ขอบคุณที่เข้าชม Nature.com เบราว์เซอร์ที่คุณใช้อยู่มีการรองรับ CSS อย่างจำกัด เพื่อประสบการณ์การใช้งานที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์เวอร์ชันล่าสุด (หรือปิดโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer) ในระหว่างนี้ เพื่อให้มั่นใจว่าเว็บไซต์จะยังคงได้รับการสนับสนุนต่อไป เราจะแสดงเว็บไซต์โดยไม่มีสไตล์และ JavaScript
เราได้รายงานหลักฐานการยกตัวของพื้นทะเลและการปล่อยก๊าซที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ห่างจากชายฝั่งท่าเรือเนเปิลส์ (อิตาลี) หลายกิโลเมตร ร่องรอยหลุมบ่อ เนินดิน และปล่องภูเขาไฟเป็นลักษณะเด่นของพื้นทะเล โครงสร้างเหล่านี้แสดงถึงส่วนบนของโครงสร้างเปลือกโลกตื้นๆ รวมถึงเจดีย์ รอยแตก และรอยพับที่ส่งผลต่อพื้นทะเลในปัจจุบัน พวกมันบันทึกการยกตัว การเพิ่มแรงดัน และการปล่อยก๊าซฮีเลียมและคาร์บอนไดออกไซด์ในปฏิกิริยาการสลายตัวของคาร์บอนจากหินหลอมเหลวในชั้นแมนเทิลและหินเปลือกโลก ก๊าซเหล่านี้อาจคล้ายกับก๊าซที่หล่อเลี้ยงระบบความร้อนใต้พิภพของเกาะอิสเกีย คัมปีเฟลเกร และโซมา-เวซูเวียส ซึ่งบ่งชี้ถึงแหล่งกำเนิดจากชั้นแมนเทิลที่ผสมกับของเหลวในเปลือกโลกใต้บริเวณอ่าวเนเปิลส์ การขยายตัวและการแตกแยกใต้น้ำที่เกิดจากกระบวนการยกตัวและการเพิ่มแรงดันของก๊าซนั้นต้องการแรงดันเกิน 2-3 เมกะปาสคาล การยกตัวของพื้นทะเล รอยแตก และการปล่อยก๊าซเป็นปรากฏการณ์ของการยกตัวที่ไม่เกี่ยวข้องกับภูเขาไฟ ซึ่งอาจเป็นสัญญาณบ่งบอกถึงการปะทุของพื้นทะเล และ/หรือ การระเบิดจากความร้อนใต้พิภพ
การระบายความร้อนใต้ทะเลลึก (น้ำร้อนและก๊าซ) เป็นลักษณะทั่วไปของสันกลางมหาสมุทรและขอบแผ่นเปลือกโลกบรรจบกัน (รวมถึงส่วนที่จมอยู่ใต้น้ำของหมู่เกาะโค้ง) ในขณะที่การปล่อยก๊าซไฮเดรตเย็น (แคลอเรต) มักเป็นลักษณะเฉพาะของไหล่ทวีปและขอบทวีปแบบเฉื่อย1, 2,3,4,5 การเกิดการระบายความร้อนใต้ทะเลในพื้นที่ชายฝั่งบ่งชี้ถึงแหล่งความร้อน (แหล่งกักเก็บแมกมา) ภายในเปลือกโลกภาคพื้นทวีปและ/หรือเนื้อโลก การระบายความร้อนเหล่านี้อาจเกิดขึ้นก่อนการเคลื่อนตัวของแมกมาผ่านชั้นบนสุดของเปลือกโลกและสิ้นสุดลงด้วยการปะทุและการก่อตัวของภูเขาไฟใต้ทะเล6 ดังนั้น การระบุ (ก) ลักษณะทางสัณฐานวิทยาที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของพื้นทะเลที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง และ (ข) การปล่อยก๊าซใกล้กับพื้นที่ชายฝั่งที่มีประชากรหนาแน่น เช่น บริเวณภูเขาไฟของเนเปิลส์ในอิตาลี (ประชากรประมาณ 1 ล้านคน) จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการประเมินความเป็นไปได้ของภูเขาไฟ นอกจากนี้ ในขณะที่ลักษณะทางสัณฐานวิทยาที่เกี่ยวข้องกับการปล่อยก๊าซไฮโดรเทอร์มอลหรือก๊าซไฮเดรตในทะเลลึกเป็นที่รู้จักกันดีพอสมควรเนื่องจากคุณสมบัติทางธรณีวิทยาและชีวภาพ แต่ลักษณะทางสัณฐานวิทยาที่เกี่ยวข้องกับน้ำตื้นนั้นกลับมีข้อยกเว้น ยกเว้นที่เกิดขึ้นในทะเลสาบ 12 ซึ่งมีบันทึกค่อนข้างน้อย ในที่นี้ เราขอนำเสนอข้อมูลใหม่เกี่ยวกับความลึกของน้ำ แผ่นดินไหว ชั้นน้ำ และข้อมูลทางเคมีของภูมิภาคใต้น้ำที่มีลักษณะทางสัณฐานวิทยาและโครงสร้างที่ซับซ้อน ซึ่งได้รับผลกระทบจากการปล่อยก๊าซในอ่าวเนเปิลส์ (ทางตอนใต้ของอิตาลี) ห่างจากท่าเรือเนเปิลส์ประมาณ 5 กิโลเมตร ข้อมูลเหล่านี้ถูกรวบรวมในระหว่างการเดินทางสำรวจ SAFE_2014 (สิงหาคม 2014) บนเรือวิจัย R/V Urania เราได้อธิบายและตีความโครงสร้างพื้นทะเลและใต้ผิวน้ำที่เกิดการปล่อยก๊าซ ตรวจสอบแหล่งที่มาของของเหลวที่พุ่งออกมา ระบุและกำหนดลักษณะกลไกที่ควบคุมการลอยตัวของก๊าซและการเปลี่ยนแปลงรูปร่างที่เกี่ยวข้อง และอภิปรายผลกระทบทางด้านภูเขาไฟวิทยา
อ่าวเนเปิลส์ก่อตัวเป็นขอบด้านตะวันตกของยุคไพลโอ-ควอเทอร์นารี ซึ่งเป็นแอ่งทางธรณีวิทยาแคมปาเนียที่ทอดยาวจากทิศตะวันตกเฉียงเหนือไปทิศตะวันออกเฉียงใต้13,14,15 ติดกับเกาะอิสเกีย (ประมาณ ค.ศ. 150-1302) ปล่องภูเขาไฟคัมปีเฟลเกร (ประมาณ ค.ศ. 300-1538) และภูเขาไฟโซมา-เวซูเวียส (ตั้งแต่ปี ค.ศ. 360-1944) การจัดเรียงนี้จำกัดอ่าวไว้ทางทิศเหนือ15 ในขณะที่ทางทิศใต้ติดกับคาบสมุทรซอร์เรนโต (รูปที่ 1a) อ่าวเนเปิลส์ได้รับผลกระทบจากรอยเลื่อนหลักที่ทอดยาวจากทิศตะวันออกเฉียงเหนือไปทิศตะวันตกเฉียงใต้ และรอยเลื่อนรองที่ทอดยาวจากทิศตะวันตกเฉียงเหนือไปทิศตะวันออกเฉียงใต้ (รูปที่ 1)14,15 เกาะอิสเกีย คัมปีเฟลเกร และโซมา-เวซูเวียส มีลักษณะเฉพาะคือปรากฏการณ์ความร้อนใต้พิภพ การเปลี่ยนแปลงรูปร่างของพื้นดิน และแผ่นดินไหวตื้น16,17,18 (เช่น เหตุการณ์ความปั่นป่วนที่คัมปีเฟลเกรในปี ค.ศ. 1982-1984) การยกตัวขึ้น 1.8 เมตรและแผ่นดินไหวหลายพันครั้ง) การศึกษาล่าสุด19,20 ชี้ให้เห็นว่าอาจมีความเชื่อมโยงระหว่างพลวัตของภูเขาไฟโซมา-เวซูเวียสและภูเขาไฟแคมปีเฟลเกร ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับแหล่งกักเก็บแมกมาเดี่ยวที่อยู่ลึก กิจกรรมภูเขาไฟและการผันผวนของระดับน้ำทะเลในช่วง 36,000 ปีที่ผ่านมาของแคมปีเฟลเกรและ 18,000 ปีที่ผ่านมาของภูเขาไฟโซมา-เวซูเวียสควบคุมระบบตะกอนของอ่าวเนเปิลส์ ระดับน้ำทะเลต่ำในช่วงสูงสุดของยุคน้ำแข็งครั้งสุดท้าย (18,000 ปีที่ผ่านมา) นำไปสู่การถอยร่นของระบบตะกอนนอกชายฝั่งตื้น ซึ่งต่อมาถูกเติมเต็มด้วยเหตุการณ์การรุกคืบในช่วงปลายยุคไพลสโตซีน-โฮโลซีน ตรวจพบการปล่อยก๊าซใต้น้ำรอบเกาะอิสเกียและนอกชายฝั่งแคมปีเฟลเกรและใกล้ภูเขาไฟโซมา-เวซูเวียส (รูปที่ 1b)
