Hatur nuhun parantos nganjang ka Nature.com. Versi browser anu anjeun anggo gaduh dukungan CSS anu terbatas. Pikeun pangalaman anu pangsaéna, kami nyarankeun anjeun nganggo browser anu diénggalan (atanapi mareuman modeu kompatibilitas dina Internet Explorer). Samentawis waktos, pikeun mastikeun dukungan anu terus-terusan, kami bakal nampilkeun situs tanpa gaya sareng JavaScript.
Kami ngalaporkeun bukti pangangkatan dasar laut aktif sareng émisi gas sababaraha kilométer lepas pantai ti palabuhan Naples (Italia). Bongkahan, gundukan, sareng kawah mangrupikeun ciri dasar laut. Formasi ieu ngagambarkeun puncak struktur kerak bumi déét, kalebet pagoda, patahan, sareng lipatan anu mangaruhan dasar laut ayeuna. Éta ngarékam naékna, tekanan, sareng pelepasan hélium sareng karbon dioksida dina réaksi dékarbonisasi tina lééh mantel sareng batuan kerak bumi. Gas-gas ieu sigana sami sareng anu ngeusian sistem hidrotermal Ischia, Campi Flegre, sareng Soma-Vesuvius, nunjukkeun sumber mantel anu dicampur sareng cairan kerak bumi di handap Teluk Naples. Ékspansi sareng pecahna dasar laut anu disababkeun ku prosés pangangkatan sareng tekanan udara meryogikeun tekanan anu kaleuleuwihi 2-3 MPa. Pangangkatan dasar laut, patahan, sareng émisi gas mangrupikeun manifestasi tina pergolakan non-vulkanik anu tiasa nunjukkeun letusan dasar laut sareng/atanapi ledakan hidrotermal.
Pelepasan hidrotermal laut jero (cai panas sareng gas) mangrupikeun ciri umum tina punggungan tengah samudra sareng wates lempeng konvergen (kalebet bagian anu tilelep tina busur pulo), sedengkeun pelepasan hidrat gas tiis (klatrat) sering janten ciri rak kontinental sareng wates pasif1, 2,3,4,5. Kajadian pelepasan hidrotermal dasar laut di daérah basisir nunjukkeun sumber panas (waduk magma) dina kerak benua sareng/atanapi mantel. Pelepasan ieu tiasa sateuacan naékna magma ngalangkungan lapisan paling luhur kerak Bumi sareng puncakna dina letusan sareng panempatan gunung laut vulkanik6. Ku alatan éta, idéntifikasi (a) morfologi anu aya hubunganana sareng deformasi dasar laut aktif sareng (b) émisi gas anu caket sareng daérah basisir anu dihuni sapertos daérah vulkanik Napoli di Italia (~1 juta penduduk) penting pisan pikeun meunteun kamungkinan gunungapi. Letusan déét. Salajengna, sedengkeun fitur morfologis anu aya hubunganana sareng émisi gas hidrotermal atanapi hidrat laut jero relatif dikenal kusabab sipat géologis sareng biologisna, pengecualian nyaéta fitur morfologis anu aya hubunganana sareng cai anu langkung déét, kecuali anu lumangsung di Danau In 12, aya saeutik pisan catetan. Di dieu, urang nampilkeun data batimetri, seismik, kolom cai, sareng géokimia anyar pikeun daérah handapeun cai, sacara morfologis sareng struktural anu rumit anu kapangaruhan ku émisi gas di Teluk Napoli (Italia Kidul), sakitar 5 km ti palabuhan Napoli. Data ieu dikumpulkeun nalika pelayaran SAFE_2014 (Agustus 2014) di luhur kapal R/V Urania. Urang ngajelaskeun sareng napsirkeun struktur dasar laut sareng handapeun permukaan dimana émisi gas lumangsung, nalungtik sumber cairan ventilasi, ngaidentipikasi sareng ngacirikeun mékanisme anu ngatur naékna gas sareng deformasi anu aya hubunganana, sareng ngabahas dampak vulkanologi.
Teluk Napoli ngabentuk wates kulon Plio-Kuaterner, NW-SE manjangkeun depresi tektonik Campania13,14,15. EW Ischia (kira-kira 150-1302 Masehi), kawah Campi Flegre (kira-kira 300-1538) sareng Soma-Vesuvius (ti <360-1944). Susunan ieu ngawatesan teluk ka kalér Masehi)15, sedengkeun kidul wawatesan sareng Semenanjung Sorrento (Gambar 1a). Teluk Napoli kapangaruhan ku sesar signifikan NE-SW sareng sekundér NW-SE (Gambar 1)14,15. Ischia, Campi Flegre sareng Somma-Vesuvius dicirikeun ku manifestasi hidrotermal, deformasi taneuh, sareng seismisitas déét16,17,18 (contona, kajadian turbulen di Campi Flegrei dina taun 1982-1984, kalayan pangangkatan 1,8 m sareng rébuan lini). Panilitian anyar19,20 nunjukkeun yén Meureun aya patalina antara dinamika Soma-Vesuvius sareng Campi Flegre, kamungkinan aya patalina sareng waduk magma tunggal anu 'jero'. Aktivitas vulkanik sareng osilasi permukaan laut dina 36 ka terakhir Campi Flegrei sareng 18 ka Somma Vesuvius ngontrol sistem sédimén Teluk Napoli. Permukaan laut anu handap dina maksimum glasial terakhir (18 ka) nyababkeun régrési sistem sédimén lepas pantai-déét, anu salajengna dieusi ku kajadian transgrési salami Pleistosen Akhir-Holosen. Émisi gas kapal selam parantos dideteksi di sakitar pulo Ischia sareng di lepas pantai Campi Flegre sareng caket Gunung Soma-Vesuvius (Gambar 1b).
