危险场景与海底火山热液活动和先进的监控策略:从一项研究Panarea火山群(伊奥利亚群岛,意大利)

文摘

地质灾害相关的海底热液系统仍然是一个棘手的谜为科学界面对和解决。穷人的海底环境知识,罕见的和稀缺的监测活动,昂贵,有时复杂的物流的主要问题要处理。潜艇低能爆炸,发生去年11月3日,2002年的火山岛Panarea,强调没有任何危险的场景是用于管理火山危机。“动荡”的火山活动引发了突然深部岩浆流体输入,造成沸水海面与大规模的公司₂释放除了液体的地球化学的变化。这个事件极大地推动科学家开发新方法来监测海底发泄活动。耦合的信息从地球化学调查和收集的数据在火山活动的动乱,我们能够(a)开发理论模型来更好地了解海底热液系统及其与当地火山和构造的关系结构和(b)开发初步海底火山灾害评估连接到Panarea系统(伊奥利亚群岛)。为了减轻潜在的海底火山威胁,这里描述三个不同的场景是:(1)普通的水,(2)气体爆炸,(3)火山喷发。经验在Panarea表明,面对任何海底火山热液风险的最好方法是提高收集数据在实时模式的多学科海底观测,结合定期抽样活动。

1。介绍

风成七出现火山群岛表示迁移的最年轻的火山活动偏西风为主的中部和南部行业低更新世期间第勒尼安海(1]。

整个火山弧是现今众所周知的一个重要区域的风险评估已经限制由于火山现象的发生,地震,海啸。根据历史目录(2],一些强大的地震袭击了风成群岛的西部和中部领域(例如, 1786年3月或最近的 1978年4月)相关NNW-SSE趋势右旋走滑断层系统,造成严重的损失和伤亡在周围的地方3]。1988年4月20日,一个小滑坡大约200000米³发生在的外部东北侧La窝坑岛上的火山。滑坡掉进了大海,在当地生产的小型海啸中观察到邻近的港口叫波尔图莱万特(4]。

火山岛遭受了强烈的爆炸活动期间1888 - 1890年底15年的低能井的爆炸(5,6]。喷发的产物(块重达5吨)覆盖的地方旅游村所在地。最近,在1988年和90年代末,火山活动重新激活的火山口火山温度高于700°C;大量的火山气体被释放在火山口。在东部群岛的一部分,各种不同的斯特龙博利火山喷发时期发生在火山(见Francalanci等的研究(7),在其中的引用)。2002年12月28日,山侧喷发开始经过近一年的爆炸性增长活动从峰会的陨石坑8]。积液的熔岩从几个沿着Sciara del Fuoco通风口。两天后,一个巨大的侧面崩溃诱导20公里³滑坡产生的海啸导致损失约斯特龙博利火山岛和其他伊奥利亚群岛(利帕里和火山)和西西里岛和卡拉布里亚的海岸线上。损害一个化工厂和油罐发生在Milazzo工业区,位于35海里去的南岛。不同强斯特龙博利火山发作发生在,Ginostra (ca的村庄造成了巨大的损害。40人)主要是在2003年4月5日和3月15日,2007年。白炽块的影响之间的直径0.3和2 m达到弹道从火山口距离从400到1300,其中一些引发森林大火(9]。斯特隆博利岛(约500居民),在夏季期间,居民相当数量的增加超过5000人10]。最后的两个主要的斯特隆博利岛火山喷发的危机2002 - 2003年和2007年发生在冬天,这是low-tourist季节,因此没有造成任何死亡。沿着Sciara del Fuoco最近的爆发是在2014年;然而,一个永久Strombolian爆炸活动仍在进行中。不同火山产品(街区、火山灰等)产生可变危险场景。例如,熔岩流、火山碎屑流和潮能破坏密集地区,而灰烬中发出强烈而持久的爆发通常对空中交通有重要影响。任何火山活动也可以注入大量的气体和气溶胶大气在火山喷发和脱气的活动,引发当地居民的健康风险。此外,火山活动可能引发二次泥石流和海啸等危险现象。不同的地球化学调查实施(11]在火山岛表示,期间和之后的时期火山活动动荡,有潜在危险源于内生气体释放Vulcano波尔图的居民区。的有限公司₂和H₂年代空气浓度测量确定网站重要的气体危害在莱万特海滩,在强烈的潜艇脱气活动也存在。在夏季期间,暴露人的数量,主要是在火山波尔图区域,呈指数级增长,经常超过27.000存在,主要由游客和季节性工人。在冬季,居住人口不到800人。

