Meksikonlahden geologia on dynaamista, eikä sitä ohjaa mannerlaattatektoniikka vaan pinnanalaisten suolamassojen liike. Suolakerrostumat, jotka ovat jäänne noin 200 miljoonaa vuotta sitten vallinneesta valtamerestä, käyttäytyvät tietyllä tavalla, kun niitä peittävät raskaat sedimentit. Ne tiivistyvät, deformoituvat, puristuvat halkeamiin ja paisuvat palloiksi kerrostuman päällä olevaan materiaaliin.
Tällainen suolatektoniikka muokkaa geologisia kerrostumia ja merenpohjaa GOM:ssa edelleen niin kuin harvoissa muissa paikoissa maapallolla. Tämän suolatektonismin ja jokien altaaseen jatkuvasti kuljettaman sedimentin vuoksi GOM:n merenpohja on jatkuvasti muuttuvaa maastoa. Bathymetria on täynnä aktiivisia rikkonaisuuksia ja jyrkänteitä, romahduslohkareita ja liukumia, kanjoneita ja kanavia, sedimenttiaaltoja, pockmarkkeja ja mutavyöryjä sekä muita luonnollisia öljy- ja kaasuvuotoja.
Yhdysvaltojen sisäministeriön valtamerienergiaviraston (Bureau of Ocean Energy Management, BOEM) luomassa uudessa alueellisessa merenpohjaa koskevassa tietokokonaisuudessa tämä dynaaminen toimintaympäristö paljastuu uudella, häkellyttävällä tarkkuudella. Aineisto sisältää yksityiskohtaisia seismisiä tutkimuksia, joita on alun perin tehnyt 15 eri öljy- ja kaasuteollisuudessa toimivaa yritystä. BOEM sai luvan julkaista asiaankuuluvat omat tiedot julkisesti vapaasti ladattavana merenpohjan kokonaiskarttana.
Jopa 149 neliömetrin pikselikohtaisella resoluutiolla, joka vastaa suunnilleen amerikkalaisen omakotitalon pinta-alaa, BOEM:n batymetrikartan resoluutio on vähintään 16 kertaa korkeampi kuin GOM:n pohjoisosassa perinteisesti käytetyn kartan. Suurin osa uuden kartan talokokoisista pikseleistä on 1, 2 ja 3 kilometrin syvyydessä veden alla, ja tuote sisältää niitä 1,4 miljardia kappaletta, joten kyseessä on gigapikselikartta.
Miten suola on päässyt sinne?
Hypoteesina on, että suola saostui hypersuolaisesta merivedestä, kun Afrikka ja Etelä-Amerikka vetäytyivät poispäin PohjoisAmerikasta triaskauden ja jurakauden aikana, noin 200 miljoonaa vuotta sitten. GOM oli alun perin suljettu, rajoitettu allas, johon merivesi tunkeutui ja sitten haihtui kuivassa ilmastossa, mikä aiheutti hypersuolapitoisuuden (samaan tapaan kuin Utahissa sijaitsevassa Suuressa Suolajärvessä ja Israelin ja Jordanian välissä sijaitsevassa Kuolleessa meressä).
Suola täytti altaan tuhansien metrien syvyydelle, kunnes se avautui Atlantin valtameren esi-isälle, minkä seurauksena mereen palasi jälleen avoin merellinen kierto ja normaali suolapitoisuus. Geologisen ajan edetessä jokideltat ja merelliset mikrofossiilit kerrostivat altaaseen vielä tuhansia metrejä sedimenttejä paksun suolakerroksen päälle.
Suola, johon kohdistui kilometrien syvyyteen hautautumisen aiheuttama valtava paine ja kuumuus, muodonmuutti ajan mittaan kitin tavoin ja tihkui ylöspäin kohti merenpohjaa. Liikkuva suola halkaisi ja rikkoi yläpuolella olevia hauraita sedimenttejä, mikä puolestaan loi luonnollisia väyliä syvällä olevalle öljylle ja kaasulle, jotka pääsivät tihkumaan halkeamien läpi ylöspäin ja muodostamaan varastoja matalampien geologisten kerrosten sisällä.
Out with the Old? Not So Fast
Meksikonlahden pohjoisen osan suosituin batymetrikartta on ollut versio, jonka National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), National Geophysical Data Center (NGDC) ja Texas A&M:n Meksikonlahden rannikkomeren havainnointijärjestelmä (GCOOS) tuottivat 1990-luvulla. Organisaatiot kokosivat sen käyttäen tietoja erilaisista monikeilakaikuluotainmittauksista ja 2D-seismisistä linjoista, jotka on sijoitettu kilometrien päähän toisistaan ja joiden resoluutio on jopa 2500 neliömetriä pikseliä kohti. Tämä on geofysiikan kannalta erinomainen resoluutio, ja viimeisten kahden vuosikymmenen ajan kartta on ollut arvostettu ja suosittu alueellinen tietokokonaisuus tieteen, akateemisen maailman sekä öljy- ja kaasuteollisuuden piirissä.
