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Ripurtemu evidenze di sollevamentu attivu di u fondu marinu è emissioni di gas à parechji chilometri da u portu di Napuli (Italia). Buchere, tumuli è crateri sò caratteristiche di u fondu marinu. Queste furmazioni rapprisentanu e cime di strutture crostali pocu prufonde, cumprese pagode, faglie è pieghe chì affettanu u fondu marinu oghje. Anu registratu l'ascesa, a pressurizazione è u rilasciu di eliu è di diossidu di carbonu in reazzioni di decarbonizazione di fusioni di u mantellu è rocce crostali. Questi gas sò probabilmente simili à quelli chì alimentanu i sistemi idrotermali di Ischia, Campi Flegre è Soma-Vesuvius, suggerendu una fonte di mantellu mischiata cù fluidi crostali sottu à u Golfu di Napuli. L'espansione è a rottura sottumarina causate da u prucessu di sollevamentu è pressurizazione di u gas richiedenu una sovrapressione di 2-3 MPa. I sollevamenti, e faglie è l'emissioni di gas di u fondu marinu sò manifestazioni di sconvolgimenti non vulcanichi chì ponu annunzià eruzioni di u fondu marinu è / o esplosioni idrotermali.
I scarichi idrotermali di mare prufondu (acqua calda è gas) sò una caratteristica cumuna di e dorsali medio-oceaniche è di i margini di e placche convergenti (cumprese e parti sommerse di l'archi insulari), mentre chì i scarichi freddi di idrati di gas (chlatrati) sò spessu caratteristici di e piattaforme cuntinentali è di i margini passivi1, 2,3,4,5. L'occorrenza di scarichi idrotermali di u fondu marinu in e zone custiere implica fonti di calore (riserva di magma) in a crosta cuntinentale è/o u mantellu. Questi scarichi ponu precede l'ascensione di u magma attraversu i strati più superiori di a crosta terrestre è culminanu in l'eruzione è u piazzamentu di e muntagne sottumarine vulcaniche6. Dunque, l'identificazione di (a) morfologie assuciate à a deformazione attiva di u fondu marinu è (b) emissioni di gas vicinu à e zone custiere popolate cum'è a regione vulcanica di Napoli in Italia (~ 1 milione di abitanti) hè critica per valutà i pussibuli vulcani. Eruzione pocu prufonda. Inoltre, mentre chì e caratteristiche morfologiche assuciate à l'emissioni idrotermali o di gas idrati di mare prufondu sò relativamente ben cunnisciute per via di e so proprietà geologiche è biologiche, l'eccezioni sò e caratteristiche morfologiche assuciate à l'acque menu prufonde, eccettu quelle chì si verificanu in In Lake 12, ci sò relativamente pochi registri. Quì, presentemu novi dati batimetrichi, sismichi, di colonna d'acqua è geochimichi per una regione sottumarina, morfologicamente è strutturalmente cumplessa affettata da emissioni di gas in u Golfu di Napuli (Italia Meridionale), à ​​circa 5 km da u portu di Napuli. Questi dati sò stati raccolti durante a crociera SAFE_2014 (aostu 2014) à bordu di a R/V Urania. Descrivemu è interpretemu e strutture di u fondu marinu è di u sottusuolu induve si verificanu emissioni di gas, investighemu e fonti di fluidi di ventilazione, identifichemu è caratterizemu i meccanismi chì regulanu l'ascesa di u gas è a deformazione assuciata, è discutemu l'impatti di a vulcanologia.
U Golfu di Napuli forma u margine occidentale Plio-Quaternariu, a depressione tettonica campana allungata NW-SE13,14,15. EW di Ischia (circa 150-1302 d.C.), cratere Campi Flegre (circa 300-1538) è Soma-Vesuvius (da <360-1944) A disposizione cunfina a baia à u nordu d.C.)15, mentre chì u sudu cunfina cù a penisula di Sorrentu (Fig. 1a). U Golfu di Napuli hè affettatu da e faglie significative prevalenti NE-SW è secundarie NW-SE (Fig. 1)14,15. Ischia, Campi Flegrei è Somma-Vesuvius sò carattarizati da manifestazioni idrotermali, deformazione di u terrenu è sismicità superficiale16,17,18 (per esempiu, l'eventu turbulente à Campi Flegrei in u 1982-1984, cù un sollevamentu di 1,8 m è migliaia di terremoti). Studi recenti19,20 suggerenu chì ci pò esse un ligame trà A dinamica di Soma-Vesuviu è quella di Campi Flegre, forse assuciata à riservori di magma singuli "profondi". L'attività vulcanica è l'oscillazioni di u livellu di u mare in l'ultimi 36 ka di Campi Flegrei è 18 ka di Somma Vesuviu cuntrollavanu u sistema sedimentariu di u Golfu di Napuli. U bassu livellu di u mare à l'ultimu massimu glaciale (18 ka) hà purtatu à a regressione di u sistema sedimentariu offshore-poco prufondu, chì hè statu successivamente riempitu da eventi trasgressivi durante u Pleistocene tardu-Olocene. L'emissioni di gas sottumarini sò state rilevate intornu à l'isula d'Ischia è à u largu di a costa di Campi Flegre è vicinu à u Monte Soma-Vesuviu (Fig. 1b).
