L'isola di Santorini nel Mediterraneo ha attratto persone per millenni. Oggi, è magico guardare il tramonto dalle scogliere sulla profonda baia, circondato da chiese blu cobalto e case imbiancate a calce. Questo luogo mistico attira circa 2 milioni di turisti all'anno, rendendolo una delle migliori destinazioni in Grecia.

Non tutti quei visitatori riconoscono che Santorini è un vulcano attivo. Nel 1630 a.C., il vulcano è esploso ed è crollato lasciandosi dietro un buco quasi circolare. Questa è la caldera, oggi visibile come una baia piena di acqua di mare e fiancheggiata da scogliere. La grande esplosione ha coperto una città dell'età del bronzo, seppellire edifici in cenere vulcanica a due piani di profondità.

Le ultime colate laviche eruttate nel 1950 hanno ampliato le isole che sono cresciute al centro della caldera. Recentemente, nel 2011-2012, il vulcano ha attraversato un periodo di agitazione. Il terreno si gonfiava e si sollevava, e si verificarono molti piccoli terremoti. Gli scienziati hanno concluso che una piccola quantità di magma è stata iniettata a circa 2,5 miglia (4 chilometri) sotto la parte settentrionale della caldera.

Ciò che mi ha attratto di questo luogo iconico è che la maggior parte del vulcano è sommersa dall'acqua. Sono un geofisico interessato a come il magma si muove in profondità nella Terra. Nell'ultimo decennio, Ho utilizzato una tecnologia avanzata per migliorare il modo in cui "vediamo" i percorsi altrimenti nascosti del magma sotto i vulcani di tutto il mondo.

Usare il suono per vedere cosa c'è sotto la superficie

Nel 1780, Lo scienziato francese Ferdinand Fouquet si è recato a Santorini per osservare un'eruzione in corso. Fu il primo a realizzare come si fosse formata la depressione della superficie vulcanica nota come caldera. Poiché il magma si è svuotato dal suo serbatoio sotterraneo durante l'eruzione, il tetto di roccia che lo ricopriva crollò. I fianchi del vulcano che sono rimasti formano l'anello di isole visibili oggi sopra l'acqua.

Il mio progetto di ricerca mirava ad approfondire, letteralmente, di quello che possiamo vedere dalla superficie per capire cosa sta succedendo all'interno di questo vulcano ancora attivo. Una coltre d'acqua su tutto tranne che sulla cima del vulcano di Santorini significava che potevo usare sorgenti sonore marine che penetrano in profondità per "illuminare" le strutture del sottosuolo. I miei collaboratori internazionali e io volevamo trovare la posizione e la profondità in cui si stava raccogliendo il magma e quanto magma c'è in questo momento.

Abbiamo condotto il nostro lavoro dal R/V Marcus Langseth, una nave sismica marina americana. È l'unica nave accademica con una sorgente sonora in grado di immaginare le profondità di un vulcano. Questa tecnologia è controversa a causa del potenziale impatto dei suoni forti sulla fauna marina e del suo uso intensivo da parte delle società di esplorazione petrolifera.

Abbiamo passato mesi a fare permessi ambientali e a trovare il design ottimale per l'esperimento. La nave trasportava una squadra di osservatori biologici esperti che osservavano il mare sia sopra che sotto l'acqua per le specie sensibili al suono o in via di estinzione. Se qualcuno fosse stato osservato a distanza, dovevamo seguire una serie di azioni prescritte per assicurarci che non venissero disturbati. Dopo tutta questa preparazione, anche se, non abbiamo visto quasi nessun animale durante la spedizione.

Il nostro metodo di "imaging sismico a sorgente attiva" è come fare un'immagine TAC dell'interno della Terra. Invece di costruire un'immagine usando i raggi X, anche se, usiamo onde sonore generate da 36 pesanti, contenitori metallici, chiamati fucili ad aria compressa, che vengono rimorchiati in profondità nell'acqua dietro la nave. Quando i fucili ad aria compressa si aprono, l'aria compressa spinge sull'acqua di mare, creando un'onda sonora che viaggia attraverso la Terra.