(ก) การจัดเรียงทางสัณฐานวิทยาและโครงสร้างของไหล่ทวีปและอ่าวเนเปิลส์ 15, 23, 24, 48 จุดแสดงถึงศูนย์กลางการปะทุใต้น้ำที่สำคัญ เส้นสีแดงแสดงถึงรอยเลื่อนหลัก (b) แผนที่ความลึกของอ่าวเนเปิลส์พร้อมช่องระบายของเหลวที่ตรวจพบ (จุด) และร่องรอยของเส้นสำรวจแผ่นดินไหว (เส้นสีดำ) เส้นสีเหลืองคือวิถีของเส้นสำรวจแผ่นดินไหว L1 และ L2 ที่รายงานในรูปที่ 6 ขอบเขตของโครงสร้างรูปโดม Banco della Montagna (BdM) ถูกทำเครื่องหมายด้วยเส้นประสีน้ำเงินใน (a,b) สี่เหลี่ยมสีเหลืองทำเครื่องหมายตำแหน่งของโปรไฟล์คอลัมน์น้ำอะคูสติก และเฟรม CTD-EMBlank, CTD-EM50 และ ROV รายงานในรูปที่ 5 วงกลมสีเหลืองทำเครื่องหมายตำแหน่งของการปล่อยก๊าซตัวอย่าง และองค์ประกอบของก๊าซแสดงอยู่ในตาราง S1 Golden Software (http://www.goldensoftware.com/products/surfer) ใช้กราฟิกที่สร้างโดย Surfer® 13
จากข้อมูลที่ได้รับระหว่างการสำรวจทางทะเล SAFE_2014 (สิงหาคม 2014) (ดูวิธีการ) ได้มีการสร้างแบบจำลองภูมิประเทศดิจิทัล (DTM) ใหม่ของอ่าวเนเปิลส์ที่มีความละเอียด 1 เมตร DTM แสดงให้เห็นว่าพื้นทะเลทางใต้ของท่าเรือเนเปิลส์มีลักษณะเป็นพื้นผิวลาดเอียงเล็กน้อยไปทางทิศใต้ (ความลาดชัน ≤3°) โดยมีโครงสร้างคล้ายโดมขนาด 5.0 × 5.3 กิโลเมตร คั่นอยู่ ซึ่งเป็นที่รู้จักในท้องถิ่นว่า Banco della Montagna (BdM) รูปที่ 1 1a,b) BdM ก่อตัวขึ้นที่ระดับความลึกประมาณ 100 ถึง 170 เมตร สูงจากพื้นทะเลโดยรอบ 15 ถึง 20 เมตร โดม BdM มีลักษณะเป็นเนินดินเนื่องจากประกอบด้วยเนินดินรูปวงกลมถึงรูปไข่ 280 เนิน (รูปที่ 2a) กรวย 665 อัน และหลุม 30 หลุม (รูปที่ 3 และ 4) เนินดินมีความสูงสูงสุดและเส้นรอบวง 22 เมตร และ 1,800 เมตร ตามลำดับ ความเป็นวงกลม [C = 4π(พื้นที่/เส้นรอบวง²)] ของเนินดินลดลงเมื่อเส้นรอบวงเพิ่มขึ้น (รูปที่ 2b) อัตราส่วนแกนของเนินดินมีค่าอยู่ระหว่าง 1 ถึง 6.5 โดยเนินดินที่มีอัตราส่วนแกน >2 แสดงทิศทางการวางตัวที่เด่นชัดคือ N45°E + 15° และทิศทางการวางตัวรองที่กระจายตัวมากกว่าคือ N105°E ถึง N145°E (รูปที่ 2c) กรวยเดี่ยวหรือกรวยที่เรียงตัวกันปรากฏอยู่บนระนาบ BdM และบนยอดเนิน (รูปที่ 3a,b) การจัดเรียงของกรวยเป็นไปตามการจัดเรียงของเนินที่ตั้งอยู่ หลุมยุบมักพบอยู่บนพื้นทะเลราบ (รูปที่ 3c) และบางครั้งก็อยู่บนเนิน ความหนาแน่นเชิงพื้นที่ของกรวยและหลุมยุบแสดงให้เห็นว่าแนวการเรียงตัวหลักในทิศตะวันออกเฉียงเหนือ-ตะวันตกเฉียงใต้เป็นตัวกำหนดขอบเขตด้านตะวันออกเฉียงเหนือและตะวันตกเฉียงใต้ของโดม BdM (รูปที่ 4a,b) ส่วนเส้นทางทิศตะวันตกเฉียงเหนือ-ตะวันออกเฉียงใต้ที่แผ่ขยายน้อยกว่านั้นตั้งอยู่ในบริเวณตอนกลางของ BdM
(a) แบบจำลองภูมิประเทศดิจิทัล (ขนาดเซลล์ 1 เมตร) ของโดม Banco della Montagna (BdM) (b) เส้นรอบวงและความกลมของเนินดิน BdM (c) อัตราส่วนแกนและมุม (ทิศทาง) ของแกนหลักของวงรีที่เหมาะสมที่สุดที่ล้อมรอบเนินดิน ค่าความคลาดเคลื่อนมาตรฐานของแบบจำลองภูมิประเทศดิจิทัลคือ 0.004 เมตร ค่าความคลาดเคลื่อนมาตรฐานของเส้นรอบวงและความกลมคือ 4.83 เมตร และ 0.01 ตามลำดับ และค่าความคลาดเคลื่อนมาตรฐานของอัตราส่วนแกนและมุมคือ 0.04 และ 3.34° ตามลำดับ
รายละเอียดของกรวย ปล่องภูเขาไฟ เนินดิน และหลุมที่ระบุได้ในภูมิภาค BdM ซึ่งสกัดจากแบบจำลองภูมิประเทศดิจิทัล (DTM) แสดงในรูปที่ 2
(ก) กรวยเรียงตัวบนพื้นทะเลเรียบ (ข) กรวยและหลุมอุกกาบาตบนเนินดินเรียวยาวแนวตะวันตกเฉียงเหนือ-ตะวันออกเฉียงใต้ (ค) รอยบุ๋มบนพื้นผิวที่ลาดเอียงเล็กน้อย
(ก) การกระจายตัวเชิงพื้นที่ของหลุมอุกกาบาต หลุมบ่อ และการปล่อยก๊าซที่ตรวจพบ (ข) ความหนาแน่นเชิงพื้นที่ของหลุมอุกกาบาตและหลุมบ่อที่รายงานใน (ก) (จำนวน/0.2 ตารางกิโลเมตร)
เราได้ระบุการปล่อยก๊าซ 37 จุดในบริเวณ BdM จากภาพคลื่นเสียงสะท้อนในน้ำจากยานสำรวจใต้น้ำ (ROV) และการสังเกตพื้นทะเลโดยตรงที่ได้มาในระหว่างการเดินทางสำรวจ SAFE_2014 ในเดือนสิงหาคม 2014 (ภาพที่ 4 และ 5) ความผิดปกติทางเสียงของการปล่อยก๊าซเหล่านี้แสดงให้เห็นรูปร่างยาวในแนวตั้งที่พุ่งขึ้นจากพื้นทะเล โดยมีความสูงในแนวตั้งระหว่าง 12 ถึงประมาณ 70 เมตร (ภาพที่ 5a) ในบางแห่ง ความผิดปกติทางเสียงก่อตัวเป็น "ขบวน" ที่เกือบต่อเนื่อง กลุ่มฟองอากาศที่สังเกตได้มีความหลากหลายมาก ตั้งแต่การไหลของฟองอากาศที่หนาแน่นและต่อเนื่องไปจนถึงปรากฏการณ์ที่มีอายุสั้น (ภาพยนตร์เสริม 1) การตรวจสอบด้วย ROV ช่วยให้สามารถตรวจสอบด้วยสายตาถึงการเกิดขึ้นของช่องระบายของเหลวบนพื้นทะเลและเน้นให้เห็นรอยบุ๋มเล็กๆ บนพื้นทะเล ซึ่งบางครั้งล้อมรอบด้วยตะกอนสีแดงถึงสีส้ม (ภาพที่ 5b) ในบางกรณี ช่องของ ROV ทำให้การปล่อยก๊าซกลับมาทำงานอีกครั้ง ลักษณะของช่องระบายแสดงให้เห็นช่องเปิดทรงกลมที่ด้านบนโดยไม่มีการบานออกในมวลน้ำ ค่า pH ในมวลน้ำเหนือจุดปล่อยก๊าซเล็กน้อย