(a) Susunan morfologis sareng struktural tina landas kontinén sareng Teluk Napoli 15, 23, 24, 48. Titik-titik mangrupikeun pusat letusan kapal selam utama; garis beureum ngagambarkeun sesar utama. (b) Batimetri Teluk Napoli kalayan ventilasi cairan anu dideteksi (titik-titik) sareng tilas garis seismik (garis hideung). Garis konéng mangrupikeun lintasan garis seismik L1 sareng L2 anu dilaporkeun dina Gambar 6. Wates struktur sapertos kubah Banco della Montagna (BdM) ditandaan ku garis putus-putus biru dina (a,b). Kotak konéng nandakeun lokasi profil kolom cai akustik, sareng pigura CTD-EMBlank, CTD-EM50 sareng ROV dilaporkeun dina Gambar 5. Bunderan konéng nandakeun lokasi pembuangan gas sampling, sareng komposisina dipidangkeun dina Tabel S1. Golden Software (http://www.goldensoftware.com/products/surfer) nganggo grafik anu dihasilkeun ku Surfer® 13.
Dumasar kana data anu diala nalika pelayaran SAFE_2014 (Agustus 2014) (tingali Métode), Modél Medan Digital (DTM) anyar Teluk Napoli kalayan résolusi 1 m parantos diwangun. DTM nunjukkeun yén dasar laut kiduleun Palabuhan Napoli dicirikeun ku permukaan anu miring ka kidul (lamping ≤3°) anu diinterupsi ku struktur sapertos kubah 5,0 × 5,3 km, anu sacara lokal katelah Banco della Montagna (BdM). Gambar. 1a,b). BdM mekar dina jerona sakitar 100 dugi ka 170 méter, 15 dugi ka 20 méter di luhur dasar laut sakurilingna. Kubah BdM némbongkeun morfologi kawas gundukan alatan 280 gundukan subsirkular nepi ka oval (Gambar 2a), 665 kerucut, sareng 30 liang (Gambar 3 sareng 4). Gundukan éta miboga jangkungna sareng keliling maksimum 22 m sareng 1.800 m, masing-masing. Sirkularitas [C = 4π(area/perimeter2)] tina gundukan nurun kalayan ningkatna perimeter (Gambar 2b). Babandingan aksial pikeun gundukan aya antara 1 sareng 6,5, kalayan gundukan kalayan babandingan aksial >2 nunjukkeun serangan N45°E + 15° anu dipikaresep sareng serangan sekundér anu langkung sumebar, langkung sumebar N105°E dugi ka N145°E (Gambar 2c). Kerucut tunggal atanapi sajajar aya dina bidang BdM sareng di luhur gundukan (Gambar 3a, b). Susunan kerucut nuturkeun susunan gundukan tempatna ayana. Tanda bolong umumna aya di dasar laut anu datar (Gambar 3c) sareng sakapeung dina gundukan. Kapadetan spasial kerucut sareng tanda bolong nunjukkeun yén panyelarasan NE-SW anu dominan ngawatesan wates kalér-wétan sareng kidul-kulon kubah BdM (Gambar 4a, b); rute NW-SE anu kirang manjang aya di daérah BdM tengah.
(a) Modél rupa bumi digital (ukuran sél 1 m) tina kubah Banco della Montagna (BdM).(b) Perimeter sareng kabulatan gundukan BdM.(c) Babandingan aksial sareng sudut (orientasi) tina sumbu utama tina elips anu paling cocog di sabudeureun gundukan. Kasalahan standar modél Rupa Bumi Digital nyaéta 0,004 m; kasalahan standar perimeter sareng kabulatan masing-masing nyaéta 4,83 m sareng 0,01, sareng kasalahan standar babandingan aksial sareng sudut masing-masing nyaéta 0,04 sareng 3,34°.
Rincian kerucut, kawah, gundukan, sareng liang anu diidéntifikasi di daérah BdM anu diekstrak tina DTM dina Gambar 2.
(a) Kerucut pajajaran dina dasar laut anu datar; (b) kerucut jeung kawah dina gundukan ipis kalér-kulon-wétan; (c) bolong dina permukaan anu rada handap.
(a) Sebaran spasial kawah, liang, sareng pembuangan gas aktif anu kadeteksi. (b) Kapadetan spasial kawah sareng liang anu dilaporkeun dina (a) (jumlah/0,2 km2).
Kami ngaidentipikasi 37 émisi gas di daérah BdM tina gambar gema sounder kolom cai ROV sareng observasi langsung dasar laut anu diala nalika pelayaran SAFE_2014 dina bulan Agustus 2014 (Gambar 4 sareng 5). Anomali akustik tina émisi ieu nunjukkeun bentuk anu manjang sacara vertikal anu naék ti dasar laut, mimitian sacara vertikal antara 12 sareng sakitar 70 m (Gambar 5a). Di sababaraha tempat, anomali akustik ngabentuk "kareta" anu ampir kontinyu. Gumpalan gelembung anu diamati rupa-rupa pisan: ti aliran gelembung anu padet sareng kontinyu dugi ka fénoména anu umurna pondok (Pilem Tambahan 1). Inspeksi ROV ngamungkinkeun verifikasi visual ngeunaan kajadian ventilasi cairan dasar laut sareng nyorot bopeng leutik di dasar laut, sakapeung dikurilingan ku sedimen beureum dugi ka oranyeu (Gambar 5b). Dina sababaraha kasus, saluran ROV ngaktifkeun deui émisi. Morfologi ventilasi nunjukkeun bukaan sirkular di luhur tanpa suar dina kolom cai. PH dina kolom cai di luhur titik pembuangan nunjukkeun panurunan anu signifikan, nunjukkeun kaayaan anu langkung asam sacara lokal (Gambar 5c, d). Khususna, pH di luhur gas BdM debit dina jerona 75 m turun ti 8,4 (dina jerona 70 m) ka 7,8 (dina jerona 75 m) (Gambar 5c), sedengkeun tempat-tempat sanés di Teluk Naples ngagaduhan nilai pH antara 0 sareng 160 m dina interval jerona antara 8,3 sareng 8,5 (Gambar 5d). Parobihan anu signifikan dina suhu cai laut sareng salinitas kurang di dua tempat di jero sareng di luar daérah BdM Teluk Naples. Dina jerona 70 m, suhu nyaéta 15 °C sareng salinitas sakitar 38 PSU (Gambar 5c, d). Pangukuran pH, suhu, sareng salinitas nunjukkeun: a) partisipasi cairan asam anu aya hubunganana sareng prosés degassing BdM sareng b) henteuna atanapi debit cairan termal sareng brine anu laun pisan.