(a) Disposizioni morfologiche è strutturali di a piattaforma cuntinentale è di u Golfu di Napuli 15, 23, 24, 48. I punti sò i principali centri d'eruzione sottomarina; e linee rosse rapprisentanu e faglie maiò. (b) Batimetria di u Golfu di Napuli cù sfiati di fluidi rilevati (punti) è tracce di linee sismiche (linee nere). E linee gialle sò e traiettorie di e linee sismiche L1 è L2 riportate in a Figura 6. I limiti di e strutture a cupola di u Banco della Montagna (BdM) sò marcati da linee tratteggiate blu in (a, b). I quadrati gialli marcanu e pusizioni di i profili acustici di a colonna d'acqua, è i quadri CTD-EMBlank, CTD-EM50 è ROV sò riportati in a Fig. 5. U cerchju giallu marca a pusizione di a scarica di gas di campionamentu, è a so cumpusizione hè mostrata in a Tavula S1. Golden Software (http://www.goldensoftware.com/products/surfer) usa grafica generata da Surfer® 13.
Basatu annantu à i dati ottenuti durante a crociera SAFE_2014 (aostu 2014) (vede Metodi), hè statu custruitu un novu Modellu Digitale di Terrenu (DTM) di u Golfu di Napuli cù una risoluzione di 1 m. U DTM mostra chì u fondu marinu à u sudu di u Portu di Napuli hè carattarizatu da una superficia ligeramente inclinata orientata à u sudu (pendenza ≤3°) interrotta da una struttura à forma di cupola di 5,0 × 5,3 km, cunnisciuta lucalmente cum'è Banco della Montagna (BdM). Fig. 1a,b).BdM si sviluppa à una prufundità di circa 100 à 170 metri, da 15 à 20 metri sopra u fondu marinu circundante. A cupola BdM hà mostratu una morfologia simile à un tumulu per via di 280 tumuli subcirculari à ovali (Fig. 2a), 665 coni è 30 fosse (Fig. 3 è 4). U tumulu hà una altezza massima è una circunferenza di 22 m è 1.800 m, rispettivamente. A circularità [C = 4π (area / perimetru2)] di i tumuli diminuisce cù l'aumentu di u perimetru (Fig. 2b). I rapporti assiali per i tumuli variavanu trà 1 è 6,5, cù tumuli cù un rapportu assiale > 2 chì mostranu una direzione preferita N45 ° E + 15 ° è una direzione secundaria più dispersa, più dispersa da N105 ° E à N145 ° E (Fig. 2c). Coni singuli o allineati esistenu nantu à u pianu BdM è nantu à a cima di u monticulu (Fig. 3a,b). L'arrangiamenti cunici seguitanu l'arrangiamentu di i monticuli nantu à i quali si trovanu. I segni di buttera sò cumunamente situati nantu à u fondu marinu pianu (Fig. 3c) è à volte nantu à i monticuli. E densità spaziali di coni è di segni di buttera dimustranu chì l'allineamentu predominante NE-SW delimita i cunfini nord-est è sud-ovest di a cupola BdM (Fig. 4a,b); a strada menu estesa NW-SE si trova in a regione cintrali di BdM.
(a) Modellu digitale di u terrenu (dimensione di a cellula di 1 m) di a cupola di u Banco della Montagna (BdM). (b) Perimetru è rotondità di i tumuli BdM. (c) Rapportu assiale è angulu (orientazione) di l'asse maggiore di l'ellisse più adatta chì circonda u tumulu. L'errore standard di u mudellu digitale di u terrenu hè 0,004 m; l'errori standard di u perimetru è di a rotondità sò rispettivamente 4,83 m è 0,01, è l'errori standard di u rapportu assiale è di l'angulu sò rispettivamente 0,04 è 3,34°.
Dettagli di coni, crateri, tumuli è fosse identificati in a regione BdM estratti da u DTM in a Figura 2.
(a) Coni d'allineamentu nantu à un fondu marinu pianu; (b) coni è crateri nantu à tumuli snelli NW-SE; (c) butterfughe nantu à una superficia ligeramente immersa.
(a) Distribuzione spaziale di i crateri, di e fosse è di e scariche di gas attivi rilevati. (b) Densità spaziale di i crateri è di e fosse riportate in (a) (numeru/0,2 km2).
