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हम नेपल्स (इटली) के बंदरगाह से कई किलोमीटर दूर समुद्र तट पर सक्रिय समुद्र तल के उत्थान और गैस उत्सर्जन के साक्ष्य की रिपोर्ट करते हैं। छिद्र, टीले और क्रेटर समुद्र तल की विशेषताएं हैं। ये संरचनाएं उथले क्रस्टल संरचनाओं के शीर्ष का प्रतिनिधित्व करती हैं, जिसमें पैगोडा, दोष और मोड़ शामिल हैं जो आज समुद्र तल को प्रभावित करते हैं। उन्होंने मेंटल पिघल और क्रस्टल चट्टानों के डीकार्बोनाइजेशन प्रतिक्रियाओं में हीलियम और कार्बन डाइऑक्साइड के उत्थान, दबाव और रिलीज को रिकॉर्ड किया। ये गैसें संभवतः उन गैसों के समान हैं जो इस्चिया, कैम्पी फ्लेग्रे और सोमा-वेसुवियस के हाइड्रोथर्मल सिस्टम को खिलाती हैं, जो नेपल्स की खाड़ी के नीचे क्रस्टल तरल पदार्थों के साथ मिश्रित एक मेंटल स्रोत का सुझाव देती हैं।
गहरे समुद्र में हाइड्रोथर्मल (गर्म पानी और गैस) डिस्चार्ज मध्य-महासागरीय कटकों और अभिसारी प्लेट मार्जिन (द्वीप चापों के डूबे हुए हिस्सों सहित) की एक सामान्य विशेषता है, जबकि गैस हाइड्रेट्स (क्लैट्रेट्स) के ठंडे डिस्चार्ज अक्सर महाद्वीपीय शेल्फ और निष्क्रिय मार्जिन1, 2,3,4,5 की विशेषता होते हैं। तटीय क्षेत्रों में समुद्र तल हाइड्रोथर्मल डिस्चार्ज की घटना महाद्वीपीय क्रस्ट और/या मेंटल के भीतर ऊष्मा स्रोतों (मैग्मा जलाशयों) को इंगित करती है। ये डिस्चार्ज पृथ्वी की पपड़ी की सबसे ऊपरी परतों के माध्यम से मैग्मा के आरोहण से पहले हो सकते हैं और ज्वालामुखीय समुद्री पर्वतों के विस्फोट और स्थान-स्थापन में परिणत हो सकते हैं6। इसलिए, (ए) सक्रिय समुद्र तल विरूपण से जुड़ी आकृति विज्ञान और (बी) इटली में नेपल्स के ज्वालामुखी क्षेत्र (~1 मिलियन निवासियों) जैसे आबादी वाले तटीय क्षेत्रों के करीब गैस उत्सर्जन की पहचान संभावित ज्वालामुखियों का आकलन करने के लिए महत्वपूर्ण है। उथला विस्फोट। इसके अलावा, जबकि गहरे समुद्र में हाइड्रोथर्मल या हाइड्रेट गैस उत्सर्जन से जुड़ी आकृति विज्ञान संबंधी विशेषताएं अपने भूवैज्ञानिक और जैविक गुणों के कारण अपेक्षाकृत रूपात्मक विशेषताएं अपेक्षाकृत रूप से जानी जाती हैं, अपवाद उथले पानी से जुड़ी रूपात्मक विशेषताएं हैं, सिवाय उन विशेषताओं के जो झील 12 में होती हैं, अपेक्षाकृत कम रिकॉर्ड हैं। यहां, हम नेपल्स की खाड़ी (दक्षिणी इटली) में गैस उत्सर्जन से प्रभावित एक पानी के नीचे, रूपात्मक और संरचनात्मक रूप से जटिल क्षेत्र के लिए नया बाथमीट्रिक, भूकंपीय, जल स्तंभ और भू-रासायनिक डेटा प्रस्तुत करते हैं, जो नेपल्स के बंदरगाह से लगभग 5 किमी दूर है। ये डेटा आर/वी यूरेनिया पर SAFE_2014 (अगस्त 2014) क्रूज के दौरान एकत्र किए गए थे। हम समुद्र तल और उपसतह संरचनाओं का वर्णन और व्याख्या करते हैं जहां गैस उत्सर्जन होता है, वेंटिंग तरल पदार्थों के स्रोतों की जांच करते हैं, गैस के बढ़ने और संबंधित विरूपण को नियंत्रित करने वाले तंत्रों की पहचान और विशेषता बताते हैं
नेपल्स की खाड़ी प्लियो-क्वाटर्नेरी पश्चिमी सीमा बनाती है, इस्चिया (लगभग 150-1302 ई.) के उत्तर-पश्चिम-दक्षिण-पूर्व में फैला कैम्पेनिया टेक्टोनिक डिप्रेशन13,14,15.EW, कैम्पी फ्लेग्रे क्रेटर (लगभग 300-1538) और सोमा-वेसुवियस (<360-1944 से) व्यवस्था खाड़ी को उत्तर AD)15 तक सीमित करती है, जबकि दक्षिण में सोरेंटो प्रायद्वीप की सीमा है (चित्र 1a)। नेपल्स की खाड़ी प्रचलित NE-SW और द्वितीयक NW-SE महत्वपूर्ण दोषों (चित्र 1)14,15 से प्रभावित है। इस्चिया, कैम्पी फ्लेग्रेई और सोमा-वेसुवियस की विशेषता हाइड्रोथर्मल अभिव्यक्तियाँ, भूमि विरूपण और उथली भूकंपीयता16,17,18 है (उदाहरण के लिए, 1982-1984 में कैम्पी फ्लेग्रेई में अशांत घटना 1.8 मीटर का उत्थान और हजारों भूकंप)। हाल के अध्ययनों19,20 से पता चलता है कि सोमा-वेसुवियस और कैम्पी फ्लेग्रे की गतिशीलता के बीच एक संबंध हो सकता है, जो संभवतः 'गहरे' एकल मैग्मा जलाशयों से जुड़ा हुआ है। कैम्पी फ्लेग्रेई के अंतिम 36 ka और सोमा वेसुवियस के 18 ka में ज्वालामुखी गतिविधि और समुद्र-स्तर के दोलनों ने नेपल्स की खाड़ी की तलछटी प्रणाली को नियंत्रित किया। अंतिम हिमनदी अधिकतम (18 ka) में निम्न समुद्र स्तर के कारण अपतटीय-उथली तलछटी प्रणाली का प्रतिगमन हुआ, जो बाद में लेट प्लीस्टोसिन-होलोसीन के दौरान अतिक्रमणकारी घटनाओं से भर गया। इस्चिया द्वीप के आसपास और कैम्पी फ्लेग्रे के तट पर और माउंट सोमा-वेसुवियस के पास पनडुब्बी गैस उत्सर्जन का पता लगाया गया है (चित्र 1b)।