BOEM:n uusi kartta, joka perustuu yksinomaan kolmiulotteiseen seismiseen aineistoon, ei kata yhtä laajaa aluetta kuin NOAA/NGDC/GCOOS-kartta, mutta sen parannettu resoluutio ja johdonmukainen pikselikoko paljastavat löytymättömiä ja aiemmin heikosti selvitettyjä geologisia piirteitä mantereen rinteessä, suolaisen minialtaan provinssissa, abyssiaalisella tasangolla, Mississippin tuulettimella sekä Floridan mannerjalustalla ja -selänteellä. Uuden kartan pienemmän kattavuuden vuoksi historiallinen kartta on kuitenkin edelleen erittäin hyödyllinen.
BOEM’s Seismic Database
BOEM:n tutkijat rakensivat kartan käyttäen BOEM:n luottamuksellista kolmiulotteisten seismisten kartoitusten tietokantaa, jonka jokainen kartoitus on alun perin kuvattu öljy- ja kaasuteollisuudessa niiden etsiessä hiilivetyjä. Koska BOEM on virasto, joka vastaa geofysikaalisten tutkimusten lupien myöntämisestä liittovaltion offshore-vesillä, Yhdysvaltain liittovaltion säännöstön (U.S. Code of Federal Regulations) mukaan BOEM:llä on oikeus pyytää kopio kustakin tutkimuksesta sen jälkeen, kun se on käsitelty ja puhdistettu täyttämään tietyt laatustandardit.
Saatuaan tutkimuksen geofysikaaliselta urakoitsijalta tai öljy-yhtiöltä BOEM:n tiedemiehet käyttävät tietoja auttaakseen muussa tärkeässä viranomaisvelvollisuudessa, kuten arvioitaessa potentiaalisten ja havaittujen öljyn- ja kaasunporausesiintymien geologiaa. Vuonna 2017 tämä luottamuksellisten tietojen kolmiulotteinen seisminen tietokanta kattoi 350 000 neliökilometriä Meksikonlahdella, mikä on suurempi alue kuin New Mexicon osavaltio. Tietokannan vanhimmat tutkimukset ovat peräisin 1980-luvulta.
Deepwater Horizon ja ensimmäinen integroitu kartta
Vuodesta 1998 lähtien BOEM on käyttänyt kyseistä tietokantaa kartoittaakseen merenpohjaa satojen tutkimusten avulla tavoitteenaan tunnistaa luonnossa esiintyvien öljy- ja kaasunporausten luontaisesti esiintyvien öljyn- ja kaasunporausten potentiaaliset kovat pohjasubstraatit, jotka soveltuvat korallien ja kemosynteettisten eliöiden (esimerkiksi simpukoiden, simpukoiden ja putkikierrontamatojen) pohjaeläinyhteisöille. Nämä eliöt kuluttavat hiilivetyjä ja rikkivetyä, jotka vapautuvat näistä vuotokohdista.
Kun traaginen Deepwater Horizon -öljyvahinko tapahtui vuonna 2010, NOAA:n luonnonvarojen vahinkojen arviointiosaston meribiologit tarvitsivat yksityiskohtaisen kartan tapahtumaa ympäröivästä merenpohjasta, jotta he voisivat mallintaa, kuinka moniin kyseisiin pohjaeläinyhteisöihin on voinut kohdistua vaikutuksia. NOAA:n biologit, jotka olivat tietoisia BOEM:n laajasta merenpohjatietokannasta, pyysivät sen geotieteilijöitä luomaan puolialueellisen kartan, jota NOAA voisi käyttää mallintamaan aluetta, johon öljypilvi vaikutti.
Työ vaati tutkijoilta menetelmän, jonka avulla he voisivat yhdistää useat päällekkäiset merenpohjakartat, jotka he olivat laatineet eri kolmiulotteisilla seismisillä seismisillä kartoituksilla, yhdeksi ruudukkomaiseksi pinnaksi. Tätä kautta syntyi ajatus vielä laajemmasta gigapikselikartasta.
Gigapikseliruudukon luominen
Kehitettyään menetelmän ja toimitettuaan kartan biologeille geotieteilijät tajusivat, millaisia mahdollisuuksia heillä oli käytettävissään: He voisivat yhdistää loput merenpohjakarttansa kattaakseen suurimman osan GOM:n pohjoisosasta syvän veden alla.