จุดดังกล่าวแสดงให้เห็นการลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งบ่งชี้ถึงสภาวะที่เป็นกรดมากขึ้นในบริเวณนั้น (รูปที่ 5c,d) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ค่า pH เหนือจุดปล่อยก๊าซ BdM ที่ระดับความลึก 75 เมตร ลดลงจาก 8.4 (ที่ระดับความลึก 70 เมตร) เหลือ 7.8 (ที่ระดับความลึก 75 เมตร) (รูปที่ 5c) ในขณะที่จุดอื่นๆ ในอ่าวเนเปิลส์มีค่า pH อยู่ระหว่าง 0 ถึง 160 เมตร ในช่วงความลึกระหว่าง 8.3 ถึง 8.5 (รูปที่ 5d) ไม่พบการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญในอุณหภูมิและความเค็มของน้ำทะเลในสองจุดทั้งภายในและภายนอกพื้นที่ BdM ของอ่าวเนเปิลส์ ที่ระดับความลึก 70 เมตร อุณหภูมิอยู่ที่ 15 °C และความเค็มอยู่ที่ประมาณ 38 PSU (รูปที่ 5c,d) การวัดค่า pH อุณหภูมิ และความเค็มบ่งชี้ว่า: ก) มีของเหลวที่เป็นกรดเกี่ยวข้องกับกระบวนการปล่อยก๊าซ BdM และ ข) ไม่มีหรือมีการปล่อยของเหลวความร้อนออกมาอย่างช้ามาก น้ำเกลือ
(a) หน้าต่างการเก็บข้อมูลของโปรไฟล์คอลัมน์น้ำอะคูสติก (เครื่องวัดเสียงสะท้อน Simrad EK60) แถบสีเขียวแนวตั้งที่สอดคล้องกับเปลวไฟก๊าซที่ตรวจพบในการปล่อยของเหลว EM50 (ประมาณ 75 เมตรใต้ระดับน้ำทะเล) ซึ่งตั้งอยู่ในบริเวณ BdM สัญญาณมัลติเพล็กซ์ที่พื้นทะเลและด้านล่างก็แสดงไว้ด้วย (b) เก็บรวบรวมด้วยยานสำรวจใต้น้ำควบคุมระยะไกลในบริเวณ BdM ภาพถ่ายเดี่ยวแสดงให้เห็นหลุมอุกกาบาตขนาดเล็ก (วงกลมสีดำ) ล้อมรอบด้วยตะกอนสีแดงถึงสีส้ม (c,d) ข้อมูล CTD จากโพรบหลายพารามิเตอร์ที่ประมวลผลโดยใช้ซอฟต์แวร์ SBED-Win32 (Seasave เวอร์ชัน 7.23.2) รูปแบบของพารามิเตอร์ที่เลือก (ความเค็ม อุณหภูมิ pH และออกซิเจน) ของคอลัมน์น้ำเหนือจุดปล่อยของเหลว EM50 (แผง c) และนอกพื้นที่ปล่อย BdM (แผง d)
เราเก็บตัวอย่างก๊าซสามตัวอย่างจากพื้นที่ศึกษาในช่วงระหว่างวันที่ 22 ถึง 28 สิงหาคม 2557 ตัวอย่างเหล่านี้แสดงองค์ประกอบที่คล้ายคลึงกัน โดยมี CO2 เป็นองค์ประกอบหลัก (934-945 มิลลิโมล/โมล) ตามด้วย N2 (37-43 มิลลิโมล/โมล), CH4 (16-24 มิลลิโมล/โมล) และ H2S (0.10 มิลลิโมล/โมล -0.44 มิลลิโมล/โมล) ในขณะที่ H2 และ He มีปริมาณน้อยกว่า (<0.052 และ <0.016 มิลลิโมล/โมล ตามลำดับ) (รูปที่ 1b; ตาราง S1, วิดีโอเสริม 2) นอกจากนี้ยังวัดความเข้มข้นของ O2 และ Ar ได้ค่อนข้างสูง (สูงถึง 3.2 และ 0.18 มิลลิโมล/โมล ตามลำดับ) ผลรวมของไฮโดรคาร์บอนเบาอยู่ในช่วง 0.24 ถึง 0.30 มิลลิโมล/โมล และประกอบด้วยแอลเคน C2-C4, อะโรมาติก (ส่วนใหญ่เป็นเบนซีน), โพรพีน และ สารประกอบที่มีกำมะถัน (ไทโอฟีน) ค่า 40Ar/36Ar สอดคล้องกับอากาศ (295.5) แม้ว่าตัวอย่าง EM35 (โดม BdM) จะมีค่า 304 ซึ่งแสดงให้เห็นว่ามี 40Ar เกินเล็กน้อย อัตราส่วน δ15N สูงกว่าอากาศ (สูงถึง +1.98% เมื่อเทียบกับอากาศ) ในขณะที่ค่า δ13C-CO2 อยู่ในช่วงตั้งแต่ -0.93 ถึง 0.44% เมื่อเทียบกับ V-PDB ค่า R/Ra (หลังจากแก้ไขมลพิษทางอากาศโดยใช้อัตราส่วน 4He/20Ne) อยู่ระหว่าง 1.66 ถึง 1.94 ซึ่งบ่งชี้ว่ามีฮีเลียมจากชั้นแมนเทิลอยู่เป็นจำนวนมาก การรวมไอโซโทปฮีเลียมกับ CO2 และไอโซโทปเสถียร 22 ทำให้สามารถชี้แจงแหล่งที่มาของการปล่อยมลพิษใน BdM ได้ชัดเจนยิ่งขึ้น ในแผนที่ CO2 สำหรับ CO2/3He เทียบกับ δ13C (รูปที่ 6) BdM องค์ประกอบของก๊าซถูกนำมาเปรียบเทียบกับองค์ประกอบของปล่องภูเขาไฟ Ischia, Campi Flegrei และ Somma-Vesuvius รูปที่ 6 ยังแสดงเส้นผสมเชิงทฤษฎีระหว่างแหล่งคาร์บอนสามแหล่งที่อาจเกี่ยวข้องกับการผลิตก๊าซ BdM ได้แก่ สารหลอมเหลวที่ได้จากเนื้อโลกที่ละลายแล้ว ตะกอนที่อุดมไปด้วยสารอินทรีย์ และคาร์บอเนต ตัวอย่าง BdM อยู่บนเส้นผสมที่แสดงโดยภูเขาไฟ Campania ทั้งสามลูก นั่นคือ การผสมระหว่างก๊าซจากเนื้อโลก (ซึ่งสันนิษฐานว่ามีคาร์บอนไดออกไซด์สูงกว่า MORB แบบดั้งเดิมเล็กน้อยเพื่อวัตถุประสงค์ในการปรับข้อมูล) และปฏิกิริยาที่เกิดจากการสลายตัวของคาร์บอนในเปลือกโลก ทำให้เกิดหินก๊าซขึ้น
มีการรายงานเส้นไฮบริดระหว่างองค์ประกอบของเนื้อโลกและองค์ประกอบปลายทางของหินปูนและตะกอนอินทรีย์เพื่อใช้ในการเปรียบเทียบ กล่องแสดงถึงพื้นที่ปล่องภูเขาไฟของ Ischia, Campi Flegrei และ Somma-Vesvius 59, 60, 61 ตัวอย่าง BdM อยู่ในแนวผสมของภูเขาไฟ Campania ก๊าซองค์ประกอบปลายทางของเส้นผสมมีแหล่งกำเนิดจากเนื้อโลก ซึ่งเป็นก๊าซที่เกิดจากปฏิกิริยาการลดคาร์บอนของแร่คาร์บอเนต