(ए) महाद्वीपीय शेल्फ और नेपल्स की खाड़ी की रूपात्मक और संरचनात्मक व्यवस्था 15, 23, 24, 48. डॉट्स प्रमुख पनडुब्बी विस्फोट केंद्र हैं; लाल रेखाएं प्रमुख दोषों को दर्शाती हैं। (बी) नेपल्स की खाड़ी का बाथिमेट्री जिसमें पता लगाए गए द्रव छिद्र (बिंदु) और भूकंपीय रेखाओं (काली रेखाओं) के निशान हैं। पीली रेखाएं भूकंपीय रेखाओं L1 और L2 के प्रक्षेप पथ हैं, जो चित्र 6 में दर्शाए गए हैं। बैंको डेला मोंटेग्ना (बीडीएम) गुंबद जैसी संरचनाओं की सीमाओं को (ए, बी) में नीली धराशायी रेखाओं द्वारा चिह्नित किया गया है। पीले वर्ग ध्वनिक जल स्तंभ प्रोफाइल के स्थानों को चिह्नित करते हैं, और सीटीडी-ईएमब्लैंक, सीटीडी-ईएम50 और आरओवी फ्रेम चित्र 5 में दर्शाए गए हैं। पीला वृत्त नमूना गैस निर्वहन के स्थान को चिह्नित करता है, और इसकी संरचना तालिका एस1 में दिखाई गई है। गोल्डन सॉफ्टवेयर (http://www.goldensoftware.com/products/surfer)
SAFE_2014 (अगस्त 2014) क्रूज (देखें विधियां) के दौरान प्राप्त आंकड़ों के आधार पर, 1 मीटर रिज़ॉल्यूशन के साथ नेपल्स की खाड़ी का एक नया डिजिटल टेरेन मॉडल (DTM) बनाया गया है। DTM दिखाता है कि नेपल्स के बंदरगाह के दक्षिण में समुद्र तल की विशेषता एक धीरे से ढलान वाली दक्षिण-मुखी (ढलान ≤3°) सतह है, जो 5.0 × 5.3 किमी के गुंबद जैसी संरचना से बाधित है, जिसे स्थानीय रूप से बैंको डेला मोंटेग्ना (BdM) के रूप में जाना जाता है। चित्र। 1a,b)। BdM आसपास के समुद्र तल से 15 से 20 मीटर ऊपर, लगभग 100 से 170 मीटर की गहराई पर विकसित होता है। BdM गुंबद ने 280 उपवृत्ताकार से अंडाकार टीलों (चित्र 2a), 665 शंकुओं और 30 गड्ढों (चित्र 3 और 4) के कारण एक टीले जैसी आकृति प्रदर्शित की। टीले की अधिकतम ऊंचाई और परिधि क्रमशः 22 मीटर और 1,800 मीटर है। टीलों की गोलाकारता [C = 4π(क्षेत्रफल/परिधि2)] परिधि बढ़ने के साथ कम हुई (चित्र 2b)। टीलों के लिए अक्षीय अनुपात 1 से 6.5 के बीच था, जिसमें अक्षीय अनुपात >2 वाले टीले एक पसंदीदा N45°E + 15° स्ट्राइक और अधिक फैली हुई द्वितीयक, अधिक फैली हुई N105°E से N145°E स्ट्राइक दिखा रहे थे (चित्र 2c)। एकल या संरेखित शंकु BdM तल पर और टीले के शीर्ष पर मौजूद होते हैं (चित्र 3a,b)। शंक्वाकार व्यवस्था उन टीलों की व्यवस्था का अनुसरण करती है जिन पर वे स्थित होते हैं। धब्बे सामान्यतः समतल समुद्र तल पर (चित्र 3c) और कभी-कभी टीलों पर पाए जाते हैं। शंकुओं और धब्बों के स्थानिक घनत्व दर्शाते हैं कि प्रमुख NE-SW संरेखण BdM गुंबद की उत्तर-पूर्व और दक्षिण-पश्चिम सीमाओं को सीमांकित करता है (चित्र 4a,b); कम विस्तारित NW-SE मार्ग केंद्रीय BdM क्षेत्र में स्थित है।
(क) बैंको डेला मोंटेग्ना (बीडीएम) के गुंबद का डिजिटल टेरेन मॉडल (1 मीटर सेल आकार)। (ख) बीडीएम टीलों की परिधि और गोलाई। (ग) टीले के चारों ओर सबसे फिट दीर्घवृत्त के प्रमुख अक्ष का अक्षीय अनुपात और कोण (अभिविन्यास)। डिजिटल टेरेन मॉडल की मानक त्रुटि 0.004 मीटर है; परिधि और गोलाई की मानक त्रुटियां क्रमशः 4.83 मीटर और 0.01 हैं, और अक्षीय अनुपात और कोण की मानक त्रुटियां क्रमशः 0.04 और 3.34 डिग्री हैं।
चित्र 2 में डीटीएम से निकाले गए बीडीएम क्षेत्र में पहचाने गए शंकुओं, क्रेटरों, टीलों और गड्ढों का विवरण।
(क) समतल समुद्र तल पर संरेखित शंकु; (ख) उत्तर-पश्चिम-दक्षिण-पूर्व की ओर पतले टीलों पर शंकु और क्रेटर; (ग) हल्की डूबी हुई सतह पर गड्ढे।
(क) पता लगाए गए क्रेटर, गड्ढों और सक्रिय गैस निर्वहन का स्थानिक वितरण। (ख) (क) में रिपोर्ट किए गए क्रेटर और गड्ढों का स्थानिक घनत्व (संख्या/0.2 किमी2)।
