Enjambres de terremotos han estado sacudiendo el sur de Italia con creciente intensidad desde 2022, amenazando a cientos de miles de personas que viven en la cima de una zona volcánica conocida como Campi Flegrei, donde la tierra experimenta lentos movimientos verticales.
por la Universidad de Stanford
Mientras las autoridades debaten las respuestas ante desastres y los protocolos de evacuación, los investigadores pueden haber encontrado una forma de frustrar por completo los disturbios cíclicos: controlando la escorrentía de agua o bajando los niveles de agua subterránea, reduciendo así la presión del fluido dentro del depósito geotérmico.
A través de imágenes del subsuelo y experimentos de laboratorio, los científicos de Stanford han demostrado cómo la acumulación de presión del agua y el vapor en el depósito bajo Campi Flegrei puede provocar terremotos cuando la roca de cobertura, o tapa, se sella.
La investigación, publicada en Science Advances , muestra que la recurrencia de un yacimiento sobrepresionado estuvo detrás de la deformación y la sismicidad a principios de la década de 1980 y nuevamente durante los últimos 15 años, lo que finalmente condujo a la identificación del mecanismo subyacente.
Los hallazgos desafían la teoría generalizada de que el temblor es impulsado por el magma o sus gases que ascienden a menor profundidad cuando el material fundido de una zona de fusión profunda asciende hacia el subsuelo superior bajo la zona volcánica. También revelan cómo la velocidad a la que el agua recarga gradualmente el yacimiento influye en la velocidad de deformación y los cambios en la altitud del terreno.
«Para abordar el problema, podemos gestionar la escorrentía superficial y el flujo de agua, o incluso reducir la presión extrayendo fluidos de los pozos», dijo la autora principal del estudio, Tiziana Vanorio, profesora asociada de ciencias de la Tierra y planetarias en la Escuela de Sostenibilidad Doerr de Stanford.
Los investigadores analizaron patrones recurrentes y características comunes en las imágenes de estructuras subterráneas y terremotos de los dos períodos más recientes de disturbios de Campi Flegrei.
Caracterizada por el levantamiento del terreno y temblores similares a explosiones, acompañados de ruidos retumbantes que se han convertido en un rasgo distintivo de la población, los científicos sospechan que esta actividad indica explosiones impulsadas por vapor, que se desencadenan cuando el agua líquida se transforma rápidamente en vapor durante la fracturación causada por terremotos. El estudio incluye datos de los disturbios de 1982-1984 y 2011-2024.
«Hemos estado observando algo que ocurrió con décadas de diferencia, pero hay profundas similitudes en las imágenes, que apuntan no solo a un patrón cíclico del fenómeno sino también a una causa subyacente común», dijo la coautora Grazia De Landro, investigadora de la Universidad de Nápoles Federico II, Italia, y profesora visitante en Stanford.
De ahí surgió la idea de colaborar, especialmente en el estudio de la física de rocas. Utilizar la física de rocas es la única manera de obtener información cuantitativa sobre la imagen del subsuelo.
La zona volcánica de Campi Flegrei alberga un depósito geotérmico cubierto bajo la ciudad de Pozzuoli, al oeste de Nápoles y el Vesubio. La zona ha sido monitoreada continuamente desde los disturbios de 1982-1984, cuando el terreno se elevó más de 1,8 metros y el puerto de Pozzuoli se volvió tan poco profundo que los barcos ya no podían atracar. Posteriormente, un terremoto de magnitud 4 y miles de microterremotos provocaron la evacuación de 40.000 personas de Pozzuoli.
«Ha sido un desafío durante los últimos tres años. Muchos edificios han resultado dañados por los temblores constantes, y algunas personas se han quedado sin hogar», dijo Vanorio, quien creció en Pozzuoli y se vio obligado a evacuar en la década de 1980.
Este proyecto es mi objetivo como ciudadano ahora, no solo como geofísico, porque el estudio sugiere que los disturbios pueden gestionarse, en lugar de solo monitorearse, lo que abre la puerta a la prevención.
Tierra que ‘respira’
Campi Flegrei es una caldera de 13 kilómetros de ancho, una vasta depresión formada por grandes erupciones hace unos 39.000 y 15.000 años, que provocaron el colapso de la superficie de la Tierra.
La caldera experimenta elevación y subsidencia, con el terreno ascendiendo y hundiéndose, incluso sin erupción. Tras los disturbios de 1982-1984, la zona se hundió aproximadamente 90 centímetros. Para que se produzca subsidencia, es necesario liberar masa del subsuelo, que puede incluir magma, agua, vapor y dióxido de carbono.
Los habitantes de Pozzuoli observan el modo en que la caldera «respira», emitiendo humo y moviendo el suelo, a veces metros hacia arriba o hacia abajo en un breve espacio de tiempo.
Históricamente, se ha aceptado ampliamente que el levantamiento de áreas volcánicas está vinculado a procesos de recarga relacionados con el magma, lo que supone que el magma y/o sus gases son los principales impulsores de la deformación y luego de los terremotos, pero este puede no ser siempre el caso, según los hallazgos del estudio.
Aunque algunos investigadores comenzaron a explorar la relación entre la precipitación y la sismicidad en la última década, el estudio aclara que no es la lluvia en sí, sino más bien la presión resultante de la acumulación lenta pero constante de agua en un depósito sellado lo que conduce a la fracturación y, en consecuencia, al temblor, dijo Vanorio.