Avemu identificatu 37 emissioni gassose in a regione BdM da l'imagine di l'ecoscandaglio di a colonna d'acqua ROV è osservazioni dirette di u fondu marinu acquisite durante a crociera SAFE_2014 in Aostu 2014 (Figure 4 è 5). L'anomalie acustiche di queste emissioni mostranu forme allungate verticalmente chì si alzanu da u fondu marinu, chì varianu verticalmente trà 12 è circa 70 m (Fig. 5a). In certi lochi, l'anomalie acustiche anu furmatu un "trenu" quasi cuntinuu. I pennacchi di bolle osservati varianu assai: da flussi di bolle continui è densi à fenomeni di corta durata (Film Supplementare 1). L'ispezione ROV permette a verificazione visuale di a presenza di sfiati di fluidi di u fondu marinu è mette in risaltu piccule macchie nantu à u fondu marinu, qualchì volta circundate da sedimenti da rossi à aranci (Fig. 5b). In certi casi, i canali ROV riattivanu l'emissioni. A morfologia di u sfiatu mostra una apertura circulare in cima senza flare in a colonna d'acqua. U pH in a colonna d'acqua ghjustu sopra u puntu di scarica hà mostratu una diminuzione significativa, chì indica cundizioni più acide lucalmente (Fig. 5c,d). In particulare, u pH sopra a scarica di gas BdM à A prufundità di 75 m hè diminuita da 8,4 (à 70 m di prufundità) à 7,8 (à 75 m di prufundità) (Fig. 5c), mentre chì altri siti in u Golfu di Napuli avianu valori di pH trà 0 è 160 m in l'intervallu di prufundità trà 8,3 è 8,5 (Fig. 5d). Cambiamenti significativi in ​​a temperatura è a salinità di l'acqua di mare eranu assenti in dui siti dentru è fora di a zona BdM di u Golfu di Napuli. À una prufundità di 70 m, a temperatura hè di 15 °C è a salinità hè di circa 38 PSU (Fig. 5c,d). E misurazioni di pH, temperatura è salinità anu indicatu: a) a participazione di fluidi acidi assuciati à u prucessu di degassificazione di BdM è b) l'assenza o a scarica assai lenta di fluidi termichi è salamoia.
(a) Finestra d'acquisizione di u prufilu acusticu di a colonna d'acqua (ecometru Simrad EK60). Banda verde verticale currispondente à a torcia di gas rilevata nantu à a scarica di fluidu EM50 (circa 75 m sottu à u livellu di u mare) situata in a regione BdM; i signali multiplex di u fondu è di u fondu marinu sò ancu mostrati (b) raccolti cù un veiculu telecomandatu in a regione BdM. A sola foto mostra un picculu cratere (cerchiu neru) circundatu da sedimenti da rossu à aranciu. (c,d) Dati CTD di a sonda multiparametrica trattati cù u software SBED-Win32 (Seasave, versione 7.23.2). Modelli di parametri selezziunati (salinità, temperatura, pH è ossigenu) di a colonna d'acqua sopra a scarica di fluidu EM50 (pannellu c) è fora di u pannellu di l'area di scarica Bdm (d).
Avemu raccoltu trè campioni di gasu da a zona di studiu trà u 22 è u 28 d'aostu 2014. Quessi campioni anu mostratu cumpusizioni simili, duminate da CO2 (934-945 mmol/mol), seguitate da cuncentrazioni pertinenti di N2 (37-43 mmol/mol), CH4 (16-24 mmol/mol) è H2S (0,10 mmol/mol) -0,44 mmol/mol), mentre chì H2 è He eranu menu abbundanti (<0,052 è <0,016 mmol/mol, rispettivamente) (Fig. 1b; Tabella S1, Film Supplementare 2). Sò state ancu misurate cuncentrazioni relativamente alte di O2 è Ar (finu à 3,2 è 0,18 mmol/mol, rispettivamente). A somma di l'idrocarburi leggeri varia da 0,24 à 0,30 mmol/mol è hè custituita da alcani C2-C4, aromatichi (principalmente benzene), propene è cumposti chì cuntenenu zolfu (tiofene). U U valore 40Ar/36Ar hè coerente cù l'aria (295,5), ancu s'è u campione EM35 (cupola BdM) hà un valore di 304, mustrendu un ligeru eccessu di 40Ar. U rapportu δ15N era più altu chè per l'aria (finu à +1,98% vs. Aria), mentre chì i valori δ13C-CO2 variavanu da -0,93 à 0,44% vs. V-PDB. I valori R/Ra (dopu a currezzione per l'inquinamentu atmosfericu utilizendu u rapportu 4He/20Ne) eranu trà 1,66 è 1,94, indicendu a presenza di una grande frazione di He di u mantellu. Cumbinendu l'isotopu di l'eliu cù CO2 è u so isotopu stabile 22, a fonte di l'emissioni in BdM pò esse ulteriormente chiarita. In a mappa di CO2 per CO2/3He versus δ13C (Fig. 6), a cumpusizione di u gasu BdM hè paragunata à quella di e fumarole d'Ischia, Campi Flegrei è Somma-Vesuvius. Figura 6 riporta ancu linee di mischju teoriche trà trè diverse fonti di carbone chì ponu esse implicate in a pruduzzione di gas BdM: fusioni derivate da u mantellu dissolte, sedimenti ricchi di materia organica è carbonati. I campioni di BdM cascanu nantu à a linea di mischju rapprisintata da i trè vulcani campani, vale à dì, mischju trà gasi di u mantellu (chì si suppone chì sianu ligeramente arricchiti in diossidu di carbone in paragone à i MORB classici per u scopu di l'adattamentu di i dati) è reazioni causate da a decarbonizazione crostale di a roccia gassosa risultante.