(a) Jandéla akuisisi profil kolom cai akustik (echometer Simrad EK60). Pita héjo vertikal anu saluyu sareng suar gas anu dideteksi dina debit cairan EM50 (sakitar 75 m di handap permukaan laut) anu aya di daérah BdM; sinyal multipleks handap sareng dasar laut ogé dipidangkeun (b) dikumpulkeun nganggo kendaraan anu dikontrol jarak jauh di daérah BdM. Poto tunggal nunjukkeun kawah leutik (bunderan hideung) anu dikurilingan ku sedimen beureum dugi ka oranyeu. (c,d) Data CTD probe multiparameter anu diolah nganggo parangkat lunak SBED-Win32 (Seasave, vérsi 7.23.2). Pola parameter anu dipilih (salinitas, suhu, pH sareng oksigén) tina kolom cai di luhur debit cairan EM50 (panel c) sareng di luar panel daérah debit Bdm (d).
Kami ngumpulkeun tilu sampel gas ti daérah panilitian antara 22 sareng 28 Agustus 2014. Sampel-sampel ieu nunjukkeun komposisi anu sami, didominasi ku CO2 (934-945 mmol/mol), dituturkeun ku konsentrasi N2 anu relevan (37-43 mmol/mol), CH4 (16-24 mmol/mol) sareng H2S (0,10 mmol/mol) -0,44 mmol/mol), sedengkeun H2 sareng He kirang seueur (masing-masing <0,052 sareng <0,016 mmol/mol) (Gambar 1b; Tabel S1, Pilem Tambahan 2). Konsentrasi O2 sareng Ar anu relatif luhur ogé diukur (masing-masing dugi ka 3,2 sareng 0,18 mmol/mol). Jumlah hidrokarbon hampang antara 0,24 dugi ka 0,30 mmol/mol sareng diwangun ku alkana C2-C4, aromatik (utamina bénzéna), propéna sareng sanyawa anu ngandung walirang (tiofén). Nilai 40Ar/36Ar saluyu sareng hawa. (295.5), sanaos sampel EM35 (kubah BdM) gaduh nilai 304, nunjukkeun kaleuwihan sakedik 40Ar. Babandingan δ15N langkung luhur tibatan hawa (dugi ka +1.98% vs. Udara), sedengkeun nilai δ13C-CO2 mimitian ti -0.93 dugi ka 0.44% vs. V-PDB. Nilai R/Ra (saatos ngoréksi polusi hawa nganggo babandingan 4He/20Ne) aya antara 1.66 sareng 1.94, nunjukkeun ayana fraksi ageung tina mantel He. Ku ngagabungkeun isotop hélium sareng CO2 sareng isotop stabilna 22, sumber émisi dina BdM tiasa langkung dijelaskeun. Dina peta CO2 pikeun CO2/3He dibandingkeun sareng δ13C (Gambar 6), komposisi gas BdM dibandingkeun sareng fumarol Ischia, Campi Flegrei sareng Somma-Vesuvius. Gambar 6 ogé ngalaporkeun campuran téoritis. garis antara tilu sumber karbon anu béda anu tiasa kalibet dina produksi gas BdM: lebur anu diturunkeun tina mantel, sedimen anu beunghar organik, sareng karbonat. Sampel BdM murag dina garis campuran anu digambarkeun ku tilu gunungapi Campania, nyaéta, campuran antara gas mantel (anu dianggap rada beunghar karbon dioksida dibandingkeun sareng MORB klasik pikeun tujuan nyocogkeun data) sareng réaksi anu disababkeun ku dekarbonisasi kerak. Batuan gas anu dihasilkeun.
Garis hibrida antara komposisi mantel sareng anggota tungtung batu kapur sareng sedimen organik dilaporkeun pikeun babandingan. Kotak-kotak ngagambarkeun daérah fumarol Ischia, Campi Flegrei sareng Somma-Vesvius 59, 60, 61. Sampel BdM aya dina tren campuran gunungapi Campania. Gas anggota tungtung tina garis campuran nyaéta sumber mantel, nyaéta gas anu dihasilkeun ku réaksi dekarburisasi mineral karbonat.