हमने ROV जल स्तंभ प्रतिध्वनि ध्वनि छवियों और अगस्त 2014 में SAFE_2014 क्रूज के दौरान प्राप्त समुद्र तल के प्रत्यक्ष अवलोकन से BdM क्षेत्र में 37 गैसीय उत्सर्जन की पहचान की (चित्र 4 और 5)। इन उत्सर्जनों की ध्वनिक विसंगतियाँ समुद्र तल से उठती हुई लंबवत लम्बी आकृतियाँ दिखाती हैं, जो लंबवत रूप से 12 से लेकर लगभग 70 मीटर के बीच होती हैं (चित्र 5a)। कुछ स्थानों पर, ध्वनिक विसंगतियों ने लगभग निरंतर "ट्रेन" बनाई। देखे गए बुलबुला प्लम व्यापक रूप से भिन्न होते हैं: निरंतर, घने बुलबुला प्रवाह से लेकर अल्पकालिक घटना तक (पूरक मूवी 1)। ROV निरीक्षण समुद्र तल द्रव वेंट की घटना के दृश्य सत्यापन की अनुमति देता है और समुद्र तल पर छोटे-छोटे दागों को उजागर करता है, जो कभी-कभी लाल से नारंगी तलछट से घिरे होते हैं (चित्र 5b)। कुछ मामलों में, ROV चैनल उत्सर्जन को फिर से सक्रिय करते हैं। वेंट आकृति विज्ञान पानी के स्तंभ में बिना किसी चमक के शीर्ष पर एक गोलाकार उद्घाटन दिखाता है। निर्वहन बिंदु के ठीक ऊपर पानी के स्तंभ में पीएच ने एक महत्वपूर्ण गिरावट दिखाई, जो स्थानीय रूप से अधिक अम्लीय स्थितियों का संकेत देता है। (चित्र 5सी,डी)। विशेष रूप से, 75 मीटर की गहराई पर बीडीएम गैस डिस्चार्ज के ऊपर पीएच 8.4 (70 मीटर की गहराई पर) से घटकर 7.8 (75 मीटर की गहराई पर) हो गया (चित्र 5सी), जबकि नेपल्स की खाड़ी के अन्य स्थलों में 8.3 और 8.5 के बीच की गहराई के अंतराल में पीएच मान 0 से 160 मीटर के बीच था (चित्र 5डी)। नेपल्स की खाड़ी के बीडीएम क्षेत्र के अंदर और बाहर दो स्थलों पर समुद्री जल के तापमान और लवणता में उल्लेखनीय परिवर्तन नहीं हुआ। 70 मीटर की गहराई पर तापमान 15 डिग्री सेल्सियस है और लवणता लगभग 38 पीएसयू है (चित्र 5सी,डी)। पीएच, तापमान और लवणता के मापन ने संकेत दिया: ए) बीडीएम डिगैसिंग प्रक्रिया से जुड़े अम्लीय तरल पदार्थों की भागीदारी
(ए) ध्वनिक जल स्तंभ प्रोफ़ाइल (इकोमीटर सिमराड ईके60) की अधिग्रहण विंडो। बीडीएम क्षेत्र में स्थित ईएम50 द्रव निर्वहन (समुद्र तल से लगभग 75 मीटर नीचे) पर पता लगाए गए गैस फ्लेयर के अनुरूप लंबवत हरा बैंड; नीचे और समुद्र तल मल्टीप्लेक्स सिग्नल भी दिखाए गए हैं (बी) बीडीएम क्षेत्र में रिमोट-नियंत्रित वाहन के साथ एकत्र किया गया एकल फोटो लाल से नारंगी तलछट से घिरा एक छोटा गड्ढा (काला चक्र) दिखाता है। (सी, डी) एसबीईडी-विन 32 सॉफ्टवेयर (सीसेव, संस्करण 7.23.2) का उपयोग करके संसाधित मल्टीपैरामीटर जांच सीटीडी डेटा। द्रव निर्वहन ईएम50 (पैनल सी) के ऊपर और बीडीएम निर्वहन क्षेत्र पैनल (डी) के बाहर पानी के स्तंभ के चयनित मापदंडों (लवणता, तापमान, पीएच और ऑक्सीजन) के पैटर्न।
हमने अध्ययन क्षेत्र से 22 से 28 अगस्त, 2014 के बीच तीन गैस नमूने एकत्र किए। इन नमूनों में समान संरचना दिखाई दी, जिनमें CO2 (934-945 mmol/mol) की प्रधानता थी, उसके बाद N2 (37-43 mmol/mol), CH4 (16-24 mmol/mol) और H2S (0.10 mmol/mol) -0.44 mmol/mol) की प्रासंगिक सांद्रता थी, जबकि H2 और He कम प्रचुर मात्रा में थे (क्रमशः <0.052 और <0.016 mmol/mol) (चित्र 1b; तालिका S1, अनुपूरक मूवी 2)। O2 और Ar की अपेक्षाकृत उच्च सांद्रता भी मापी गई (क्रमशः 3.2 और 0.18 mmol/mol तक)। हल्के हाइड्रोकार्बन का योग 0.24 से 0.30 mmol/mol (थायोफीन)। 40Ar/36Ar का मान वायु (295.5) के अनुरूप है, हालांकि नमूना EM35 (BdM गुंबद) का मान 304 है, जो 40Ar की थोड़ी अधिकता दर्शाता है। δ15N अनुपात वायु की तुलना में अधिक था (वायु बनाम +1.98% तक), जबकि δ13C-CO2 मान V-PDB बनाम -0.93 से 0.44% तक था। R/Ra मान (4He/20Ne अनुपात का उपयोग करके वायु प्रदूषण को ठीक करने के बाद) 1.66 और 1.94 के बीच थे, जो मेंटल He के एक बड़े हिस्से की उपस्थिति का संकेत देते हैं। हीलियम समस्थानिक को CO2 और इसके स्थिर समस्थानिक 22 के साथ मिलाकर, BdM में उत्सर्जन के स्रोत को और स्पष्ट किया जा सकता है। कैम्पी फ्लेग्रेई और सोमा-वेसुवियस फ्यूमरोल्स। चित्र 6 में तीन विभिन्न कार्बन स्रोतों के बीच सैद्धांतिक मिश्रण रेखाओं की भी रिपोर्ट दी गई है, जो बीडीएम गैस उत्पादन में शामिल हो सकते हैं: विघटित मेंटल-व्युत्पन्न पिघल, कार्बनिक-समृद्ध तलछट और कार्बोनेट। बीडीएम नमूने तीन कैम्पेनिया ज्वालामुखियों द्वारा दर्शाई गई मिश्रण रेखा पर आते हैं, अर्थात मेंटल गैसों (जिन्हें आंकड़ों को फिट करने के उद्देश्य से शास्त्रीय एमओआरबी के सापेक्ष कार्बन डाइऑक्साइड में थोड़ा समृद्ध माना जाता है) और क्रस्टल डीकार्बोनाइजेशन के कारण होने वाली प्रतिक्रियाओं के बीच मिश्रण, जिसके परिणामस्वरूप गैस चट्टान बनती है।