2002年11月3日,爆炸发生2.5海里Panarea岛,诱导一种强烈而持久的气体喷发在浅深度(2到30米深)和2.3公里²广域包围Panarelli的小岛,Lisca比安卡,塔罗,Lisca美国国家经济研究协会,和Dattilo12]。“脱气危机”持续了几个月,杀死了所有的生活物质在海底区域(13]。

与灾害评估与海底火山活动、火山热液风险评估从未估计由于一系列原因:(i)大多是未被发现的海底热液字段,和已知的一般都不容易;(2)通风区域通常表现为弱水热排放不反映气体爆炸的破坏性潜力;(3)热液作用在地中海通常与晚期火山活动有关发泄活动保持稳定状态;(iv)海底天然气爆炸事件的历史信息相比明显罕见的灾难性地震和陆上喷发。所有上述原因导致了错误的结论,海底热液活动并不危险。

海底热液系统的改善我们的知识必须是框架的生命安全和环境保护。热液在伊特鲁里亚离岸南部位于海底山(14- - - - - -16)和沿海地区的风成群岛(17- - - - - -21),在分支头目面前Vaticano [22,23),沿着海岸坐骨岛(19),在那不勒斯湾和波佐利(24,25),Ventotene海岸和Zannone(脑桥的岛屿)26,27]。所有的系统的特点是有限公司₂丰富的排放和热水域通常关联到过去或最近的火山活动。此外,热液活动调查,即发泄的海底热液活动,特别是在稳态火山活动,是一个关键的工具突出残余岩浆体的行为在深度和海水的污染由于自然过程(热液作用)相比,人为影响。接受,渗透过程是由活动构造轮廓通常控制驱动的液体的当地渗透率提高和他们的发射率。

著名的和记录海底热液表现位于浅深度Panarea岛(伊奥利亚群岛)坐落在一个大型paleo-caldera形成于火山的中心部分的大厦。主要的喷气领域属于小小岛的面积(塔罗,Dattilo Lisca美国国家经济研究协会,Lisca比安卡,Panarelli;图1)大约2英里以东的主岛(17]。Panarea热液领域广泛调查了许多不同的原因(例如,在13):它代表了一个重要的自然实验室为了更好地理解过程管理的热流体迁移水库海底深处,一个积极的影响在海底热液系统生态学、泡沫和解散公司的角色₂在生活物质的贡献自然气体排放到海洋酸化。热流体的地球化学特性提供重要的信息在多个交互在海水中,大气水、岩浆气体、岩石和托管,他们帮助定义热深源之间的关系及其周边地区。

本文的主要目的是描述不同的风险场景与热液和火山活动Panarea火山岛,可以通用应用程序正确地评估hydrothermalism-related危害至少在地中海的规模。此外,我们最好的监测调查策略采用,以减轻这种风险。考虑Panarea在经济中扮演的角色,最重要的一个旅游目的地在地中海,人口指数增长暴露在旅游旺季期间,这项研究可能是一个有用的支持民事保护部门来执行一个适当的应急计划与海底火山现象有关。

2。Geo-Volcanological设置

伊奥利亚群岛是由7个主要岛屿出现(Alicudi Filicudi,赛利娜,利帕里,火山,Panarea,和斯特隆博利岛)(图1(一))。

风神的火山活动可能开始在较低的更新世(28),由火山碎屑序列中的层间的中下更新世粘土露头的伊特鲁里亚保证金Peloritani山(29日980 - 589可以约会。相反,古老的年龄接近地面的火山产品据估计是260可以(30.- - - - - -32]。

Panarea位于斯特龙博利火山部门之间的伊奥利亚群岛东部和盐沼火山(见图1(一))。1700年∼Panarea大厦从深处m.b.s.l。和由一个截锥巨大修改侵蚀和volcano-tectonic活动。火山群通常被定义为一个圆顶,出现部分开始组装∼155可以。50 - 60左右可以,火山活动肯定小胰岛地区向东转移,达到高潮的炮位Basiluzzo穹顶结构。Panarea火山系统是由主岛和一些小的小岛(Basiluzzo、Dattilo Panarelli, Lisca比安卡,塔罗,和Lisca其分布在浅水平台(图1 (b))。漂移从玄武安山岩、流纹岩火山产品成分和钙碱性和high-K钙碱性签名。主岛由两个构造切割系统,控制了圆顶积液和馈线堤坝布局。NE-SW-oriented趋势被认为是主导和模仿西方旁边的大厦;相反,NW-SE-oriented特征不太明显和暴露在岛的北部和东南部的部分(33]。

