Южный гидратный хребет - Википедия - Southern Hydrate Ridge

Южный гидратный хребет, расположенный примерно в 90 км от берега Побережье Орегона, - активный участок просачивания метана, расположенный в южной части Hydrate Ridge. Он простирается на 25 км в длину и 15 км в ширину, простираясь с севера на северо-восток-юг-юго-запад на глубине примерно 800 м.[1]. Южный гидратный хребет был местом многочисленных подводных погружений с участием людей. Элвин подводная лодка, обширные посещения многочисленных роботизированных транспортных средств, включая канадский ROV ROPOS, Джейсон (Национальная установка для глубокого погружения в США), и Тибурон (MBARI), и геофизические исследования временных рядов, которые документируют изменения в подповерхностном распределении метана.[2][3]. Это также ключевой участок региональной кабельной сети Национального научного фонда, которая является частью Инициатива океанических обсерваторий (OOI), который включает восемь типов подключенных к кабелю инструментов, передающих данные в реальном времени на берег 24/7/365 со скоростью света, а также инструменты без кабеля.

Расположение Южного гидратного хребта (указано черной стрелкой). Зеленая звезда отмечает расположение Ньюпорта, Орегон.

Геологическая подоплека

Геологическая история Южного гидратного хребта реконструирована с помощью сейсмическая съемка[4], что дает ограничения на происхождение метановый лед месторождения найдены в этом регионе. Hydrate Ridge находится в регионе, где недостатки вдоль Каскадия Переход границы от побережья к морю к берегу. Эта переориентация неисправности соответствует переходу от осадочный нарастание к субдукции в этой активной аккреционной марже. К морю разломы тяги характеризуют фронт деформации хребта, простирающийся до ~ 7 км под саммит. Согласно прогнозам, начало подъема Южного гидратного хребта началось около 1 миллиона лет назад.[5].

Осадочные характеристики

Богатые глиной отложения были обнаружены на Южном гидратном хребте. Эти отложения происходят из Плейстоцен к Голоцен по возрасту и составляла 29% смектит, 31% иллит, и 40% (хлорит + каолинит ) в среднем. В основе плейстоцена-голоцена слои поздно-Плиоцен -ранний плейстоцен аккреционный материал, состоящий из 38% смектита, 27% иллита и 35% (хлорит + каолинит). Толстый проницаемый зона крупнозернистого турбидиты лежит в основе отложений.

Расположен вдоль аккреционной границы Каскадии.[3], накопление наносов в этом регионе происходит за счет двух субдукция -связанные процессы:

  1. Соскабливание наносов с субдукции Тарелка Хуана де Фука на вышележащий Североамериканская плита, и
  1. Подложка погруженных осадков на вышележащую плиту[4].

Непрерывное дуплексирование и отложение донных отложений привело к их утолщению за счет поднятия. Кроме того, уплотнение и обезвоживание в этой области привело к увеличению местного порового давления.

Метановый лед в Южном гидратном хребте

Метановый лед на Южном хребте Гидрат был обнаружен в неглубоких отложениях и, реже, обнажался на морском дне. Поскольку Южный гидратный хребет расположен на верхнем континентальный склон, то региональный зона устойчивости гидратов (RHSZ), который контролируется поровым давлением и температурой осадка.[6], очень мелко[7]. Поскольку органический материал в отложениях утилизируется микробами, вызывая насыщение метаном в порах отложения, метановый лед образуется в пределах RHSZ.[8] . Основание RHSZ знаменует переход от отложений, богатых льдом метаном, к глинистым отложениям. Из-за контраста импеданса между RHSZ и нижележащими отложениями глубина RHSZ может быть обнаружена с помощью методов сейсмической визуализации.[4].

Связанные микробно-опосредованные карбонатные образования

Образование гидрата метана связано с обширными аутигенный карбонат. Эти карбонатные отложения связаны с местными хемосинтетический сообщества, такие как сульфидокисляющие бактерии, мидии, моллюски пузырчатые, улитки и трубчатые черви (хотя трубчатые черви не наблюдаются на Южном хребте Гидрат)[9]. Миграция и выход богатых метаном жидкостей и микробные взаимодействия могут привести к образованию хемогермов за счет анаэробного окисления метана. [10]. На Южном хребте Гидрат, в дополнение к пологому валу из аутигенных карбонатных булыжников, который обрамляет основное место просачивания, есть массивное карбонатное месторождение высотой 60 м, называемое Пиннакл. Уран-ториевое датирование карбонатного материала из Pinnacle показывает, что Pinnacle имеет возраст от ~ 7000 до 11000 лет. [11].