तुलना के लिए मेंटल संरचना और चूना पत्थर और कार्बनिक तलछट के अंतिम सदस्यों के बीच संकर रेखाओं की रिपोर्ट की गई है। बक्से इस्चिया, कैम्पी फ्लेग्रेई और सोमा-वेस्वियस 59, 60, 61 के फ्यूमरोल क्षेत्रों का प्रतिनिधित्व करते हैं। बीडीएम नमूना कैम्पेनिया ज्वालामुखी की मिश्रित प्रवृत्ति में है। मिश्रित रेखा की अंतिम सदस्य गैस मेंटल स्रोत की है, जो कार्बोनेट खनिजों की डीकार्बराइजेशन प्रतिक्रिया द्वारा उत्पादित गैस है।
भूकंपीय खंड L1 और L2 (चित्र 1बी और 7) BdM और सोमा-वेसुवियस (L1, चित्र 7a) और कैम्पी फ्लेग्रेई (L2, चित्र 7b) ज्वालामुखी क्षेत्रों के दूरस्थ स्ट्रेटीग्राफिक अनुक्रमों के बीच संक्रमण को दर्शाते हैं। BdM की विशेषता दो प्रमुख भूकंपीय संरचनाओं (चित्र 7 में MS और PS) की उपस्थिति है। सबसे ऊपर वाला (MS) उच्च से मध्यम आयाम और पार्श्व निरंतरता (चित्र 7b,c) के उपसमानांतर परावर्तक दिखाता है। इस परत में अंतिम हिमनदी अधिकतम (LGM) प्रणाली द्वारा खींचे गए समुद्री तलछट शामिल हैं और इसमें रेत और मिट्टी23 शामिल हैं। अंतर्निहित PS परत (चित्र 7b-d) स्तंभों या रेत के आकार के पारदर्शी चरण की विशेषता है। PS तलछट के शीर्ष ने समुद्र तल के टीले बनाए (चित्र 7d)। ये डायापिर जैसी ज्यामितियाँ PS पारदर्शी सामग्री के सबसे ऊपरी MS जमा में घुसपैठ को प्रदर्शित करती हैं। उत्थान जिम्मेदार है एमएस परत और बीडीएम समुद्र तल के वर्तमान तलछट को प्रभावित करने वाले सिलवटों और दोषों के गठन के लिए (चित्र 7बी-डी)। एमएस स्ट्रेटीग्राफिक अंतराल एल1 खंड के ईएनई हिस्से में स्पष्ट रूप से विघटित है, जबकि एमएस अनुक्रम के कुछ आंतरिक स्तरों द्वारा कवर गैस-संतृप्त परत (जीएसएल) की उपस्थिति के कारण यह बीडीएम की ओर सफेद हो जाता है (चित्र 7ए)। पारदर्शी भूकंपीय परत के अनुरूप बीडीएम के शीर्ष पर एकत्रित गुरुत्वाकर्षण कोर यह संकेत देते हैं कि सबसे ऊपरी 40 सेमी में हाल ही में वर्तमान में जमा रेत शामिल है; )24,25 और “नेपल्स येलो टफ” (14.8 ka)26 के कैम्पी फ्लेग्रेई के विस्फोटक विस्फोट से निकले प्यूमिस के टुकड़े। पीएस परत के पारदर्शी चरण को केवल अराजक मिश्रण प्रक्रियाओं द्वारा नहीं समझाया जा सकता है, क्योंकि नेपल्स की खाड़ी में बीडीएम के बाहर पाए जाने वाले भूस्खलन, मिट्टी के प्रवाह और पाइरोक्लास्टिक प्रवाह से जुड़ी अराजक परतें ध्वनिक रूप से अपारदर्शी हैं21,23,24। हम निष्कर्ष निकालते हैं कि देखी गई बीडीएम पीएस भूकंपीय विशेषताएँ और साथ ही सबसी आउटक्रॉप पीएस परत (चित्र 7d) की उपस्थिति प्राकृतिक गैस के उत्थान को दर्शाती है।
(ए) सिंगल-ट्रैक भूकंपीय प्रोफ़ाइल एल1 (चित्र 1 बी में नेविगेशन ट्रेस) एक स्तंभ (पैगोडा) स्थानिक व्यवस्था दिखा रहा है। पैगोडा में प्यूमिस और रेत के अव्यवस्थित जमाव होते हैं। पैगोडा के नीचे मौजूद गैस-संतृप्त परत गहरी संरचनाओं की निरंतरता को हटा देती है। (बी) सिंगल-चैनल भूकंपीय प्रोफ़ाइल एल2 (चित्र 1 बी में नेविगेशन ट्रेस), समुद्र तल के टीलों, समुद्री (एमएस), और प्यूमिस रेत जमा (पीएस) के चीरे और विरूपण को उजागर करता है। (सी) एमएस और पीएस में विरूपण विवरण (सी, डी) में रिपोर्ट किए गए हैं। सबसे ऊपरी तलछट में 1580 मीटर/सेकेंड का वेग मानते हुए, 100 एमएस ऊर्ध्वाधर पैमाने पर लगभग 80 मीटर का प्रतिनिधित्व करता है।
BdM की रूपात्मक और संरचनात्मक विशेषताएँ वैश्विक स्तर पर अन्य समुद्र के नीचे के हाइड्रोथर्मल और गैस हाइड्रेट क्षेत्रों के समान हैं2,12,27,28,29,30,31,32,33,34 और अक्सर उत्थान (गुफाएँ और टीले) और गैस डिस्चार्ज (शंकु, गड्ढे) से जुड़ी होती हैं। BdM-संरेखित शंकु और गड्ढे और लम्बी टीले संरचनात्मक रूप से नियंत्रित पारगम्यता (चित्र 2 और 3) का संकेत देते हैं। टीलों, गड्ढों और सक्रिय वेंट की स्थानिक व्यवस्था से पता चलता है कि उनका वितरण आंशिक रूप से NW-SE और NE-SW प्रभाव फ्रैक्चर (चित्र 4b) द्वारा नियंत्रित होता है। ये कैंपी फ्लेग्रेई और सोमा-वेसुवियस ज्वालामुखी क्षेत्रों और नेपल्स की खाड़ी को प्रभावित