Bagian seismik L1 sareng L2 (Gambar 1b sareng 7) nunjukkeun transisi antara BdM sareng runtuyan stratigrafi distal daérah vulkanik Somma-Vesuvius (L1, Gambar 7a) sareng Campi Flegrei (L2, Gambar 7b). BdM dicirikeun ku ayana dua formasi seismik utama (MS sareng PS dina Gambar 7). Anu pangluhurna (MS) nunjukkeun réfléktor subparalel kalayan amplitudo anu luhur dugi ka sedeng sareng kontinuitas lateral (Gambar 7b, c). Lapisan ieu ngawengku sédimén laut anu diseret ku sistem Last Glacial Maximum (LGM) sareng diwangun ku keusik sareng liat23. Lapisan PS anu aya di handapeunna (Gambar 7b–d) dicirikeun ku fase kacau dugi ka transparan dina bentuk kolom atanapi jam pasir. Bagian luhur sédimén PS ngabentuk gundukan dasar laut (Gambar 7d). Géométri anu siga diapir ieu nunjukkeun panyusupan bahan transparan PS kana deposit MS anu paling luhur. Uplift tanggung jawab pikeun formasi lipatan sareng patahan anu mangaruhan lapisan MS sareng sédimén dasar laut BdM anu nutupan ayeuna (Gambar 7b–d). Interval stratigrafi MS jelas didelaminasi dina bagian ENE tina bagian L1, sedengkeun éta ngabodas ka arah BdM kusabab ayana lapisan jenuh gas (GSL) anu katutupan ku sababaraha tingkat internal tina runtuyan MS (Gambar 7a). Inti gravitasi anu dikumpulkeun di luhur BdM anu saluyu sareng lapisan seismik transparan nunjukkeun yén 40 cm pangluhurna diwangun ku keusik anu diendapkeun nembe dugi ka ayeuna; )24,25 sareng fragmen batu apung tina letusan Campi Flegrei anu ngabeledug di "Naples Yellow Tuff" (14.8 ka)26. Fase transparan lapisan PS teu tiasa dijelaskeun ku prosés campuran anu kacau nyalira, sabab lapisan kacau anu aya hubunganana sareng longsor, aliran leutak sareng aliran piroklastik anu aya di luar BdM di Teluk Napoli sacara akustik opak21,23,24. Kami nyimpulkeun yén fasies seismik BdM PS anu diamati ogé penampilan lapisan PS singkapan handapeun laut (Gambar 7d) ngagambarkeun pangangkatan gas alam.
(a) Profil seismik jalur tunggal L1 (lacak navigasi dina Gambar 1b) anu nunjukkeun susunan spasial kolom (pagoda). Pagoda diwangun ku deposit batu apung sareng keusik anu kacau. Lapisan jenuh gas anu aya di handapeun pagoda ngaleungitkeun kontinuitas formasi anu langkung jero. (b) Profil seismik saluran tunggal L2 (lacak navigasi dina Gambar 1b), nyorot sayatan sareng deformasi gundukan dasar laut, laut (MS), sareng deposit keusik apung (PS). (c) Rincian deformasi dina MS sareng PS dilaporkeun dina (c,d). Anggap kecepatan 1580 m/s dina sedimen paling luhur, 100 ms ngawakilan sakitar 80 m dina skala vertikal.
Ciri morfologis sareng struktural BdM sami sareng widang hidrotermal sareng gas hidrat handapeun laut anu sanés sacara global2,12,27,28,29,30,31,32,33,34 sareng sering dikaitkeun sareng uplift (vault sareng gundukan) sareng Gas Discharge (cones, pit). Cones sareng pit anu saluyu sareng BdM nunjukkeun permeabilitas anu dikontrol sacara struktural (Gambar 2 sareng 3). Susunan spasial gundukan, pit sareng ventilasi aktif nunjukkeun yén distribusina sabagian dikontrol ku retakan dampak NW-SE sareng NE-SW (Gambar 4b). Ieu mangrupikeun serangan sistem sesar anu dipikaresep anu mangaruhan daérah vulkanik Campi Flegrei sareng Somma-Vesuvius sareng Teluk Napoli. Khususna, struktur anu sateuacanna ngontrol lokasi pelepasan hidrotermal tina kawah Campi Flegrei35. Ku kituna kami nyimpulkeun yén sesar sareng retakan di Teluk Napoli ngagambarkeun rute anu dipikaresep pikeun migrasi gas ka permukaan, fitur anu dibagikeun ku hidrotermal anu dikontrol sacara struktural anu sanés. sistem36,37. Utamana, kerucut sareng liang BdM henteu salawasna aya hubunganana sareng gundukan (Gambar 3a,c). Ieu nunjukkeun yén gundukan ieu henteu salawasna ngagambarkeun prékursor pikeun formasi liang, sapertos anu disarankeun ku pangarang sanés pikeun zona hidrat gas32,33. Kacindekan kami ngadukung hipotesis yén gangguan sedimen dasar laut kubah henteu salawasna nyababkeun formasi liang.
Tilu émisi gas anu dikumpulkeun nunjukkeun ciri kimiawi anu khas tina cairan hidrotermal, nyaéta utamina CO2 kalayan konsentrasi gas pangurangan anu signifikan (H2S, CH4 sareng H2) sareng hidrokarbon hampang (utamina bénzéna sareng propiléna)38,39, 40, 41, 42, 43, 44, 45 (Tabel S1). Ayana gas atmosfir (sapertos O2), anu henteu dipiharep aya dina émisi kapal selam, tiasa disababkeun ku kontaminasi tina hawa anu leyur dina cai laut anu kontak sareng gas anu disimpen dina kotak plastik anu dianggo pikeun sampling, sabab ROV diekstrak ti dasar laut ka laut pikeun ngabubarkeun. Sabalikna, nilai δ15N positif sareng N2/Ar anu luhur (dugi ka 480) sacara signifikan langkung luhur tibatan ASW (cai jenuh hawa) nunjukkeun yén kalolobaan N2 dihasilkeun tina sumber ekstra-atmosfir, saluyu sareng asal hidrotermal anu dominan tina gas-gas ieu. Asal hidrotermal-vulkanik tina gas BdM dikonfirmasi ku eusi CO2 sareng He sareng isotopna. tanda tangan. Isotop karbon (δ13C-CO2 ti -0,93% dugi ka +0,4%) sareng nilai CO2/3He (ti 1,7 × 1010 dugi ka 4,1 × 1010) nunjukkeun yén sampel BdM kagolong kana tren campuran fumarol di sakitar anggota tungtung mantel Teluk Napoli sareng hubungan dekarbonisasi antara gas anu dihasilkeun ku réaksi (Gambar 6). Langkung spésifikna, sampel gas BdM ayana di sapanjang tren campuran di lokasi anu sami sareng cairan ti gunungapi Campi Flegrei sareng Somma-Veusivus anu caket. Éta langkung kerak tibatan fumarol Ischia, anu langkung caket kana tungtung mantel. Somma-Vesuvius sareng Campi Flegrei gaduh nilai 3He/4He anu langkung luhur (R/Ra antara 2,6 sareng 2,9) tibatan BdM (R/Ra antara 1,66 sareng 1,96; Tabel S1). Ieu nunjukkeun yén panambahan sareng akumulasi Radiogenik Anjeunna asalna tina sumber magma anu sami anu ngalirkeun gunungapi Somma-Vesuvius sareng Campi Flegrei. Henteuna fraksi karbon organik anu tiasa dideteksi dina émisi BdM nunjukkeun yén sédimén organik henteu kalibet dina prosés degassing BdM.