ภาพตัดขวางคลื่นไหวสะเทือน L1 และ L2 (รูปที่ 1b และ 7) แสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนผ่านระหว่าง BdM และลำดับชั้นทางธรณีวิทยาที่อยู่ไกลออกไปของภูมิภาคภูเขาไฟ Somma-Vesuvius (L1, รูปที่ 7a) และ Campi Flegrei (L2, รูปที่ 7b) BdM มีลักษณะเฉพาะคือการมีอยู่ของชั้นหินไหวสะเทือนหลักสองชั้น (MS และ PS ในรูปที่ 7) ชั้นบนสุด (MS) แสดงให้เห็นตัวสะท้อนคลื่นแบบขนานที่มีแอมพลิจูดสูงถึงปานกลางและความต่อเนื่องในแนวด้านข้าง (รูปที่ 7b,c) ชั้นนี้ประกอบด้วยตะกอนทะเลที่ถูกลากโดยระบบ Last Glacial Maximum (LGM) และประกอบด้วยทรายและดินเหนียว23 ชั้น PS ที่อยู่ด้านล่าง (รูปที่ 7b–d) มีลักษณะเป็นเฟสที่สับสนวุ่นวายไปจนถึงโปร่งใสในรูปทรงของเสาหรือนาฬิกาทราย ส่วนบนของตะกอน PS ก่อตัวเป็นเนินบนพื้นทะเล (รูปที่ 7d) รูปทรงคล้ายไดอะเพียร์เหล่านี้แสดงให้เห็นถึงการแทรกตัวของวัสดุโปร่งใส PS เข้าไป ชั้นตะกอน MS ส่วนบนสุด การยกตัวทำให้เกิดรอยพับและรอยแตกที่ส่งผลต่อชั้น MS และตะกอนปัจจุบันที่อยู่เหนือชั้นตะกอนพื้นทะเล BdM (รูปที่ 7b–d) ช่วงชั้นหิน MS มีการแยกชั้นอย่างชัดเจนในส่วนตะวันออกเฉียงเหนือของส่วน L1 ในขณะที่มันมีสีขาวขึ้นไปทาง BdM เนื่องจากการมีอยู่ของชั้นที่อิ่มตัวด้วยก๊าซ (GSL) ซึ่งปกคลุมด้วยระดับภายในบางส่วนของลำดับชั้น MS (รูปที่ 7a) แกนตัวอย่างที่เก็บรวบรวมจากด้านบนของ BdM ซึ่งสอดคล้องกับชั้นแผ่นดินไหวที่โปร่งใส แสดงให้เห็นว่า 40 ซม. บนสุดประกอบด้วยทรายที่สะสมตัวเมื่อไม่นานมานี้จนถึงปัจจุบัน )24,25 และเศษหินพัมมิสจากการระเบิดของภูเขาไฟ Campi Flegrei ของ “Naples Yellow Tuff” (14.8 ka)26 เฟสโปร่งใสของชั้น PS ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยกระบวนการผสมแบบอลหม่านเพียงอย่างเดียว เนื่องจากชั้นอลหม่านที่เกี่ยวข้องกับดินถล่ม โคลนถล่ม และการไหลของเถ้าภูเขาไฟที่พบภายนอก BdM ในอ่าวเนเปิลส์นั้นทึบแสงทางเสียง21,23,24 เราสรุปได้ว่าลักษณะคลื่นไหวสะเทือน PS ของ BdM ที่สังเกตได้ รวมถึงการปรากฏของชั้น PS ที่โผล่ขึ้นมาใต้น้ำ (รูปที่ 7d) สะท้อนถึงการยกตัวของก๊าซธรรมชาติ
(a) ภาพตัดขวางคลื่นไหวสะเทือนแบบช่องเดียว L1 (เส้นทางการนำทางในรูปที่ 1b) แสดงให้เห็นการจัดเรียงตัวเชิงพื้นที่แบบเสา (เจดีย์) เจดีย์ประกอบด้วยตะกอนหินภูเขาไฟและทรายที่กระจัดกระจาย ชั้นที่อิ่มตัวด้วยก๊าซซึ่งอยู่ใต้เจดีย์ทำให้ความต่อเนื่องของชั้นหินที่อยู่ลึกกว่านั้นหายไป (b) ภาพตัดขวางคลื่นไหวสะเทือนแบบช่องเดียว L2 (เส้นทางการนำทางในรูปที่ 1b) เน้นให้เห็นการกัดเซาะและการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของเนินใต้ทะเล ตะกอนทะเล (MS) และตะกอนทรายหินภูเขาไฟ (PS) (c) รายละเอียดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างใน MS และ PS แสดงไว้ใน (c,d) สมมติว่าความเร็วในตะกอนชั้นบนสุดอยู่ที่ 1580 เมตร/วินาที 100 เมตร/วินาที จะเท่ากับประมาณ 80 เมตร ในแนวดิ่ง
ลักษณะทางสัณฐานวิทยาและโครงสร้างของ BdM คล้ายคลึงกับแหล่งไฮโดรเทอร์มอลและก๊าซไฮเดรตใต้ทะเลอื่นๆ ทั่วโลก2,12,27,28,29,30,31,32,33,34 และมักเกี่ยวข้องกับการยกตัว (โดมและเนิน) และการปล่อยก๊าซ (กรวย หลุม) กรวยและหลุมที่เรียงตัวตามแนว BdM และเนินยาวบ่งชี้ถึงการซึมผ่านที่ถูกควบคุมโดยโครงสร้าง (รูปที่ 2 และ 3) การจัดเรียงเชิงพื้นที่ของเนิน หลุม และปล่องระบายอากาศที่ใช้งานอยู่ บ่งชี้ว่าการกระจายตัวของพวกมันถูกควบคุมบางส่วนโดยรอยแตกจากการกระแทกในทิศตะวันตกเฉียงเหนือ-ตะวันออกเฉียงใต้ และตะวันออกเฉียงเหนือ-ตะวันตกเฉียงใต้ (รูปที่ 4b) ซึ่งเป็นทิศทางที่ระบบรอยเลื่อนที่ส่งผลกระทบต่อพื้นที่ภูเขาไฟ Campi Flegrei และ Somma-Vesuvius และอ่าวเนเปิลส์นิยม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โครงสร้างของพื้นที่แรกควบคุมตำแหน่งของการปล่อยไฮโดรเทอร์มอลจากปล่องภูเขาไฟ Campi Flegrei35 ดังนั้นเราจึงสรุปได้ว่ารอยเลื่อนและรอยแตก ในอ่าวเนเปิลส์เป็นเส้นทางที่ก๊าซเคลื่อนตัวขึ้นสู่ผิวน้ำได้ดีที่สุด ซึ่งเป็นลักษณะที่พบในระบบไฮโดรเทอร์มอลที่ควบคุมด้วยโครงสร้างอื่นๆ36,37 ที่น่าสังเกตคือ กรวยและหลุม BdM ไม่ได้เกี่ยวข้องกับเนินดินเสมอไป (รูปที่ 3a,c) ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเนินดินเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องเป็นสารตั้งต้นของการเกิดหลุม ดังที่ผู้เขียนคนอื่นๆ ได้เสนอไว้สำหรับโซนก๊าซไฮเดรต32,33 ข้อสรุปของเราสนับสนุนสมมติฐานที่ว่าการแตกตัวของตะกอนใต้ทะเลของโดมไม่ได้นำไปสู่การก่อตัวของหลุมเสมอไป
ก๊าซที่เก็บรวบรวมได้ทั้งสามตัวอย่างแสดงลักษณะทางเคมีทั่วไปของของเหลวจากแหล่งความร้อนใต้ทะเล ได้แก่ CO2 เป็นหลัก พร้อมด้วยความเข้มข้นของก๊าซรีดิวซิง (H2S, CH4 และ H2) และไฮโดรคาร์บอนเบา (โดยเฉพาะเบนซีนและโพรพิลีน)38,39, 40, 41, 42, 43, 44, 45 ในปริมาณมาก (ตาราง S1) การมีอยู่ของก๊าซในบรรยากาศ (เช่น O2) ซึ่งไม่คาดว่าจะพบในก๊าซที่ปล่อยออกมาจากเรือดำน้ำ อาจเกิดจากการปนเปื้อนจากอากาศที่ละลายในน้ำทะเลมาสัมผัสกับก๊าซที่เก็บไว้ในกล่องพลาสติกที่ใช้สำหรับการเก็บตัวอย่าง เนื่องจาก ROV ถูกดึงขึ้นจากพื้นมหาสมุทรไปยังทะเลเพื่อเก็บตัวอย่าง ในทางกลับกัน ค่า δ15N ที่เป็นบวกและค่า N2/Ar ที่สูง (สูงถึง 480) ซึ่งสูงกว่า ASW (น้ำอิ่มตัวด้วยอากาศ) อย่างมีนัยสำคัญ บ่งชี้ว่า N2 ส่วนใหญ่ผลิตจากแหล่งนอกบรรยากาศ ซึ่งสอดคล้องกับต้นกำเนิดจากแหล่งความร้อนใต้ทะเลเป็นหลักของก๊าซเหล่านี้ แหล่งกำเนิดก๊าซ BdM จากกระบวนการความร้อนใต้พิภพและภูเขาไฟได้รับการยืนยันโดยปริมาณ CO2 และ He รวมถึงลักษณะเฉพาะของไอโซโทป ไอโซโทปของคาร์บอน (δ13C-CO2 จาก -0.93% ถึง +0.4%) และค่า CO2/3He (จาก 1.7 × 10¹⁰ ถึง 4.1 × 10¹⁰) บ่งชี้ว่าตัวอย่าง BdM