Characterization of submarine gas emissions - Scoglio d'Affrica case study

Dal 2017 al 2022, l’area dello Scoglio d'Affrica nel Tirreno settentrionale, è stata investigata e monitorata in seguito ad un evento transitorio di emissione di gas e fluidi dal fondale marino che ha dato origine ad un geyser sopra il livello del mare. Questi fenomeni transitori si verificano in modo molto localizzato sia nello spazio che in tempi estremamente brevi. La complessità di questo tipo di eventi richiede un sistema di monitoraggio integrato, che permetta di caratterizzare la morfologia del fondo marino e le dinamiche recenti attraverso una ricerca multidisciplinare. I fenomeni di emissione di gas dal fondale marino nell'area sono stati rilevati sia tramite osservazioni dirette che utilizzando un ecoscandaglio multifascio ad alta risoluzione. Inoltre, sono stati analizzati i parametri di temperatura, conduttività e salinità della colonna d’acqua. I dati raccolti hanno permesso di identificare nuove caratteristiche della dinamica recente del fondo marino e delle emissioni di gas legate al vulcanismo di fango, ottenendo informazioni approfondite sull'evoluzione temporale e spaziale della morfologia del fondale marino legata all’attività delle emissioni di gas nell'area. In quest'area sono presenti almeno quattro strutture vulcaniche di fango con diversi record evolutivi di fondo, tra cui la formazione di fratture, il consolidamento dei sedimenti e la variazione della morfologia e della profondità del fondale. Mappe batimetriche, riproduzioni 3D e superfici differenziali delle strutture analizzate negli anni sono state prodotte grazie ai dati di ecoscandaglio acustico multifascio. Infine, grazie ai video disponibili ed alle osservazioni dirette dei vulcani di fango, è stato possibile valutare una stima del metano emesso in atmosfera da tre aree emissive. Variazioni morfologiche e verticali sono state identificate in uno dei quattro vulcani. Queste sono state messe in relazione all’origine ed alla quantità di gas emesso, evidenziando come prevalgano dinamiche superficiali rispetto a quelle profonde. Si è pertanto potuto avere una stima dei cicli di inflazione/deflazione del vulcano dovuti appunto ai meccanismi di mobilitazione di gas e fango nel sottosuolo, alla loro fuoriuscita con conseguente aggravio del carico soprastante e creazione di vuoti nei sedimenti sottostanti, così come alla compattazione del fango ed alla creazione di sovrapressioni. Infine, i quattro vulcani di fango individuati sono stati ricondotti a tre tipi di strutture sottomarine, condizionate dalle dinamiche superficiali di risalita dei fluidi e dallo stato di attività degli stessi.

From 2017 to 2022, the Scoglio d’Affrica area located in the Northern Tyrrhenian sea had been surveyed and monitored after a transient event of gas and fluid emission from the seafloor that originated a geyser above the sea level. These transient phenomena occur very localized both in space and in extremely short time. The complexity of these kind of events requires an integrated monitoring system, which allows us to characterize the seafloor morphology and recent dynamics through a multidisciplinary research. Seabed gas emission phenomena in the area were detected both by visual observations and by using a high resolution swath bathymetry. In addition, temperature, conductivity and salinity parameters of the water column were analyzed. The data collected identified new features of recent seafloor dynamics and gas emissions related to mud volcanism, obtaining in-depth information on the temporal and spatial evolution of seafloor morphology related to gas emissions in the area. There are at least four mud volcanic structures in this area with different evolutionary records of the seafloor, including fracture formation, sediment consolidation and variation in seafloor morphology and depth. Bathymetric maps, 3D reproductions, and surface differences of the structures analyzed over the years were produced from multibeam acoustic echosounder data. Finally, thanks to available videos and direct observations of mud volcanoes, an estimate of methane emitted into the atmosphere from three emissive areas was assessed. Morphological and vertical variations were identified in one of the four volcanoes. These were related to the origin and amount of gas emitted, showing that surface dynamics prevailed over deep dynamics. It was therefore possible to have an estimate of the volcano's inflation/deflation cycles due precisely to the mechanisms of mobilization of gas and mud in the subsurface, their outflow with consequent aggravation of the overlying load and creation of voids in the underlying sediments, as well as mud compaction and creation of overpressures. Finally, the four identified mud volcanoes were schematized into three types of undersea features, conditioned by the surface dynamics of fluid upwelling and the state of mud volcanoes activity.