E linee ibride trà a cumpusizione di u mantellu è i membri terminali di calcariu è sedimenti organici sò riportate per paragone. E caselle rapprisentanu e zone di fumarole d'Ischia, Campi Flegrei è Somma-Vesvius 59, 60, 61. U campione BdM hè in a tendenza mista di u vulcanu Campania. U gas di i membri terminali di a linea mista hè di fonte di u mantellu, chì hè u gas pruduttu da a reazione di decarburazione di minerali carbonatici.
E sezzioni sismiche L1 è L2 (Fig. 1b è 7) mostranu a transizione trà BdM è e sequenze stratigrafiche distali di e regioni vulcaniche Somma-Vesuvius (L1, Fig. 7a) è Campi Flegrei (L2, Fig. 7b). BdM hè carattarizatu da a presenza di duie furmazioni sismiche maiò (MS è PS in Fig. 7). Quella superiore (MS) mostra riflettori subparalleli di ampiezza da alta à moderata è continuità laterale (Fig. 7b,c). Stu stratu include sedimenti marini trascinati da u sistema Ultimu Massimu Glaciale (LGM) è hè custituitu da sabbia è argilla23. U stratu PS sottostante (Fig. 7b-d) hè carattarizatu da una fase da caotica à trasparente in forma di colonne o clessidre. A cima di i sedimenti PS hà furmatu tumuli di u fondu marinu (Fig. 7d). Queste geometrie simili à diapiri dimostranu l'intrusione di materiale trasparente PS in i depositi MS più superiori. U sollevamentu hè rispunsevule di a furmazione di pieghe è faglie chì affettanu u stratu MS. è i sedimenti attuali sovrastanti di u fondu marinu BdM (Fig. 7b-d). L'intervallu stratigraficu MS hè chjaramente delaminatu in a parte ENE di a sezione L1, mentre chì imbianca versu BdM per via di a presenza di un stratu saturatu di gas (GSL) cupertu da alcuni livelli interni di a sequenza MS (Fig. 7a). I nuclei di gravità raccolti in cima à u BdM currispundente à u stratu sismicu trasparente indicanu chì i 40 cm superiori sò custituiti da sabbia depositata recentemente finu à u presente; )24,25 è frammenti di pomice da l'eruzione esplosiva di Campi Flegrei di "Tufu Giallo di Napoli" (14,8 ka)26. A fase trasparente di u stratu di PS ùn pò esse spiegata solu da prucessi di mischju caoticu, perchè i strati caotici assuciati à frane, flussi di fangu è flussi piroclastici truvati fora di u BdM in u Golfu di Napoli sò acusticamente opachi21,23,24. Cuncludemu chì e facies sismiche di PS BdM osservate è ancu l'aspettu di u stratu di PS affioramentu sottumarinu (Fig. 7d) riflettenu u sollevamentu di u gasu naturale.
(a) Profilu sismicu à traccia unica L1 (traccia di navigazione in Fig. 1b) chì mostra una disposizione spaziale colonnare (pagoda). A pagoda hè custituita da depositi caotici di pomice è sabbia. U stratu saturatu di gas chì esiste sottu à a pagoda elimina a continuità di e furmazioni più prufonde. (b) Profilu sismicu à canale unicu L2 (traccia di navigazione in Fig. 1b), chì mette in risaltu l'incisione è a deformazione di i tumuli di u fondu marinu, marini (MS) è depositi di sabbia pomice (PS). (c) I dettagli di deformazione in MS è PS sò riportati in (c,d). Assumendu una velocità di 1580 m/s in u sedimentu più superiore, 100 ms rapprisentanu circa 80 m nantu à a scala verticale.
E caratteristiche morfologiche è strutturali di BdM sò simili à altri campi idrotermali è d'idrati di gas sottumarini à livellu mundiale2,12,27,28,29,30,31,32,33,34 è sò spessu assuciati à sollevamenti (volte è tumuli) è scarichi di gas (coni, fosse). I coni è e fosse allineati cù BdM è i tumuli allungati indicanu una permeabilità strutturalmente cuntrullata (Figure 2 è 3). A disposizione spaziale di tumuli, fosse è sfiati attivi suggerisce chì a so distribuzione hè in parte cuntrullata da e fratture d'impattu NW-SE è NE-SW (Fig. 4b). Quessi sò i punti preferiti di i sistemi di faglia chì affettanu e zone vulcaniche di Campi Flegrei è Somma-Vesuvius è u Golfu di Napoli. In particulare, a struttura di u primu cuntrolla a situazione di u scaricu idrotermale da u cratere di Campi Flegrei35. Cuncludemu dunque chì e faglie è e fratture in u Golfu di Napoli rapprisentanu a via preferita per a migrazione di u gas versu a superficia, una caratteristica spartuta da altri campi idrotermali strutturalmente cuntrullati. sistemi36,37. In particulare, i coni è i fossi BdM ùn eranu micca sempre assuciati à i tumuli (Fig. 3a,c). Questu suggerisce chì questi tumuli ùn rapprisentanu micca necessariamente precursori di a furmazione di fossi, cum'è altri autori anu suggeritu per e zone d'idrati di gas32,33. E nostre cunclusioni sustenenu l'ipotesi chì a disrupzione di i sedimenti di u fondu marinu à cupola ùn porta micca sempre à a furmazione di fossi.