Dumasar kana data anu dilaporkeun di luhur sareng hasil tina modél ékspériméntal struktur sapertos kubah anu aya hubunganana sareng daérah anu beunghar gas handapeun laut, tekanan gas jero tiasa tanggung jawab kana formasi kubah BdM skala kilométer. Pikeun ngira-ngira tekanan kaleuleuwihan Pdef anu nuju ka kubah BdM, kami nerapkeun modél mékanika pelat ipis33,34 kalayan nganggap, tina data morfologis sareng seismik anu dikumpulkeun, yén kubah BdM mangrupikeun lambaran subsirkular radius anu langkung ageung tibatan deposit kentel lemes anu cacad. Pamindahan maksimum vertikal w sareng ketebalan h tina (Gambar Tambahan S1). Pdef nyaéta bédana antara tekanan total sareng tekanan statik batu ditambah tekanan kolom cai. Dina BdM, radiusna sakitar 2.500 m, w nyaéta 20 m, sareng h maksimum anu diperkirakeun tina profil seismik nyaéta sakitar 100 m. Kami ngitung Pdef 46Pdef = w 64D/a4 tina hubunganana, dimana D nyaéta kaku fléksibel; D dibikeun ku (E h3)/[12(1 – ν2)], dimana E nyaéta modulus Young tina deposit, ν nyaéta babandingan Poisson (~0.5)33. Kusabab sipat mékanis sedimen BdM teu tiasa diukur, urang netepkeun E = 140 kPa, anu mangrupikeun nilai anu lumrah pikeun sedimen keusik basisir 47 sami sareng BdM14,24. Urang henteu mertimbangkeun nilai E anu langkung luhur anu dilaporkeun dina literatur pikeun deposit liat leutak (300 < E < 350.000 kPa)33,34 sabab deposit BDM utamina diwangun ku keusik, sanés leutak atanapi liat leutak24. Urang kéngingkeun Pdef = 0.3 Pa, anu saluyu sareng perkiraan prosés pangangkatan dasar laut dina lingkungan cekungan hidrat gas, dimana Pdef rupa-rupa ti 10-2 dugi ka 103 Pa, kalayan nilai anu langkung handap ngawakilan w/a rendah sareng/atanapi naon. Dina BdM, réduksi kaku kusabab saturasi gas lokal tina sedimen sareng/atanapi penampilan tina retakan anu tos aya ogé tiasa nyumbang kana kagagalan sareng pelepasan gas anu akibatna, anu ngamungkinkeun formasi struktur ventilasi anu dititénan. Profil seismik anu dipantulkeun anu dikumpulkeun (Gambar 7) nunjukkeun yén sedimen PS diangkat tina GSL, ngadorong sedimen laut MS anu aya di luhurna, ngahasilkeun gundukan, lipatan, patahan, sareng potongan sedimen (Gambar 7b,c). Ieu nunjukkeun yén batu apung umur 14,8 dugi ka 12 ka parantos nyusup kana lapisan MS anu langkung ngora ngalangkungan prosés transportasi gas ka luhur. Fitur morfologis struktur BdM tiasa ditingali salaku hasil tina tekanan anu didamel ku debit cairan anu dihasilkeun ku GSL. Kusabab debit aktif tiasa katingali ti dasar laut dugi ka langkung ti 170 m bsl48, urang nganggap yén tekanan cairan dina GSL ngaleuwihan 1.700 kPa. Migrasi gas ka luhur dina sedimen ogé gaduh pangaruh ngagosok bahan anu aya dina MS, ngajelaskeun ayana sedimen kacau dina inti gravitasi anu disampel dina BdM25. Salajengna, tekanan anu langkung ageung tina GSL nyiptakeun sistem retakan anu rumit (sesar poligonal dina Gambar 7b). Sacara koléktif, morfologi, struktur, sareng padumukan stratigrafi ieu, anu disebut "pagoda" 49,50, mimitina disababkeun ku pangaruh sekundér tina formasi glasial lami, sareng ayeuna diinterpretasi salaku pangaruh gas anu naék 31,33 atanapi evaporit 50. Di wates buana Campania, sedimen evaporatif langka, sahenteuna dina 3 km pangluhurna tina kerak. Ku alatan éta, mékanisme kamekaran pagoda BdM kamungkinan dikontrol ku naékna gas dina sedimen. Kacindekan ieu dirojong ku fasies seismik transparan pagoda (Gambar 7), ogé data inti gravitasi sapertos anu dilaporkeun sateuacanna 24, dimana keusik ayeuna bitu sareng 'Pomici Principali' 25 sareng 'Naples Yellow Tuff' 26 Campi Flegrei. Salajengna, deposit PS nyerang sareng ngarobih bentuk lapisan MS pangluhurna (Gambar 7d). Susunan struktural ieu nunjukkeun yén pagoda ngagambarkeun struktur anu naék sareng sanés ngan ukur pipa gas. Ku kituna, Dua prosés utama ngatur formasi pagoda: a) kapadetan sedimen lemes nurun nalika gas asup ti handap; b) campuran gas-sedimen naék, nyaéta tilepan, patahan sareng retakan anu dititénan Nyababkeun deposit MS (Gambar 7). Mékanisme formasi anu sami parantos diusulkeun pikeun pagoda anu aya hubunganana sareng hidrat gas di Laut Scotia Kidul (Antartika). Pagoda BdM muncul dina kelompok di daérah pagunungan, sareng panjangna vertikalna rata-rata 70–100 m dina waktos perjalanan dua arah (TWTT) (Gambar 7a). Kusabab ayana undulasi MS sareng mertimbangkeun stratigrafi inti gravitasi BdM, urang nyimpulkeun umur formasi struktur pagoda kirang ti sakitar 14–12 ka. Salajengna, kamekaran struktur ieu masih aktip (Gambar 7d) sabab sababaraha pagoda parantos nyerang sareng ngarobih bentuk keusik BdM ayeuna anu aya di luhurna (Gambar 7d).