BOEM:n geotieteilijät käyttivät alkuperäisen ruudukon luomiseksi kolmiulotteisia aikamigroituja kartoituksia (joissa syvyys esitetään indusoidun tai passiivisen seismisyyden kuljettamina millisekunneissa, ei jaloissa tai metreissä). Sen jälkeen tutkijat osoittivat ruudukon soluille syvyydet Advocaten ja Hoodin kehittämän algoritmin avulla. Tämän jälkeen he vertasivat tuloksena saatua syvyysruutua yli 300:aan GOM:n alueella tehtyyn porausreikään määrittääkseen ajan ja syvyyden muuntovirheen, joka oli keskimäärin 1,3 % vesisyvyydestä.
Keskimääräisesti suurin, 5 %:n virhe esiintyy alle 150 metrin vesisyvyyksissä, koska tavanomaiset seismiset havainnot tehdään matalassa vedessä ja koska matalassa vedessä vallitseva lämpötilan ja suolapitoisuuden vaihtelu on voimakasta, mikä vaikuttaa äänennopeuteen vedessä. BOEM:n tutkijat päättivät, että GOM:n matalalla mannerjalustalla hankitut seismiset tiedot sisältävät usein liikaa kohinaa, jotta merenpohjan tulkitsija voisi määrittää tarkasti, missä vesi loppuu ja missä sedimentti alkaa. Tämä tarkoitti sitä, että BOEM:n kartta ei voinut sisältää tiettyjä alueita hyllystä, mikä teki siitä pienemmän kuin NOAA:n historiallinen kartta, joka kattaa hyllyn.
Syvyysalueella 500-3300 metriä (jossa on suurin osa ruudusta) keskimääräisen virheen laskettiin olevan alle 0,5 % vesisyvyydestä. Tämä pieni virhe tarkoitti sitä, että näiltä syvyyksiltä saadut tiedot paljastaisivat hienoimman resoluution alueellisen syvän veden batymetrian, joka on koskaan luotu.
Kokonaiskartan tekeminen
Geotieteilijät aloittivat yli 200 yksittäisen merenpohjakartan pohjalta, jotka on luotu kolmiulotteisista tutkimuksista 1980-luvun lopulta 2010-luvulle. Meksikonlahden yhdysvaltalaisessa osassa vain harvoja alueita kattaa vain yksi tutkimus (joitakin kattaa neljä tai useampia), ja tulkkien oli verrattava niitä toisiinsa määrittääkseen, mikä niistä oli tehty parhaiden tietojen perusteella. He loivat mosaiikin yli sadasta korkealaatuisimmasta batymetrikartasta, jotka kattavat 40-3379 metrin vesisyvyydet ja jotka on tulkittu 15 eri geofysikaalisen yrityksen alun perin tekemien seismisten tutkimusten perusteella.
Vaikka BOEM ylläpitää kopioita kaikesta seismisestä aineistosta, alkuperäinen aineisto säilyy laillisena omistusoikeutena alkuperäisillä yrityksillä 25 vuoden ajan. Vuosien varrella tapahtuneet sulautumiset ja yritysostot merkitsivät sitä, että sen sijaan, että BOEM:n olisi pitänyt pyytää julkaisulupaa 15 yhtiöltä, sen tarvitsi pyytää sitä vain seitsemältä: CGG Services (U.S.), Inc.; ExxonMobil Corporation; Petroleum Geo-Services (PGS); Seitel, Inc.; Spectrum USA; TGS-NOPEC Geophysical Company; ja WesternGeco, LLC.
Luvan saaminen näiltä seitsemältä yhtiöltä kesti kuukausia, paljon odotettua kauemmin, mutta lopulta BOEM sai kaikki tarvittavat luvat ja aloitti julkaisuprosessin. Uusi korkearesoluutioinen ruudukko on ladattavissa BOEM:n verkkosivuilta. Sivusto tarjoaa myös GIS-kerroksia, joissa luokitellaan yli 34 000 merenpohjan piirrettä, kuten pockmarkkeja, kanavia, kovia pohjia, mutavyöryjä, luonnollisia vuotoja ja muita.
Kuvissa 5-9 esitellään BOEM:n GOM:n gigapikselikartan yksityiskohtia, jotka ovat 19 vuoden kartoitustyön tulosta.
Kiitokset
Me kiitämme CGG Services (U.S.), Inc; ExxonMobil Corporation, PGS, Seitel, Inc., Spectrum USA, TGS-NOPEC Geophysical Company ja WesternGeco, LLC, jotka antoivat meille luvan julkaista tietojaan.