iki šių dienų nusėdusio smėlio; )24,25 ir pemzos fragmentai, susidarę sprogstamojo „Neapolio geltonojo tufo“ Campi Flegrei išsiveržimo metu (14,8 tūkst. m.)26. Skaidrios PS sluoksnio fazės negalima paaiškinti vien chaotiškais maišymosi procesais, nes chaotiški sluoksniai, susiję su nuošliaužomis, purvo srautais ir piroklastiniais srautais, randami už BdM ribų Neapolio įlankoje, yra akustiškai neskaidrūs21,23,24. Darome išvadą, kad stebėtos BdM PS seisminės facijos, taip pat povandeninio atodangos PS sluoksnio išvaizda (7d pav.) atspindi gamtinių dujų kilimą.
(a) Vieno takelio seisminis profilis L1 (navigacijos kreivė 1b pav.), rodantis stulpelinį (pagodos) erdvinį išdėstymą. Pagodą sudaro chaotiški pemzos ir smėlio telkiniai. Po pagoda esantis dujų prisotintas sluoksnis pašalina gilesnių darinių tęstinumą. (b) Vieno kanalo seisminis profilis L2 (navigacijos kreivė 1b pav.), kuriame paryškinti jūros dugno pylimų, jūrinių (MS) ir pemzos smėlio telkinių (PS) įpjovimai ir deformacijos. (c) Deformacijos detalės MS ir PS pateiktos (c, d). Darant prielaidą, kad viršutiniuose nuosėdų sluoksniuose greitis yra 1580 m/s, 100 ms vertikalioje skalėje atitinka apie 80 m.
BdM morfologinės ir struktūrinės savybės yra panašios į kitų povandeninių hidroterminių ir dujų hidratų laukų visame pasaulyje2,12,27,28,29,30,31,32,33,34 ir dažnai yra susijusios su iškilimais (skliautais ir piltuvais) ir dujų išleidimu (kūgiais, duobėmis). BdM išsidėstę kūgiai, duobės ir pailgos piltuvai rodo struktūriškai kontroliuojamą pralaidumą (2 ir 3 pav.). Piltuvų, duobių ir aktyvių angų erdvinis išdėstymas rodo, kad jų pasiskirstymą iš dalies kontroliuoja šiaurės vakarų-pietryčių ir šiaurės rytų-pietvakarių smūginiai įtrūkimai (4b pav.). Tai yra pageidaujami lūžių sistemų, veikiančių Campi Flegrei ir Somma-Vezuvijaus vulkanines zonas bei Neapolio įlanką, smūgiai. Visų pirma, pirmojo struktūra kontroliuoja hidroterminio išleidimo iš Campi Flegrei kraterio vietą35. Todėl darome išvadą, kad Neapolio įlankos lūžiai ir įtrūkimai yra pageidaujamas dujų migracijos į paviršių kelias – ši savybė būdinga ir kitiems struktūriškai kontroliuojamiems hidroterminiams telkiniams. sistemos36,37. Pažymėtina, kad BdM kūgiai ir duobės ne visada buvo susiję su piltuvėliais (3a, c pav.). Tai rodo, kad šie piltuvėliai nebūtinai yra duobių susidarymo pirmtakai, kaip kiti autoriai teigė dujų hidratų zonoms32,33. Mūsų išvados patvirtina hipotezę, kad kupolo jūros dugno nuosėdų suirimas ne visada lemia duobių susidarymą.