करने वाली दोष प्रणालियों के पसंदीदा हमले हैं। विशेष रूप से, पूर्व की संरचना कैंपी फ्लेग्रेई क्रेटर35 से हाइड्रोथर्मल डिस्चार्ज के स्थान को नियंत्रित करती है। इसलिए हम निष्कर्ष निकालते हैं कि नेपल्स की खाड़ी में दोष और दरारें पसंदीदा मार्ग का प्रतिनिधित्व करती हैं। सतह पर गैस प्रवास के लिए, एक विशेषता जो अन्य संरचनात्मक रूप से नियंत्रित हाइड्रोथर्मल प्रणालियों द्वारा साझा की जाती है36,37। उल्लेखनीय रूप से, बीडीएम शंकु और गड्ढे हमेशा टीलों से जुड़े नहीं थे (चित्र 3 ए, सी)। इससे पता चलता है कि ये टीले आवश्यक रूप से गड्ढे के निर्माण के अग्रदूत नहीं हैं, जैसा कि अन्य लेखकों ने गैस हाइड्रेट क्षेत्रों के लिए सुझाया है32,33। हमारे निष्कर्ष इस परिकल्पना का समर्थन करते हैं कि गुंबद समुद्र तल तलछट के विघटन से हमेशा गड्ढों का निर्माण नहीं होता है।
तीन संग्रहित गैसीय उत्सर्जन हाइड्रोथर्मल तरल पदार्थों के विशिष्ट रासायनिक संकेत दिखाते हैं, अर्थात् मुख्य रूप से CO2 जिसमें कम करने वाली गैसों (H2S, CH4 और H2) और हल्के हाइड्रोकार्बन (विशेष रूप से बेंजीन और प्रोपलीन) की महत्वपूर्ण सांद्रता 38,39, 40, 41, 42, 43, 44, 45 (तालिका S1)। वायुमंडलीय गैसों (जैसे O2) की उपस्थिति, जो पनडुब्बी उत्सर्जन में मौजूद होने की उम्मीद नहीं है, नमूना लेने के लिए इस्तेमाल किए गए प्लास्टिक के बक्से में संग्रहीत गैसों के संपर्क में आने वाले समुद्री जल में घुली हवा से संदूषण के कारण हो सकती है, क्योंकि ROV को विद्रोह के लिए समुद्र तल से समुद्र में निकाला जाता है। इसके विपरीत, सकारात्मक δ15N मान और एक उच्च N2/Ar (480 तक) ASW (वायु-संतृप्त पानी) की तुलना में काफी अधिक है CO2 और He सामग्री और उनके समस्थानिक हस्ताक्षरों द्वारा। कार्बन समस्थानिक (δ13C-CO2 -0.93% से +0.4% तक) और CO2/3He मान (1.7 × 1010 से 4.1 × 1010 तक) बताते हैं कि BdM नमूने नेपल्स की खाड़ी के मेंटल एंड मेंबर्स के आसपास फ्यूमरोल्स की मिश्रित प्रवृत्ति और डीकार्बोनाइजेशन से संबंधित हैं। प्रतिक्रिया द्वारा उत्पादित गैसों के बीच संबंध (चित्र 6)। अधिक विशेष रूप से, BdM गैस के नमूने मिश्रण की प्रवृत्ति के साथ लगभग उसी स्थान पर स्थित हैं, जहां निकटवर्ती कैम्पी फ्लेग्रेई और सोमा-वेसिवस ज्वालामुखियों के तरल पदार्थ हैं। वे इस्चिया फ्यूमरोल्स की तुलना में अधिक क्रस्टल हैं, जो मेंटल के अंत के करीब हैं (आर/आरए 1.66 और 1.96 के बीच; तालिका एस1)। इससे पता चलता है कि रेडियोजेनिक हीलियम का योग और संचय उसी मैग्मा स्रोत से हुआ है जो सोम्मा-वेसुवियस और कैम्पी फ्लेग्रेई ज्वालामुखियों को पोषित करता है। बीडीएम उत्सर्जन में पता लगाने योग्य कार्बनिक कार्बन अंशों की अनुपस्थिति से पता चलता है कि कार्बनिक तलछट बीडीएम डिगैसिंग प्रक्रिया में शामिल नहीं हैं।
ऊपर बताए गए डेटा और समुद्र के नीचे गैस समृद्ध क्षेत्रों से जुड़े गुंबद जैसी संरचनाओं के प्रयोगात्मक मॉडल के परिणामों के आधार पर, गहरी गैस दबाव किलोमीटर पैमाने के बीडीएम गुंबदों के निर्माण के लिए जिम्मेदार हो सकता है। बीडीएम वॉल्ट की ओर ले जाने वाले अधिक दबाव पीडिफ का अनुमान लगाने के लिए, हमने एकत्रित रूपात्मक और भूकंपीय डेटा से यह मानते हुए एक पतली प्लेट यांत्रिकी मॉडल33,34 लागू किया कि बीडीएम वॉल्ट एक विकृत नरम चिपचिपा जमा से बड़ी त्रिज्या ए की एक अववृत्ताकार शीट है (पूरक चित्र एस 1)। पीडिफ कुल दबाव और रॉक स्थैतिक दबाव प्लस पानी स्तंभ दबाव के बीच का अंतर है। बीडीएम पर, त्रिज्या लगभग 2,500 मीटर है, डब्ल्यू 20 मीटर है D को (E h3)/[12(1 – ν2)] द्वारा दिया जाता है, जहाँ E जमा का यंग मापांक है, ν पॉइसन का अनुपात (~0.5)33 है। चूँकि BdM तलछट के यांत्रिक गुणों को मापा नहीं जा सकता है, इसलिए हमने E = 140 kPa निर्धारित किया है, जो कि BdM14,24 के समान तटीय रेतीले तलछट 47 के लिए एक उचित मूल्य है। हम साहित्य में गाद मिट्टी के जमाव (300 < E < 350,000 kPa)33,34 के लिए बताए गए उच्च E मानों पर विचार नहीं करते हैं, क्योंकि BDM जमाव में मुख्य रूप से रेत होती है, न कि गाद या गाद मिट्टी24। हमें Pdef = 0.3 Pa प्राप्त होता है, जो गैस हाइड्रेट बेसिन वातावरण में समुद्र