Модель взаимодействия землетрясений, управляемая деформацией, для сейсмичности Кампи Флегрей

Почему этот беспокойный вулкан важен

Кампи Флегрей, обширный вулканический кратер к западу от Неаполя, расположен под одним из самых плотонаселённых регионов Европы. Более века там почва медленно поднималась и опускалась, иногда более чем на метр, а с 2005 года и темп подъёма, и количество небольших землетрясений ускорились. Люди естественно спрашивают: является ли это предупреждением о приближающемся извержении или же шумным дыханием долговременной вулканической системы? В этом исследовании авторы решают этот вопрос, создавая модель на основе физических принципов, которая связывает деформацию поверхности и взаимодействие землетрясений, с целью лучше оценивать краткосрочную сейсмическую опасность в этом районе.

Беспокойная поверхность Кампи Флегрей

Исторические записи и современные измерения показывают, что кальдера Кампи Флегрей проходила через повторяющиеся циклы подъёма и оседания по крайней мере с 1905 года. Крупные эпизоды подъёма происходили в начале 1950‑х, около 1970‑го, в начале 1980‑х и снова с 2005 года. Землетрясения, как правило, концентрируются во время этих фаз подъёма, но не простым пропорциональным образом: число толчков растёт быстрее, чем скорость подъёма, и значительная сейсмическая активность часто начинается лишь после того, как уровень земли превысит предыдущий максимум. Такое поведение напоминает явление из механики горных пород, известное как эффект Кайзера, при котором нагруженный материал остаётся тихим до тех пор, пока не будет превышено предыдущее максимальное напряжение. Однако наблюдения на Кампи Флегрей более постепенны, чем строгий «вкл‑выкл» порог, что указывает на более тонкие физические механизмы.

Как скользящие разломы «помнят» прошлое напряжение

Чтобы уловить долгосрочную картину, авторы используют подход, называемый законом скорости‑и‑состояния трения, который описывает, как разломы скользят в зависимости и от текущего напряжения, и от истории нагружения. В их упрощённой модели напряжение, действующее на мелкие разломы вблизи поверхности, принимается пропорциональным измеренному вертикальному подъёму на GPS‑станции внутри кальдеры. Такой подход естественным образом закладывает память: модель отслеживает весь подъём с 1905 года, потому предыдущие эпизоды инфляции влияют на то, насколько легко разломы начинают скользить сегодня. При соответствующих параметрах модель скорости‑и‑состояния воспроизводит общую вековую динамику, включая отложенное начало сейсмичности до тех пор, пока подъём не превысит предыдущие пики. Она имитирует время, подразумеваемое эффектом Кайзера, но генерирует более плавный, ускоряющийся рост числа землетрясений, что ближе соответствует наблюдениям.

Когда землетрясения порождают другие землетрясения

На более коротких временных масштабах — часах или днях — сейсмический реестр выглядит иначе. Вместо отдельных главных ударов с аккуратными сериями афтершоков Кампи Флегрей часто даёт плотные скопления толчков. На первый взгляд эти всплески кажутся лишёнными явных главных событий, но авторы показывают, что многие содержат скрытые каскады афтершоков. Складуя активность вокруг крупнейших событий, они обнаруживают, что частота землетрясений резко растёт сразу после таких ударов и затем убывает со временем по закону, характерному для афтершоков. Число вызванных событий также быстро растёт с размером главного толчка. Эта картина показывает, что взаимодействия «землетрясение—землетрясение» являются ключевым компонентом поведения серий, даже если кластеры модулируются флюидами и другими вулканическими процессами.

Гибридный взгляд на напряжение и кластеризацию

Поскольку одна лишь деформация не в состоянии объяснить интенсивную краткосрочную кластеризацию, исследование сочетает два моделирования. Модель скорости‑и‑состояния задаёт временно изменяющийся «фон» сейсмичности, управляемый подъёмом, а статистическая эпидемическая модель афтершоков накладывается сверху, чтобы представить, как каждое событие может вызвать последующие. У этого гибридного подхода семь параметров, откалиброванных на тысячах малыx землетрясений, зарегистрированных с 2005 года. Он преуспевает там, где простые альтернативы терпят неудачу: модель согласуется и с долгосрочным ростом сейсмичности, и с бурной, подобной рою кластеризацией, и воспроизводит время и интенсивность прошлых эпизодов подъёма при прогоне назад к середине XX века. Примечательно, что она также даёт реалистичные оценки того, как долго разломы «помнят» предыдущее напряжение.

Что модель может сказать о риске

Чтобы проверить её практическую ценность, команда использовала гибридную модель в псевдопроспективном режиме: начиная с 2020 года они многократно прогнозировали, каким будет следующий неделя или месяц по числу и максимальному размеру землетрясений, используя только ту информацию, которая была бы доступна на каждом шаге. Тысячи смоделированных сценариев для каждого прогностического окна дали вероятностные диапазоны, которые в значительной степени охватывали последующие наблюдения, включая событие магнитудой 4,6 в середине 2025 года. Для жителей и властей вокруг Кампи Флегрей это не даёт точного предсказания отдельного землетрясения или извержения. Вместо этого модель предлагает более надёжный, основанный на физике способ оценки того, насколько интенсивной и сильной вероятна сейсмическая активность в ближайшие недели‑месяцы, улучшая основу для краткосрочной оценки опасности в этом чувствительном вулканическом регионе.

Цитирование: 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

Ключевые слова: Кампи Флегрей, вулканические землетрясения, подъем земли, сейсмическое прогнозирование, серии землетрясений