3所示。海底热液活动

Panarea火山群主机的一个最活跃的地中海海底热液系统。海底热液主要字段位于小小岛的面积(图1 (b))被认为是残余的火山口边缘(34,35]。据犬和Nuccio17],一些气体排放分布在周围的海底Panarea区域Basiluzzo胰岛的东北边缘,深度为400米(f .犬、个人通信)。从主构造热液流体出来准线穿越风成弧后NE-SW和-热门对齐17,36]。烟囱和其他领域的发泄液体最近发现Panarea岛和Basiluzzo的胰岛,可能破火山口边境(13]。构造驱动分布的热液喷口,存款,外壳,矿化描述整个Panarea离岸(37]。

3.1。流体地球化学

在海底热液流体排放的气体和热水域(见图2)温度,检测排放点,在40 - 140°C的范围。表1总结了冒泡的化学和同位素组成气体收集在2015年,2016年、2017年和2018年从三个不同的网站位于主要的地热田。气体采样直接从海底火山口使用倒置的漏斗连接双向玻璃瓶(见犬的研究(18为进一步的细节)。冒泡气体的化学成分是由气相色谱(GC)使用安捷伦配备双TCD-FID探测器和氩气作为载气。气体样品已承认GC注射器,和不确定性在±5%。测量的碳同位素组成(δ¹³C_二氧化碳)的排放气体是由δ+ XP irm配备热跟踪GC干扰热GC / C III。(表示结果δ¹³C‰)是相对于V-PDB (Vienna-Pee迪箭石)标准,和的标准差¹³C /¹²C比率为±0.2‰。他同位素比率(³他/⁴他)分析了螺旋SFT-Thermo静态真空质谱仪净化后的他从Ne在高真空和低温分离。给出了氦同位素组成 ,也就是说,³他/⁴他的样品和大气³他/⁴他( )。典型的不确定性是在±5%。

气体排放的化学和同位素组成与报告收集了从2015年到2018年在文献中(例如,17在长期稳态条件下气体取样)。冒泡气体表现出高有限公司₂内容(~ 95 - 98卷。%)和可变内容的H₂(从0 ~ 6.5卷。%),相关的少量的H₂N₂他,CH₄,有限公司构成强烈影响气/水交互(描述过程发生在高或低的温度。描述:诱发严重的原始排放液体的地球化学特性的变化由于以下几点:(i)蒸汽冷凝;(2)高度可溶的物种(即损失。,所以₂、盐酸和高频);(3)枯竭和分馏的可溶性部分溶解在水中(即物种。H₂年代和有限公司₂);他和(iv)浓缩,CH₄(即,大气组件。阿,₂和N₂)溶解在海水。碳的同位素组成(δ¹³C_二氧化碳1‰之间的不同和3‰V-PDB)和氦( 从4.1到4.4)清楚地表明存在岩浆成分的气体(17]。

气体样本集合(2015 - 2018)进行本研究的框架是定期监测活动的一部分由例如Panarea的面积。

3.2。潜艇Panarea危机

海底火山活动发生的突然动荡Panarea岛的2002年11月被解读为潜艇低能爆炸,开设了一个“坑”的20 10米宽7米深(38,39]。

一个巨大的脱气活动增加了有限公司₂流量通过数量级:脱气率进行估计4公里²广泛的热液区之前的事件提供了一个集成流率10的范围⁷升/天有限公司₂相反,气体排放的陨石坑,估计的顺序 有限公司₂。由于公司的高溶解度₂在海水中,大量的气体使周围的海洋环境缺氧造成生活在该地区。此外,注入大气中可能会形成云约10³公里³没有风。

根据Caliro et al。38)和Caracausi et al。40,41],骚乱事件是由于突然和短暂的输入在地热储层深部岩浆流体。在一个更开放的观点,2002年的骚乱事件代表了唯一的海底热液爆炸中观察到在现代地中海。

除了定期收集样本(气体和温泉进行实验室分析),连续监测进行了海底观测站附近开发执行实时数据传输(42]。在其他传感器,安装的声学探测(水听器),长期记录的冒泡的声音气体在0.5赫兹的频率范围³kHz,给有用的信息严格构造Panarea岛的海底火山活动与火山口爆炸附近的斯特龙博利火山活跃的火山岛(43]。

3.3。历史上的爆炸事件

希腊和罗马历史学家从过去,斯特拉博等提多列维,Orosius保卢斯,老普林尼,Panaetius(见[44]),广泛描述暴力喷气Panarea岛事件发生时产生热量,死亡的鱼,和坏的气味。特别是,斯特拉博告知火,火焰,灰,上面出现之间的海面神庙(火山岛)和Euonymos (Panarea岛);这个事件是于公元前126年,和地理插图可以匹配火山口区域位置之间的小调小岛在Panarea面前。麦式震级(45]报道飞机的热蒸汽Fouque观察到1865年;这个事件是伴随强大的斯特龙博利火山的喷发和埃特纳火山。