तल उत्थान प्रक्रियाओं के अनुमानों के अनुरूप है, जहाँ Pdef 10-2 से 103 Pa तक भिन्न होता है, जिसमें निम्न मान कम w/a और/या क्या दर्शाते हैं। बीडीएम, तलछट की स्थानीय गैस संतृप्ति और/या पहले से मौजूद दरारों की उपस्थिति के कारण कठोरता में कमी भी विफलता और परिणामस्वरूप गैस रिलीज में योगदान दे सकती है, जिससे देखी गई वेंटिलेशन संरचनाओं का निर्माण हो सकता है। एकत्रित परावर्तित भूकंपीय प्रोफाइल (चित्र 7) ने संकेत दिया कि पीएस तलछट जीएसएल से ऊपर उठ गए थे, जो एमएस समुद्री तलछट को ऊपर धकेल रहे थे, जिसके परिणामस्वरूप टीले, तह, दोष और तलछटी कट (चित्र 7 बी, सी) बन गए। इससे पता चलता है कि 14.8 से 12 ka पुराना प्यूमिस ऊपर की ओर गैस परिवहन प्रक्रिया के माध्यम से युवा एमएस परत में घुस गया है। बीडीएम संरचना की रूपात्मक विशेषताओं को जीएसएल द्वारा उत्पादित द्रव निर्वहन द्वारा बनाए गए अधिक दबाव के परिणाम के रूप में देखा जा सकता है। यह देखते हुए कि सक्रिय निर्वहन समुद्र तल से 170 मीटर बीएसएल48 तक देखा जा सकता है, हम मानते हैं कि जीएसएल के भीतर द्रव का अधिक दबाव 1,700 केपीए से अधिक है। तलछट में गैसों के ऊपर की ओर प्रवासन का भी स्क्रबिंग का प्रभाव था। एमएस में निहित सामग्री, BdM25 पर नमूने लिए गए गुरुत्वाकर्षण कोर में अव्यवस्थित तलछट की उपस्थिति की व्याख्या करती है। इसके अलावा, जीएसएल का अधिक दबाव एक जटिल फ्रैक्चर सिस्टम (चित्र 7 बी में बहुभुज दोष) बनाता है। सामूहिक रूप से, यह आकारिकी, संरचना और स्ट्रेटीग्राफिक निपटान, जिसे "पैगोडा"49,50 कहा जाता है, मूल रूप से पुराने हिमनद संरचनाओं के माध्यमिक प्रभावों के लिए जिम्मेदार ठहराया गया था, और वर्तमान में बढ़ती गैस31,33 या वाष्पीकरण50 के प्रभावों के रूप में व्याख्या की जाती है। कैंपनिया के महाद्वीपीय मार्जिन में, वाष्पीकरण तलछट दुर्लभ हैं, कम से कम क्रस्ट के सबसे ऊपरी 3 किमी के भीतर। इसलिए, बीडीएम पैगोडा के विकास तंत्र को तलछट में गैस वृद्धि द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है। यह निष्कर्ष पैगोडा (चित्र 7) के पारदर्शी भूकंपीय पहलुओं, साथ ही साथ गुरुत्वाकर्षण कोर डेटा द्वारा समर्थित है, जैसा कि पहले रिपोर्ट किया गया था24, जहां वर्तमान में रेत 'पोमिसी प्रिंसिपली'25 और 'नेपल्स येलो टफ'26 कैम्पी फ्लेग्रेई। इसके अलावा, पीएस जमा ने सबसे ऊपरी एमएस परत पर आक्रमण किया और उसे विकृत कर दिया (चित्र 7डी)। यह संरचनात्मक व्यवस्था बताती है कि पैगोडा एक उभरती हुई संरचना का प्रतिनिधित्व करता है न कि केवल एक गैस पाइपलाइन का। इस प्रकार, दो मुख्य प्रक्रियाएं पैगोडा के गठन को नियंत्रित करती हैं: ए) नरम तलछट का घनत्व कम हो जाता है क्योंकि गैस नीचे से प्रवेश करती है; b) गैस-तलछट मिश्रण ऊपर उठता है, जो कि देखी गई तह, भ्रंश और फ्रैक्चर है जो एमएस जमा का कारण बनता है (चित्र 7)। दक्षिण स्कोटिया सागर (अंटार्कटिका) में गैस हाइड्रेट्स से जुड़े पैगोडा के लिए एक समान गठन तंत्र प्रस्तावित किया गया है। BdM पैगोडा पहाड़ी क्षेत्रों में समूहों में दिखाई दिए, और उनका ऊर्ध्वाधर विस्तार दो-तरफ़ा यात्रा समय (TWTT) में औसतन 70-100 मीटर था (चित्र 7a)। MS उतार-चढ़ाव की उपस्थिति और BdM गुरुत्वाकर्षण कोर की स्ट्रेटीग्राफी पर विचार करने के कारण, हम अनुमान लगाते हैं कि पैगोडा संरचनाओं की गठन आयु लगभग 14-12 ka से कम है। इसके अलावा, इन संरचनाओं का विकास अभी भी सक्रिय है (चित्र 7d)
वर्तमान समुद्र तल को पार करने में पगोडा की विफलता यह दर्शाती है कि (ए) गैस का बढ़ना और/या गैस-तलछट मिश्रण का स्थानीय रूप से बंद होना, और/या (बी) गैस-तलछट मिश्रण का संभावित पार्श्व प्रवाह स्थानीयकृत अतिदबाव प्रक्रिया की अनुमति नहीं देता है। डायापिर सिद्धांत मॉडल52 के अनुसार, पार्श्व प्रवाह नीचे से मिट्टी-गैस मिश्रण की आपूर्ति की दर और पगोडा के ऊपर की ओर बढ़ने की दर के बीच एक नकारात्मक संतुलन प्रदर्शित करता है। आपूर्ति दर में कमी गैस की आपूर्ति के लुप्त होने के कारण मिश्रण के घनत्व में वृद्धि से संबंधित हो सकती है। ऊपर संक्षेपित परिणाम और पगोडा की उछाल-नियंत्रित वृद्धि हमें वायु स्तंभ की ऊंचाई hg का अनुमान लगाने की अनुमति