อยู่ในแนวผสมของปล่องภูเขาไฟรอบปลายชั้นแมนเทิลของอ่าวเนเปิลส์และความสัมพันธ์ระหว่างก๊าซที่เกิดจากปฏิกิริยาการสลายตัวของคาร์บอน (รูปที่ 6) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ตัวอย่างก๊าซ BdM ตั้งอยู่ตามแนวผสมในตำแหน่งเดียวกันกับของเหลวจากภูเขาไฟ Campi Flegrei และ Somma-Vesuvius ที่อยู่ใกล้เคียง พวกมันอยู่ใกล้เปลือกโลกมากกว่าปล่องภูเขาไฟ Ischia ซึ่งอยู่ใกล้กับปลายชั้นแมนเทิลมากกว่า Somma-Vesuvius และ Campi Flegrei มีค่า 3He/4He สูงกว่า (R/Ra ระหว่าง 2.6 และ 2.9) มากกว่า BdM (R/Ra ระหว่าง 1.66 และ 1.96; ตาราง S1) ซึ่งบ่งชี้ว่าการเติมและการสะสมของฮีเลียมกัมมันตรังสีมีต้นกำเนิดมาจากแหล่งแมกมาเดียวกันกับที่หล่อเลี้ยงภูเขาไฟ Somma-Vesuvius และ Campi Flegrei การไม่มีเศษส่วนคาร์บอนอินทรีย์ที่ตรวจพบได้ในก๊าซที่ปล่อยออกมาจาก BdM แสดงให้เห็นว่าตะกอนอินทรีย์ไม่ได้มีส่วนเกี่ยวข้องในกระบวนการปล่อยก๊าซของ BdM
จากข้อมูลที่รายงานข้างต้นและผลลัพธ์จากแบบจำลองเชิงทดลองของโครงสร้างคล้ายโดมที่เกี่ยวข้องกับบริเวณที่มีก๊าซใต้ทะเลมาก การเพิ่มแรงดันก๊าซในระดับลึกอาจเป็นสาเหตุของการก่อตัวของโดม BdM ขนาดหลายกิโลเมตร เพื่อประมาณค่าแรงดันเกิน Pdef ที่นำไปสู่โดม BdM เราได้ใช้แบบจำลองกลศาสตร์แผ่นบาง33,34 โดยสมมติจากข้อมูลทางสัณฐานวิทยาและแผ่นดินไหวที่รวบรวมได้ว่าโดม BdM เป็นแผ่นกึ่งวงกลมที่มีรัศมี a ใหญ่กว่าตะกอนหนืดอ่อนที่เสียรูป การกระจัดสูงสุดในแนวดิ่ง w และความหนา h ของ (รูปภาพเสริม S1) Pdef คือความแตกต่างระหว่างแรงดันรวมและแรงดันสถิตของหินบวกแรงดันคอลัมน์น้ำ ที่ BdM รัศมีประมาณ 2,500 ม. w คือ 20 ม. และ h สูงสุดที่ประมาณจากโปรไฟล์แผ่นดินไหวประมาณ 100 ม. เราคำนวณ Pdef 46Pdef = w 64 D/a4 จากความสัมพันธ์ โดยที่ D คือความแข็งแงของการดัดงอ D กำหนดโดย (E h3)/[12(1 – ν2)] โดยที่ E คือโมดูลัสของยังของตะกอน และ ν คืออัตราส่วนปัวซอง (~0.5)33 เนื่องจากไม่สามารถวัดคุณสมบัติทางกลของตะกอน BdM ได้ เราจึงกำหนด E = 140 kPa ซึ่งเป็นค่าที่เหมาะสมสำหรับตะกอนทรายชายฝั่ง 47 ที่คล้ายกับ BdM14,24 เราไม่พิจารณาค่า E ที่สูงกว่าที่รายงานในวรรณกรรมสำหรับตะกอนดินเหนียวปนทราย (300 < E < 350,000 kPa)33,34 เนื่องจากตะกอน BDM ประกอบด้วยทรายเป็นหลัก ไม่ใช่ตะกอนหรือดินเหนียวปนทราย24 เราได้ Pdef = 0.3 Pa ซึ่งสอดคล้องกับการประมาณค่ากระบวนการยกตัวของพื้นทะเลในสภาพแวดล้อมของแอ่งก๊าซไฮเดรต โดยที่ Pdef มีค่าตั้งแต่ 10-2 ถึง 103 Pa โดยค่าที่ต่ำกว่าแสดงถึง w/a และ/หรือ what ที่ต่ำ ใน BdM การลดลงของความแข็งแกร่งเนื่องจากการอิ่มตัวของก๊าซในตะกอนเฉพาะที่และ/หรือการปรากฏของรอยแตกที่มีอยู่ก่อนแล้ว อาจส่งผลให้เกิดความเสียหายและการปล่อยก๊าซตามมา ทำให้เกิดโครงสร้างการระบายอากาศที่สังเกตได้ โปรไฟล์คลื่นไหวสะเทือนสะท้อนที่รวบรวมได้ (รูปที่ 7) แสดงให้เห็นว่าตะกอน PS ถูกยกขึ้นจาก GSL ดันตะกอนทะเล MS ที่อยู่ด้านบนขึ้น ส่งผลให้เกิดเนิน รอยพับ รอยแตก และรอยตัดของตะกอน (รูปที่ 7b,c) สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าหินพัมมิสที่มีอายุ 14.8 ถึง 12 พันปี ได้แทรกตัวเข้าไปในชั้น MS ที่อายุน้อยกว่าผ่านกระบวนการขนส่งก๊าซขึ้นด้านบน ลักษณะทางสัณฐานวิทยาของโครงสร้าง BdM สามารถมองเห็นได้ว่าเป็นผลมาจากแรงดันเกินที่เกิดจากการปล่อยของเหลวที่ผลิตโดย GSL เนื่องจากสามารถมองเห็นการปล่อยของเหลวอย่างต่อเนื่องจากพื้นทะเลขึ้นไปสูงกว่า 170 เมตรใต้ระดับน้ำทะเล48 เราจึงสันนิษฐานว่าแรงดันเกินของของเหลวภายใน GSL เกิน 1,700 kPa การเคลื่อนตัวขึ้นด้านบนของก๊าซ ในตะกอนยังมีผลในการขจัดวัสดุที่อยู่ใน MS ซึ่งอธิบายถึงการปรากฏของตะกอนที่กระจัดกระจายในแกนแรงโน้มถ่วงที่เก็บตัวอย่างจาก BdM25 ยิ่งไปกว่านั้น แรงดันเกินของ GSL ทำให้เกิดระบบรอยแตกที่ซับซ้อน (รอยเลื่อนรูปหลายเหลี่ยมในรูปที่ 7b) โดยรวมแล้ว สัณฐานวิทยา โครงสร้าง และการตกตะกอนทางธรณีวิทยาที่เรียกว่า "เจดีย์"49,50 นี้ เดิมทีถูกสันนิษฐานว่าเป็นผลกระทบรองของการก่อตัวของธารน้ำแข็งเก่า และปัจจุบันถูกตีความว่าเป็นผลกระทบจากก๊าซที่ลอยขึ้น31,33 หรือแร่ระเหย50 ที่ขอบทวีปของแคมปาเนีย ตะกอนระเหยมีน้อย อย่างน้อยก็ในเปลือกโลกส่วนบนสุด 3 กิโลเมตร ดังนั้น กลไกการเติบโตของเจดีย์ BdM จึงน่าจะถูกควบคุมโดยก๊าซที่ลอยขึ้นในตะกอน ข้อสรุปนี้ได้รับการสนับสนุนจากลักษณะทางแผ่นดินไหวที่โปร่งใสของเจดีย์ (รูปที่ 7) รวมถึงข้อมูลแกนแรงโน้มถ่วงดังที่กล่าวมาแล้วก่อนหน้านี้ รายงาน24 ซึ่งปัจจุบันทรายปะทุขึ้นพร้อมกับ 'Pomici Principali'25 และ 'Naples Yellow Tuff'26 Campi Flegrei ยิ่งไปกว่านั้น ตะกอน PS ได้แทรกซึมและทำให้ชั้น MS บนสุดเสียรูป (รูปที่ 7d) การจัดเรียงโครงสร้างนี้ชี้ให้เห็นว่าเจดีย์เป็นโครงสร้างที่ผุดขึ้นมา ไม่ใช่เพียงแค่ท่อส่งก๊าซ ดังนั้น กระบวนการหลักสองประการควบคุมการก่อตัวของเจดีย์ ได้แก่ ก) ความหนาแน่นของตะกอนอ่อนลดลงเมื่อก๊าซเข้ามาจากด้านล่าง b) ส่วนผสมของก๊าซและตะกอนลอยตัวขึ้น ซึ่งเป็นสาเหตุของการพับตัว การเลื่อนตัว และรอยแตกที่สังเกตได้ ทำให้เกิดการสะสมตัวของ MS (รูปที่ 7) กลไกการก่อตัวที่คล้ายกันนี้ได้รับการเสนอสำหรับเจดีย์ที่เกี่ยวข้องกับก๊าซไฮเดรตในทะเลเซาท์สก็อตเซีย (แอนตาร์กติกา) เจดีย์ BdM ปรากฏเป็นกลุ่มในพื้นที่เนินเขา และความสูงเฉลี่ยอยู่ที่ 70–100 เมตร ในเวลาเดินทางไปกลับ (TWTT) (รูปที่ 7a) เนื่องจากการปรากฏของคลื่น MS และเมื่อพิจารณาจากลำดับชั้นหินของแกนแรงโน้มถ่วง BdM เราจึงอนุมานอายุการก่อตัวของโครงสร้างเจดีย์ว่าน้อยกว่าประมาณ 14–12 พันปี นอกจากนี้ การเติบโตของโครงสร้างเหล่านี้ยังคงดำเนินอยู่ (รูปที่ 7d) เนื่องจากเจดีย์บางแห่งได้รุกเข้าไปและทำให้ทราย BdM ในปัจจุบันที่อยู่ด้านบนเสียรูป (รูปที่ 7d)