类似的序列可以在2002年承认:气体爆炸(11月3日)之前是一个序列的构造事件 地震(6/9/2002 [46)在南部爆发第勒尼安海和埃特纳火山喷发(27/10/2002)。几周后(28/12/2002),随后爆发的激烈喷发阶段开始从斯特龙博利火山的侧面。据沃尔特et al。47),地震导致的应变可能引发流体压力在活跃的水热迁移和岩浆系统,生成Panarea斯特龙博利火山气体爆炸和埃特纳火山喷发。

进一步显示火山活动有关的热液系统Panarea来自地貌研究在危机后进行(Anzidei et al。36];埃斯波西托et al。48])。结果表明,浅水平台,坐落在0和-30之间在小岛主Panarea热液区所在地,是由大量的虚线crater-like凹陷。超过一百的结构已经被记录,最大的是175米宽5米深。似乎可能这些crater-like结构已经由过去的海底天然气爆炸,非常类似于2002年的事件在能源方面,大量的气体释放,和时间长度;这种假设凸显了一个事实:这个区域非常“热水地活跃在最近的历史时期。

根据Heinicke et al。43),地震、火山和热液活动的Panarea火山群由N40控制^°斯特龙博利火山E正断层Panarea和建筑发展。N40 Panarea部门^°E断层及其相关的裂缝网络象征着优惠方式允许提升并达到海底热液流体;在这种环境下,温度和流体压力的突然增加,区域应力场的变化,可以产生水力压裂和破裂12,41,48]。

3.4。火山热液系统

液体排放Panarea源自一个水库,位于海底下在某种程度上,保持在沸腾条件下的热能释放的热岩浆流体(17,40]。结果让犬和Nuccio [17)模型热液系统由几个分离地热储层由热与岩浆热液流体组件。热流体释放深层地热储层( )不断充电海水和岩浆流体。在深层地热储层内部,强烈的水岩相互作用(WRI) [17)改变原海水成分的化学元素的选择性萃取托管岩石。热液流体起义期间,压力下降导致沸腾,因此相分离的生产蒸汽除了高密度液体阶段。这些液体饲料浅水库、和的数量和强度的交互驱动液体排放的最终的地球化学特征在海底。

排放的化学成分热液流体缓冲压力,温度和氧化还原条件。迹象后,犬和Nuccio提出的约束17),我们使用有限的反应气体浓度,CH₄、有限公司₂估计水库平衡温度。图3显示执行结果geothermometric和geobarometric估计考虑分析组成冒泡气体收集的主要热液喷口在超过30年的漫长的时间跨度包括数据记录在1980年代(后17]),在2002年- 2003年火山危机(后40),从2015年到2018年(这项工作)。我们必须考虑到温度估计,基于系统H₂啊,公司₂,CH₄有限公司,合理有效范围在100至400°C (17,49]。非常高的公司₂描述过程中溶解在海水中,尤其是在比较公司和CH₄引起严重的改变有限公司₂/公司和有限公司₂/ CH₄比率。缓慢的CO和CH₄反应动力学允许他们保留充足比率保持深平衡条件在他们起义。同时,由于其溶解度系数类似,CO / CH₄比仍然相当恒定。然而,采用系统是更敏感的CO和CH₄内容比有限公司₂;因此,程度的描述:负责公司的变化₂浓度不影响估计平衡温度(见犬和Nuccio的研究(17和意大利语等的研究50为进一步的细节)。根据犬和Nuccio [17),平衡常数是温度的函数和氧逸度( )。后者是缓冲的矿物组合(石英、橄榄石、磁铁矿、赤铁矿和镍)托管的岩石,而温度影响水分子破坏( )。结果一直在策划已经采用了温度(图(图)3(一个)介于两个理论)表明Panarea样本缓冲区证明每地热系统中达到一个平衡。计算地温也可以被用来限制地热储层(图的深度3 (b)),通过估算根据 - - - - - - 2 M和NaCl-saturated水域的关系( ;Chiodini et al。51])。估计显示平衡温度从150°C到280°C在5 - 70酒吧在普通脱气(样品收集在1980年代和从2015年到2018年)。这些值增加到350°C介于100和160条样品收集在塔罗在2002 - 2003年的危机。值越高获得的样品收集在危机期间反映了上升时间短,由于脱气率高,标志着整个危机。2002 - 2003年危机期间,活性物种保持初始浓度已经达到了在储层级别,将原件到海底(40]。