देती है। उछाल ΔP = hgg (ρw – ρg) द्वारा दिया जाता है, जहां g गुरुत्वाकर्षण (9.8 m/s2) है और ρw और ρg क्रमशः पानी और गैस के घनत्व हैं। तलछट प्लेट के Pdef और लिथोस्टेटिक दबाव Plith की गणना की, यानी ρsg h, जहां ρs तलछट घनत्व है। इस मामले में, वांछित उछाल के लिए आवश्यक hg का मूल्य hg = (Pdef + Plith) / [g (ρw - ρg)] द्वारा दिया जाता है। BdM में, हमने Pdef = 0.3 Pa और h = 100 m (ऊपर देखें) निर्धारित किया है, ρw = 1,030 kg/m3, ρs = 2,500 kg/m3, ρg नगण्य है क्योंकि ρw ≫ρg। हमें hg = 245 m मिलता है, एक मूल्य जो GSL के नीचे की गहराई का प्रतिनिधित्व करता है। ΔP 2.4 MPa है, जो BdM समुद्र तल को तोड़ने और वेंट बनाने के लिए आवश्यक अतिरिक्त दबाव है।
बीडीएम गैस की संरचना मेंटल स्रोतों के अनुरूप है, जो क्रस्टल चट्टानों के डीकार्बोनाइजेशन प्रतिक्रियाओं से जुड़े तरल पदार्थों के जुड़ने से बदल गए हैं (चित्र 6)। बीडीएम गुंबदों और इस्चिया, कैम्पी फ्लेग्रे और सोमा-वेसुवियस जैसे सक्रिय ज्वालामुखियों के मोटे ईडब्ल्यू संरेखण, उत्सर्जित गैसों की संरचना के साथ, यह सुझाव देते हैं कि पूरे नेपल्स ज्वालामुखी क्षेत्र के नीचे मेंटल से उत्सर्जित गैसें मिश्रित हैं। अधिक से अधिक क्रस्टल तरल पदार्थ पश्चिम (इस्चिया) से पूर्व (सोम्मा-वेसुवियस) की ओर बढ़ते हैं (चित्र 1बी और 6)।
हमने निष्कर्ष निकाला है कि नेपल्स की खाड़ी में, नेपल्स के बंदरगाह से कुछ किलोमीटर की दूरी पर, 25 किमी2 चौड़ी गुंबद जैसी संरचना है जो एक सक्रिय डीगैसिंग प्रक्रिया से प्रभावित है और पैगोडा और टीलों की नियुक्ति के कारण उत्पन्न हुई है। वर्तमान में, बीडीएम हस्ताक्षर बताते हैं कि गैर-मैग्मैटिक अशांति53 भ्रूण ज्वालामुखी से पहले की हो सकती है, यानी मैग्मा और/या तापीय तरल पदार्थों का प्रारंभिक निर्वहन। घटनाओं के विकास का विश्लेषण करने और संभावित मैग्मैटिक गड़बड़ी का संकेत देने वाले भू-रासायनिक और भूभौतिकीय संकेतों का पता लगाने के लिए निगरानी गतिविधियों को लागू किया जाना चाहिए।
ध्वनिक जल स्तंभ प्रोफाइल (2D) को राष्ट्रीय अनुसंधान परिषद तटीय समुद्री पर्यावरण संस्थान (IAMC) द्वारा R/V यूरेनिया (CNR) पर SAFE_2014 (अगस्त 2014) क्रूज के दौरान प्राप्त किया गया था। ध्वनिक नमूनाकरण एक वैज्ञानिक बीम-विभाजन इको साउंडर सिमराड EK60 द्वारा 38 kHz पर संचालित किया गया था। ध्वनिक डेटा लगभग 4 किमी की औसत गति से दर्ज किया गया था। एकत्र किए गए इकोसाउंडर चित्रों का उपयोग द्रव निर्वहन की पहचान करने और संग्रह क्षेत्र में उनके स्थान को सटीक रूप से परिभाषित करने के लिए किया गया था (74 और 180 मीटर बीएसएल के बीच)। बहुपैरामीटर जांच (चालकता, तापमान और गहराई, CTD) का उपयोग करके जल स्तंभ में भौतिक और रासायनिक मापदंडों को मापें (GEItaliana) आरओवी डिवाइस (दूर से संचालित वाहन) जिसमें दो (निम्न और उच्च परिभाषा) कैमरे हैं।
मल्टीबीम डाटा अधिग्रहण 100 KHz सिमराड EM710 मल्टीबीम सोनार प्रणाली (कोंग्सबर्ग) का उपयोग करके किया गया था। बीम पोजिशनिंग में सब-मेट्रिक त्रुटियों को सुनिश्चित करने के लिए सिस्टम एक अंतर वैश्विक पोजिशनिंग सिस्टम से जुड़ा हुआ है। ध्वनिक पल्स की आवृत्ति 100 KHz, फायरिंग पल्स 150 डिग्री और 400 बीम का पूरा उद्घाटन है। अधिग्रहण के दौरान वास्तविक समय में ध्वनि वेग प्रोफाइल को मापें और लागू करें। नेविगेशन और ज्वार सुधार के लिए अंतर्राष्ट्रीय हाइड्रोग्राफिक संगठन मानक (https://www.iho.int/iho_pubs/standard/S-44_5E.pdf) के अनुसार PDS2000 सॉफ्टवेयर (रेसोन-थेल्स) का उपयोग करके डेटा संसाधित किया गया था। आकस्मिक उपकरण स्पाइक्स और खराब-गुणवत्ता वाले बीम बहिष्करण के कारण शोर में कमी उचित बीम स्टीयरिंग के लिए वास्तविक समय ध्वनि वेग प्रदान करने के लिए 6-8 घंटे। संपूर्ण डेटासेट में लगभग 440 किमी 2 (0-1200 मीटर गहराई) शामिल है। डेटा का उपयोग 1 मीटर ग्रिड सेल आकार की विशेषता वाले उच्च-रिज़ॉल्यूशन डिजिटल टेरेन मॉडल (डीटीएम) प्रदान करने के लिए किया गया था। अंतिम डीटीएम (चित्र 1 ए) इतालवी भू-सैन्य संस्थान द्वारा 20 मीटर ग्रिड सेल आकार में प्राप्त टेरेन डेटा (समुद्र तल से 0 मीटर ऊपर) के साथ किया गया था।
