Ein defor-mationsgesteuertes Erdbeben‑Interaktionsmodell für die Seismizität der Campi Flegrei

Warum dieser unruhige Vulkan wichtig ist

Die Campi Flegrei, ein ausgedehnter Vulkankrater westlich von Neapel, liegt unter einer der dichtest besiedelten Regionen Europas. Seit mehr als einem Jahrhundert hebt und senkt sich der Boden dort langsam, manchmal um mehr als einen Meter, und seit 2005 beschleunigen sowohl die Hebung als auch die Zahl kleiner Erdbeben. Die Frage liegt nahe: Ist das ein Warnzeichen für einen bevorstehenden Ausbruch oder das laute Atmen eines langlebigen Vulkansystems? Diese Studie geht dieser Frage nach, indem sie ein physikalisch begründetes Modell entwickelt, das Bodendeformation und Erdbeben‑Interaktionen verknüpft, mit dem Ziel, die kurzfristige seismische Gefährdung der Region besser einzuschätzen.

Der unruhige Boden der Campi Flegrei

Historische Aufzeichnungen und moderne Messungen zeigen, dass die Caldera der Campi Flegrei seit mindestens 1905 wiederholt Zyklen aus Hebung und Absenkung durchlaufen hat. Größere Hebungsphasen traten in den frühen 1950er‑Jahren, um 1970, Anfang der 1980er‑Jahre und erneut seit 2005 auf. Erdbeben neigen dazu, während dieser Hebungsphasen zu häufen, jedoch nicht auf einfache, proportionale Weise: Die Zahl der Beben steigt schneller als die Hebungsrate, und nennenswerte seismische Aktivität beginnt oft erst, wenn der Bodenstand frühere Maxima übertrifft. Dieses Verhalten ähnelt dem in der Gesteinsmechanik bekannten Kaiser‑Effekt, bei dem ein vorgespannter Werkstoff ruhig bleibt, bis ein früheres Maximum an Spannung überschritten wird. Die Beobachtungen an den Campi Flegrei sind jedoch gradueller als ein strenger „Ein‑/Aus“‑Schwellenwert, was auf komplexere zugrundeliegende physikalische Prozesse hinweist.

Wie rutschende Verwerfungen sich vergangene Spannung merken

Um das langfristige Muster zu erfassen, verwenden die Autorinnen und Autoren einen Rahmen namens Rate‑and‑State‑Reibung, der beschreibt, wie Verwerfungen je nach aktueller Spannung und ihrer Belastungsgeschichte gleiten. In ihrem vereinfachten Modell wird die auf flache Verwerfungen wirkende Spannung als proportional zur gemessenen vertikalen Hebung an einer GPS‑Station innerhalb der Caldera angesetzt. Dieser Ansatz baut auf natürliche Weise ein Gedächtnis ein: Das Modell führt Buch über alle Hebungen seit 1905, sodass frühere Aufblähungsphasen beeinflussen, wie leicht Verwerfungen heute zu rutschen beginnen. Mit geeigneten Parametern reproduziert das Rate‑and‑State‑Modell den über ein Jahrhundert reichenden Trend, einschließlich des verzögerten Einsetzens der Seismizität bis die Hebung frühere Spitzen übertrifft. Es ahmt das zeitliche Verhalten nach, das der Kaiser‑Effekt andeutet, erzeugt jedoch einen glatteren, beschleunigenden Anstieg der Erdbebenraten, der den Beobachtungen näher kommt.

Wenn Erdbeben weitere Erdbeben auslösen

Auf kürzeren Zeitskalen von Stunden bis Tagen sieht das seismische Bild ganz anders aus. Statt isolierter Hauptereignisse mit übersichtlichen Nachbebenfolgen erzeugen die Campi Flegrei häufig dichte Schwärme von Ereignissen. Auf den ersten Blick scheinen diesen Schwärmen klare Hauptbeben zu fehlen, doch die Autorinnen und Autoren zeigen, dass viele verborgene Nachbeben‑Kaskaden enthalten. Indem sie die Aktivität um die größten Ereignisse mitteln, finden sie, dass die Erdbebenrate unmittelbar nach diesen Schocks ansteigt und dann mit der für Nachbeben charakteristischen zeitlichen Abklingrate abnimmt. Die Zahl der ausgelösten Ereignisse wächst zudem schnell mit der Größe des Hauptbebens. Dieses Muster zeigt, dass Erdbeben‑zu‑Erdbeben‑Interaktionen ein Schlüsselbestandteil des Schwarmverhaltens sind, auch wenn die Cluster durch Fluide und andere vulkanische Prozesse moduliert werden.

Eine hybride Sicht auf Spannung und Clusterbildung

Da allein die Deformation die intensive kurzfristige Clusterbildung nicht erklären kann, kombiniert die Studie zwei Modellansätze. Das Rate‑and‑State‑Modell liefert eine zeitlich veränderliche „Hintergrund“‑Erdbebenrate, die durch Hebung angetrieben wird, während ein statistisches Epidemie‑Typ‑Nachbebenmodell darüber gelegt wird, um darzustellen, wie jedes Ereignis weitere Ereignisse auslösen kann. Dieses hybride Modell hat sieben Parameter, die anhand von Tausenden kleiner Erdbeben seit 2005 kalibriert wurden. Es gelingt dort, wo einfachere Alternativen scheitern: Es stimmt sowohl mit dem langfristigen Anstieg der Seismizität als auch mit den stakkatoartigen, schwarmartigen Clustern überein und reproduziert beim Rückrechnen bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts Timing und Intensität früherer Hebungsphasen. Bemerkenswert ist auch, dass es realistische Abschätzungen darüber liefert, wie lange Verwerfungen sich frühere Spannungen „merken“.

Was das Modell über das Risiko aussagen kann

Um seinen praktischen Nutzen zu prüfen, nutzte das Team das hybride Modell pseudo‑prospektiv: Ausgehend von 2020 fragten sie wiederholt, wie die nächste Woche oder der nächste Monat hinsichtlich Zahl und maximaler Größe der Erdbeben aussehen würde, wobei sie nur Informationen verwendeten, die zu jedem Zeitpunkt verfügbar gewesen wären. Tausende simulierte Szenarien für jedes Prognosefenster ergaben Wahrscheinlichkeitsbereiche, die größtenteils die später beobachteten Ereignisse umfassten, einschließlich eines Magnitude‑4.6‑Ereignisses Mitte 2025. Für Anwohner und Behörden rund um die Campi Flegrei liefert dies keine präzise Vorhersage eines einzelnen Erdbebens oder Ausbruchs. Stattdessen bietet es eine verlässlichere, physikinformierte Methode, um einzuschätzen, wie rege und wie stark die seismische Aktivität in den kommenden Wochen bis Monaten wahrscheinlich sein wird, und verbessert damit die Grundlage für kurzfristige Gefährdungsbeurteilungen in dieser sensiblen Vulkanregion.

Zitation: 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

Schlüsselwörter: Campi Flegrei, vulkanische Erdbeben, Hebung des Bodens, seismische Vorhersage, Erdbebenschwärme