Das prä-eruptive Verhalten der Campi Flegrei-Caldera vor dem Ausbruch von 1538 wurde erstmals rekonstruiert. Die Studie, die vom INGV, der Universität Roma Tre, der Universität Federico II, dem USGS, der Universität La Sapienza in Rom und der Zweiten Universität Neapel durchgeführt wurde, wurde kürzlich in Nature's Scientific Reports veröffentlicht.
Geologische, archäologische und historische Funde, Laboranalysen und mathematische Modelle haben erstmals die Rekonstruktion der Vorläuferphänomene des einzigen historischen Ausbruchs in der Caldera der Phlegräischen Felder und der Dynamik des Magmaaufstiegs ermöglicht, der ihn befeuerte. Die multidisziplinäre Arbeit eines Forscherteams des Nationalen Instituts für Geophysik und Vulkanologie (INGV), der Universität Roma Tre, der Universität Federico II und der Universität Rom La Sapienza, des United States Geological Survey (USGS) und der Zweiten Universität Neapel rekonstruierte die wesentlichen Elemente des voreruptiven Magmatransfers während des Ausbruchs von 1538. Magmatransfer in der Caldera Campi Flegrei (Italien) vor dem Ausbruch im Jahr 1538 n. Chr. (Link: www.nature.com/articles/srep32245), wurde veröffentlicht am Wissenschaftliche Berichte di Natur
„Die Vorhersage von Ausbrüchen, insbesondere bei hochgefährlichen Vulkanen, ist die Herausforderung, vor der die Vulkanologie heute steht“, sagt Mauro Di Vito, leitender Forscher am Vesuv-Observatorium des INGV (OV-INGV). „Manche Vulkane zeigen ein vorhersehbares und konsistentes Verhalten bei geringer Gefährlichkeit; andere hingegen weisen eine größere Variabilität auf, was zu einer erhöhten Gefährlichkeit führt, wenn sie durch große Magmasysteme gekennzeichnet sind und sich in dicht besiedelten Gebieten befinden. Dies ist der Fall bei der Caldera der Phlegräischen Felder am westlichen Stadtrand von Neapel, die gemeinhin als der gefährlichste Vulkan der Welt gilt.“
Obwohl der letzte Ausbruch 1538 stattfand, erlebten die Phlegräischen Felder in den letzten Jahrzehnten zahlreiche Krisen, die mit Bodenbewegungen, seismischer Aktivität an der Oberfläche und Entgasung in Zusammenhang standen. Trotz verschiedener Studien an den Phlegräischen Feldern waren die Ausbreitungsmechanismen von Magma an der Oberfläche selbst vor dem Ausbruch von 1538 noch unbekannt. Dies ist eine entscheidende Frage, die wertvolle Informationen für die Vorhersage der Magmabewegung und der möglichen Öffnung von Eruptionsquellen bei einer zukünftigen Reaktivierung des Systems liefern könnte.
„Dank der Forschung konnten wir erstmals die Vorläuferphänomene des einzigen Ausbruchs rekonstruieren, der sich in historischer Zeit in der Caldera der Phlegräischen Felder ereignete, sowie die Dynamik des Magmaaufstiegs, der diesen Ausbruch befeuerte“, fügt Di Vito hinzu. Traditionelle Techniken aus Geologie, Geomorphologie, Paläontologie und Geochronologie wurden mit Analysen historischer und archäologischer Quellen sowie mathematischen Modellen kombiniert, um die Dynamik der Bodenabsenkung und -hebung (Bradyseismus) in der Caldera der letzten 2000 Jahre genau zu bestimmen, mit besonderem Augenmerk auf den Zeitraum, in dem sich der Ausbruch des Monte Nuovo ereignete (1538). Bodenbewegungen wurden an zwanzig Punkten entlang der gesamten Phlegräischen Küste, von Capo Miseno bis Nisida, definiert und rekonstruiert (Abb. 1). Die Interpretation der Ergebnisse ermöglichte die Rekonstruktion des präeruptiven Magmatransfers in die Phlegräischen Felder, sowohl kurzfristig (vor 1538) als auch langfristig (letzte 5000 Jahre) (Abb. 2 und 3), mit der Identifizierung der entsprechenden Sammelgebiete. Insbesondere kam es trotz wiederholter Hebungen im zentralen Teil der Phlegräischen Caldera systematisch zu Eruptionen am Rand des gehobenen Gebiets. Diese Studie ermöglicht eine bessere Definition und Interpretation der laufenden Phänomene in der Caldera und hilft, die Lage zukünftiger Eruptionsquellen vorherzusagen, was offensichtliche Auswirkungen auf die Minderung des Vulkanrisikos hat. „Dieses Modell“, so Mauro Di Vito, „stimmt auch mit Überwachungsdaten anderer kürzlich ausgebrochener aktiver Calderas weltweit überein, die ein ähnliches Verhalten aufweisen, wobei Eruptionen an den Rändern des vor dem Ausbruch gehobenen Gebiets auftreten. Dies legt nahe, dass solche Verhaltensweisen einen wichtigen Schlüssel zum allgemeinen Verständnis der Calderadynamik darstellen.“
Abstract
Calderas sind Einsturzstrukturen, die mit der Entleerung magmatischer Reservoirs zusammenhängen und oft mit großen Eruptionen langlebiger magmatischer Systeme einhergehen. Zu verstehen, wie Magma vor Eruptionen aus einem Magmareservoir an die Oberfläche gelangt, ist eine große Herausforderung. Hier nutzen wir die historischen, archäologischen und geologischen Aufzeichnungen der Campi Flegrei-Caldera, um die Oberflächendeformation vor der Eruption des Monte Nuovo abzuschätzen und den oberflächennahen Magmatransfer zu untersuchen. Unsere Daten deuten auf eine fortschreitende Magmansammlung von ~1251 bis 1536 in einer 4.6 ± 0.9 km tiefen Quelle unterhalb des Calderazentrums und seinen Transfer zwischen 1536 und 1538 zu einer 3.8 ± 0.6 km tiefen magmatischen Quelle ~4 km nordwestlich des Calderazentrums unterhalb des Monte Nuovo hin; diese periphere Quelle speiste die Eruption durch eine flachere Quelle in einer Tiefe von 0.4 ± 0.3 km. Dies ist die erste Rekonstruktion des Magmatransfers vor einem Ausbruch in den Phlegräischen Feldern und bestätigt die Existenz einer stationären, abgeflachten Quelle unterhalb des Calderazentrums, die in den letzten etwa 5 Jahren laterale Eruptionen speiste. Unsere Ergebnisse deuten auf Folgendes hin: 1) wiederholte Magmaeinlagerung durch Intrusionen unterhalb des Calderazentrums; 2) gelegentlichen lateralen Magmatransfer, der dezentrale Eruptionen innerhalb der Caldera speiste. Vergleiche mit historischen Unruhen in Calderen weltweit legen nahe, dass dieses Verhalten häufig vorkommt.
