Een door vervorming aangedreven model voor aardbevinginteracties bij seismische activiteit in Campi Flegrei

Waarom deze rusteloze vulkaan ertoe doet

Campi Flegrei, een uitgestrekte vulkanische krater net ten westen van Napels, ligt onder een van Europa’s dichtstbevolkte regio’s. Al meer dan een eeuw stijgt en daalt de grond daar langzaam, soms met meer dan een meter, en sinds 2005 nemen zowel de opheffing als het aantal kleine aardbevingen toe. Mensen vragen zich terecht af: is dit een waarschuwing voor een komende uitbarsting, of het rumoerige ademhalen van een langlevend vulkanisch systeem? Deze studie pakt die vraag aan door een op natuurkunde gebaseerd model te bouwen dat grondvervorming en interacties tussen aardbevingen verbindt, met als doel de kortetermijnseismische risico’s voor het gebied beter in te schatten.

De rusteloze grond van Campi Flegrei

Historische gegevens en moderne metingen tonen dat de caldera van Campi Flegrei herhaalde cycli van opheffing en inzinking heeft doorgemaakt sinds minstens 1905. Belangrijke opheffingsfases vonden plaats in het begin van de jaren 1950, rond 1970, begin jaren 1980 en opnieuw vanaf 2005. Aardbevingen concentreren zich vaak tijdens deze opheffingsfasen, maar niet op een eenvoudige, evenredige manier: het aantal bevingen stijgt sneller dan het opheffingstempo, en significante seismische activiteit begint vaak pas zodra het grondniveau eerdere toppen overschrijdt. Dit gedrag doet denken aan een in de rockmechanica bekende fenomeen, het Kaiser‑effect, waarbij een belast materiaal stil blijft totdat een eerder maximale spanning wordt overschreden. De waarnemingen in Campi Flegrei zijn echter geleidelijker dan een rigide "aan‑/uit"‑drempel, wat suggereert dat verfijndere fysica meespelen.

Hoe schuivende breukvlakken zich eerdere spanningen herinneren

Om het langetermijnpatroon te vangen gebruiken de auteurs een raamwerk dat rate‑and‑state wrijving wordt genoemd, dat beschrijft hoe breukvlakken schuiven afhankelijk van zowel de huidige spanning als hun laadgeschiedenis. In hun vereenvoudigde model wordt de spanning die op ondiepe breukvlakken werkt verondersteld evenredig te zijn aan de gemeten verticale opheffing bij een GPS‑station binnen de caldera. Deze benadering bouwt op natuurlijke wijze geheugen in: het model houdt alle opheffing sinds 1905 bij, zodat eerdere inflatie‑episodes beïnvloeden hoe gemakkelijk breukvlakken vandaag beginnen te schuiven. Met geschikte parameters reproduceert het rate‑and‑state‑model de algemene eeuwelijkse trend, inclusief het vertraagde begin van seismiek totdat de opheffing eerdere pieken overschrijdt. Het bootst de timing na die door het Kaiser‑effect wordt gesuggereerd, maar genereert een vloeiender, versnellende stijging van aardbevingsfrequenties die beter overeenkomt met de waarnemingen.

Wanneer aardbevingen andere aardbevingen triggeren

Op kortere tijdschalen van uren tot dagen ziet het seismische beeld er heel anders uit. In plaats van geïsoleerde hoofdschokken gevolgd door nette naschokreeksen produceert Campi Flegrei vaak dichte zwermen van gebeurtenissen. Op het eerste gezicht lijken deze zwermen duidelijke hoofdschokken te missen, maar de auteurs tonen aan dat veel zwermen verborgen naschokcascade(s) bevatten. Door activiteit rond de grootste gebeurtenissen op te stapelen, vinden ze dat de bevingsfrequentie onmiddellijk na deze schokken toeneemt en vervolgens in de tijd afneemt op een manier die kenmerkend is voor naschokken. Het aantal getriggerde gebeurtenissen groeit ook snel met de omvang van de hoofdschok. Dit patroon laat zien dat interacties tussen aardbevingen een sleutelcomponent zijn van het zwermgedrag, ook al worden de clusters gemoduleerd door vloeistoffen en andere vulkanische processen.

Een hybride kijk op spanning en clustering

Aangezien alleen vervorming de intense kortetermijnclustering niet kan verklaren, combineert de studie twee modelleerbenaderingen. Het rate‑and‑state‑model levert een tijdsafhankelijke "achtergrond"‑bevingsfrequentie die wordt aangedreven door opheffing, terwijl bovenop dat systeem een statistisch epidemic‑type naschokmodel wordt gelegd om te representeren hoe elke gebeurtenis verdere gebeurtenissen kan triggeren. Dit hybride model heeft zeven parameters, gekalibreerd met duizenden kleine aardbevingen die sinds 2005 zijn geregistreerd. Het slaagt waar eenvoudigere alternatieven falen: het verklaart zowel de langetermijnstijging van seismiek als de burst‑achtige, zwermachtige clusters, en het reproduceert de timing en intensiteit van eerdere opheffingsepisodes wanneer het teruggevoerd wordt tot het midden van de twintigste eeuw. Opvallend is dat het ook realistische schattingen oplevert van hoe lang breukvlakken zich eerdere spanningen "herinneren".

Wat het model ons over risico kan vertellen

Om de praktische waarde te testen, gebruikte het team het hybride model op een pseudo‑prospectieve manier: vanaf 2020 stelden ze herhaaldelijk de vraag hoe de komende week of maand eruit zou zien qua aantal en maximale omvang van aardbevingen, waarbij ze alleen informatie gebruikten die op elk moment beschikbaar zou zijn geweest. Duizenden gesimuleerde scenario’s voor elk voorspellingsvenster produceerden kansbereiken die grotendeels de latere waarnemingen omvatten, waaronder een gebeurtenis van magnitude 4,6 midden 2025. Voor bewoners en autoriteiten rond Campi Flegrei levert dit geen precieze voorspelling van een specifieke aardbeving of uitbarsting. In plaats daarvan biedt het een betrouwbaarder, door fysica geïnformeerde manier om in te schatten hoe druk en hoe sterk de seismische activiteit waarschijnlijk zal zijn in de komende weken tot maanden, waarmee de basis voor kortetermijn‑hazardbeoordelingen in deze gevoelige vulkanische regio wordt verbeterd.

Bronvermelding: 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

Trefwoorden: Campi Flegrei, vulkanische aardbevingen, bodemopheffing, seismische voorspelling, aardbevingszwermen