ความล้มเหลวของเจดีย์ในการข้ามพื้นทะเลในปัจจุบันบ่งชี้ว่า (ก) การลอยตัวของก๊าซและ/หรือการหยุดการผสมก๊าซ-ตะกอนในบริเวณนั้น และ/หรือ (ข) การไหลด้านข้างของส่วนผสมก๊าซ-ตะกอนที่อาจเกิดขึ้นได้นั้นไม่เอื้อต่อกระบวนการความดันเกินในบริเวณนั้น ตามแบบจำลองทฤษฎีไดอะพีร์52 การไหลด้านข้างแสดงให้เห็นถึงความสมดุลเชิงลบระหว่างอัตราการป้อนส่วนผสมโคลน-ก๊าซจากด้านล่างและอัตราที่เจดีย์เคลื่อนที่ขึ้น การลดลงของอัตราการป้อนอาจเกี่ยวข้องกับการเพิ่มขึ้นของความหนาแน่นของส่วนผสมเนื่องจากการหายไปของการป้อนก๊าซ ผลลัพธ์ที่สรุปไว้ข้างต้นและการลอยตัวของเจดีย์ที่ควบคุมโดยแรงลอยตัวทำให้เราสามารถประมาณความสูงของคอลัมน์อากาศ hg ได้ แรงลอยตัวกำหนดโดย ΔP = hgg (ρw – ρg) โดยที่ g คือแรงโน้มถ่วง (9.8 m/s2) และ ρw และ ρg คือความหนาแน่นของน้ำและก๊าซตามลำดับ ΔP คือผลรวมของค่าที่คำนวณไว้ก่อนหน้านี้ Pdef และความดันลิโทสแตติก Plith ของแผ่นตะกอน คือ ρsg h โดยที่ ρs คือความหนาแน่นของตะกอน ในกรณีนี้ ค่า hg ที่ต้องการเพื่อให้ได้แรงลอยตัวตามที่ต้องการจะคำนวณได้จาก hg = (Pdef + Plith)/[g (ρw – ρg)] ใน BdM เรากำหนด Pdef = 0.3 Pa และ h = 100 m (ดูด้านบน) ρw = 1,030 kg/m³ ρs = 2,500 kg/m³ ρg มีค่าเล็กน้อยเนื่องจาก ρw ≫ ρg เราจะได้ hg = 245 m ซึ่งเป็นค่าที่แสดงถึงความลึกของก้นทะเล GSL ΔP คือ 2.4 MPa ซึ่งเป็นความดันเกินที่จำเป็นในการทำให้พื้นทะเล BdM แตกและเกิดปล่องระบายความร้อน
องค์ประกอบของก๊าซ BdM สอดคล้องกับแหล่งกำเนิดจากชั้นแมนเทิลที่เปลี่ยนแปลงไปจากการเติมของเหลวที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาการสลายตัวของคาร์บอนในหินเปลือกโลก (รูปที่ 6) การเรียงตัวในแนวตะวันออก-ตะวันตกอย่างคร่าวๆ ของโดม BdM และภูเขาไฟที่ยังคงปะทุอยู่ เช่น อิสเกีย คัมปี เฟลเกร และโซมา-เวซูเวียส พร้อมกับองค์ประกอบของก๊าซที่ปล่อยออกมา บ่งชี้ว่าก๊าซที่ปล่อยออกมาจากชั้นแมนเทิลใต้พื้นที่ภูเขาไฟเนเปิลส์ทั้งหมดมีการผสมกัน และของเหลวในเปลือกโลกเคลื่อนตัวจากตะวันตก (อิสเกีย) ไปทางตะวันออก (โซมา-เวซูเวียส) มากขึ้นเรื่อยๆ (รูปที่ 1b และ 6)
เราได้สรุปว่าในอ่าวเนเปิลส์ ห่างจากท่าเรือเนเปิลส์ไปไม่กี่กิโลเมตร มีโครงสร้างคล้ายโดมขนาดกว้าง 25 ตารางกิโลเมตร ซึ่งได้รับผลกระทบจากกระบวนการปล่อยก๊าซที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง และเกิดจากการวางตัวของเจดีย์และเนินดิน ปัจจุบัน สัญญาณ BdM บ่งชี้ว่าความปั่นป่วนที่ไม่เกี่ยวข้องกับแมกมา53 อาจเกิดขึ้นก่อนการเกิดภูเขาไฟในระยะเริ่มแรก กล่าวคือ การปล่อยแมกมาและ/หรือของเหลวความร้อนในระยะแรก ควรมีการดำเนินการตรวจสอบเพื่อวิเคราะห์วิวัฒนาการของปรากฏการณ์และตรวจจับสัญญาณทางธรณีเคมีและธรณีฟิสิกส์ที่บ่งชี้ถึงความปั่นป่วนของแมกมาที่อาจเกิดขึ้น
ข้อมูลภาพตัดขวางของมวลน้ำ (2D) ได้รับการเก็บรวบรวมระหว่างการสำรวจ SAFE_2014 (สิงหาคม 2014) บนเรือวิจัย R/V Urania (CNR) โดยสถาบันวิจัยสิ่งแวดล้อมทางทะเลชายฝั่งแห่งชาติ (IAMC) การเก็บตัวอย่างเสียงทำโดยใช้เครื่องวัดความลึกแบบแยกคลื่นเสียง Simrad EK60 ที่ทำงานที่ความถี่ 38 kHz ข้อมูลเสียงถูกบันทึกที่ความเร็วเฉลี่ยประมาณ 4 กม./ชม. ภาพสะท้อนเสียงที่รวบรวมได้ถูกนำมาใช้เพื่อระบุการไหลของของเหลวและกำหนดตำแหน่งที่แม่นยำในพื้นที่เก็บรวบรวม (ระหว่าง 74 ถึง 180 เมตรใต้ระดับน้ำทะเล) มีการวัดพารามิเตอร์ทางกายภาพและเคมีในมวลน้ำโดยใช้โพรบแบบหลายพารามิเตอร์ (ค่าการนำไฟฟ้า อุณหภูมิ และความลึก, CTD) ข้อมูลถูกรวบรวมโดยใช้โพรบ CTD 911 (SeaBird, Electronics Inc.) และประมวลผลโดยใช้ซอฟต์แวร์ SBED-Win32 (Seasave, เวอร์ชัน 7.23.2) มีการตรวจสอบพื้นทะเลด้วยสายตาโดยใช้กล้องส่องทางไกล “Pollux III” (GEItaliana) อุปกรณ์ ROV (ยานสำรวจใต้น้ำควบคุมระยะไกล) พร้อมกล้องสองตัว (ความละเอียดต่ำและสูง)