Trys surinkti dujiniai išmetimai rodo hidroterminiams skysčiams būdingus cheminius parašus, būtent CO2 su didelėmis redukuojančių dujų (H2S, CH4 ir H2) ir lengvųjų angliavandenilių (ypač benzeno ir propileno) koncentracijomis38,39, 40, 41, 42, 43, 44, 45 (S1 lentelė). Atmosferos dujų (pvz., O2), kurių nesitikima povandeninių laivų išmetimuose, buvimas gali būti dėl užterštumo iš jūros vandenyje ištirpusio oro, kuris liečiasi su dujomis, laikomomis plastikinėse dėžėse, naudojamose mėginių ėmimui, nes ROV ištraukiami iš vandenyno dugno į jūrą, kad atsigautų. Ir atvirkščiai, teigiamos δ15N vertės ir didelis N2/Ar (iki 480), žymiai didesnis nei ASW (oru prisotintas vanduo), rodo, kad didžioji dalis N2 susidaro iš neatmosferinių šaltinių, o tai atitinka vyraujančią hidroterminę šių dujų kilmę. BdM dujų hidroterminę-vulkaninę kilmę patvirtina CO2 ir He kiekis bei jų izotopiniai parašai. Anglies izotopai (δ13C-CO2 nuo -0,93 % iki +0,4 %) ir CO2/3He vertės (nuo 1,7 × 1010 iki 4,1 × 1010) rodo, kad BdM mėginiai priklauso mišriai fumarolių tendencijai aplink Neapolio įlankos mantijos galinius narius ir dekarbonizaciją. Ryšys tarp reakcijos metu susidariusių dujų (6 pav.). Tiksliau sakant, BdM dujų mėginiai yra išsidėstę maišymosi tendencijoje maždaug toje pačioje vietoje kaip ir skysčiai iš gretimų Campi Flegrei ir Somma-Veusivus ugnikalnių. ​​Jie yra labiau plutoje nei Ischia fumarolės, kurios yra arčiau mantijos galo. Somma-Vezuvijaus ir Campi Flegrei 3He/4He vertės yra didesnės (R/Ra nuo 2,6 iki 2,9) nei BdM (R/Ra nuo 1,66 iki 1,96; S1 lentelė). Tai rodo, kad radiogeninio He pridėjimas ir kaupimasis kilo iš to paties magmos šaltinio. kuris maitino Somma-Vezuvijaus ir Campi Flegrei ugnikalnius. Aptinkamų organinės anglies frakcijų nebuvimas BdM emisijose rodo, kad organinės nuosėdos nedalyvauja BdM degazavimo procese.
Remiantis aukščiau pateiktais duomenimis ir eksperimentinių kupolinių struktūrų, susijusių su povandeniniais dujų turtingais regionais, modelių rezultatais, gilus dujų slėgis gali būti atsakingas už kilometro masto BdM kupolų susidarymą. Norėdami įvertinti viršslėgį Pdef, vedantį į BdM skliautą, pritaikėme plonų plokščių mechanikos modelį33,34, darydami prielaidą, kad, remiantis surinktais morfologiniais ir seisminiais duomenimis, BdM skliautas yra poapvalis lakštas, kurio spindulys a yra didesnis nei deformuotas minkštas klampus nuosėdinis sluoksnis. Didžiausias vertikalus poslinkis w ir storis h (papildomas S1 pav.). Pdef yra skirtumas tarp bendro slėgio ir uolienų statinio slėgio bei vandens stulpelio slėgio. BdM atveju spindulys yra apie 2500 m, w yra 20 m, o didžiausias h, apskaičiuotas pagal seisminį profilį, yra apie 100 m. Apskaičiuojame Pdef 46Pdef = w 64 D/a4 pagal sąryšį, kur D yra lenkimo standumas; D apskaičiuojamas pagal (E h3)/[12(1 – ν2)], kur E yra nuosėdų Youngo modulis, ν yra Puasono santykis (~0,5)33. Kadangi BdM nuosėdų mechaninių savybių negalima išmatuoti, nustatome E = 140 kPa, kuri yra pagrįsta vertė pakrantės smėlio nuosėdoms47, panašiai kaip BdM14,24. Neatsižvelgiame į didesnes E vertes, aprašytas literatūroje