L'emissioni gassose raccolte mostranu firme chimiche tipiche di i fluidi idrotermali, vale à dì principalmente CO2 cù concentrazioni significative di gas riducenti (H2S, CH4 è H2) è idrocarburi leggeri (in particulare benzene è propilene)38,39, 40, 41, 42, 43, 44, 45 (Tavula S1). A presenza di gas atmosferichi (cum'è O2), chì ùn si prevede micca chì sianu presenti in l'emissioni sottomarine, pò esse dovuta à a contaminazione da l'aria dissolta in l'acqua di mare chì vene in cuntattu cù i gas almacenati in scatule di plastica aduprate per u campionamentu, postu chì i ROV sò estratti da u fondu di l'oceanu à u mare per rivoltassi. À u cuntrariu, i valori pusitivi di δ15N è un N2/Ar elevatu (finu à 480) significativamente più altu di ASW (acqua saturata d'aria) suggerenu chì a maiò parte di l'N2 hè pruduttu da fonti extraatmosferiche, in cunfurmità cù l'origine idrotermale predominante di questi gas. L'origine idrotermale-vulcanica di u gas BdM hè cunfirmata da u cuntenutu di CO2 è He è e so firme isotopiche. Carboniu L'isotopi (δ13C-CO2 da -0,93% à +0,4%) è i valori di CO2/3He (da 1,7 × 1010 à 4,1 × 1010) suggerenu chì i campioni di BdM appartenenu à una tendenza mista di fumarole intornu à i membri terminali di u mantellu di u Golfu di Napuli è a decarbonizazione. A relazione trà i gasi prudutti da a reazione (Figura 6). Più specificamente, i campioni di gas BdM sò situati longu a tendenza di mischju à circa a stessa locu cum'è i fluidi di i vulcani adiacenti Campi Flegrei è Somma-Veusivus. Sò più crustali cà e fumarole d'Ischia, chì sò più vicine à a fine di u mantellu. Somma-Vesuvius è Campi Flegrei anu valori di 3He/4He più alti (R/Ra trà 2,6 è 2,9) chè BdM (R/Ra trà 1,66 è 1,96; Tavula S1). Questu suggerisce chì l'aggiunta è l'accumulazione di He radiogenicu sò uriginate da u listessu fonte di magma chì alimentava i vulcani Somma-Vesuvius è Campi Flegrei. L'assenza di frazioni di carbone organicu rilevabili in l'emissioni di BdM suggerisce chì i sedimenti organici ùn sò micca implicati in u prucessu di degassificazione di BdM.
Basatu annantu à i dati riportati sopra è i risultati di i mudelli sperimentali di strutture in forma di cupola assuciate à e regioni ricche di gas sottumarine, a pressurizazione prufonda di u gas pò esse rispunsevule di a furmazione di cupole BdM à scala chilometrica. Per stimà a sovrapressione Pdef chì porta à a volta BdM, avemu applicatu un mudellu di meccanica à piastre sottili33,34 assumendu, da i dati morfologichi è sismichi raccolti, chì a volta BdM hè una lamina subcirculare di raghju a più grande di un depositu viscosu dolce deformatu. U spustamentu massimu verticale w è u spessore h di u (Fig. Supplementare S1). Pdef hè a differenza trà a pressione totale è a pressione statica di a roccia più a pressione di a colonna d'acqua. À BdM, u raghju hè di circa 2.500 m, w hè 20 m, è l'h massimu stimatu da u prufilu sismicu hè di circa 100 m. Calculemu Pdef 46Pdef = w 64 D/a4 da a relazione, induve D hè a rigidità flessurale; D hè datu da (E h3)/[12(1 – ν2)], induve E hè u modulu di Young di u depositu, ν hè u rapportu di Poisson (~0.5)33. Siccomu e proprietà meccaniche di i sedimenti BdM ùn ponu esse misurate, avemu stabilitu E = 140 kPa, chì hè un valore raghjonevule per i sedimenti sabbiosi custieri 47 simile à BdM14,24. Ùn cunsideremu micca i valori E più alti riportati in a literatura per i depositi di argilla limosa (300 < E < 350.000 kPa)33,34 perchè i depositi BDM sò custituiti principalmente da sabbia, micca da limo o argilla limosa24. Ottenemu Pdef = 0.3 Pa, chì hè coerente cù e stime di i prucessi di sollevamentu di u fondu marinu in ambienti di bacini di idrati di gas, induve Pdef varia da 10-2 à 103 Pa, cù valori più bassi chì rapprisentanu w/a bassi è/o chì. In BdM, a riduzione di a rigidità per via di a saturazione lucale di gas di u sedimentu è/o l'apparizione di E fratture preesistenti ponu ancu cuntribuisce à u fallimentu è à a conseguente liberazione di gas, permettendu a furmazione di e strutture di ventilazione osservate. I profili sismichi riflessi raccolti (Fig. 7) anu indicatu chì i sedimenti PS sò stati sollevati da u GSL, spinghjendu i sedimenti marini MS sovrastanti, risultendu