Langanhaltende Beben in Verbindung mit mantelbedingten CO2‑Emissionen der Mefite D’Ansanto (Italien)

Verborgene Rumoren unter einem stillen Tal

In einem abgelegenen Tal Süditaliens atmet ein unheimlicher See große Mengen an Kohlendioxid aus der Tiefe der Erde aus. Obwohl die Landschaft friedlich wirkt, zeigen empfindliche Instrumente schwache, rhythmische Erschütterungen im Boden. Diese Studie untersucht jene feinen Erschütterungen – sogenannte langperiodische Beben –, um zu verstehen, wie aufsteigendes Gas und unterirdisches Wasser in den Gesteinen wechselwirken und welche Bedeutung das für lokale Gefahren sowie unser grundsätzliches Verständnis davon hat, wie Fluide aus der Tiefe Erdbeben beeinflussen.

Ein natürliches Labor für den Atem der Erde

Mefite D’Ansanto, der Schwerpunkt der Untersuchung, ist eine der größten bekannten natürlichen Quellen für kaltes, mantelstammiges Kohlendioxid an der Erdoberfläche. Das Gas entweicht durch Schlote und einen kleinen blubbernden See, der über gefalteten und verwerften Gesteinsschichten zwischen zwei erdbebengefährdeten Regionen der südlichen Apenninen liegt. Frühere Arbeiten hatten gezeigt, dass das Gebiet ständig mit hydrothermalem Tremor „summt“ – einer kontinuierlichen, niederfrequenten Vibration, die mit Gas‑ und Fluidströmungen unter der Oberfläche verbunden ist. Über dieses Hintergrundrauschen beobachteten Forschende kurze, energiearme Ausbrüche, die anders aussahen: kurze Wellentrainings von nur wenigen Sekunden Länge mit einfachen Tönen zwischen etwa 0,7 und 7 Hertz. Diese Signale erinnerten an die langperiodischen Ereignisse, die typischerweise in aktiven Vulkanen auftreten, obwohl bei der Mefite kein Magma an der Oberfläche präsent ist.

Auf der Suche nach wiederkehrenden Untergrundtönen

Das Team installierte 2021 für mehrere Monate ein kleines Array von Seismometern um die Schlote und nutzte ein besonders klares Ereignis als „Vorlage“, um ähnliche Signale in den kontinuierlichen Aufzeichnungen zu suchen. Durch sorgfältiges Kreuzkorrelieren der gewählten Wellenform mit den Daten und eine Amplituden‑Ausfilterung erstellten sie ein Katalog mit nahezu tausend übereinstimmenden langperiodischen Beben an der Station am nächsten zum See und mehreren Hundert weiteren an benachbarten Stationen. Eine fortgeschrittene Signaltrennmethode, die Unabhängige Komponenten‑Analyse, zeigte, dass diese Ereignisse beständig zwei Haupttonbänder enthalten: eines um 2–4 Hertz, ähnlich dem allgegenwärtigen Tremor, und ein weiteres bei etwa 6,5–7,5 Hertz, das als deutliches, fast eintoniges Signal hervorsteht. Dieses Muster deutet darauf hin, dass die Beben einen spezifischen Quellprozess repräsentieren, der zwischen verschiedenen „Schwingungsmodi“ wechseln kann.

Risse, Blasen und klingendes Gestein

Um zu untersuchen, was schwingen könnte, analysierten die Forschenden, wie die Signale mit der Zeit abklingen, mithilfe einer Methode, die als Sompi‑Analyse bekannt ist. Die dominanten Töne zwischen etwa 3,5 und 10 Hertz klingen schnell ab, was auf einen niedrigen „Gütefaktor“ hinweist – charakteristisch für einen verlustbehafteten Resonator wie Flüssigkeit, die in einem rauen Riss schwappt. Kombiniert man diese Werte mit einfachen physikalischen Formeln, schließen sie auf mit Fluid gefüllte Risse, einige Meter lang, aber nur Bruchteile eines Millimeters breit, die sich schätzungsweise etwa 40 Meter unter der Oberfläche befinden, also tiefer als die Hauptquellen des kontinuierlichen Tremors. Eine separate Rechnung zur Blasenresonanz legt nahe, dass die effektive Größe von Gasansammlungen im Wasser mehrere Zentimeter beträgt, vergleichbar mit der Größe der jetzt am ausgetrockneten Seeboden sichtbaren Schlotöffnungen. Alle Befunde sprechen dafür, dass CO2‑reiches Wasser in engen Klüften vibriert, während Gasblasen entstehen, wachsen und oszillieren.

Gemischte Wellen auf dem Weg zur Oberfläche

Das Team untersuchte außerdem, wie sich der Boden während eines jeden Ereignisses bewegt. An der nächstgelegenen Station zeigen viele stärkere Beben nahezu geradlinige Teilchenbewegungen, die zum See zurückweisen – ein Kennzeichen für Kompressionswellen, die sich am schnellsten durchs Gestein ausbreiten. Weiter entfernt werden die Bewegungen elliptischer, was auf einen zunehmenden Anteil von Oberflächenwellen hindeutet, die entlang der Bodenoberfläche laufen. Durch das Messen winziger Zeitverzögerungen zwischen Stationen und die Verwendung eines seichten seismischen Geschwindigkeitsbildes des Untergrunds kamen die Autorinnen und Autoren zu dem Schluss, dass die langperiodischen Beben aus einer Mischung von Körper‑ und Oberflächenwellen bestehen, die sich durch geschichtete, wasserführende Gesteine bewegen. Ihre scheinbaren Geschwindigkeiten und Richtungen sind konsistent mit einer kompakten Quelle unterhalb der Schlote und nicht mit entfernten Erdbeben.

Warum diese sanften Beben wichtig sind

Insgesamt zeigt die Studie, dass die ungewöhnlichen langperiodischen Beben an der Mefite D’Ansanto keine miniaturisierten tektonischen Erdbeben und auch kein einfacher Rauschpegel sind, sondern das rhythmische Klingen gasbeladener Wasservorräte in engen Rissen, etwa 40 Meter unter dem blubbernden See. Druckänderungen im aufsteigenden CO2‑Wasser‑Gemisch scheinen das System anzutreiben: Wenn der Druck ausreichend ansteigt, reagieren die Klüfte und Blasenwolken wie natürliche Musikinstrumente und senden kurzzeitig niederfrequente Töne aus, die Seismometer registrieren können. Da dasselbe aus der Tiefe stammende Gas vermutlich auch größere regionale Erdbeben beeinflusst, könnte die Beobachtung dieser subtilen Signale einen neuen Weg eröffnen, die Fluidbewegung in der Kruste zu überwachen. Die Mefite dient damit als seltene, nicht‑vulkanische Versuchsstätte, an der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den tiefen Atem der Erde beobachten – und hören – können, während er den Boden leise erschüttert.

Zitation: Cusano, P., Morabito, S., Petrosino, S. et al. Long period quakes linked to Mefite D’Ansanto (Italy) mantellic CO₂ emissions. Sci Rep 16, 12453 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42564-2

Schlüsselwörter: langperiodische Seismizität, CO2‑Entgasung, hydrothermaler Tremor, mit Fluid gefüllte Risse, südliche Apenninen