Долговременные толчки, связанные с мантией выбросами CO2 в Мефите Д’Ансанто (Италия)

Скрытые гулкие звуки под спокойной долиной

В отдалённой долине южной Италии зловещая лагуна тихо выдыхает огромные объёмы углекислого газа из глубин Земли. Несмотря на кажущееся спокойствие ландшафта, чувствительные приборы фиксируют слабые, ритмические дрожания в земле. Это исследование изучает эти едва заметные колебания — так называемые долговременные толчки — чтобы выяснить, как поднимающийся газ и подземные воды взаимодействуют в породах ниже, и что это может означать как для локальной опасности, так и для нашего более общего понимания того, как глубинные флюиды влияют на землетрясения.

Естественная лаборатория глубокого дыхания Земли

Мефите Д’Ансанто, выступающая в центре исследования, является одним из крупнейших известных природных источников холодного CO2 мантиевого происхождения на поверхности Земли. Газ выходит через жерла и небольшой пузырящийся озёрец, расположенные над сложенными и разломленными слоями пород между двумя сейсмоопасными районами южных Апеннин. Ранее было показано, что район постоянно «гудит» гидротермальным дрожанием — непрерывной, низкоуровневой вибрацией, связанной с движением газа и флюидов под землёй. Поверх этого фонового шума исследователи заметили кратковременные, малоэнергетические всплески, которые выглядели иначе: короткие волновые поезда длиной всего в несколько секунд с простыми тонами, сосредоточенными примерно в диапазоне 0,7–7 герц. Эти сигналы напоминали долговременные события, типичные для активных вулканов, хотя у Мефите на поверхности нет магмы.

Прослушивание повторяющихся подземных «нот»

Команда установила небольшой массив сейсмометров вокруг жерл на несколько месяцев в 2021 году и использовала одно особенно чёткое событие как «шаблон» для поиска похожих сигналов в непрерывных записях. Тщательно скрещивая выбранную форму волны с данными и отбирая по амплитуде, они составили каталог почти тысячи совпадающих долговременных толчков на станции, ближайшей к озеру, и ещё сотни на соседних станциях. Продвинутый метод разделения сигналов — независимый компонентный анализ — показал, что эти события последовательно содержат две основные тональные полосы: одну около 2–4 герц, похожую на постоянно присутствующее дрожание, и другую около 6,5–7,5 герц, выделяющуюся как отдельный почти однотонный вклад. Такая картина указывает на то, что толчки отражают специфический источник процесса, способный переключаться между разными «режимами» вибрации.

Трещины, пузыри и звучащая порода

Чтобы выяснить, что может вибрировать, исследователи проанализировали затухание сигналов во времени с помощью метода, известного как анализ Сомпи. Доминирующие тона, в пределах примерно 3,5–10 герц, быстро затухают, что указывает на низкий «коэффициент качества» — признак диссипативного резонатора, такого как колебание флюида в шершавой трещине. Совмещая эти значения с простыми физическими формулами, они вывели существование трещин, заполненных флюидом, длиной в несколько метров, но шириной лишь доли миллиметра, расположенных примерно в 40 метрах под поверхностью, глубже, чем основные источники непрерывного дрожания. Отдельная оценка резонанса пузырьков указывает, что эффективный размер газовых скоплений в воде составляет порядок нескольких сантиметров, сопоставимый с размерами жерл, видимых сейчас на высохшем дне озера. Все данные указывают на то, что вода, обогащённая CO2, вибрирует в узких трещинах по мере образования, роста и колебаний газовых пузырей.

Смешанные волны на пути к поверхности

Команда также исследовала, как движется грунт во время каждого события. На ближайшей станции многие более сильные толчки демонстрируют почти прямолинейное движение частиц, направленное назад к озеру — признак сжимающих волн, которые распространяются по породе быстрее всего. На большем расстоянии движение становится более эллиптическим, что указывает на возрастающий вклад поверхностных волн, распространяющихся вдоль верхней части грунта. Измерив крошечные задержки по времени между станциями и использовав мелкозернистую сейсмическую скорость подсубстрата, авторы пришли к выводу, что долговременные толчки состоят из смеси волн тела и поверхностных волн, проходящих через слоистые, водонасыщенные породы. Их кажущиеся скорости и направления согласуются с компактным источником под жерлами, а не с удалёнными землетрясениями.

Почему эти мягкие толчки важны

В сумме исследование показывает, что необычные долговременные толчки в Мефите Д’Ансанто — не миниатюрные тектонические землетрясения и не просто шум, а ритмичное звучание воды, насыщенной газом, в узких трещинах примерно в 40 метрах под пузырящимся озером. Изменения давления в поднимающейся смеси CO2 и воды, по-видимому, приводят систему в движение: когда давление возрастает достаточно, трещины и облака пузырей ведут себя как природные музыкальные инструменты, кратковременно излучая низкочастотные тона, которые улавливают сейсмометры. Поскольку тот же газ, поступающий из глубин, считается влияющим на более крупные региональные землетрясения, отслеживание этих тонких сигналов может предложить новый способ мониторинга перемещения флюидов в коре. Таким образом, Мефите служит редкой, невулканической испытательной площадкой, где учёные могут наблюдать — и слушать — глубокое дыхание Земли, которое тихо сотрясает поверхность.

Цитирование: 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

Ключевые слова: долговременная сейсмичность, дегазация CO2, гидротермальное дрожание, трески, заполненные флюидами, южные Апеннины