Deprem sürüleri, 2022’den bu yana güney İtalya’yı artan yoğunlukla sarsıyor ve arazinin yavaş dikey hareketler yaşadığı Campi Flegrei olarak bilinen volkanik bir bölgede yaşayan yüz binlerce insanı tehdit ediyor.
Yetkililer afet tepkilerini ve tahliye protokollerini tartışırken, araştırmacılar döngüsel huzursuzluğu tamamen engellemenin bir yolunu bulmuş olabilirler: su akışını yöneterek veya yeraltı suyu seviyelerini düşürerek, böylece jeotermal rezervuar içindeki sıvı basıncını azaltarak.
Yeraltı görüntüleme ve laboratuvar deneyleri yoluyla, Stanford bilim adamları, Campi Flegrei altındaki rezervuardaki su ve buhardan basınç birikiminin kapak veya kapak, contalar olduğunda depremlere nasıl yol açabileceğini gösterdiler.
Araştırma, yayınlanan Bilim ilerlemeleriaşırı basınçlı bir rezervuarın nüksünün 1980’lerin başında ve yine son 15 yılda deformasyon ve sismisitenin arkasında olduğunu ve sonuçta altta yatan mekanizmanın tanımlanmasına yol açtığını gösterir.
Bulgular, sarsıntıların magma veya derin bir eriyik bölgesinden eriyen volkanik alan altındaki üst yüzeye doğru hareket ettiğinde daha sığ derinliğe yükselen gazların sürüldüğüne dair yaygın bir teoriye meydan okuyor. Ayrıca, suyun rezervuarı kademeli olarak şarj etme oranının deformasyon oranını ve arazinin yüksekliğindeki değişiklikleri nasıl etkilediğini ortaya koyarlar.
Stanford Doerr Sürdürülebilirlik Okulu’nda Dünya ve Gezegen Bilimleri doçenti olan kıdemli çalışma yazarı Tiziana Vanorio, “Sorunu ele almak için yüzey akışını ve su akışını yönetebilir, hatta kuyulardan sıvıları çekerek baskıyı azaltabiliriz.” Dedi.
Araştırmacılar, Campi Flegrei’nin en son iki huzursuzluk döneminden yeraltı yapılarının ve depremlerin görüntülenmesinde tekrar eden kalıpları ve ortak özellikleri analiz ettiler.
Arazi yükselmesi ve patlama benzeri çalkalama ile karakterize edilen, popülasyon için bir imza özelliği haline gelen gürleme sesleri eşlik eden bilim adamları, bu aktivitenin buharlı patlamalara işaret ettiğinden şüpheleniyor, sıvı su depremlerin neden olduğu kırılma sırasında hızla yanıp söndüğünde tetikleniyorlar. Çalışma 1982-1984 ve 2011-2024 huzursuzluğundan gelen verileri içermektedir.
Napoli Federico II, İtalya Üniversitesi’nden bir araştırmacı olan Grazia de Landro, “Onlarca yıl arayla meydana gelen bir şeye bakıyoruz, ancak görüntülemede sadece fenomenin döngüsel bir modeline değil, aynı zamanda ortak bir nedene işaret eden derin benzerlikler var.” Dedi.
“Oradan, özellikle rock fiziğine bakmak, birlikte çalışma fikrini başlattı. Kaya fiziği kullanmak, yüzey yüzeyinin görüntülemesi hakkında nicel bir şey söylemenin tek yoludur.”
Campi Flegrei volkanik bölgesi, Napoli ve Vesuvius Dağı’nın batısında Pozzuoli kasabasının altında kaplı bir jeotermal rezervuara ev sahipliği yapıyor. Bölge, 1982-1984’teki huzursuzluğun, arazinin 6 metreden fazla yükseldiği ve Pozzuoli’nin limanının o kadar sığ hale geldiği için sürekli olarak izlenmiştir. Bundan sonra, bir büyüklük-4 deprem ve binlerce mikroquake, Pozzuoli’den 40.000 kişinin tahliye edilmesine neden oldu.