การเก็บข้อมูลแบบมัลติบีมดำเนินการโดยใช้ระบบโซนาร์มัลติบีม Simrad EM710 ความถี่ 100 กิโลเฮิร์ตซ์ (Kongsberg) ระบบนี้เชื่อมต่อกับระบบระบุตำแหน่งทั่วโลกแบบดิฟเฟอเรนเชียล (GPS) เพื่อให้มั่นใจได้ว่าข้อผิดพลาดในการกำหนดตำแหน่งลำแสงอยู่ในระดับต่ำกว่าเมตร พัลส์เสียงมีความถี่ 100 กิโลเฮิร์ตซ์ พัลส์การยิงมีมุม 150 องศา และเปิดลำแสงทั้งหมด 400 ลำแสง วัดและประยุกต์ใช้โปรไฟล์ความเร็วเสียงแบบเรียลไทม์ระหว่างการเก็บข้อมูล ข้อมูลได้รับการประมวลผลโดยใช้ซอฟต์แวร์ PDS2000 (Reson-Thales) ตามมาตรฐานขององค์การอุทกศาสตร์ระหว่างประเทศ (https://www.iho.int/iho_pubs/standard/S-44_5E.pdf) สำหรับการนำทางและการแก้ไขกระแสน้ำ การลดเสียงรบกวนเนื่องจากสัญญาณรบกวนจากเครื่องมือโดยไม่ได้ตั้งใจและการตัดลำแสงคุณภาพต่ำทำได้โดยใช้เครื่องมือแก้ไขแบนด์และเครื่องมือลบสัญญาณรบกวน การตรวจจับความเร็วเสียงอย่างต่อเนื่องดำเนินการโดยสถานีใต้ท้องเรือที่อยู่ใกล้กับทรานสดิวเซอร์มัลติบีม และเก็บรวบรวมและประยุกต์ใช้โปรไฟล์ความเร็วเสียงแบบเรียลไทม์ในระหว่างการเก็บข้อมูล มีการวัดความลึกของน้ำทุกๆ 6-8 ชั่วโมง เพื่อให้ได้ความเร็วเสียงแบบเรียลไทม์สำหรับการควบคุมทิศทางลำแสงอย่างเหมาะสม ชุดข้อมูลทั้งหมดครอบคลุมพื้นที่ประมาณ 440 ตารางกิโลเมตร (ความลึก 0-1200 เมตร) ข้อมูลนี้ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างแบบจำลองภูมิประเทศดิจิทัล (DTM) ที่มีความละเอียดสูง โดยมีขนาดเซลล์กริด 1 เมตร แบบจำลองภูมิประเทศดิจิทัลขั้นสุดท้าย (รูปที่ 1a) สร้างขึ้นจากข้อมูลภูมิประเทศ (>0 เมตรเหนือระดับน้ำทะเล) ที่ได้จากสถาบันภูมิทหารของอิตาลี โดยมีขนาดเซลล์กริด 20 เมตร
ข้อมูลคลื่นไหวสะเทือนความละเอียดสูงแบบช่องสัญญาณเดียว ความยาว 55 กิโลเมตร ที่เก็บรวบรวมระหว่างการสำรวจทางทะเลอย่างปลอดภัยในปี 2550 และ 2557 ครอบคลุมพื้นที่ประมาณ 113 ตารางกิโลเมตร ทั้งสองครั้งดำเนินการบนเรือวิจัย R/V Urania โปรไฟล์คลื่นไหวสะเทือน Marisk (เช่น โปรไฟล์คลื่นไหวสะเทือน L1 รูปที่ 1b) ได้รับโดยใช้ระบบบูมเมอร์ IKB-Seistec หน่วยเก็บข้อมูลประกอบด้วยเรือคาตามารันขนาด 2.5 เมตร ซึ่งวางแหล่งกำเนิดและตัวรับสัญญาณไว้ภายใน สัญญาณของแหล่งกำเนิดประกอบด้วยยอดบวกเดี่ยวที่มีลักษณะเฉพาะในช่วงความถี่ 1-10 kHz และช่วยให้สามารถแยกแยะตัวสะท้อนที่แยกจากกัน 25 ซม. ได้ โปรไฟล์คลื่นไหวสะเทือนที่ปลอดภัยได้รับการเก็บรวบรวมโดยใช้แหล่งกำเนิดคลื่นไหวสะเทือน Geospark แบบหลายหัวขนาด 1.4 Kj ที่เชื่อมต่อกับซอฟต์แวร์ Geotrace (Geo Marine Survey System) ระบบประกอบด้วยเรือคาตามารันที่มีแหล่งกำเนิด 1–6.02 KHz ซึ่งสามารถทะลุทะลวงได้ถึง 400 มิลลิวินาทีในตะกอนอ่อนใต้พื้นทะเล ความละเอียดเชิงทฤษฎีในแนวตั้งอยู่ที่ 30 ซม. ทั้งอุปกรณ์ Safe และ Marsik ได้รับมาในอัตรา 0.33 ช็อต/วินาที โดยมีความเร็วของเรือ <3 กิโลนิวตัน ข้อมูลได้รับการประมวลผลและนำเสนอโดยใช้ซอฟต์แวร์ Geosuite Allworks ด้วยขั้นตอนการทำงานดังต่อไปนี้: การแก้ไขการขยายตัว การตัดเสียงรบกวนจากคอลัมน์น้ำ การกรองแบบ IIR ย่านความถี่ 2-6 กิโลเฮิร์ตซ์ และ AGC
ก๊าซจากปล่องไอน้ำใต้น้ำถูกเก็บรวบรวมบนพื้นทะเลโดยใช้กล่องพลาสติกที่มีแผ่นไดอะแฟรมยางอยู่ด้านบน ซึ่งวางคว่ำลงโดยยานสำรวจใต้น้ำควบคุมระยะไกล (ROV) เหนือปล่อง เมื่อฟองอากาศที่เข้าไปในกล่องแทนที่น้ำทะเลทั้งหมดแล้ว ROV จะกลับลงไปที่ความลึก 1 เมตร และนักดำน้ำจะถ่ายเทก๊าซที่เก็บรวบรวมได้ผ่านแผ่นยางปิดผนึกไปยังขวดแก้วขนาด 60 มล. สองขวดที่ถูกดูดอากาศออกก่อนแล้ว ซึ่งมีจุกปิดเทฟลอน โดยขวดหนึ่งบรรจุสารละลาย NaOH 5N ปริมาตร 20 มล. (ขวดแบบเกเกนบัค) ก๊าซกรดหลัก (CO2 และ H2S) จะละลายในสารละลายด่าง ในขณะที่ก๊าซที่มีความละลายต่ำ (N2, Ar+O2, CO, H2, He, Ar, CH4 และไฮโดรคาร์บอนเบา) จะถูกเก็บไว้ในช่องว่างเหนือของเหลวในขวดเก็บตัวอย่าง ก๊าซอนินทรีย์ที่มีความละลายต่ำจะถูกวิเคราะห์โดยใช้แก๊สโครมาโทกราฟี (GC) โดยใช้เครื่อง Shimadzu 15A ที่ติดตั้งท่อขนาด 10 ม. คอลัมน์โมเลกุลซีฟ 5A ยาว และเครื่องตรวจจับการนำความร้อน (TCD) 54 อาร์กอนและ O2 วิเคราะห์โดยใช้เครื่องแก๊สโครมาโทกราฟ Thermo Focus ที่ติดตั้งคอลัมน์โมเลกุลซีฟแบบแคปิลลารียาว 30 เมตร และ TCD มีเทนและไฮโดรคาร์บอนเบา วิเคราะห์โดยใช้เครื่องแก๊สโครมาโทกราฟ Shimadzu 14A ที่ติดตั้งคอลัมน์สแตนเลสยาว 10 เมตร บรรจุด้วย Chromosorb PAW 80/100 mesh เคลือบด้วย SP 1700 23% และเครื่องตรวจจับการแตกตัวเป็นไอออนด้วยเปลวไฟ (FID) เฟสของเหลวใช้สำหรับการวิเคราะห์ 1) CO2 ในรูปของไทเทรตด้วยสารละลาย HCl 0.5 N (Metrohm Basic Titrino) และ 2) H2S ในรูปของหลังจากออกซิเดชันด้วย H2O2 5 มล. (33%) โดยโครมาโทกราฟไอออน (IC) (Wantong 761) ข้อผิดพลาดในการวิเคราะห์ของการไทเทรต GC และ IC น้อยกว่า 5% หลังจากขั้นตอนการสกัดและการทำให้บริสุทธิ์มาตรฐานสำหรับส่วนผสมของก๊าซแล้ว 13C/12C CO2 (แสดงเป็น δ13C-CO2% และ V-PDB) ได้รับการวิเคราะห์โดยใช้เครื่องสเปกโทรเมตรมวล Finningan Delta S55,56 มาตรฐานที่ใช้ในการประเมินความแม่นยำภายนอกคือหินอ่อน Carrara และ San Vincenzo (ภายใน) NBS18 และ NBS19 (สากล) ในขณะที่ข้อผิดพลาดในการวิเคราะห์และความสามารถในการทำซ้ำคือ ±0.05% และ ±0.1% ตามลำดับ
ค่า δ15N (แสดงเป็น % เทียบกับอากาศ) และ 40Ar/36Ar ถูกกำหนดโดยใช้เครื่องแก๊สโครมาโทกราฟ (GC) Agilent 6890 N ที่เชื่อมต่อกับเครื่องแมสสเปกโทรเมตรีแบบไหลต่อเนื่อง Finnigan Delta plusXP ข้อผิดพลาดในการวิเคราะห์คือ: δ15N±0.1%, 36Ar<1%, 40Ar<3% อัตราส่วนไอโซโทปของฮีเลียม (แสดงเป็น R/Ra โดยที่ R คือ 3He/4He ที่วัดได้ในตัวอย่าง และ Ra คืออัตราส่วนเดียวกันในบรรยากาศ: 1.39 × 10−6)57 ถูกกำหนดที่ห้องปฏิบัติการของ INGV-Palermo (อิตาลี) 3He, 4He และ 20Ne ถูกกำหนดโดยใช้เครื่องแมสสเปกโทรเมตรีแบบตัวเก็บประจุคู่ (Helix SFT-GVI)58 หลังจากการแยก He และ Ne ข้อผิดพลาดในการวิเคราะห์ ≤ 0.3% ค่าว่างทั่วไปสำหรับ He และ Ne คือ <10-14 และ <10-16 โมล ตามลำดับ