in tumuli, pieghe, faglie è tagli sedimentarii (Fig. 7b,c). Questu suggerisce chì a pomice vechja di 14,8 à 12 ka hè intrusa in u stratu MS più ghjovanu per via di un prucessu di trasportu di gas ascendente. E caratteristiche morfologiche di a struttura BdM ponu esse viste cum'è u risultatu di a sovrapressione creata da a scarica di fluidu prodotta da u GSL. Datu chì a scarica attiva pò esse vista da u fondu marinu finu à più di 170 m bsl48, supponemu chì a sovrapressione di fluidu in u GSL supera i 1.700 kPa. A migrazione ascendente di i gas in i sedimenti hà ancu avutu l'effettu di scrubbing di u materiale cuntenutu in u MS, spiegendu a presenza di sedimenti caotici in i nuclei di gravità campionati nantu à BdM25. Inoltre, a sovrapressione di u GSL crea un sistema di frattura cumplessu (faglia poligonale in Fig. 7b). Cullettivamente, sta morfologia, struttura è insediamentu stratigraficu, chjamati "pagode"49,50, eranu inizialmente attribuiti à effetti secundarii di antiche furmazioni glaciali, è sò attualmente interpretati cum'è l'effetti di u gasu ascendente31,33 o evaporiti50. À u margine cuntinentale di a Campania, i sedimenti evaporativi sò scarsi, almenu in i 3 km superiori di a crosta. Dunque, u mecanismu di crescita di e pagode BdM hè prubabile di esse cuntrullatu da l'ascesa di gasu in i sedimenti. Questa cunclusione hè sustinuta da e facies sismiche trasparenti di a pagoda (Fig. 7), è ancu da i dati di u core di gravità cum'è riportatu prima24, induve a sabbia attuale erutta cù "Pomici Principali"25 è "Naples Yellow Tuff"26 Campi Flegrei. Inoltre, i depositi di PS anu invaditu è ​​deformatu u stratu MS superiore (Fig. 7d). Questa disposizione strutturale suggerisce chì a pagoda rapprisenta una struttura ascendente è micca solu una gasdottu. Cusì, dui prucessi principali guvernanu a furmazione di a pagoda: a) a densità di u sedimentu dolce diminuisce quandu u gasu entra da sottu; b) a mistura gasu-sedimentu aumenta, chì hè u piegamentu, a fagliazione è a frattura osservati Causanu depositi MS (Figura 7). Un mecanismu di furmazione simile hè statu prupostu per e pagode assuciate à l'idrati di gasu in u Mare di a Scozia Meridionale (Antartide). E pagode BdM sò apparse in gruppi in zone collinari, è a so estensione verticale era in media di 70-100 m in tempu di viaghju in duie direzzione (TWTT) (Fig. 7a). A causa di a presenza di ondulazioni MS è cunsiderendu a stratigrafia di u core gravitazionale BdM, deducemu chì l'età di furmazione di e strutture di pagoda hè inferiore à circa 14-12 ka. Inoltre, a crescita di queste strutture hè sempre attiva (Fig. 7d) postu chì alcune pagode anu invaditu è ​​deformatu a sabbia BdM attuale sovrastante (Fig. 7d).
U fattu chì a pagoda ùn hà micca attraversatu u fondu marinu attuale indica chì (a) l'aumentu di u gasu è/o a cessazione lucale di a mistura gasu-sedimentu, è/o (b) u pussibule flussu laterale di a mistura gasu-sedimentu ùn permette micca un prucessu di sovrapressione lucalizata. Sicondu u mudellu di a teoria di u diapiru52, u flussu laterale dimostra un equilibriu negativu trà a velocità di furnitura di a mistura fangu-gasu da sottu è a velocità à a quale a pagoda si move versu l'altu. A riduzione di a velocità di furnitura pò esse ligata à l'aumentu di a densità di a mistura per via di a sparizione di a furnitura di gasu. I risultati riassunti sopra è l'aumentu cuntrullatu da a galleggiabilità di a pagoda ci permettenu di stimà l'altezza di a colonna d'aria hg. A galleggiabilità hè data da ΔP = hgg (ρw – ρg), induve g hè a gravità (9,8 m/s2) è ρw è ρg sò e densità di l'acqua è di u gasu, rispettivamente. ΔP hè a somma di a Pdef calculata prima è di a pressione litostatica Plith di a piastra sedimentaria, vale à dì ρsg. h, induve ρs hè a densità di i sedimenti. In questu casu, u valore di hg necessariu per a galleggiabilità desiderata hè datu da hg = (Pdef + Plith)/[g (ρw – ρg)]. In BdM, mettimu Pdef = 0,3 Pa è h = 100 m (vede sopra), ρw = 1.030 kg/m3, ρs = 2.500 kg/m3, ρg hè trascurabile perchè ρw ≫ρg. Ottenemu hg = 245 m, un valore chì rapprisenta a prufundità di u fondu di u GSL. ΔP hè 2,4 MPa, chì hè a sovrapressione necessaria per rompe u fondu marinu BdM è furmà sfiati.