Удаление метана: пространственная и временная неоднородность

Удаление метана включает выделение метана в виде жидкости и газов из просачиваний метана по мере диссоциации метанового льда. Из-за узкой RHSZ на верхнем материковом склоне метановый лед на Южном гидратном хребте является метастабильным, так что изменения температуры морского дна и давление может привести к дестабилизации метанового льда и диссоциации на жидкость и газ[7].

Выбросы метана на Южном гидратном хребте наблюдались как временные и эпизодические.[8] с временными колебаниями от часов до дней[3][12]. Эта область характеризуется несколькими участками вентиляции. который, как считается, отражает разные перелом сети[12]. Хотя активная вентиляция может поддерживать открытую сеть трещин, трещины также могут быть заполнены гидратами, когда вентиляция отсутствует. Когда вентиляция возобновится, может быть создана новая система трещин. Хотя на этом участке просачивания наблюдались временные и пространственные вариации вентиляции, было установлено, что местная скорость вентиляции колеблется более чем на шесть порядков.[9]: элементы управления все еще не совсем понятны[3][12]. Новые приборы на этом участке, в том числе многолучевые гидролокаторы с кабельным подключением, разработанные Бременским университетом, теперь снимают всю зону просачивания в Южном гидратном хребте, сканируя шлейфы каждые два часа. Обзорный гидролокатор и гидролокатор для количественной оценки на главном исследовательском участке «Грот Эйнштейна» позволяют по-новому взглянуть на временные, пространственные и интенсивные шлейфы, а также на количественную оценку потока метана из этой высокодинамичной среды.

Значимость

Выброс метана из участков морских просачиваний в атмосфера может быть фактором в прошлом потепление климата события, такие как Палеоцен-эоценовый термальный максимум (ПЭТМ).[13][14] Подсчитано, что существуют гигатонны углерода, захваченного в виде метана на окраинах, и считается, что выброс метана из просачиваемых материалов составляет от 5 до 10% мировой атмосферный метан[3].

Научное исследование

С момента открытия просачиваний метана и новых микробных и макрофауна на хребте Хайдрейт в 1986 году Южный хребет Гидрат стал местом обширных исследований.[4]. В настоящее время это одна из исследовательских площадок региональной кабельной сети OOI.[2]. Инфраструктура, включая набор разнообразных инструментов, была установлена ​​и начала полностью работать в 2014 году. Датчики, которые в настоящее время находятся на этом сайте, включают [2]:

  • Датчик давления измеряет давление, оказываемое вышележащей водной толщей на морском дне, и устанавливается для изучения воздействия лунных приливов на выброс метана.
  • Акустический доплеровский профилограф тока (ADCP) измеряет текущую скорость профиля воды в регионе с помощью акустических сигналов. Этот инструмент установлен OOI для понимания локальных потоков тепла, массы и количества движения.[2]. Примером такого применения является изучение эволюции пузырькового шлейфа во времени.[15].
  • Цифровая фотокамера регистрирует изменения морфологии и биологии морского дна, а также метановые шлейфы. Это важно для понимания того, как локальная система и биосфера развивается во времени.
  • Масс-спектрометр измеряет концентрацию растворенного газа, что важно для понимания местного биогеохимический процессы и количественная оценка выбросов метана с морского дна.
  • Низкая частота Гидрофон записывает звуковые волны, распространяющиеся через толщу воды, для исследования сейсмической активности.
  • Дно океана Сейсмометры обнаруживать сейсмический деятельность местного и регионального масштаба. На Южном хребте Гидрат в настоящее время имеется один широкополосный сейсмометр с ускорителем и три короткопериодических сейсмометра (для изучения местных сейсмических событий, которые могут дать представление о распределении трещин в геологической среде).
  • Пробоотборник жидкости «Osmo» отбирает жидкость, выходящую из мест просачивания, путем забора жидкости в трубку, подобную капиллярной трубке.
  • Датчики бентосного потока измеряют скорость потока жидкости в и из отложений, которые важны для определения локального потока метана и сульфидов в океан.

