Найден способ снизить сейсмичность кальдеры Флегрейских полей

При слове « супервулкан» все сразу вспоминают американский Йеллоустоун, извержение которого грозит большими бедами Американскому (да и не только) континенту. Гораздо реже говорят о его европейском собрате: Флегрейских полях (Campi Flegrei), расположенных около Неаполя. А ведь он не менее опасен, и в его кальдере живут сотни тысяч человек.

Учёные постоянно мониторят состояние итальянского супервулкана, пытаются выявить признаки возможного извержения, стараются найти способы своевременно предупредить живущих там людей и оперативно их эвакуировать из опасной зоны. С 2022 года юг Италии с всё возрастающей интенсивностью сотрясают землетрясения, а земля испытывает медленные вертикальные движения. И пока власти решают проблемы информирования и эвакуации населения, учёные, похоже, нашли способ снизить сейсмичность в кальдере.

С помощью визуализации происходящего в недрах и лабораторных экспериментов учёные из Стэнфорда продемонстрировали, что нарастание давления воды и пара в резервуаре под Флегрейскими полями при герметизации «крышки» перекрывающих пород, может привести к землетрясениям.

Исследование показывает, что повторяемость случаев избыточного давления в резервуаре была причиной деформации и сейсмичности и в начале 1980-х годов, и в последние 15 лет, что в конечном итоге привело к выявлению основного механизма.

Результаты исследования ставят под сомнение широко распространённую теорию о том, что сейсмичность вызывается подъёмом магмы или её газов с глубины, когда расплав из глубокой зоны расплава движется в верхние слои под вулканической областью. Они показывают и то, как скорость, с которой вода постепенно пополняет резервуар, влияет на скорость деформации и изменения высоты земли.

«Чтобы решить эту проблему, мы можем управлять поверхностным стоком и потоком воды или даже снизить давление, откачивая жидкости из скважин», — говорит старший автор исследования Тициана Ванорио (Tiziana Vanorio), доцент кафедры наук о Земле и планетах в Школе устойчивого развития Доэрра при Стэнфордском университете.

Исследователи проанализировали повторяющиеся закономерности и общие характеристики изображений подземных структур и землетрясений, произошедших во время двух последних периодов сейсмичности на Флегрейских полях. Они подозревают, что эта активность, характеризующаяся подъёмом земли и резким сотрясением с грохотом, является признаком паровых взрывов, которые происходят, когда жидкая вода быстро превращается в пар во время образования трещин при землетрясениях. Исследование включает данные о сейсмичности 1982-1984 и 2011-2024 годов.

«Мы изучаем события, произошедшие с разницей в десятилетия, но на снимках есть сильное сходство, которое указывает не только на цикличность явления, но и на общую основную причину», — говорит соавтор исследования Грация Де Ландро (Grazia De Landro), научный сотрудник из Неаполитанского университета имени Фридриха II (Италия) и приглашённый научный сотрудник Стэнфорда, — «Отсюда и возникла идея совместной работы, особенно в плане изучения физики горных пород. Использование физики горных пород — единственный способ сказать что-то количественное о визуализации недр».

Вулканическая область Флегрейских полей содержит закрытый геотермальный резервуар под городом Поццуоли, к западу от Неаполя и Везувия. Территория постоянно контролируется с момента сотрясений в 1982-1984 годах, когда земля поднялась более чем на 2 метра, а гавань Поццуоли стала настолько мелкой, что корабли больше не смогли причаливать. После этого землетрясение магнитудой 4 балла и тысячи микротолчков привели к эвакуации 40 000 человек из Поццуоли.

Анализ томографии, а также местоположения и охвата землетрясений привели исследователей к теории о том, что повторяющийся грохот может быть вызван не пополнением магматического очага или выбросом газов из системы. Во время обоих эпизодов сейсмичности землетрясения начинались в пределах перекрывающей породы на относительно небольшой глубине.

«После визуализации временной эволюции землетрясений можно увидеть очень чёткую закономерность — землетрясения со временем становятся глубже», — сказал соавтор Тяньян Го (Tianyang Guo), аспирант в области наук о Земле и планетах, который объединил данные о землетрясениях из двух эпизодов для визуальной интерпретации.

По мнению исследователей если бы подъём магмы или газов на меньшие глубины, был основной причиной точков, получалась бы противоположная картина — землетрясения начинались бы ближе к более глубокой области расплава, и с течением времени постепенно становились бы менее глубокими. Более того, подъем магмы без извержения не может объяснить оседание после сотрясения. Правдоподобным объяснением проседания является наблюдаемый выброс воды и пара после разрыва породы, вызванного сейсмической активностью, что естественным образом снижает давление внутри резервуара.

С помощью своей новой модели внутреннего устройства европейского супервулкана исследователи надеются донести до местных правительственных чиновников механизмы, вызывающие сотрясения в бурлящей системе и предложить способы снижения сейсмичности.

«Я называю это идеальным геологическим штормом — у вас есть все ингредиенты для возникновения шторма: горелка системы — расплавленная магма, топливо в геотермальном резервуаре и крышка», — сказал Ванорио, — «Мы не можем воздействовать на горелку, но у нас есть возможность управлять топливом. Восстанавливая водные каналы, контролируя грунтовые воды и управляя давлением в резервуарах, мы можем подтолкнуть науку о Земле в сторону более проактивного подхода — типа профилактического здравоохранения — для раннего выявления рисков и предотвращения неприятностей до того, как они разразятся. Вот как наука служит обществу».

И это вполне закономерный вывод: в наше время геология работает на стыке наук и в тесном контакте с другими областями знаний для решения многих не только сугубо геологических проблем.

Своими исследованиями учёные поделились в журнале Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adt2067. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt2067.

Источники: https://phys.org/news/2025-05-scientists-key-earthquake-italy-campi.html, https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt2067