A cumpusizione di u gasu BdM hè coerente cù e fonti di u mantellu alterate da l'aghjunta di fluidi assuciati à e reazzioni di decarbonizazione di e rocce crostali (Fig. 6). Allineamenti EW approssimativi di e cupole BdM è di i vulcani attivi cum'è Ischia, Campi Flegre è Soma-Vesuvius, inseme cù a cumpusizione di i gasi emessi, suggerenu chì i gasi emessi da u mantellu sottu à tutta a regione vulcanica di Napuli sò mischiati. Sempre più fluidi crostali si movenu da punente (Ischia) à livante (Somma-Vesuvius) (Fig. 1b è 6).
Avemu cunclusu chì in u Golfu di Napuli, à pochi chilometri da u portu di Napuli, ci hè una struttura à forma di cupola larga 25 km2 chì hè affettata da un prucessu di degassamentu attivu è causata da u piazzamentu di pagode è tumuli. Attualmente, e firme BdM suggerenu chì a turbulenza non magmatica53 pò precede u vulcanismu embrionale, vale à dì a scarica precoce di magma è/o fluidi termichi. L'attività di monitoraghju devenu esse implementate per analizà l'evoluzione di i fenomeni è per rilevà segnali geochimichi è geofisichi indicativi di potenziali disturbi magmatici.
I profili acustici di a colonna d'acqua (2D) sò stati acquistati durante a crociera SAFE_2014 (aostu 2014) nantu à a R/V Urania (CNR) da l'Istitutu di u Cunsigliu Naziunale di Ricerca per l'Ambiente Marinu Custale (IAMC). U campionamentu acusticu hè statu realizatu da un ecoscandagliu scientificu à divisione di fasciu Simrad EK60 chì funziona à 38 kHz. I dati acustici sò stati registrati à una velocità media di circa 4 km. L'imaghjini di l'ecoscandagliu raccolte sò state aduprate per identificà i scarichi di fluidi è definisce accuratamente a so pusizione in l'area di raccolta (trà 74 è 180 m bsl). Misurà i parametri fisichi è chimichi in a colonna d'acqua utilizendu sonde multiparametriche (conduttività, temperatura è prufundità, CTD). I dati sò stati raccolti utilizendu una sonda CTD 911 (SeaBird, Electronics Inc.) è trattati utilizendu u software SBED-Win32 (Seasave, versione 7.23.2). Un'ispezione visuale di u fondu marinu hè stata realizata utilizendu un dispositivu ROV (veiculu operatu à distanza) "Pollux III" (GEItaliana) cù dui (camere à bassa è alta definizione).
L'acquisizione di dati multifascio hè stata effettuata cù un sistema sonar multifascio Simrad EM710 di 100 KHz (Kongsberg). U sistema hè culligatu à un sistema di pusizionamentu glubale differenziale per assicurà errori submetrici in u pusizionamentu di u fasciu. L'impulsu acusticu hà una frequenza di 100 KHz, un impulsu di focu di 150° gradi è una apertura cumpleta di 400 fasci. Misurazione è applicazione di profili di velocità di u sonu in tempu reale durante l'acquisizione. I dati sò stati trattati cù u software PDS2000 (Reson-Thales) secondu u standard di l'Organizazione Idrografica Internaziunale (https://www.iho.int/iho_pubs/standard/S-44_5E.pdf) per a navigazione è a currezzione di e maree. A riduzione di u rumore per via di picchi accidentali di strumenti è l'esclusione di fasciu di scarsa qualità hè stata effettuata cù strumenti di edizione di banda è di de-spiking. A rilevazione cuntinua di a velocità di u sonu hè effettuata da una stazione di chiglia situata vicinu à u trasduttore multifascio è acquisisce è applica profili di velocità di u sonu in tempu reale in a colonna d'acqua ogni 6-8 ore per furnisce a velocità di u sonu in tempu reale per una guida curretta di u fasciu. L'interu inseme di dati Si compone di circa 440 km2 (0-1200 m di prufundità). I dati sò stati utilizati per furnisce un mudellu digitale di u terrenu (DTM) à alta risoluzione caratterizatu da una dimensione di cella di griglia di 1 m. U DTM finale (Fig. 1a) hè statu fattu cù dati di u terrenu (> 0 m sopra u livellu di u mare) acquisiti à a dimensione di cella di griglia di 20 m da l'Istitutu Geo-Militare Italianu.