Рекомендации

  1. ^ Лю и Флемингс. (2006). Прохождение газа через зону устойчивости гидратов на юге Хайдрат-Ридж на шельфе Орегона. Письма о Земле и планетологии, 241(1-2), 211-226.
  2. ^ а б c d «Южный гидратный хребет». Interactiveoceans.washington.edu. Получено 2018-10-16.
  3. ^ а б c d е Филип Б., Денни А., Соломон Э. и Келли Д. (2016). Измерения временных рядов изменчивости пузырькового шлейфа и распределения метана в водной толще над Южным гидратным хребтом, штат Орегон. Геохимия, геофизика, геосистемы, 17(3), 1182-1196.
  4. ^ а б c d «ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ ЮЖНОГО ГИДРАТНОГО Хребта». www-odp.tamu.edu. Получено 2018-10-16.
  5. ^ Шевалье, Дж., Треху, А., Джонсон, Н., Бангс, Х. и Джек Мейер. (2005). Стратиграфия сейсмических последовательностей и тектоническая эволюция южного хребта Гидрат. Труды программы океанического бурения: научные результаты, 204, .
  6. ^ Бэнгс, Н. Л., Масгрейв, Р. Дж., И Треху, А. М. (2005). Сдвиги вверх в южной зоне газогидратной зоны Хайдрат-Ридж после постледникового потепления на шельфе Орегона. Журнал геофизических исследований: твердая Земля, 110(B3).
  7. ^ а б Руппель, К. Д. (2011) Гидраты метана и современное изменение климата. Знания о естественном образовании 3(10):29
  8. ^ а б Ридель М., М. Шерват, М. Ремер, М. Велозу, М. Хеземанн и Г.Д. Спенс. (2018). Распределенный отвод природного газа на шельфе вдоль окраины Каскадии. Nature Communications, 9(1), 1-14.
  9. ^ а б Боэтиус и Зюсс. (2004). Hydrate Ridge: естественная лаборатория для изучения микробной жизни, питаемой метаном из приповерхностных газовых гидратов. Химическая геология, 205(3), 291-310.
  10. ^ Тайхерт Б. М., Борманн Г. и Зюсс Э. (2005). Chemoherms на Hydrate Ridge - уникальные микробно-опосредованные карбонатные отложения, растущие в толще воды. Палеогеография, палеоклиматология, палеоэкология, 227(1), 67-85.
  11. ^ Тайхерт, Б.М.А., Эйзенхауэр, А., Борманн, Г., Хаазе-Шрамм, А., Бок, Б. и Линке, П. (2003). Систематика U / Th и возраст аутигенных карбонатов из хребта Hydrate Ridge, Cascadia Margin: регистраторы вариаций потока флюидов. Geochimica et Cosmochimica Acta, 67(20), 3845-3857.
  12. ^ а б c Дейгл Х., Бангс Н. и Дуган Б. (2011). Переходный гидроразрыв пласта и выделение газа в условиях гидрата метана: пример из южной части хребта Хайдрейт. Геохимия, геофизика, геосистемы, 12(12), нет данных.
  13. ^ Кац, М. Э., Б. С. Крамер, Г. С. Маунтин, С. Кац и К. Г. Миллер (2001), Откупоривание бутылки: что вызвало палеоценовый / эоценовый максимальный выброс метана из термальных источников ?, Палеоокеанография, 16 (6), 549–562, DOI: 10.1029 / 2000PA000615.
  14. ^ Bralower, T., & Bice, D. (нет данных). Древние климатические явления: палеоценовый эоценовый термальный максимум. Получено 13 октября 2018 г. с сайта https://www.e-education.psu.edu/earth103/node/639.
  15. ^ Филип Б., Келли Д., Соломон Э. и Делани Дж. (2016). Мониторинг выбросов метана в Южном гидратном хребте с использованием акустического доплеровского профилометра с кабельной антенной решеткой OOI. ОКЕАНС 2016 MTS / IEEE Монтерей, 1-5.