Gagalna pagoda meuntas dasar laut ayeuna nunjukkeun yén (a) naékna gas sareng/atanapi eureunna campuran gas-sedimen sacara lokal, sareng/atanapi (b) kamungkinan aliran lateral campuran gas-sedimen henteu ngamungkinkeun prosés overpressure lokal. Numutkeun modél téori diapir52, aliran lateral nunjukkeun kasaimbangan négatif antara laju suplai campuran leutak-gas ti handap sareng laju pagoda bergerak ka luhur. Pangurangan laju suplai tiasa aya hubunganana sareng paningkatan kapadetan campuran kusabab ngaleungitna suplai gas. Hasil anu diringkeskeun di luhur sareng naékna pagoda anu dikontrol ku daya apung ngamungkinkeun urang pikeun ngira-ngira jangkungna kolom hawa hg. Daya apung dibikeun ku ΔP = hgg (ρw – ρg), dimana g nyaéta gravitasi (9,8 m/s2) sareng ρw sareng ρg nyaéta kapadetan cai sareng gas, masing-masing.ΔP nyaéta jumlah tina Pdef anu diitung sateuacanna sareng tekanan litostatik Plith tina pelat sedimen, nyaéta ρsg h, dimana ρs nyaéta kapadetan sedimen. Dina hal ieu, nilai hg anu diperyogikeun pikeun daya apung anu dipikahoyong dibikeun ku hg = (Pdef + Plith)/[g (ρw – ρg)]. Dina BdM, urang netepkeun Pdef = 0,3 Pa sareng h = 100 m (tingali di luhur), ρw = 1.030 kg/m3, ρs = 2.500 kg/m3, ρg tiasa diabaikan sabab ρw ≫ρg. Urang kéngingkeun hg = 245 m, nilai anu ngagambarkeun jerona handapeun GSL. ΔP nyaéta 2,4 MPa, nyaéta tekanan kaleuleuwihan anu diperyogikeun pikeun meulah dasar laut BdM sareng ngabentuk ventilasi.
Komposisi gas BdM saluyu sareng sumber mantel anu dirobih ku panambahan cairan anu aya hubunganana sareng réaksi dekarbonisasi batuan kerak (Gambar 6). Susunan EW kasar kubah BdM sareng gunungapi aktif sapertos Ischia, Campi Flegre, sareng Soma-Vesuvius, sareng komposisi gas anu dipancarkeun, nunjukkeun yén gas anu dipancarkeun tina mantel di handap sakumna daérah vulkanik Naples dicampur. Beuki seueur cairan kerak anu ngalih ti kulon (Ischia) ka wétan (Somma-Vesuivus) (Gambar 1b sareng 6).
Kami parantos nyimpulkeun yén di Teluk Napoli, sababaraha kilométer ti palabuhan Napoli, aya struktur sapertos kubah lébar 25 km2 anu kapangaruhan ku prosés degassing aktif sareng disababkeun ku panempatan pagoda sareng gundukan. Ayeuna, tanda tangan BdM nunjukkeun yén turbulensi non-magmatik53 tiasa langkung tiheula tibatan vulkanisme émbrionik, nyaéta pelepasan awal magma sareng / atanapi cairan termal. Kagiatan pangawasan kedah dilaksanakeun pikeun nganalisis évolusi fénoména sareng pikeun ngadeteksi sinyal géokimia sareng géofisika anu nunjukkeun gangguan magmatik poténsial.
Profil kolom cai akustik (2D) diala nalika pelayaran SAFE_2014 (Agustus 2014) dina R/V Urania (CNR) ku National Research Council Institute of Coastal Marine Environment (IAMC). Sampling akustik dilakukeun ku sounder gema pamisah sinar ilmiah Simrad EK60 anu beroperasi dina 38 kHz. Data akustik dirékam dina kecepatan rata-rata sakitar 4 km. Gambar echosounder anu dikumpulkeun dianggo pikeun ngaidentipikasi debit cairan sareng sacara akurat nangtukeun lokasi na di daérah pangumpulan (antara 74 sareng 180 m bsl). Ukur parameter fisik sareng kimia dina kolom cai nganggo probe multiparameter (konduktivitas, suhu sareng jerona, CTD). Data dikumpulkeun nganggo probe CTD 911 (SeaBird, Electronics Inc.) sareng diolah nganggo parangkat lunak SBED-Win32 (Seasave, vérsi 7.23.2). Inspeksi visual dasar laut dilakukeun nganggo alat ROV "Pollux III" (GEItaliana) (kendaraan anu dioperasikeun jarak jauh) nganggo dua kaméra (definisi handap sareng definisi luhur).