如果保存在稳态条件下储层水平,无显著变化的地球化学特征的热液流体与时间,观察到随着潮汐的主要因素作用于流体逃跑。或宽的突然变化很明显迹象表明,深部岩浆喂养不仅仅是相关的岩浆冷却身体,但额外的过程(例如,垂直渗透率的变化由于构造和流体从一个活跃的岩浆脱气)发生。

4所示。危险的场景

关于去年Panarea火山的喷发活动小组,一些怀疑和不确定性仍然存在。最近的文件(例如,Lucchi et al。33)表明Drauto浮石(Drauto形成)的最新产品称为Panarea火山活动;没有进行同位素年龄测定,提出之间在24岁和8.7的基础上可以tephrostratigraphic关系。Drauto浮石,事实上,嵌入上布朗凝灰岩(从火山岛火山喷发影响单位)棒球队以27 - 24的比分上面躺一个队可以标记床下面8.7 - -8.4可以火山灰层(标记都是外部的)。Drauto被解释为形成温和的爆炸事件的结果源于一个通风口位于小小岛的面积的地球化学和矿物学组成和厚度和晶粒尺寸的东西减少。

在海底调查,Bellia et al。52]和犬和Nuccio [17)附近发现了基本的堤坝和枕状熔岩塔罗胰岛。岩石产生深刻改变的热液活动从而排除任何试图描述和约会这些产品。基本成分表明一个完全不同的时代,进化,融化和侵位机制相比,最新的火山喷发位于主岛的东Panarea(即。,Basiluzzo熔岩穹丘和Drauto形成);因此,我们可以认为这些堤坝和枕状熔岩火山最近的结果事件发生在这个区域。进一步的调查发现水下的残骸可能的罗马时代的存在(52- - - - - -56接近Basiluzzo和Lisca比安卡小岛,在3 - 14米的深度。这个局部沉降可以相关的岩浆库通货紧缩或外延的新构造活动。两个场景可能是与火山喷发。

爆炸与观察到的陨石坑在涉及的主要热液领域形成的沉积物覆盖在海水上升后Wurmian低位域(48];因此,他们必须至少10.000年以下。考虑的存在~ 150陨石坑内的面积较小的小岛,水热爆炸的发生的平均概率计算Monecke et al。20.),一个事件/ ~ 65 - 70年。事实上,爆炸事件,如2002年的骚乱事件,被认为是普遍现象,因此,爆炸性气体喷发的发生的可能性不能排除。

考虑上述因素、约束和推测从先前有关火山活动和历史作品,我们假设和描述三个不同的风险场景区域(表2):(i)普通水热活动;(2)气体的发生破裂;和(iii)发生的火山爆发(Drauto-type)。我们的场景也支持的多学科数据显示热液作用之间的紧密联系,火山和地球动力学的过程影响Panarea火山群。

4.1。场景1:普通的水

正常放电活动相关联的潜在的地质灾害主要集中在热液流体的作用不断发布的潜艇通风口。在这种情况下,泡沫气体可以完全或部分溶解在海水在他们通过水柱上升作为质量比的函数。deep-originated气体到大气层的可能性取决于气体排放速率、深度、气泡大小、时间长度,冒泡气体之间的相互作用的强度和海洋水域的海水列。当气体排放在海底的数量增加,更大的气体比例可能达到海面低层大气并与之交互。这个事件可能是非常有害人类健康,尤其是在特定的天气条件下,比如大气压力低,没有风。这些条件很容易发生在夏季旅游旺季期间Panarea主机成千上万的人在土地和大量的豪华游艇在主岛和小岛之间。

从海底火山口冒泡气体主要是由有限公司₂和H₂年代,他们的危险(有时是致命的)效应是由两个因素:控制其浓度和暴露时间。

二氧化碳(有限公司₂)是一种没有气味的无色气体密度高于干燥的空气;它通常被定义为一个“杀手”气体,大气中,它的内容大约是400 ppm。在风的情况下缺席和连续注气从海底到大气中,有限公司₂可以积累超过海平面迫使空气量减少O的一代吗₂和丰富的公司₂。这种危险的情况可能是负责以下几点:(i)窒息现象通常出现在O₂浓度< 16卷。%和O₂13 - 10浓度卷%,可能诱发昏迷和死亡。57)和(2)暴露在低水平有限公司₂浓度(< 4卷。%),可以产生不同的短期影响等弱点,头痛,咳嗽和有限公司₂浓度超过4卷。%,由大米(58]随着IDHL(立即生命危险/健康)导致对人类健康和生命的直接风险。