“Sabemos que la variación anual de las precipitaciones ha ido aumentando en los últimos 24 años, por lo que lo que hay que monitorear es el nivel de agua subterránea que se acumula en el subsuelo, o bien asegurar la canalización directa del escurrimiento del agua ”, añadió Vanorio.
Un sistema cerrado
Una característica notable de Campi Flegrei es la naturaleza fibrosa de la roca de cobertura sobre el yacimiento geotérmico. Los materiales fibrosos se utilizan en ingeniería para el refuerzo estructural, ya que pueden deformarse sin fracturarse inmediatamente. Pueden acumular tensión, que en el sistema volcánico podría eventualmente liberarse mediante una erupción repentina de agua sobrecalentada, vapor y ceniza volcánica.
Los investigadores examinaron 24 años de patrones de lluvia, las direcciones del flujo de agua subterránea y el proceso de sellado de la roca de cobertura para comprender la recarga del yacimiento geotérmico y su aumento de presión. En el Laboratorio de Física de Rocas y Geomateriales de Vanorio, demostraron cómo las grietas en la roca de cobertura se sellan mediante la interacción de los minerales de la roca con el agua y el vapor hidrotermales.
Para probar las características de la roca de cubierta, los autores del estudio llevaron a cabo experimentos utilizando un recipiente hidrotermal que funciona como una herramienta familiar para muchos italianos: una cafetera moka o una máquina de café expreso para estufa.
Llenaron la cámara inferior con salmuera y la superior con ceniza volcánica y rocas trituradas típicas de los Campos Flégreos. Luego, calentaron el recipiente a la temperatura del yacimiento geotérmico. En un día, se formaron fibras minerales y las grietas en la capa de roca se sellaron rápidamente mediante cementación.
Esto crea un sistema cerrado que permite que la presión del fluido aumente hasta fracturar la roca circundante. La fracturación causada por los terremotos provoca una caída repentina de la presión del fluido a medida que el agua líquida se transforma en vapor y escapa. «Eso produce explosiones y estruendos típicos de la zona», explicó Vanorio.
Los investigadores aplicaron múltiples disciplinas para revelar cómo Campi Flegrei funciona como un sistema cerrado, incluida la tomografía del subsuelo, que De Landro llevó a cabo utilizando registros de terremotos para construir imágenes del subsuelo que pueden analizarse como una tomografía computarizada.
«Obtener imágenes del subsuelo mediante métodos geofísicos es como un timbre clásico: nos avisa de que alguien llama a la puerta, pero no dice quién es. Por lo tanto, la interpretación de las imágenes tomográficas debe probarse en el laboratorio; eso es lo que hace tan poderosa esta colaboración entre la sismología y la física de rocas», afirmó Vanorio.
Un nuevo modelo
Los análisis de la tomografía, junto con la ubicación y el alcance de los terremotos, contribuyeron a la teoría de los investigadores de que el retumbo recurrente podría no estar impulsado por la recarga de magma ni por la emisión de gases del sistema. Durante ambos episodios de inestabilidad, los terremotos comenzaron dentro de la roca de cobertura a una profundidad relativamente baja, de aproximadamente 1,6 km.
«Tras visualizar la evolución temporal de los terremotos, se puede observar un patrón muy claro: los terremotos se intensifican con el tiempo», afirmó el coautor Tianyang Guo, investigador postdoctoral en ciencias terrestres y planetarias que combinó datos sísmicos de ambos episodios para su interpretación visual.
Si el magma o sus gases ascendieran a profundidades menores fueran la principal causa de la inestabilidad, esperaríamos el patrón opuesto: terremotos que comenzarían más cerca de la región de fusión más profunda, a unos 8 kilómetros por debajo de la superficie, y que se irían haciendo cada vez más superficiales con el tiempo, según los investigadores. Además, el ascenso del magma sin erupción no puede explicar la subsidencia posterior a la inestabilidad, afirmó Vanorio.
Una explicación plausible del hundimiento es la descarga observada de agua y vapor después de la fracturación provocada por la actividad sísmica, que libera naturalmente la presión dentro del yacimiento.
Con su nuevo modelo del funcionamiento interno de Campi Flegrei, los investigadores esperan comunicar los mecanismos que causan inquietud en el sistema en ebullición a los funcionarios del gobierno italiano local.
«Lo llamo una tormenta geológica perfecta: tiene todos los ingredientes para que se produzca: el quemador del sistema (el magma fundido), el combustible en el depósito geotérmico y la tapa», dijo Vanorio.
No podemos actuar sobre el quemador, pero sí tenemos el poder de gestionar el combustible. Al restaurar los cauces, monitorear las aguas subterráneas y gestionar la presión de los yacimientos, podemos impulsar las ciencias de la Tierra hacia un enfoque más proactivo —como la atención médica preventiva— para detectar riesgos a tiempo y prevenir la inestabilidad antes de que se desate. Así es como la ciencia sirve a la sociedad.
Davide Geremia, ex investigador postdoctoral en el laboratorio de Vanorio, es coautor del estudio.
Más información: Tiziana Vanorio, La recurrencia de manifestaciones geofísicas en la caldera de Campi Flegrei, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adt2067 . www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt2067