Akuisisi data multibeam dilaksanakeun nganggo sistem sonar multibeam Simrad EM710 100 KHz (Kongsberg). Sistem ieu dihubungkeun kana sistem posisi global diferensial pikeun mastikeun kasalahan sub-metrik dina posisi balok. Pulsa akustik ngagaduhan frékuénsi 100 KHz, pulsa némbak 150° derajat sareng sakabéh bukaan 400 balok. Ukur sareng terapkeun profil kecepatan sora sacara real time salami akuisisi. Data diolah nganggo parangkat lunak PDS2000 (Reson-Thales) numutkeun standar Organisasi Hidrografi Internasional (https://www.iho.int/iho_pubs/standard/S-44_5E.pdf) pikeun navigasi sareng koreksi pasang surut. Pangurangan bising kusabab lonjakan instrumen anu teu kahaja sareng pangaluaran balok kualitas goréng dilaksanakeun nganggo alat éditing pita sareng de-spiking. Deteksi kecepatan sora kontinyu dilaksanakeun ku stasiun lunas anu aya di caket transduser multi-beam sareng kéngingkeun sareng nerapkeun profil kecepatan sora real-time dina kolom cai unggal 6-8 jam pikeun nyayogikeun kecepatan sora real-time pikeun anu leres. kemudi balok. Sakabéh sét data diwangun ku sakitar 440 km2 (jerona 0-1200 m). Data ieu dianggo pikeun nyayogikeun modél rupa bumi digital (DTM) résolusi luhur anu dicirikeun ku ukuran sél grid 1 m. DTM ahir (Gambar 1a) dilakukeun ku data rupa bumi (>0 m di luhur permukaan laut) anu diala dina ukuran sél grid 20 m ku Institut Geo-Militer Italia.
Profil data seismik saluran tunggal resolusi luhur 55 kilométer, anu dikumpulkeun nalika pelayaran laut anu aman dina taun 2007 sareng 2014, nutupan daérah sakitar 113 kilométer pasagi, duanana di R/V Urania. Profil Marisk (contona, profil seismik L1, Gambar 1b) diala ku ngagunakeun sistem boomer IKB-Seistec. Unit akuisisi diwangun ku katamaran 2,5 m dimana sumber sareng panarima disimpen. Tanda tangan sumber diwangun ku puncak positif tunggal anu dicirikeun dina rentang frékuénsi 1-10 kHz sareng ngamungkinkeun pikeun ngarésolusi reflektor anu dipisahkeun ku 25 cm. Profil seismik aman diala nganggo sumber seismik Geospark multi-tip 1,4 Kj anu dihubungkeun sareng parangkat lunak Geotrace (Geo Marine Survey System). Sistem ieu diwangun ku katamaran anu ngandung sumber 1–6,02 KHz anu nembus dugi ka 400 milidetik dina sedimen lemes di handap dasar laut, kalayan résolusi vertikal téoritis 30 cm. Alat Safe sareng Marsik duanana diala di laju 0,33 tembakan/detik kalayan kecepatan pembuluh darah <3 Kn. Data diolah sareng dipidangkeun nganggo perangkat lunak Geosuite Allworks kalayan alur kerja ieu: koreksi dilatasi, pareumkeun kolom cai, panyaringan IIR bandpass 2-6 KHz, sareng AGC.
Gas tina fumarol handapeun cai dikumpulkeun di dasar laut nganggo kotak plastik anu dilengkepan diafragma karét di sisi luhurna, disimpen tibalik ku ROV di luhur ventilasi. Sakali gelembung hawa anu asup kana kotak parantos ngagentos cai laut sacara lengkep, ROV balik deui ka jerona 1 m, sareng panyelam mindahkeun gas anu dikumpulkeun ngalangkungan septum karét kana dua labu kaca 60 mL anu parantos dievakuasi anu dilengkepan stopcock Teflon dimana hiji dieusi ku 20 mL larutan NaOH 5N (labu tipe Gegenbach). Spésiés gas asam utama (CO2 sareng H2S) leyur dina larutan basa, sedengkeun spésiés gas anu kalarutan rendah (N2, Ar+O2, CO, H2, He, Ar, CH4 sareng hidrokarbon hampang) disimpen dina headspace botol sampling. Gas anorganik anu kalarutan rendah dianalisis ku kromatografi gas (GC) nganggo Shimadzu 15A anu dilengkepan kolom saringan molekul 5A panjang 10 m sareng detektor konduktivitas termal (TCD) 54. Argon sareng O2 dianalisis nganggo kromatografi gas Thermo Focus anu dilengkepan kolom ayakan molekul kapiler panjangna 30 m sareng TCD. Métana sareng hidrokarbon hampang dianalisis nganggo kromatografi gas Shimadzu 14A anu dilengkepan kolom baja tahan karat panjangna 10 m anu dipak ku Chromosorb PAW 80/100 mesh, dilapis ku 23% SP 1700 sareng detektor ionisasi seuneu (FID). Fase cair dianggo pikeun analisis 1) CO2, as, dititrasi ku larutan 0,5 N HCl (Metrohm Basic Titrino) sareng 2) H2S, as, saatos oksidasi ku 5 mL H2O2 (33%), ku kromatografi ion (IC) (IC) (Wantong 761). Kasalahan analitik titrasi, analisis GC sareng IC kirang ti 5%. Saatos prosedur ékstraksi sareng purifikasi standar pikeun campuran gas, 13C/12C CO2 (dinyatakan salaku δ13C-CO2% sareng V-PDB) dianalisis nganggo a Spektrométer massa Finningan Delta S55,56. Standar anu dianggo pikeun ngira-ngira presisi éksternal nyaéta marmer Carrara sareng San Vincenzo (internal), NBS18 sareng NBS19 (internasional), sedengkeun kasalahan analitik sareng réproduksibilitas masing-masing ±0,05% sareng ±0,1%.
Nilai δ15N (dinyatakan salaku % vs. Udara) sareng 40Ar/36Ar ditangtukeun nganggo kromatografi gas (GC) Agilent 6890 N anu digandengkeun kana spéktrométer massa aliran kontinyu Finnigan Delta plusXP. Kasalahan analisisna nyaéta: δ15N±0.1%, 36Ar<1%, 40Ar<3%. Babandingan isotop He (dinyatakan salaku R/Ra, dimana R nyaéta 3He/4He diukur dina sampel sareng Ra nyaéta babandingan anu sami di atmosfir: 1.39 × 10−6)57 ditangtukeun di laboratorium INGV-Palermo (Italia) 3He, 4He sareng 20Ne ditangtukeun nganggo spéktrométer massa kolektor ganda (Helix SFT-GVI)58 saatos misahkeun He sareng Ne. Kasalahan analisis ≤ 0.3%. Kosong has pikeun He sareng Ne masing-masing nyaéta <10-14 sareng <10-16 mol.