In questo caso, il suono viaggia attraverso le rocce sotto il vulcano. Quindi i sensori sismici appoggiati sul fondo marino dall'altra parte del vulcano registrano quando il suono li raggiunge. Il team ha installato 65 di queste stazioni a terra, attraverso Santorini e le isole vicine, e lasciò cadere altre 90 stazioni sul fondo del mare.

Dobbiamo usare tempi molto precisi per misurare quanto tempo impiega l'energia sonora per attraversare le diverse parti del vulcano. L'energia della sorgente sonora viaggerà più lentamente attraverso le rocce rotte o calde e contenenti magma. Quando esploriamo la struttura da molte direzioni diverse e a molte profondità diverse, possiamo recuperare un quadro dettagliato dell'interno della Terra.

Per recuperare i dati dal fondo marino, inviamo uno speciale segnale sonoro al sensore, come il richiamo di un uccello, che comanda allo strumento di gettare l'ancora. Poi tutti scrutano il mare alla ricerca dello strumento. Durante il giorno cerchiamo un'allegra bandiera arancione, di notte una luce stroboscopica facilita questo compito. La nostra nave manovra a fianco dello strumento e un membro dell'equipaggio si sporge dalla fiancata, aggancia lo strumento ad una lunga asta e lo riporta a bordo. I dati sono alla mano.

Compilando l'immagine del sottosuolo

L'analisi dei dati sismici è un compito enorme. Richiedeva un'ispezione esperta da parte del dottorato di ricerca. studente Ben Heath e studente di master Brennah McVey. Abbiamo quindi utilizzato la tomografia sismica per realizzare le prime "fotografie" dettagliate della struttura del sottosuolo di Santorini. Il termine tomografia deriva dalle parole greche "tomos" per fetta e "graphos" per disegnare. Un codice informatico fondamentalmente sofisticato crea un modello digitale tridimensionale dell'oggetto di interesse in base alla velocità delle onde sonore percorse attraverso di esso.

Sorprendentemente, abbiamo trovato una stretta zona di roccia crollata nascosta all'interno dell'ampia caldera di Santorini. Gli studi geologici delle eruzioni di Santorini non ci avevano portato ad aspettarci che ci sarebbe stato un volume limitato di rocce nella parte settentrionale della caldera che il suono avrebbe viaggiato più lentamente. Piuttosto, pensavamo che l'intera caldera sarebbe stata riempita con questo tipo di roccia rotta a basse profondità. La nostra scoperta ha significato che la porzione crollata della caldera era molto più stretta e profonda di quanto appaia dalla superficie.

Questa colonna di roccia disgregata è larga meno di 3 km, piccola rispetto alle dimensioni della caldera larga 10 km. La struttura scende nel terreno 2 miglia (3 km) sotto il fondo della baia. Queste rocce devono contenere molti vuoti pieni d'acqua per aver rallentato sufficientemente l'energia sismica che abbiamo registrato.

Per capire come si è formato questo volume unico di roccia disgregata, abbiamo attinto alla conoscenza esistente della più recente grande esplosione di Santorini, l'eruzione della tarda età del bronzo nel 1630 a.C. Mentre il magma eruttava dal sottosuolo, ha causato la rottura delle rocce sovrastanti. Allo stesso tempo, esplosioni sotterranee hanno fratturato le rocce quando il magma e l'acqua sono entrati in contatto. Quindi, sopra questa colonna che crolla, la depressione del fondo marino piena di depositi vulcanici porosi dall'eruzione stessa. Finalmente, l'intera baia è crollata e una rapida inondazione ha formato un'onda di tsunami.

Ciò che è particolarmente interessante delle nostre scoperte è che il magma continua ad accumularsi direttamente sotto la colonna di roccia disgregata, migliaia di anni dopo l'esplosione che originariamente ha creato la caldera. I miei colleghi ed io pensiamo che il magma in aumento si fermi sotto il peso ridotto della roccia rotta nella colonna crollata.

La nostra ricerca aiuta a spiegare come i sistemi magmatici vengono ripristinati e ricrescono dopo i principali episodi vulcanici.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.