نموذج تفاعل زلزالي قائم على التشوّه لِزلزالية كامبي فليغري

لماذا يهم هذا البركان القلق

تقع كامبي فليغري، وهي فوهة بركانية واسعة غرب نابولي، تحت واحدة من أكثر المناطق كثافة سكانية في أوروبا. على مدى أكثر من قرن كان سطح الأرض هناك يرتفع وينخفض ببطء، أحيانًا بأكثر من متر، ومنذ عام 2005 تسارَع كل من الارتفاع وعدد الزلازل الصغيرة. يتساءل الناس بطبيعة الحال: هل هذا إنذار لثوران قادم أم أنه مجرد تنفّس صاخب لنظام بركاني قديم؟ تتعامل هذه الدراسة مع السؤال من خلال بناء نموذج فيزيائي يربط التشوّه الأرضي وتفاعلات الزلازل، بهدف تقييم أفضل للمخاطر الزلزالية قصيرة الأجل في المنطقة.

الأرض القلقة في كامبي فليغري

تظهر السجلات التاريخية والقياسات الحديثة أن حوض كامبي فليغري مرّ بدورات متكررة من الارتفاع والانخفاض منذ عام 1905 على الأقل. حدثت حلقات ارتفاع كبيرة أوائل خمسينيات القرن الماضي، وحول عام 1970، وأوائل ثمانينيات القرن الماضي، ومرة أخرى منذ 2005 فصاعدًا. تميل الزلازل إلى التكتل خلال هذه مراحل الارتفاع، لكنها لا تتبع علاقة بسيطة متناسبة: عدد الهزات يرتفع أسرع من معدل الارتفاع، وغالبًا ما يبدأ نشاط زلزالي كبير فقط بعد أن يتجاوز مستوى الأرض ذروته السابقة. يشبه هذا السلوك ظاهرة معروفة في ميكانيكا الصخور باسم تأثير كايزر، حيث يبقى جسم مشدود هادئًا حتى يتم تجاوز أقصى إجهاد سابق. مع ذلك، فإن الملاحظات في كامبي فليغري أكثر تدرّجًا من عتبة "تشغيل–إيقاف" صارمة، مما يوحي بوجود فيزياء أكثر دقة تعمل هنا.

كيف تتذكر الفوالق الإجهاد السابق عند الانزلاق

لالتقاط النمط طويل الأجل، يستخدم المؤلفون إطارًا يُسمى الاحتكاك بالمعدّل والحالة (rate-and-state friction)، والذي يصف كيف تنزلق الفوالق اعتمادًا على كل من الإجهاد الحالي وتاريخ التحميل. في نموذجهم المبسّط، يُفترض أن الإجهاد المؤثر على الفوالق الضحلة يتناسب مع الارتفاع الرأسي المقاس عند محطة GPS داخل الحوض. هذا النهج يبني الذاكرة بشكل طبيعي: يحتفظ النموذج بسجل كل الارتفاعات منذ عام 1905، بحيث تؤثر حلقات التضخم السابقة على سهولة بدء انزلاق الفوالق اليوم. بمعاملات مناسبة، يعيد نموذج المعدّل والحالة إنتاج الاتجاه العام على مقياس قرني، بما في ذلك التأخير في بدء الزلازل حتى يتجاوز الارتفاع القمم السابقة. إنه يقلّد التوقيت الذي يوحي به تأثير كايزر، لكنه يولد ارتفاعًا أكثر سلاسة وتسارعًا في معدلات الزلازل يتوافق مع الملاحظات بشكل أوثق.

متى تثير الزلازل زلازل أخرى

على مقاييس زمنية أقصر من ساعات إلى أيام، يبدو السجل الزلزالي مختلفًا جدًا. بدلًا من صدمات رئيسية مع توابع مرتبة بدقة، تنتج كامبي فليغري غالبًا مجموعات متكتلة كثيفة من الهزات. للوهلة الأولى تبدو هذه السلالات بلا صدمات رئيسية واضحة، لكن المؤلفين يبرهنون أن العديد منها يحتوي على شلالات توابع مخفية. من خلال تكديس النشاط حول أكبر الأحداث، يجدون أن معدلات الزلازل تقفز فورًا بعد هذه الصدمات ثم تتلاشى مع الزمن بطريقة مميزة للتابعات. كما أن عدد الأحداث المثارة ينمو بسرعة مع حجم الصدمة الرئيسية. يكشف هذا النمط أن تفاعلات الزلزال-بالزلزال تشكل عنصرًا رئيسيًا في سلوك السلالات، حتى وإن كانت المجموعات تُعدَل بواسطة السوائِل وعمليات بركانية أخرى.

نظرة هجينة على الإجهاد والتكتل

نظرًا لأن التشوّه وحده لا يفسر التكتل القصير الأجل الكثيف، يجمع البحث بين نهجين نمطيين. يوفر نموذج المعدّل والحالة معدل زلازل "خلفي" متغيرًا مع الزمن مدفوعًا بالارتفاع، بينما يُضاف فوقه نموذج تابع إحصائي من نوع "وبائي" ليمثّل كيف يمكن لكل حدث أن يثير أحداثًا لاحقة. يحتوي هذا النموذج الهجين على سبعة معلمات، مُعايَرة باستخدام آلاف الزلازل الصغيرة المسجلة منذ 2005. ينجح حيث تفشل البدائل الأبسط: فهو يطابق كلًا من الارتفاع طويل الأجل في الزلازل والتكتلات المتفجّرة الشبيهة بالسلالات، ويُعيد توقيت وشدّة حلقات الارتفاع الماضية عند تشغيله رجوعيًا إلى منتصف القرن العشرين. ومن الجدير بالذكر أيضًا أنه يُقدّم تقديرات واقعية لمدة "ذاكرة" الفوالق للإجهاد السابق.

ما الذي يمكن أن يخبرنا به النموذج عن المخاطر

لاختبار قيمته العملية، استخدمت الفريق النموذج الهجين بطريقة شبه-استشرافية: بدءًا من عام 2020، طرحوا مرارًا سؤال ما الذي ستكون عليه الأسبوع أو الشهر المقبل من حيث عدد وحجم أقصى للزلازل، مستخدمين فقط المعلومات المتاحة في كل لحظة. ولّد آلاف السيناريوهات المُحاكاة لكل نافذة تنبؤ نطاقات احتمالية شملت في الغالب الملاحظات اللاحقة، بما في ذلك حدث بقوة 4.6 في منتصف 2025. بالنسبة للمقيمين والسلطات حول كامبي فليغري، لا يقدم هذا تنبؤًا دقيقًا لأي زلزال أو ثوران منفرد. بل يوفر طريقة أكثر موثوقية مستندة إلى الفيزياء لتقدير مدى انشغال وشدّة النشاط الزلزالي المتوقعة على مدى الأسابيع إلى الأشهر القادمة، مما يحسّن أساس تقييمات المخاطر قصيرة الأجل في هذه المنطقة البركانية الحساسة.

الاستشهاد: Hainzl, S., Dahm, T. & Tramelli, A. A deformation-driven earthquake interaction model for seismicity at Campi Flegrei. Commun Earth Environ 7, 244 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03296-3

الكلمات المفتاحية: كامبي فليغري, الزلازل البركانية, ارتفاع الأرض, تنبؤ زلزالي, سلالات الزلازل