dumblo molio nuosėdoms (300 < E < 350 000 kPa)33,34, nes BDM nuosėdas daugiausia sudaro smėlis, o ne dumblas ar dumblo molis24. Gauname Pdef = 0,3 Pa, kuri atitinka jūros dugno kilimo procesų įverčius dujų hidratų baseinų aplinkoje, kur Pdef svyruoja nuo 10⁻⁷ iki 10⁻³ Pa, o mažesnės vertės rodo mažą vandens ir (arba) vandens santykį. BdM atveju standumo sumažėjimas dėl vietinio nuosėdų prisotinimo dujomis ir (arba) Jau esamų įtrūkimų atsiradimas taip pat gali prisidėti prie gedimo ir dėl to atsirandančio dujų išsiskyrimo, dėl ko gali susidaryti stebimos ventiliacijos struktūros. Surinkti atspindėti seisminiai profiliai (7 pav.) parodė, kad PS nuosėdos buvo pakeltos iš GSL, stumdamos virš jų esančias MS jūrines nuosėdas, dėl ko susidarė pylimai, raukšlės, lūžiai ir nuosėdinės įpjovos (7b, c pav.). Tai rodo, kad 14,8–12 tūkst. metų senumo pemza įsiveržė į jaunesnį MS sluoksnį per dujų pernašos procesą aukštyn. BdM struktūros morfologinius ypatumus galima laikyti GSL sukelto skysčio išleidimo sukurto viršslėgio rezultatu. Atsižvelgiant į tai, kad aktyvus išleidimas matomas nuo jūros dugno iki daugiau nei 170 m virš jūros lygio48, manome, kad skysčio viršslėgis GSL viršija 1700 kPa. Dujų migracija aukštyn nuosėdose taip pat turėjo MS esančios medžiagos šveitimo poveikį, paaiškindama chaotiškų nuosėdų buvimą gravitaciniuose kernuose, paimtuose iš BdM25. Be to, GSL viršslėgis sukuria sudėtingą lūžių sistemą (daugiakampis lūžis 7b pav.). Ši morfologija, struktūra ir stratigrafinė gyvenvietė, vadinamos „pagodomis“49,50, iš pradžių buvo priskirtos antriniam senų ledyninių formacijų poveikiui, o šiuo metu aiškinamos kaip kylančių dujų31,33 arba evaporitų50 poveikis. Kampanijos žemyno pakraštyje evaporinių nuosėdų yra mažai, bent jau viršutiniuose 3 km plutos sluoksnyje. Todėl BdM pagodų augimo mechanizmą greičiausiai kontroliuoja dujų kilimas nuosėdose. Šią išvadą patvirtina skaidrios pagodos seisminės facijos (7 pav.), taip pat anksčiau pateikti gravitacinių kernų duomenys24, kur dabartinis smėlis išsiveržia su „Pomici Principali“25 ir „Naples Yellow Tuff“26 Campi Flegrei. Be to, PS nuosėdos įsiveržė ir deformavo viršutinį MS sluoksnį (7d pav.). Ši struktūrinė struktūra rodo, kad pagoda yra kylanti struktūra, o ne tik dujų... vamzdynas. Taigi, pagodos formavimąsi lemia du pagrindiniai procesai: a) minkštųjų nuosėdų tankis mažėja, kai dujos patenka iš apačios; b) dujų ir nuosėdų mišinys kyla, o tai sukelia stebimas sulankstymo, lūžio ir lūžio priežastis – MS nuosėdos (7 pav.). Panašus formavimosi mechanizmas buvo pasiūlytas pagodoms, susijusioms su dujų hidratais Pietų Škotijos jūroje (Antarktidoje). BdM pagodos atsirado grupėmis kalvotose vietovėse, o jų vertikalus ilgis vidutiniškai siekė 70–100 m per abipusio judėjimo laiką (TWTT) (7a pav.). Dėl MS bangavimo ir atsižvelgiant į BdM gravitacijos šerdies stratigrafiją, darome išvadą, kad pagodos struktūrų formavimosi amžius yra mažesnis nei apie 14–12 tūkst. metų. Be to, šių struktūrų augimas vis dar aktyvus (7d pav.), nes kai kurios pagodos įsiveržė į dabartinį BdM smėlį ir jį deformavo (7d pav.).