硫化氢(H₂S)敏锐地有毒无色,在低浓度,众所周知的传统“臭鸡蛋”味。H₂长期暴露下年代可能导致严重的健康问题59]。它变得非常有害的长期暴露在浓度水平1 ppm:可能引起虚弱、头痛、和神经系统疾病。在高浓度时,在200 - 250 ppm的范围,它可以触发某些呼吸系统疾病和死亡而在1000 ppm是致命的。

4.2。场景2:气体Burst-Type事件

最近地球物理调查结果(48]说如何气体爆炸是很常见的现象在潜艇Panarea热液区;因此,试图分析气体爆炸的可能的进化事件的强度特性、损害赔偿和短期效应已成为一个重要的目标。根据Monecke et al。20.),平均气体爆炸的发生的概率是一个事件/ 65/70年左右;这个结果得到假设所有的~ 150火山口发现海底结束后形成的冰川时代,因此过去~ 10可以。不巧的是,一个有效的和可靠的值无法计算,因为太多的未定义的因素都在起作用。评估火山口形成的起始时间是不可能的;沉积物覆盖了在水热爆炸代表独特的时间标记适用在这个上下文。这些沉积物是指海水上升到最后发育有关,因此,可用10可以代表了最古老的发病时间。此外,海平面上升的最快阶段结束~ 7可以(60),我们没有明确的证据表明,沉积物的顶部覆盖在~ 10可以限制。此外,新的火山口可以叠加的,或一个陨石坑可能参与了多个气体破裂。由于这些理由,每65/70年可能大大低估了一个事件。我们也不能忽视证据表明断层控制的气体爆炸事件(例如,43]),这是非常合理的,因为10 - 7可以发生概率结果改变了多次针对构造活动的变化。事实上,当前的概率是未知的结果。这个假设被证实的事实几个喷发的改变风格和斯特龙博利火山岩浆成分的影响在过去的战绩ka(见Francalanci等的研究(7),在其中的引用)。这些特性,结合的多级创世纪Sciara del Fuoco抑郁,表明最近推动了斯特龙博利火山火山演化构造脉冲的发生在同一构造结构也Panarea岛发达。

我们必须考虑到气体爆炸的强度可以可变和不可预测,所证实的不同形状和陨石坑的延伸。释放的能量通常取决于数量的岩浆流体注入到地热储层深度;例如,能源估计2002年进行天然气爆炸事件 (41)和删除沉积物的体积了 (48]。最大势能可以释放的瓦斯爆炸引起的类似2002年的机制是大约计算了Caracausi et al。41在10⁹J。

对于这个场景是相同的预期功能与观察期间的破裂发生在2002年,与热液流体的地球化学组成的变化,减少海水pH值,提高天然气总产量的返工岩石和沉积物,鱼的死亡,含有硫磺的气味。异常高的天然气产量从海底(数量级高于普通脱气)驱动器的形成极其危险和致命的气体云(主要是有限公司₂和H₂S)在大气中略高于通风区域。有毒云是主要的有害影响与这个事件,因为他们可以通过风和达到Panarea村,船锚,甚至其它岛屿位于几公里外发泄场导致疾病或死亡的人公开。类似的情况发生在1650年Kolumbo海底火山喷发造成的有毒气体到达邻近的圣托里尼岛岛([61年,62年)和引用)。(即所有这些方面。、有限公司₂和H₂发布和云卷的有毒和再沉积的沉积物)可能有不同的影响由于气体爆炸的能量。

预防活动,以减轻这方面的潜在风险,主要在夏季期间,包括疏散的顺风村庄的尊重气体排放区,整个脱气的封锁地区游客和导航。

异常强大的爆炸也可能诱发海底破裂,崩塌和滑坡,tsunamigenic潜力。根据Caracausi et al。41],海啸可能引发如果能量(因此挥发物参与瓦斯爆炸)的数量至少是两个数量级高于估计的2002事件。

4.3。场景3:火山喷发(Drauto-Type)事件

Panarea岛一直被当地人(以及科学界)一个死火山。意大利语和Nuccio, 1991年,首次提出,岛上一座活火山是基于能源估计相关气体的输出。最新的信息和事件凸显了Panarea火山活动仍然活跃和有潜在危险的。岩浆体的存在下Panarea支持的区域是显示来自冒泡气体地球化学信息δ¹³C_二氧化碳价值观和³他/⁴他比在同一范围的斯特龙博利火山活跃的火山的记录。事实上,它不能排除,有可能一次火山喷发可能在未来发生同意Lucchi et al。33)指出,爆炸的发生类似的火山爆发产生Drauto形成的可能性不能排除。科学界已经解释Drauto浮石的地层记录最新的Panarea喷发事件(s);此外,考虑到没有绝对证据已被确认,我们决定采用“Drauto-type事件”作为可信的场景与火山喷发。