Pozzuoli’de büyüyen ve 1980’lerde tahliye etmek zorunda kalan Vanorio, “Son üç yıldır bir meydan okuma oldu. Birçok bina sürekli sarsma nedeniyle hasar gördü ve bazı insanların evleri yok.” Dedi.
Diyerek şöyle devam etti: “Bu proje, sadece bir jeofizikçi olarak değil, şimdi bir vatandaş olarak hedefim, çünkü çalışma, huzursuzluğun sadece izlenmek yerine önleme yolunu açabileceğini öne sürüyor.”
‘Nefes veren’ toprak
Campi Flegrei, yaklaşık 39.000 ve 15.000 yıl önce büyük patlamalarla oluşan ve Dünya’nın yüzeyinin çökmesine neden olan büyük bir depresyon olan 8 mil genişliğinde bir kalderadır.
Caldera, arazi yükselme ve batma ile patlama ve batma, patlama olmadan bile yaşar. 1982-1984’teki huzursuzluktan sonra, alan yaklaşık 3 feet battı. Sökün meydana gelmesi için, magma, su, buhar ve karbondioksit içerebilen yeraltı yüzeyinden kütle salınmalıdır.
Pozzuoli sakinleri, kalderanın “nefes alma” şeklini, duman yayan ve zemini hareket ettirerek, bazen kısa bir süre boyunca metre yukarı veya aşağı hareket ettiriyorlar.
Tarihsel olarak, volkanik alanlardaki yükseliş, magma ve/veya gazlarının birincil deformasyon ve daha sonra depremler olduğunu varsayan magma ile ilgili doldurma işlemlerine bağlı olarak kabul edilmiştir-ancak çalışmanın bulgularına göre bu her zaman böyle olmayabilir.
Bazı araştırmacılar son on yılda yağış ve sismisite arasındaki ilişkiyi araştırmaya başlarken, çalışma, yağışın kendisi olmadığını, daha ziyade kırılmaya yol açan ve sonuç olarak titremeye yol açan ve sonuç olarak titremeye yol açan yavaş ama istikrarlı su birikiminden kaynaklanan basınç olduğunu açıklığa kavuşturuyor.
Vanorio, “Son 24 yılda yağıştaki yıllık değişimin arttığını biliyoruz, bu yüzden izlenmesi gereken şey, yüzeyde biriken yeraltı suyu seviyesidir veya su akışının doğrudan kanalize edilmesini sağlamaktır.”
Kapalı bir sistem
Campi Flegrei’nin dikkate değer bir özelliği, jeotermal rezervuarın üzerindeki kapakın lifli doğasıdır. Lifli malzemeler mühendislikte yapısal takviye için kullanılır, çünkü hemen kırılmadan deforme olabilirler. Volkanik sistemde sonunda aşırı ısıtılmış su, buhar ve volkanik kül patlamasıyla serbest bırakılabilecek gerginliği biriktirebilirler.
Araştırmacılar, jeotermal rezervuarın yeniden şarjını ve basınç birikmesini anlamak için 24 yıllık yağış modellerini, yeraltı su akışının yönlerini ve kapak sızdırmazlığı işlemini incelediler. Vanorio’nun kaya fiziği ve jeomalzem laboratuarında, kaya minerallerinin hidrotermal su ve buharla etkileşimleri yoluyla kapak contasında nasıl çatlakları gösterdiler.
Caprock’un özelliklerini test etmek için, çalışma yazarları birçok İtalyan’a tanıdık bir araç gibi işlev gören bir hidrotermal damar kullanarak deneyler gerçekleştirdiler: bir moka pot veya ocak espresso üreticisi.
Alt odayı su ve üstü volkanik kül ve campi flegrei tipik ezilmiş kayalarla doldurdular, daha sonra kabı jeotermal rezervuarda bulunan sıcaklığa ısıttılar. Bir gün içinde, mineral lifleri oluştu ve kaya katmanında çatlaklar hızla sementasyonla kapatıldı.
