Długookresowe trzęsienia powiązane z emisjami płaszczowego CO2 z Mefite D’Ansanto (Włochy)

Ukryte pomruki pod cichą doliną

W odległej dolinie południowych Włoch tajemnicze jezioro cicho wydycha ogromne ilości dwutlenku węgla pochodzącego z głębi Ziemi. Choć krajobraz wydaje się spokojny, wrażliwe przyrządy rejestrują słabe, rytmiczne drżenia gruntu. Badanie to analizuje te subtelne wstrząsy — nazywane długookresowymi trzęsieniami — aby odkryć, jak wznoszący się gaz i podziemna woda oddziałują w skałach poniżej, oraz co może to znaczyć dla lokalnych zagrożeń i naszego szerszego rozumienia wpływu płynów głębokich warstw Ziemi na aktywność sejsmiczną.

Naturalne laboratorium głębokiego oddechu Ziemi

Mefite D’Ansanto, będące przedmiotem badania, jest jednym z największych znanych naturalnych źródeł zimnego dwutlenku węgla pochodzącego z płaszcza, które wydostaje się na powierzchnię Ziemi. Gaz ulatnia się przez wywiewy i małe bulgoczące jezioro położone nad sfałdowanymi i uskokowymi warstwami skalnymi między dwoma sejsmicznie aktywnymi obszarami południowych Apeninów. Wcześniejsze badania wykazały, że teren nieustannie „brzęczy” tremorem hydrotermalnym — ciągłą, niskopoziomową wibracją związaną z przepływem gazu i płynów pod ziemią. Na tle tego szumu badacze zauważyli krótkie, niskoenergetyczne wybuchy, które wyglądały inaczej: krótkie pakiety fal, trwające tylko kilka sekund, o prostych tonacjach skoncentrowanych między około 0,7 a 7 hercami. Sygnały te przypominały długookresowe zdarzenia typowe dla aktywnych wulkanów, mimo że w Mefite nie występuje magma przy powierzchni.

Słuchając powtarzających się podziemnych tonów

Zespół rozmieszczony niewielką sieć sejsmometrów wokół wywiewów na kilka miesięcy w 2021 roku i użył jednego szczególnie czytelnego zdarzenia jako „wzoru”, by wyszukać podobne sygnały w ciągłych zapisach. Poprzez staranną korelację krzyżową wybranej fali z danymi i filtrowanie według amplitudy zbudowali katalog blisko tysiąca pasujących długookresowych wstrząsów przy stacji najbliższej jezioru oraz setek kolejnych przy sąsiednich stacjach. Zaawansowana technika separacji sygnałów, Niezależna Analiza Składników (ICA), wykazała, że te zdarzenia konsekwentnie zawierają dwa główne pasma tonalne: jedno w okolicach 2–4 Hz, podobne do stale obecnego tremoru, oraz drugie około 6,5–7,5 Hz wyróżniające się jako niemal jednotętna składowa. Wzorzec ten sugeruje, że trzęsienia reprezentują określony proces źródłowy, który może przełączać się między różnymi „trybami” drgań.

Spękania, pęcherzyki i dzwoniąca skała

Aby zbadać, co może wibrować, badacze przeanalizowali, jak sygnały wygasają w czasie, używając metody znanej jako analiza Sompi. Dominujące tony, między około 3,5 a 10 Hz, gasną szybko, co wskazuje na niską „jakość” — cechę tłumiącego rezonatora, takiego jak płyn kołyszący się w chropowatym pęknięciu. Łącząc te wartości z prostymi wzorami fizycznymi, wywnioskowali istnienie pęknięć wypełnionych płynem o długości kilku metrów, lecz szerokości zaledwie ułamków milimetra, położonych mniej więcej 40 metrów pod powierzchnią, głębiej niż główne źródła ciągłego tremoru. Osobne obliczenie rezonansu pęcherzy sugeruje, że efektywne rozmiary skupisk gazu w wodzie wynoszą rząd kilku centymetrów, porównywalny z rozmiarem przelotnych wywiewów widocznych obecnie na wyschniętym dnie jeziora. Wszystkie linie dowodowe wskazują na wodę bogatą w CO2 wibrującą w wąskich szczelinach podczas formowania, wzrostu i oscylacji pęcherzy gazu.

Mieszane fale w drodze na powierzchnię

Zespół badał również, jak grunt porusza się podczas każdego zdarzenia. Przy najbliższej stacji wiele silniejszych wstrząsów wykazuje prawie prostoliniowy ruch cząstek skierowany z powrotem w stronę jeziora, co jest cechą fal kompresyjnych poruszających się najszybciej przez skałę. W większych odległościach ruch staje się bardziej eliptyczny, wskazując na rosnący udział fal powierzchniowych rozchodzących się po wierzchniej warstwie gruntu. Mierząc drobne opóźnienia czasowe między stacjami i wykorzystując płytki obraz prędkości sejsmicznej podpowierzchni, autorzy doszli do wniosku, że długookresowe trzęsienia składają się z mieszanki fal objętościowych i fal powierzchniowych podróżujących przez warstwowe, nasycone wodą skały. Ich pozorne prędkości i kierunki są zgodne z kompaktowym źródłem pod wywiewami, a nie z odległymi trzęsieniami ziemi.

Dlaczego te łagodne wstrząsy mają znaczenie

Podsumowując, badanie pokazuje, że niezwykłe długookresowe trzęsienia w Mefite D’Ansanto nie są miniaturowymi trzęsieniami tektonicznymi ani prostym szumem, lecz rytmicznym dzwonieniem wąskich szczelin wypełnionych wodą naładowaną gazem, około 40 metrów poniżej bulgoczącego jeziora. Zmiany ciśnienia w unoszącej się mieszaninie CO2 i wody wydają się napędzać system: gdy ciśnienie wzrasta wystarczająco, szczeliny i chmury pęcherzy reagują jak naturalne instrumenty muzyczne, krótkotrwale emitując niskoczęstotliwościowe tony, które mogą rejestrować sejsmometry. Ponieważ ten sam gaz pochodzący z głębi uważany jest za mający wpływ na większe, regionalne trzęsienia, śledzenie tych subtelnych sygnałów może zaoferować nowy sposób monitorowania przemieszczania się płynów w skorupie. Mefite służy więc jako rzadki, niewulkaniczny poligon doświadczalny, na którym naukowcy mogą obserwować — i nasłuchiwać — głęboki oddech Ziemi, gdy ten cicho porusza grunt.

Cytowanie: 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

Słowa kluczowe: długookresowa seizmiczność, odgazowywanie CO2, tremor hydrotermalny, spękania wypełnione płynem, południowe Apeniny