Un prufilu di dati sismichi à canale unicu d'alta risoluzione di 55 chilometri, raccoltu durante crociere oceaniche sicure in u 2007 è u 2014, hà cupertu una superficia di circa 113 chilometri quadrati, tramindui nantu à a R/V Urania. I prufili Marisk (per esempiu, u prufilu sismicu L1, Fig. 1b) sò stati ottenuti utilizendu u sistema boomer IKB-Seistec. L'unità d'acquisizione hè custituita da un catamaranu di 2,5 m in u quale sò piazzati a fonte è u ricevitore. A firma di a fonte hè custituita da un unicu piccu pusitivu chì hè carattarizatu in a gamma di frequenza 1-10 kHz è permette di risolve i riflettori separati da 25 cm. I prufili sismichi sicuri sò stati acquistati utilizendu una fonte sismica Geospark multi-punta di 1,4 Kj interfacciata cù u software Geotrace (Geo Marine Survey System). U sistema hè custituitu da un catamaranu chì cuntene una fonte 1-6,02 KHz chì penetra finu à 400 millisecondi in sedimenti morbidi sottu à u fondu marinu, cù una risoluzione verticale teorica di 30 cm. Sia i dispositivi Safe sia quelli Marsik sò stati ottenuti à un ritmu di 0,33 colpi/sec cù una velocità di u vasu <3 Kn. I dati sò stati trattati è presentati cù u software Geosuite Allworks cù u seguente flussu di travagliu: currezzione di dilatazione, muting di a colonna d'acqua, filtrazione IIR passa-banda 2-6 KHz è AGC.
U gasu di a fumarola sottumarina hè statu raccoltu nantu à u fondu marinu aduprendu una scatula di plastica dotata di un diafragma di gomma nantu à a so parte superiore, piazzata à capu in ghjò da u ROV sopra a presa d'aria. Una volta chì e bolle d'aria chì entranu in a scatula anu rimpiazzatu cumpletamente l'acqua di mare, u ROV torna à una prufundità di 1 m, è u subacqueu trasferisce u gasu raccoltu attraversu un settu di gomma in dui fiaschi di vetru di 60 mL pre-evacuati dotati di rubinetti di Teflon in i quali unu hè statu riempitu cù 20 mL di soluzione 5N NaOH (fiaschju di tipu Gegenbach). E principali spezie di gas acidi (CO2 è H2S) sò dissolte in a soluzione alcalina, mentre chì e spezie di gas à bassa solubilità (N2, Ar+O2, CO, H2, He, Ar, CH4 è idrocarburi leggeri) sò almacenate in u spaziu di testa di a buttiglia di campionamentu. I gasi inorganici à bassa solubilità sò stati analizati per gascromatografia (GC) aduprendu un Shimadzu 15A dotatu di una colonna di setaccio moleculare 5A longa 10 m è un rilevatore di conducibilità termica (TCD) 54. L'argon è l'O2 sò stati analizati aduprendu un Thermo. Gascromatografu Focus equipatu cù una colonna di setacciu moleculare capillare di 30 m di lunghezza è TCD. U metanu è l'idrocarburi leggeri sò stati analizati cù un gascromatografu Shimadzu 14A equipatu cù una colonna d'acciaio inox di 10 m di lunghezza imballata cù Chromosorb PAW 80/100 mesh, rivestita cù 23% SP 1700 è un rilevatore di ionizazione di fiamma (FID). A fase liquida hè stata aduprata per l'analisi di 1) CO2, cum'è, titrata cù una soluzione di HCl 0,5 N (Metrohm Basic Titrino) è 2) H2S, cum'è, dopu l'ossidazione cù 5 mL H2O2 (33%), per cromatografia ionica (IC) (IC) (Wantong 761). L'errore analiticu di titolazione, analisi GC è IC hè inferiore à 5%. Dopu à e procedure standard di estrazione è purificazione per e miscele di gas, 13C/12C CO2 (espressa cum'è δ13C-CO2% è V-PDB) hè stata analizata cù una massa Finningan Delta S. spettrometru55,56. I standard utilizati per stimà a precisione esterna eranu u marmaru di Carrara è San Vincenzo (internu), NBS18 è NBS19 (internaziunale), mentre chì l'errore analiticu è a riproducibilità eranu ± 0,05% è ± 0,1%, rispettivamente.
I valori di δ15N (espressi cum'è % vs. Aria) è 40Ar/36Ar sò stati determinati utilizendu un cromatografu à gas (GC) Agilent 6890 N accoppiatu à un spettrometru di massa à flussu continuu Finnigan Delta plusXP. L'errore d'analisi hè: δ15N ± 0,1%, 36Ar <1%, 40Ar <3%. U rapportu isotopicu He (espressu cum'è R / Ra, induve R hè 3He / 4He misuratu in u campione è Ra hè u listessu rapportu in l'atmosfera: 1,39 × 10−6) 57 hè statu determinatu in u laburatoriu di INGV-Palermu (Italia). 3He, 4He è 20Ne sò stati determinati utilizendu un spettrometru di massa à doppiu cullettore (Helix SFT-GVI) 58 dopu a separazione di He è Ne. Errore d'analisi ≤ 0,3%. I spazii vuoti tipici per He è Ne sò <10-14 è <10-16 mol, rispettivamente.
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