Kumaha nyutat artikel ieu: Passaro, S. et al. Pangangkatan dasar laut anu didorong ku prosés degassing ngungkabkeun aktivitas vulkanik anu nuju mekar di sapanjang basisir.science.Rep. 6, 22448; doi: 10.1038/srep22448 (2016).
Aharon, P. Géologi sareng biologi rembesan sareng ventilasi hidrokarbon dasar laut modéren sareng kuno: bubuka. Geographic Ocean Wright.14, 69–73 (1994).
Paull, CK & Dillon, WP Kajadian global hidrat gas. Dina Kvenvolden, KA & Lorenson, TD (eds.) 3–18 (Hidrat gas alam: Kajadian, distribusi sareng deteksi. American Geophysical Union Geophysical Monograph 124, 2001).
Fisher, AT Kendala géofisika dina sirkulasi hidrotermal. Dina: Halbach, PE, Tunnicliffe, V. & Hein, JR (eds) 29–52 (Laporan Lokakarya Durham, Transfer Énergi sareng Massa dina Sistem Hidrotermal Laut, Durham University Press, Berlin (2003)).
Coumou, D., Driesner, T. & Heinrich, C. Struktur sareng dinamika sistem hidrotermal punggungan tengah samudra.Science 321, 1825–1828 (2008).
Boswell, R. & Collett, TS Pamadegan ayeuna ngeunaan sumber daya gas hidrat.énergi.sareng lingkungan.élmu.4, 1206–1215 (2011).
Evans, RJ, Davies, RJ & Stewart, SA Struktur internal sareng sajarah letusan sistem gunungapi leutak skala kilométer di Laut Kaspia Kidul. Waduk Cekungan 19, 153–163 (2007).
Leon, R. et al. Fitur dasar laut anu aya patalina jeung rembesan hidrokarbon tina gundukan leutak karbonat cai jero di Teluk Cadiz: tina aliran leutak ka sedimen karbonat. Géografi Maret. Wright.27, 237–247 (2007).
Moss, JL & Cartwright, J. Répréséntasi seismik 3D tina pipa kaluarna cairan skala kilométer di lepas pantai Namibia. Waduk Cekungan 22, 481–501 (2010).
Andresen, KJ Karakteristik aliran cairan dina sistem pipa minyak sareng gas: Naon anu dicaritakeun ku éta ngeunaan évolusi cekungan?March Geology.332, 89–108 (2012).
Ho, S., Cartwright, JA & Imbert, P. Évolusi vertikal tina struktur debit cairan Neogene Kuarterner dina hubunganana sareng fluks gas di Cekungan Kongo Handap, lepas pantai Angola.March Geology.332–334, 40–55 (2012).
Johnson, SY et al. Aktivitas hidrotermal sareng tektonik di Danau Yellowstone kalér, Wyoming.geology.Socialist Party.Yes.bull.115, 954–971 (2003).
Patacca, E., Sartori, R. & Scandone, P. Cekungan Tyrrhenian sareng Busur Apennine: Hubungan Kinematik Saprak Totonian Akhir. Mem Soc Geol Ital 45, 425–451 (1990).
Milia et al. Struktur tektonik sareng kerak di wates buana Campania: hubunganana sareng aktivitas vulkanik.mineral.gasoline.79, 33–47 (2003)
Piochi, M., Bruno PP & De Astis G. Peran relatif tina téktonik retakan sareng prosés pangangkatan magmatik: inferensi tina data géofisika, struktural, sareng géokimia di daérah vulkanik Naples (Italia kidul). Gcubed, 6(7), 1-25 (2005).
Dvorak, JJ & Mastrolorenzo, G. Mékanisme gerakan kerak vertikal anyar di kawah Campi Flegrei di Italia kidul.geology.Socialis Party.Yes.Specification.263, pp. 1-47 (1991).
Orsi, G. et al. Deformasi taneuh jangka pondok sareng seismisitas dina kawah Campi Flegrei anu nyarang (Italia): conto pamulihan massa aktif di daérah anu padet pendudukna. J. Volcano.geothermal.reservoir.91, 415–451 (1999)
Cusano, P., Petrosino, S., sareng Saccorotti, G. Asal-usul hidrotermal tina aktivitas 4D jangka panjang anu lestari di kompleks gunungapi Campi Flegrei di Italia. J. Volcano.geothermal.reservoir.177, 1035–1044 (2008).
Pappalardo, L. sareng Mastrolorenzo, G. Diferensiasi gancang dina waduk magmatik anu siga ambang: studi kasus ti kawah Campi Flegrei.science.Rep. 2, 10.1038/srep00712 (2012).
Walter, TR et al. Runtut waktu InSAR, analisis korelasi, sareng modél korelasi-waktu ngungkabkeun kamungkinan gandengan Campi Flegrei sareng Vesuvius.J. Volcano.geothermal.reservoir.280, 104–110 (2014).
Milia, A. & Torrente, M. Struktur struktural sareng stratigrafi satengah munggaran graben Tyrrhenian (Teluk Napoli, Italia). Fisika Konstruktif 315, 297–314.
Sano, Y. & Marty, B. Sumber karbon dina gas lebu vulkanik ti Island Arcs.Chemical Geology.119, 265–274 (1995).
Stratigrafi Ngarai Dohrn, A.: Réspon kana turunna permukaan laut sareng pangangkatan téktonik dina rak buana luar (wates Tyrrhenian Wétan, Italia). Geo-Marine Letters 20/2, 101–108 (2000).