Tai, kad pagoda nekerta dabartinio jūros dugno, rodo, kad (a) dujų kilimas ir (arba) vietinis dujų ir nuosėdų maišymosi nutrūkimas ir (arba) (b) galimas šoninis dujų ir nuosėdų mišinio srautas neleidžia susidaryti vietiniam viršslėgio procesui. Remiantis diapirų teorijos modeliu52, šoninis srautas rodo neigiamą pusiausvyrą tarp purvo ir dujų mišinio tiekimo iš apačios greičio ir greičio, kuriuo pagoda juda aukštyn. Tiekimo greičio sumažėjimas gali būti susijęs su mišinio tankio padidėjimu dėl dujų tiekimo išnykimo. Apibendrinti rezultatai ir pagodos kilimas pagal plūdrumą leidžia mums įvertinti oro stulpelio aukštį hg. Plūdrumas išreiškiamas ΔP = hgg (ρw – ρg), kur g yra gravitacija (9,8 m/s2), o ρw ir ρg yra atitinkamai vandens ir dujų tankiai. ΔP yra anksčiau apskaičiuoto Pdef ir nuosėdų plokštės litostatinio slėgio Plith suma, t. y. ρsg h, kur ρs yra nuosėdų tankis. Šiuo atveju hg vertė, reikalinga norimam plūdrumui, apskaičiuojama pagal formulę hg = (Pdef + Plith)/[g (ρw – ρg)]. BdM atveju nustatome Pdef = 0,3 Pa ir h = 100 m (žr. aukščiau), ρw = 1 030 kg/m3, ρs = 2 500 kg/m3, ρg yra nereikšmingas, nes ρw ≫ ρg. Gauname hg = 245 m, vertę, kuri rodo GSL dugno gylį. ΔP yra 2,4 MPa, tai yra viršslėgis, reikalingas BdM jūros dugnui pralaužti ir susidaryti angoms.
BdM dujų sudėtis atitinka mantijos šaltinius, kuriuos pakeitė skysčių, susijusių su plutos uolienų dekarbonizacijos reakcijomis, pridėjimas (6 pav.). Apytiksliai BdM kupolų ir aktyvių ugnikalnių, tokių kaip Iskijos, Campi Flegrės ir Soma-Vezuvijaus, išsidėstymai rytų-vakarų kryptimi kartu su išsiskiriančių dujų sudėtimi rodo, kad iš mantijos po visu Neapolio vulkaniniu regionu išsiskiriančios dujos yra sumaišytos. Vis daugiau plutos skysčių juda iš vakarų (Iskija) į rytus (Soma-Vezujus) (1b ir 6 pav.).
Padarėme išvadą, kad Neapolio įlankoje, už kelių kilometrų nuo Neapolio uosto, yra 25 km2 pločio kupolo formos darinys, kurį veikia aktyvus degazavimo procesas, kurį sukelia pagodų ir piliakalnių išsidėstymas. Šiuo metu BdM parašai rodo, kad nemagminė turbulencija53 gali būti ankstesni nei embrioninis vulkanizmas, t. y. ankstyvas magmos ir (arba) terminių skysčių ištekėjimas. Reikėtų vykdyti stebėsenos veiklą, siekiant analizuoti reiškinių evoliuciją ir aptikti geocheminius bei geofizinius signalus, rodančius galimus magminius trikdžius.
Akustiniai vandens storymės profiliai (2D) buvo gauti SAFE_2014 (2014 m. rugpjūčio mėn.) kruizo metu laivu „Urania“ (CNR), kurį atliko Nacionalinės tyrimų tarybos pakrančių jūrų aplinkos institutas (IAMC). Akustiniai mėginiai buvo imami moksliniu spindulio skaidymo echolotu „Simrad EK60“, veikiančiu 38 kHz dažniu. Akustiniai duomenys buvo registruojami vidutiniu maždaug 4 km greičiu. Surinkti echoloto vaizdai buvo naudojami skysčių išleidimams identifikuoti ir tiksliai apibrėžti jų vietą surinkimo zonoje (tarp 74 ir 180 m virš jūros lygio). Fizikiniai ir cheminiai vandens storymės parametrai buvo matuojami naudojant daugiaparametrinius zondus (laidumas, temperatūra ir gylis, CTD). Duomenys buvo renkami naudojant CTD 911 zondą („SeaBird“, „Electronics Inc.“) ir apdoroti naudojant SBED-Win32 programinę įrangą („Seasave“, 7.23.2 versija). Vizualinis jūros dugno patikrinimas buvo atliktas naudojant „Pollux III“ („GEItaliana“) ROV įrenginį (nuotoliniu būdu valdomą transporto priemonę) su dviem... (žemos ir didelės raiškos) kameros.