Bu, çevreleyen kayayı kırana kadar sıvı basıncının birikmesine izin veren kapalı bir sistem oluşturur. Depremlerden kırılması, sıvı su buharlaşmaya ve kaçarken sıvı basıncında ani bir düşüşe neden olur. Vanorio, “Bu, bölgeye özgü patlayıcı patlamalar ve patlayan sesler üretiyor.” Dedi.
Araştırmacılar, Campi Flegrei’nin, De Landro’nun bir CT taraması gibi analiz edilebilecek yeraltı görüntülerini oluşturmak için deprem kayıtları kullanılarak gerçekleştirdiği, yeraltı yüzey tomografisi de dahil olmak üzere kapalı bir sistem olarak nasıl çalıştığını ortaya çıkarmak için birden fazla disiplin uyguladılar.
Vanorio, “Yeraltı yüzeyini jeofizik yöntemlerle görüntülemek eski moda bir kapı zili gibidir: birisinin kapıda çaldığını söyler, ancak kim olduğunu söylemez. Bu nedenle, tomografi görüntülerinin yorumlanması laboratuvarda test edilmelidir-sismoloji ve kaya fizik arasındaki bu işbirliğini bu kadar güçlü hale getirir.” Dedi.
Yeni Bir Model
Tomografinin analizi, depremlerin yeri ve erişimi ile birlikte, araştırmacıların tekrarlayan gürlemenin magma yeniden doldurulmasından veya sistemden gaz emisyonu tarafından yönlendirilmeyebileceği teorisine katkıda bulunmuştur. Her iki huzursuzluk bölümünde, caprock içinde depremler yaklaşık 1 mil civarında nispeten sığ bir derinlikte başladı.
Görsel yorumlama için iki bölümden deprem verilerini birleştiren Dünya ve Gezegen Bilimleri’ndeki doktora sonrası bilim adamı ortak yazar Tianyang Guo, “Depremlerin zamansal evriminin görselleştirilmesinden sonra çok açık bir model-depremler zamanla derinleşiyor” dedi.
Araştırmacılara göre, magma veya daha sığ derinliklere yükselen gazları daha sığ derinliklere yükselen bir temel itici güç olsaydı, karşıt deseni beklerdik – daha derin eriyik bölgeye yaklaşan, yüzeyin yaklaşık 5 mil altında başlayan ve zamanla aşamalı olarak sığlaşırdık. Dahası, patlamadan yükselen magma, huzursuzluğu takiben çöküşü açıklayamaz.
Seler için makul bir açıklama, doğal olarak rezervuar içindeki basıncı serbest bırakan sismik aktiviteden kırılmasından sonra gözlenen su ve buharın gözlemlenmesidir.
Araştırmacılar, Campi Flegrei’nin iç işleri modelleriyle, kaynama sisteminde huzursuzluğa neden olan mekanizmaları yerel İtalyan hükümet yetkililerine iletmeyi umuyorlar.
Vanorio, “Buna mükemmel bir jeoloji fırtınası diyorum – fırtınaya sahip olmak için tüm malzemeler var: sistemin brülörü – erimiş magma, jeotermal rezervuardaki yakıt ve kapak.” Dedi.
“Brülör üzerinde hareket edemeyiz, ancak yakıtı yönetme gücümüz var. Su kanallarını geri yükleyerek, yeraltı suyunu izleyerek ve rezervuar basıncını yöneterek, Dünya Bilimini, riskleri erken tespit etmek ve huzursuzluğu önlemek için daha proaktif bir yaklaşıma – önleyici sağlık hizmetleri gibi – kaydırabiliriz. Bilim topluma nasıl hizmet eder.”
Vanorio’nun laboratuvarında eski bir doktora sonrası bilgin olan Davide Geremia, çalışmanın ortak yazarıdır.