55 किलोमीटर का उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाला एकल-चैनल भूकंपीय डेटा प्रोफ़ाइल, जो 2007 और 2014 में सुरक्षित महासागर परिभ्रमण के दौरान एकत्र किया गया था, ने लगभग 113 वर्ग किलोमीटर क्षेत्र को कवर किया, दोनों आर/वी यूरेनिया पर। मैरिस्क प्रोफाइल (उदाहरण के लिए, एल1 भूकंपीय प्रोफ़ाइल, चित्र 1बी) आईकेबी-सीस्टेक बूमर प्रणाली का उपयोग करके प्राप्त किए गए थे। अधिग्रहण इकाई में एक 2.5 मीटर का कैटामरैन होता है जिसमें स्रोत और रिसीवर रखे जाते हैं। स्रोत हस्ताक्षर में एक एकल सकारात्मक शिखर होता है जिसे 1-10 किलोहर्ट्ज़ आवृत्ति रेंज में चिह्नित किया जाता है और 25 सेमी से अलग किए गए परावर्तकों को हल करने की अनुमति देता है। सुरक्षित भूकंपीय प्रोफाइल 1.4 केजे मल्टी-टिप जियोस्पार्क भूकंपीय स्रोत का उपयोग करके प्राप्त किए गए थे समुद्र तल पर, सैद्धांतिक ऊर्ध्वाधर विभेदन 30 सेमी. के साथ। सेफ और मार्सिक दोनों उपकरण 0.33 शॉट/सेकंड की दर से पोत वेग <3 नॉटिकल मील प्रति घंटे (केएन) पर प्राप्त किए गए थे। डेटा को संसाधित किया गया और निम्नलिखित वर्कफ़्लो के साथ जियोसुइट ऑलवर्क्स सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके प्रस्तुत किया गया: फैलाव सुधार, जल स्तंभ म्यूटिंग, 2-6 KHz बैंडपास IIR फ़िल्टरिंग, और AGC।
पानी के नीचे के फ्यूमरोल से गैस को एक प्लास्टिक बॉक्स का उपयोग करके समुद्र तल पर एकत्र किया गया था, जिसके ऊपरी हिस्से में एक रबर डायाफ्राम लगा हुआ था, जिसे आरओवी द्वारा वेंट के ऊपर उल्टा रखा गया था। एक बार जब बॉक्स में प्रवेश करने वाले हवा के बुलबुले ने समुद्री जल को पूरी तरह से बदल दिया है, तो आरओवी 1 मीटर की गहराई पर वापस आ जाता है, और गोताखोर एकत्रित गैस को एक रबर सेप्टम के माध्यम से दो पूर्व-खाली 60 एमएल ग्लास फ्लास्क में स्थानांतरित करता है, जो टेफ्लॉन स्टॉपकॉक से सुसज्जित होते हैं, जिनमें से एक को 20 एमएल 5N NaOH घोल (गेगेनबैक-प्रकार फ्लास्क) से भरा गया था। मुख्य अम्लीय गैस प्रजातियाँ (CO2 और H2S) क्षारीय घोल में घुल जाती हैं 10 मीटर लंबा 5A आणविक छलनी स्तंभ और एक तापीय चालकता डिटेक्टर (TCD) 54. आर्गन और O2 का विश्लेषण एक थर्मो फोकस गैस क्रोमैटोग्राफ का उपयोग करके किया गया, जो 30 मीटर लंबे केशिका आणविक छलनी स्तंभ और TCD से सुसज्जित है। मीथेन और हल्के हाइड्रोकार्बन का विश्लेषण शिमादज़ु 14A गैस क्रोमैटोग्राफ का उपयोग करके किया गया, जो क्रोमोसोरब PAW 80/100 जाल से भरे 10 मीटर लंबे स्टेनलेस स्टील कॉलम से सुसज्जित है, जो 23% SP 1700 और एक लौ आयनीकरण डिटेक्टर (FID) के साथ लेपित है। द्रव चरण का उपयोग 1) CO2, as, 0.5 N HCl घोल (मेट्रोहम बेसिक टिट्रिनो) के साथ 5%. गैस मिश्रणों के लिए मानक निष्कर्षण और शुद्धिकरण प्रक्रियाओं के बाद, 13C/12C CO2 (δ13C-CO2% और V-PDB के रूप में व्यक्त) का विश्लेषण फिनिंगन डेल्टा एस मास स्पेक्ट्रोमीटर55,56 का उपयोग करके किया गया था। बाहरी परिशुद्धता का अनुमान लगाने के लिए उपयोग किए जाने वाले मानक कैरारा और सैन विन्सेन्ज़ो संगमरमर (आंतरिक), एनबीएस18 और एनबीएस19 (अंतर्राष्ट्रीय) थे, जबकि विश्लेषणात्मक त्रुटि और पुनरुत्पादकता क्रमशः ± 0.05% और ± 0.1% थी।
δ15N (वायु के विरुद्ध % के रूप में व्यक्त) मान और 40Ar/36Ar को फिनिगन डेल्टा प्लसएक्सपी निरंतर प्रवाह द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर से युग्मित एजिलेंट 6890 एन गैस क्रोमैटोग्राफ (जीसी) का उपयोग करके निर्धारित किया गया था। विश्लेषण त्रुटि है: δ15N±0.1%, 36Ar<1%, 40Ar<3%। He समस्थानिक अनुपात (R/Ra के रूप में व्यक्त किया जाता है, जहां R नमूने में मापा गया 3He/4He है और Ra वायुमंडल में समान अनुपात है: 1.39 × 10−6)57 INGV-पलेर्मो (इटली) की प्रयोगशाला में निर्धारित किया गया था। He और Ne को अलग करने के बाद दोहरे कलेक्टर द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर (हेलिक्स SFT-GVI)58 का उपयोग करके 3He, 4He और 20Ne निर्धारित किए गए थे। विश्लेषण त्रुटि ≤ 0.3%। He और Ne के लिए विशिष्ट रिक्त स्थान <10-14 और <10-16 मोल, क्रमशः।
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