Daugiapluoščio sonaro duomenų rinkimas buvo atliktas naudojant 100 kHz „Simrad EM710“ daugiapluoštę sonaro sistemą („Kongsberg“). Sistema sujungta su diferencine pasauline padėties nustatymo sistema, siekiant užtikrinti submetrines spindulio padėties nustatymo paklaidas. Akustinio impulso dažnis yra 100 kHz, įjungimo impulsas – 150° laipsnių, o visa anga – 400 spindulių. Garso greičio profiliai matuojami ir taikomi realiuoju laiku duomenų rinkimo metu. Duomenys buvo apdoroti naudojant PDS2000 programinę įrangą („Reson-Thales“) pagal Tarptautinės hidrografijos organizacijos standartą (https://www.iho.int/iho_pubs/standard/S-44_5E.pdf) navigacijai ir potvynių korekcijai. Triukšmas, atsirandantis dėl atsitiktinių prietaisų šuolių ir prastos kokybės spindulio pašalinimo, buvo sumažintas naudojant diapazono redagavimo ir šuolių šalinimo įrankius. Nuolatinį garso greičio nustatymą atlieka kilio stotis, esanti šalia daugiapluoščio keitiklio, ir kas 6–8 valandas gauna bei taiko realaus laiko garso greičio profilius vandens storymėje, kad būtų užtikrintas realaus laiko garso greitis tinkamam spindulio valdymui. Visą duomenų rinkinį sudaro maždaug 440 km2 (0–1200 m gylio). Duomenys buvo panaudoti kuriant didelės skiriamosios gebos skaitmeninį reljefo modelį (DTM), kuriam būdingas 1 m tinklelio langelio dydis. Galutinis DTM (1a pav.) buvo sudarytas naudojant reljefo duomenis (>0 m virš jūros lygio), kuriuos Italijos geokarinis institutas gavo 20 m tinklelio langelio dydžio.
55 kilometrų ilgio didelės skiriamosios gebos vieno kanalo seisminių duomenų profilis, surinktas saugių vandenynų kruizų metu 2007 ir 2014 m., apėmė maždaug 113 kvadratinių kilometrų plotą, abu kartus buvo laive „Urania“. „Marisk“ profiliai (pvz., L1 seisminis profilis, 1b pav.) buvo gauti naudojant IKB-Seistec bumerinę sistemą. Duomenų rinkimo įrenginį sudaro 2,5 m ilgio katamaranas, kuriame yra šaltinis ir imtuvas. Šaltinio parašas susideda iš vieno teigiamo piko, kuris apibūdinamas 1–10 kHz dažnių diapazone ir leidžia atskirti 25 cm atstumu esančius reflektorius. Saugūs seisminiai profiliai buvo gauti naudojant 1,4 Kj daugiakanalio „Geospark“ seisminį šaltinį, sujungtą su „Geotrace“ programine įranga („Geo Marine Survey System“). Sistemą sudaro katamaranas, turintis 1–6,02 kHz šaltinį, kuris prasiskverbia iki 400 milisekundžių į minkštas nuosėdas po jūros dugnu, o teorinė vertikali skiriamoji geba yra 30 cm. Tiek „Safe“, tiek „Marsik“ įrenginiai buvo gauti už... 0,33 šūvio/s greičiu, kai laivo greitis <3 Kn. Duomenys buvo apdoroti ir pateikti naudojant „Geosuite Allworks“ programinę įrangą, taikant šį darbo eigą: išsiplėtimo korekcija, vandens stulpelio slopinimas, 2–6 kHz dažnių juostos IIR filtravimas ir automatinis kontrasto stiprinimas (AGC).