Drauto喷发,根据Lucchi et al。33单位),由两个截然不同的影响,可能产生近源区Panarea火山群,与东西向快速减少的厚度约25厘米Basiluzzo Drauto 20厘米,在村Castello di Salvamento不到10厘米。根据Lucchi et al。33),这些影响单位发出一个通风口位于小小岛的面积和目前完全侵蚀和淹没。这支持来源high-K商店亲和力(high-K andesite-dacite安粗岩)和独特的biotite-amphibole矿物学Drauto浮石,内容是与一些火山产品Lisca比安卡和塔罗小岛63年]。

Drauto-type火山活动可以表达的温和影响喷发间歇volcanian-type喷发列生成与那些Soldata浮石(喷发时代2 Panarea [33])。参与可能Drauto-type岩浆喷发的体积可以从Drauto相似值估计和Soldata浮石事件( 和 ,分别为,33]);显然,这一假设是纯粹指示岩浆火山喷发时所产生的数量取决于各个方面。这种喷发风格可以生成一些危险的现象如有毒云和稀湿式火山碎屑电流密度(髓样);然而,爆炸喷发火山灰影响列无疑是最重要的结果。影响强度反映了风变化的综合效应,列高度、时间、质量和总爆发。火山灰影响风险评估最近引起了一些研究者的注意64年- - - - - -69年),他们认为一些代表性的喷发的场景Phlegrean字段和Somma-Vesuvius地区超过三百万人危险地暴露出来。

结合不同的数据可以解释2002年天然气Panarea破裂和斯特龙博利火山爆发后,由于热流体通过构造和岩浆迁移线重新激活引起的地球动力学的结构(43]。我们可以推断火山活动在这个区域是完全由WNW-ESE控制外延变形影响东部伊奥利亚群岛的部门。岩浆源采样Panarea断断续续的火山活动似乎已经灭绝,但即使是很小的动作以及正常故障可能导致突然渗透率增加,甚至可能诱发热岩浆上升区远离Panarea大厦;这意味着发生Panarea区域内的火山喷发沉溺于正常断层活动有密切的关系。斯特龙博利火山张性构造、火山活动和Panarea活动构成一个独特的地球动力学的系统,它可以激活大量的能量;因此,一个假设的喷发事件可能伴随着海啸。在tsunamigenic机制,我们可以账户(我)地震相关NE-SW正常故障;(2)喷发脉冲小胰岛地区(在phreatomagmatic爆炸释放的能量可以达到10¹⁷-10年¹⁸J [70年,71年]);斯特龙博利火山和(iii)滑坡沿锥形由于地震、热情洋溢侧向喷发,阵发性的活动。

关于这个场景中,值得注意的是,在强烈的火山活动和构造之间的联系,一个综合的方法既考虑海底监测天文台(42)和地震活动主要是遵循的最佳方式,以提供有效的答案的状态和可能的变化Panarea火山热液系统。预防自然灾害管理的背景下,测量风险最小化潜在的火山的疏散Panarea岛和旅游活动的封锁和航海岛及其周边地区。然而,我们考虑Drauto-type喷发的发生概率极低。

5。多学科潜艇监视活动

最小化任何自然或工业危害的一种常用方法是开发一个正确的监测活动的主要危险因素。监控活动Panarea定期抽样后进行了海底火山口(包括冒泡气体和热水域)和使用数据从一个连续监测提供了一个自动系统(图4)由海底观测站通过电缆连接到一个表面浮标(42]。多学科潜艇天文台最近升级(见犬等的研究(72年和卡鲁索等的研究73年])的一套新的传感器包括一个水听器和探测器对解散公司₂、pH值和电导率。此外,4温度探头监控温度在最热的发泄和三种不同热水在天文台周围的海底排放。的一个示例数据系列记录从海底观测站报道在图5。