วิธีการอ้างอิงบทความนี้: Passaro, S. และคณะ การยกตัวของพื้นทะเลที่เกิดจากกระบวนการปล่อยก๊าซเผยให้เห็นกิจกรรมภูเขาไฟที่กำลังก่อตัวตามแนวชายฝั่ง science.Rep. 6, 22448; doi: 10.1038/srep22448 (2016)
Aharon, P. ธรณีวิทยาและชีววิทยาของแหล่งปล่อยและปล่องไฮโดรคาร์บอนใต้ทะเลในยุคปัจจุบันและยุคโบราณ: บทนำ Geographic Ocean Wright.14, 69–73 (1994)
Paull, CK & Dillon, WP การเกิดขึ้นทั่วโลกของก๊าซไฮเดรต ใน Kvenvolden, KA & Lorenson, TD (บรรณาธิการ) 3–18 (ก๊าซไฮเดรตธรรมชาติ: การเกิดขึ้น การกระจายตัว และการตรวจจับ American Geophysical Union Geophysical Monograph 124, 2001)
Fisher, AT ข้อจำกัดทางธรณีฟิสิกส์เกี่ยวกับการไหลเวียนของน้ำร้อนใต้ดิน ใน: Halbach, PE, Tunnicliffe, V. & Hein, JR (บรรณาธิการ) 29–52 (รายงานการประชุมเชิงปฏิบัติการ Durham, การถ่ายโอนพลังงานและมวลในระบบน้ำร้อนใต้ดินทางทะเล, สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัย Durham, เบอร์ลิน (2003))
Coumou, D., Driesner, T. และ Heinrich, C. โครงสร้างและพลวัตของระบบความร้อนใต้ทะเลบริเวณสันกลางมหาสมุทร Science 321, 1825–1828 (2008)
Boswell, R. & Collett, TS มุมมองปัจจุบันเกี่ยวกับทรัพยากรไฮเดรตก๊าซ พลังงานและสิ่งแวดล้อม วิทยาศาสตร์ 4, 1206–1215 (2011)
Evans, RJ, Davies, RJ & Stewart, SA โครงสร้างภายในและประวัติการปะทุของระบบภูเขาไฟโคลนขนาดกิโลเมตรในทะเลแคสเปียนใต้ Basin Reservoir 19, 153–163 (2007)
Leon, R. และคณะ ลักษณะพื้นทะเลที่เกี่ยวข้องกับการรั่วไหลของไฮโดรคาร์บอนจากเนินโคลนคาร์บอเนตน้ำลึกในอ่าวคาดิซ: จากการไหลของโคลนสู่ตะกอนคาร์บอเนต ภูมิศาสตร์ มีนาคม ไรท์ 27, 237–247 (2007)
Moss, JL และ Cartwright, J. การแสดงผลแผ่นดินไหว 3 มิติของท่อส่งของเหลวรั่วไหลขนาดกิโลเมตรนอกชายฝั่งนามิเบีย Basin Reservoir 22, 481–501 (2010)
Andresen, KJ ลักษณะการไหลของของเหลวในระบบท่อส่งน้ำมันและก๊าซ: บอกอะไรเราบ้างเกี่ยวกับการวิวัฒนาการของแอ่ง? ธรณีวิทยาเดือนมีนาคม 332, 89–108 (2012)
Ho, S., Cartwright, JA และ Imbert, P. วิวัฒนาการแนวดิ่งของโครงสร้างการไหลของของเหลวในยุคนีโอจีน-ควอเทอร์นารีที่สัมพันธ์กับการไหลของก๊าซในแอ่งคองโกตอนล่าง นอกชายฝั่งแองโกลา March Geology. 332–334, 40–55 (2012)
Johnson, SY และคณะ กิจกรรมทางความร้อนใต้ดินและธรณีแปรสัณฐานในทะเลสาบเยลโลว์สโตนตอนเหนือ รัฐไวโอมิง ธรณีวิทยา พรรคสังคมนิยม ใช่ วารสาร 115, 954–971 (2003)
Patacca, E., Sartori, R. & Scandone, P. แอ่งไทร์เรเนียนและส่วนโค้งอะเพนไนน์: ความสัมพันธ์ทางจลนศาสตร์ตั้งแต่ปลายยุคโทโทเนียน Mem Soc Geol Ital 45, 425–451 (1990)
Milia et al. โครงสร้างทางธรณีวิทยาและเปลือกโลกบริเวณขอบทวีปของแคมปาเนีย: ความสัมพันธ์กับกิจกรรมภูเขาไฟ mineral.gasoline.79, 33–47 (2003)
Piochi, M., Bruno PP & De Astis G. บทบาทสัมพัทธ์ของธรณีแปรสัณฐานรอยแยกและกระบวนการยกตัวของแมกมา: การอนุมานจากข้อมูลทางธรณีฟิสิกส์ โครงสร้าง และธรณีเคมีในภูมิภาคภูเขาไฟเนเปิลส์ (อิตาลีตอนใต้) Gcubed, 6(7), 1-25 (2005)
Dvorak, JJ & Mastrolorenzo, G. กลไกของการเคลื่อนที่ของเปลือกโลกในแนวดิ่งเมื่อเร็วๆ นี้ในปล่องภูเขาไฟ Campi Flegrei ทางตอนใต้ของอิตาลี ธรณีวิทยา พรรคสังคมนิยม ใช่ ข้อกำหนด 263 หน้า 1-47 (1991)
Orsi, G. และคณะ การเปลี่ยนแปลงรูปทรงพื้นดินและการเกิดแผ่นดินไหวในระยะสั้นในปล่องภูเขาไฟ Campi Flegrei ที่ซ้อนกัน (อิตาลี): ตัวอย่างของการฟื้นตัวของมวลที่ใช้งานอยู่ในพื้นที่ที่มีประชากรหนาแน่น วารสารภูเขาไฟ แหล่งกักเก็บความร้อนใต้พิภพ 91, 415–451 (1999)
Cusano, P., Petrosino, S. และ Saccorotti, G. ต้นกำเนิดความร้อนใต้ดินของกิจกรรม 4D ระยะยาวที่ยั่งยืนในกลุ่มภูเขาไฟ Campi Flegrei ในอิตาลี J. Volcano.geothermal.reservoir.177, 1035–1044 (2008)
Pappalardo, L. และ Mastrolorenzo, G. การแยกตัวอย่างรวดเร็วในแหล่งกักเก็บแมกมาแบบแผ่น: กรณีศึกษาจากปล่องภูเขาไฟ Campi Flegrei science.Rep. 2, 10.1038/srep00712 (2012)
Walter, TR และคณะ อนุกรมเวลา InSAR การวิเคราะห์ความสัมพันธ์ และการสร้างแบบจำลองความสัมพันธ์ตามเวลาเผยให้เห็นความเป็นไปได้ของการเชื่อมโยงระหว่าง Campi Flegrei และ Vesuvius J. Volcano.geothermal.reservoir.280, 104–110 (2014)
Milia, A. & Torrente, M. โครงสร้างและชั้นหินของครึ่งแรกของร่องไทร์เรเนียน (อ่าวเนเปิลส์ ประเทศอิตาลี) Constructive Physics 315, 297–314
Sano, Y. & Marty, B. แหล่งที่มาของคาร์บอนในก๊าซเถ้าภูเขาไฟจากหมู่เกาะภูเขาไฟ เคมีธรณีวิทยา 119, 265–274 (1995)
Milia, A. ธรณีวิทยาของหุบเขา Dohrn: การตอบสนองต่อระดับน้ำทะเลที่ลดลงและการยกตัวทางธรณีวิทยาบนไหล่ทวีปชั้นนอก (ขอบทะเล Tyrrhenian ตะวันออก ประเทศอิตาลี) Geo-Marine Letters 20/2, 101–108 (2000)