Povandeninio fumarolės dujos buvo surinktos jūros dugne naudojant plastikinę dėžę su gumine diafragma viršutinėje pusėje, kurią robotas-valdymo įrenginys uždėjo apverstą virš ventiliacijos angos. Kai į dėžę patenkantys oro burbuliukai visiškai pakeičia jūros vandenį, robotas-valdymo įrenginys grįžta į 1 m gylį, o naras per guminę pertvarą perkelia surinktas dujas į dvi iš anksto išvakuuotas 60 ml stiklines kolbas su tefloniniais čiaupais, iš kurių viena buvo pripildyta 20 ml 5N NaOH tirpalo (Gegenbacho tipo kolba). Pagrindinės rūgštinės dujų rūšys (CO2 ir H2S) ištirpinamos šarminiame tirpale, o mažai tirpios dujų rūšys (N2, Ar+O2, CO, H2, He, Ar, CH4 ir lengvieji angliavandeniliai) laikomos mėginių ėmimo butelio viršutinėje dalyje. Neorganinės mažai tirpios dujos buvo analizuojamos dujų chromatografija (GC), naudojant „Shimadzu 15A“ su 10 m ilgio 5A molekulinio sieto kolonėle ir šilumos laidumo detektoriumi (TCD) 54. Argonas ir O2 buvo analizuojami naudojant „Thermo Focus“ dujų chromatografiją. chromatografas su 30 m ilgio kapiliarine molekulinio sieto kolonėle ir TCD. Metanas ir lengvieji angliavandeniliai buvo analizuojami naudojant „Shimadzu 14A“ dujų chromatografą su 10 m ilgio nerūdijančio plieno kolonėle, įkrauta „Chromosorb PAW 80/100 mesh“, padengta 23 % SP 1700, ir liepsnos jonizacijos detektoriumi (FID). Skystoji fazė buvo naudojama 1) CO2, kaip titruoto 0,5 N HCl tirpalu („Metrohm Basic Titrino“) ir 2) H2S, kaip po oksidacijos 5 ml H2O2 (33 %) analizei jonų chromatografijos (IC) (IC) (Wantong 761) metodu. Titravimo, GC ir IC analizės analitinė paklaida yra mažesnė nei 5 %. Atlikus standartines dujų mišinių ekstrakcijos ir gryninimo procedūras, 13C/12C CO2 (išreikštas kaip δ13C-CO2 % ir V-PDB) buvo analizuojamas naudojant „Finnangan Delta S“ masių spektrometrą55,56. Išorinei vertei įvertinti buvo naudojami standartai Tikslumo rodikliai buvo Carrara ir San Vincenzo marmurai (vidinis), NBS18 ir NBS19 (tarptautinis), o analitinė paklaida ir pakartojamumas buvo atitinkamai ±0,05 % ir ±0,1 %.
δ15N (išreikštos % palyginti su oru) ir 40Ar/36Ar vertės buvo nustatytos naudojant „Agilent 6890 N“ dujų chromatografą (GC), prijungtą prie „Finnagan Delta plusXP“ nepertraukiamo srauto masių spektrometro. Analizės paklaida yra: δ15N±0,1 %, 36Ar<1 %, 40Ar<3 %. He izotopų santykis (išreikštas R/Ra, kur R yra 3He/4He, išmatuotas mėginyje, o Ra yra tas pats santykis atmosferoje: 1,39 × 10−6)57 buvo nustatytas INGV-Palermo (Italija) laboratorijoje. 3He, 4He ir 20Ne buvo nustatyti naudojant dviejų kolektorių masių spektrometrą („Helix SFT-GVI“)58, atskyrus He ir Ne. Analizės paklaida ≤ 0,3 %. Tipiniai He ir Ne tuščiieji ėminiai yra atitinkamai <10-14 ir <10-16 mol.
Kaip cituoti šį straipsnį: Passaro, S. ir kt. Jūros dugno pakilimas, kurį lemia degazavimo procesas, atskleidžia besiformuojančią vulkaninę veiklą palei pakrantę. science.Rep. 6, 22448; doi: 10.1038/srep22448 (2016).
Aharon, P. Šiuolaikinių ir senovinių jūros dugno angliavandenilių išsiliejimo ir išleidimo angų geologija ir biologija: įvadas. Geographic Ocean Wright. 14, 69–73 (1994).
Paull, CK ir Dillon, WP. Visuotinis dujų hidratų paplitimas. Kvenvolden, KA ir Lorenson, TD (red.) 3–18 (Gamtinių dujų hidratai: paplitimas, pasiskirstymas ir aptikimas. Amerikos geofizikos sąjungos geofizikos monografija 124, 2001).
Fisher, AT Geofiziniai hidroterminės cirkuliacijos apribojimai. In: Halbach, PE, Tunnicliffe, V. ir Hein, JR (red.) 29–52 (Durhamo seminaro ataskaita, Energijos ir masės perdavimas jūrinėse hidroterminėse sistemose, Durhamo universiteto leidykla, Berlynas (2003)).
Coumou, D., Driesner, T. ir Heinrich, C. Vidurio vandenyno kalnagūbrių hidroterminių sistemų struktūra ir dinamika. Science 321, 1825–1828 (2008).
Boswell, R. ir Collett, TS. Dabartiniai požiūriai į dujų hidratų išteklius. Energija ir aplinka. Mokslas. 4, 1206–1215 (2011).