脱气的声音记录被认为是代理活动和可能提供的信息突然变化与自然力量:潮汐、波浪等。正如已经观察到Heinicke et al。43),热液的热液流体排放Panarea显示面积变化与火山活动有关斯特龙博利火山附近的岛屿。连续监测相关排放气体的地球化学特征(包括氦、碳同位素组成)可能提供重要的信息和早期的变化发生在海底火山口。提高监测系统的监测有限公司₂和H₂年代在空气中浓度的海水界面可以代表成功的关键与相关的气体危害普通脱气的活动,主要的旅游景点Panarea岛及其周边小岛。最近,许多改进了Panarea的海底热液系统的理解,和附近的热液体排放的实时监控热区域允许检测变化和火山热液储层内的变化。公司的变化₂增加浓度,温度,pH值降低排放的液体可以代表岩浆挥发物的初始条件为增强供应。这些地球化学异常可能是相关的深度的增加,热岩浆流体,在某些情况下,他们可以负责Panarea火山的重新激活系统,引发潜在的和危险的潜艇瓦斯爆炸。没有明显的地球物理变化先于2002年水下爆炸,和GPS数据表明无显著差异沉降速率已经观察到在2002年11月之前(12]。地球化学异常似乎最可靠的资源极具识别Panarea火山系统的变化。普通发泄(场景1)代表的永久活动Panarea的地热系统。因此,登记的值多学科天文台在稳态条件下对应的阈值考虑为了检测,或者预测火山的任何动荡/热液活动由于深输入的热能在地热储层的水平。考虑到模型提出了意大利语和Nuccio Panarea热液系统17),可以转移到浅深能源输入地热系统温度和提高天然气产量增加。我们不希望增加天然气产量在海底热液系统,但只有局部气体流速的变化,甚至热水温的增加有关。在参数自动监测海底观测站,解散公司₂、pH值和声学数据可能是最容易接受严重的修改在建立场景2(天然气爆炸事件)以及热水域的温度测量在排放点。此外,由于水声噪声冒泡活动有关,每一个变化的气体流速(即改变天然气总产量)表达的频率变化和增加的能源(分贝)的信号。溶解pCO的增加₂和随之而来的pH值下降,由于气体流速的提高可以记录除了增加岩浆成分对热液的揭示了冒泡气体的实验室分析定期在海底。虽然我们可能无法欣赏显著增加的出口温度测量海底观测站之前或期间气体爆炸事件,储层内流体的平衡温度会改变很多,因为它发生在2002 - 2003年的金融危机时,估计比计算平衡温度高出至少25%的普通脱气(1980和2015 - 2018年数据)。由于上述原因,我们想强调,正确的战略方法评价热液的危害是夫妇连续监测活动和定期采样和测量排放液体。

在火山爆发的情况下(场景3),我们预计严重溶解pCO的变化₂、pH值、温度、和声学信号由于更大的热能输入场景2。定期测量氦的同位素组成的液体排放很可能有助于识别undegassed岩浆下面批次入侵深层地热系统。

我们建议多学科海底监测天文台的本地网络,如犬等。所述42),连续数据记录和传播,可以代表最好的海底火山环境中监控工具,能够抓住变化的热液流体的化学和物理条件在一个广阔的海底区域。

6。结论

这个工作代表一个初步研究海底火山热液灾害评估与Panarea活动。自2002年天然气爆炸,这种风险开始被感知和分析更多的关心74年,75年),但仍然需要大量的工作要做。本文描述了三个不同的风险情况,目的是给有用的信息科学以及可能的民事保护的目的。对于风险评估,我们必须考虑到Panarea岛,在冬季期间,不到250人,其中大部分是渔民,和没有海洋活动,进行了区域Panarea的火山岛和斯特隆博利岛之间。与之相反,在夏季,Panarea岛举办许多居民和冬天高出一个数量级,而且,此外,东海岸的岛上,大部分的热液喷口所在地,成为一个旅游景点,每天数以百计的船只在该地区。在这个框架,评估风险场景的结果在一个正确的风险评估的关键。

已经观察到炸药热液集是由气体迁移来自深部岩浆源和可能是由断层控制活动;然后,我们认为地球动力学的过程中承担主导作用在这方面影响岩浆整个东方风成部门的行为。地球化学参数的变化引起的深度深系统超压气体输入是至关重要的因素,这可能导致破裂和潜在的瓦斯爆炸的《创世纪》,喜欢在许多情况下由张性构造在地区/当地的规模。

风险与海底热液作用代表了一种新型的挑战有关的实施风险缓解行动。连续监测地震活动,气体通量和地球化学参数是最好的方法来处理这个重要的问题,为了提高我们的知识在全球范围内任何海底热液系统Panarea可能代表一个参考。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。为了加强我们的假设,我们使用一些地球化学数据之前报道的研究已被引用。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者要感谢的西西里地区民事保护部门的财政支持。意大利民事保护机构之间的合作、区域西西里,民防部门和国家地球物理和火山学研究所正式由Accordo方形住宅区DPC-INGV 2012 - 2021和DDG 30-12-2016 n。1840协议,分别。作者也感激弗朗西斯科·萨勒诺,马里亚诺·Tantillo,奥尔多·Sollami, Ygor奥利维的支持在实验室工作。

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