Abb. 1. Karte der Caldera Campi Flegrei auf einem digitalen Geländemodell. Dargestellt sind die Eruptionszentren, die vor 15.000 bis 9.500 Jahren aktiv waren (breit schraffierte Kreise), die Eruptionszentren, die vor 8.600 bis 8.200 Jahren aktiv waren (dicht schraffierte Kreise) und die vor 4.800 bis 3.800 Jahren aktiv waren (grüne Kreise). Die roten Linien stellen die Hauptverwerfungen dar und die schwarze Linie den Rand der Caldera, der vor 15.000 Jahren während des Ausbruchs des Neapolitanischen Gelben Tuffs entstand. Die gelbe Ellipse und das Kreuz stellen das in den letzten 5.000 Jahren am stärksten gehobene Gebiet bzw. das Zentrum der Caldera dar. Die grüne Ellipse stellt die Oberflächenprojektion eines unter Druck stehenden ellipsoiden Körpers dar, der die Quelle der jüngsten Deformationen der Caldera ist und sich in einer Tiefe von etwa 4 km befindet. Die schwarzen Quadrate markieren die Punkte, an denen in den letzten 2000 Jahren Bodenbewegungen festgestellt wurden, insbesondere im Zusammenhang mit den Deformationsphasen, die zum Ausbruch des Monte Nuovo führten. Die blaue Linie stellt die Klippe der Meeresterrasse La Starza dar, ein Gebiet, das im Zusammenhang mit den Haupteruptionsphasen der Caldera in den letzten 10.000 Jahren überflutet und dann um etwa 100 m gehoben wurde. Die Einfügung zeigt die Häufigkeit von Eruptionsquellen in den letzten 5.000 Jahren in Abhängigkeit von der Entfernung vom Calderazentrum. Beachten Sie, dass die maximale Konzentration von Quellen zwischen 3 und 5 km vom Calderazentrum und an den Rändern des Gebiets mit maximaler Hebung auftritt.
Abb. 2. Lage der Quellen der Bodendeformation im langen Zeitraum (1400–1536) und im kurzen Zeitraum unmittelbar vor dem Ausbruch von 1538 (1536–1538). Die weiße Linie auf der Karte zeigt die Spur des Schnittbilds, das die Tiefe und Position der magmatischen Quellen in den beiden genannten Zeiträumen zeigt (b). Die Fehlerbalken sind bei den Quellen schwarz markiert. Unten (c) sind die Profile der Bodendeformation entlang der Küste in den beiden genannten Zeiträumen dargestellt.
Abb. 3. Magmatransfermodell vor dem Ausbruch des Monte Nuovo (orange). Das Magma bewegt sich zunächst seitlich von einer abgeflachten Magmaquelle (OMR) etwa 4.6 km unterhalb des Calderazentrums und speist eine exzentrische Magmakammer unter dem Monte Nuovo (Monte Nuovo Reservoir, MNR) in etwa 3.8 km Tiefe. Von dieser Kammer aus breitet sich das Magma vertikal aus, bildet eine kleinere, flachere Magmakammer und speist dann den Ausbruch. Die anderen vertikalen Pfeile zeigen denselben Magmaaufstiegsmechanismus an, der für mehrere Ausbrüche in der Caldera im Laufe der letzten 5.000 Jahre verantwortlich war. Unsere Rekonstruktion legt das folgende allgemeine konzeptionelle Modell für den Magmatransfer in Calderen nahe (rechte Bilder): Über einer zentralen Magmakammer bildet sich eine tafelförmige Magmaintrusion (Sill), die von einem Deich (rote Linie) gespeist wird und aus der Übereinanderlagerung anderer tafelförmiger Intrusionen (violette Linien) resultiert. Der Sill verursacht die Hebung des zentralen Teils der Caldera, wo die Einlagerung früherer Sills zum Wiederaufsteigen der Caldera geführt hat. An den Rändern des Sills konzentrieren sich Scherspannungen (orangefarbene Linien), die sich seitlich entlang der kleineren Spannungskomponente ausbreiten. An den Rändern ändert der Sill seine Neigung und wird zu einem subvertikalen Deich, der Eruptionen an den Rändern des am stärksten gehobenen Bereichs (schwarze Dreiecke) begünstigt.