Evans, RJ, Davies, RJ ir Stewart, SA. Pietų Kaspijos jūros kilometro masto purvo ugnikalnių sistemos vidinė struktūra ir išsiveržimo istorija. Basin Reservoir 19, 153–163 (2007).
Leon, R. ir kt. Jūros dugno ypatybės, susijusios su angliavandenilių prasiskverbimu iš giliavandenių karbonatinių dumblo sankaupų Kadiso įlankoje: nuo dumblo srauto iki karbonatinių nuosėdų. Geografija, kovas. Wright. 27, 237–247 (2007).
Moss, JL ir Cartwright, J. Kilometrinio mastelio skysčių išleidimo vamzdynų jūroje 3D seisminis vaizdavimas. Basin Reservoir 22, 481–501 (2010).
Andresen, KJ Skysčių tekėjimo charakteristikos naftos ir dujų vamzdynų sistemose: ką jos mums sako apie baseino evoliuciją? Kovas Geology. 332, 89–108 (2012).
Ho, S., Cartwright, JA ir Imbert, P. Neogeno kvartero skysčių išleidimo struktūros vertikali evoliucija, atsižvelgiant į dujų srautus Žemutinio Kongo baseine, Angolos jūroje. Kovo geologija. 332–334, 40–55 (2012).
Johnson, SY ir kt. Hidroterminis ir tektoninis aktyvumas šiauriniame Jeloustouno ežere, Vajominge. geologija. Socialistų partija. Taip. bull. 115, 954–971 (2003).
Patacca, E., Sartori, R. ir Scandone, P. Tirėnų baseinas ir Apeninų lankas: kinematiniai ryšiai nuo vėlyvojo totono. Mem Soc Geol Ital 45, 425–451 (1990).
Milia ir kt. Tektoninė ir plutos struktūra Kampanijos žemyno pakraštyje: ryšys su vulkaniniu aktyvumu. mineral.gasoline.79, 33–47 (2003)
Piochi, M., Bruno PP ir De Astis G. Santykinis riftų tektonikos ir magminio pakilimo procesų vaidmuo: išvados iš geofizinių, struktūrinių ir geocheminių duomenų Neapolio vulkaniniame regione (pietų Italija). Gcubed, 6(7), 1-25 (2005).
Dvorak, JJ ir Mastrolorenzo, G. Naujausių vertikalių plutos judėjimų mechanizmai Campi Flegrei krateryje Pietų Italijoje. geologija. Socialistų partija. Taip. Specifikacija. 263, p. 1–47 (1991).
Orsi, G. ir kt. Trumpalaikė grunto deformacija ir seismiškumas įterptame Campi Flegrei krateryje (Italija): aktyvaus masės atsistatymo tankiai apgyvendintoje vietovėje pavyzdys. J. Volcano.geothermal.reservoir.91, 415–451 (1999)
Cusano, P., Petrosino, S. ir Saccorotti, G. Ilgalaikio 4D aktyvumo hidroterminės ištakos Campi Flegrei vulkaniniame komplekse Italijoje. J. Volcano.geothermal.reservoir.177, 1035–1044 (2008).
Pappalardo, L. ir Mastrolorenzo, G. Greita diferenciacija slenksčio formos magminiuose rezervuaruose: atvejo analizė iš Campi Flegrei kraterio. science.Rep. 2, 10.1038/srep00712 (2012).
Walter, TR ir kt. InSAR laiko eilutės, koreliacinė analizė ir laiko koreliacijos modeliavimas atskleidžia galimą Campi Flegrei ir Vezuvijaus sąsają. J. Volcano.geothermal.reservoir.280, 104–110 (2014).
Milia, A. ir Torrente, M. Pirmosios pusės Tirėnų grabeno (Neapolio įlanka, Italija) struktūrinė ir stratigrafinė struktūra. *Constructive Physics* 315, 297–314.
Sano, Y. ir Marty, B. Anglies šaltiniai vulkaninių pelenų dujose iš Salų arkų. Chemical Geology. 119, 265–274 (1995).
Milia, A. Dohrno kanjono stratigrafija: reakcija į jūros lygio kritimą ir tektoninį pakilimą išoriniame kontinentiniame šelfe (rytų Tirėnų pakraštys, Italija). „Geo-Marine Letters“ 20/2, 101–108 (2000).