Muy por encima del mar Tirreno de Italia, frente a la costa norte de Sicilia, 13 estudiantes se sientan encima del volcán Stromboli mientras entra en erupción. Ash cae sobre sus hombros y hace ping-ping-ping en sus cascos. El suelo bajo sus pies tiembla.

"Una cosa es leer y hablar sobre el peligro sísmico y volcánico; otra es experimentarlo, "dijo la geofísica Tiziana Vanorio, profesor asistente en la Escuela de la Tierra de Stanford, Energía y Ciencias Ambientales (Stanford Earth). "Quería compartir esto con ellos".

El viaje a Stromboli había comenzado el día anterior en la ciudad natal de Vanorio, Pozzuoli, una colorida ciudad portuaria fundada por los griegos y luego ocupada por los romanos, en el centro de una caldera volcánica, o depresión, conocido como Campi Flegrei. Vanorio, Los 13 estudiantes y dos profesores asociados abordaron un hidroplano en Nápoles y navegaron hacia el sur a través de las profundas aguas azules del Tirreno durante casi cuatro horas tranquilas antes de ver el humo. vapor y gases saliendo del cono de Stromboli.

Llegar a la cima resultaría más arduo:una subida de cinco horas por empinadas laderas de ceniza y roca. Sedimentóloga Nora Nieminski, un investigador postdoctoral en Stanford Earth e instructor invitado en el viaje, Corrió hacia adelante para filmar imágenes de drones que luego ayudaría a los estudiantes a manipular para crear modelos 3-D del volcán. Pero el resto del grupo caminó sin prisa. A mitad de camino hacia la cima se detuvieron para descansar cerca de una cicatriz oscura en el flanco norte del volcán conocido como la Sciara del Fuoco, donde el volcán se ha derrumbado sobre sí mismo.

Dionne Thomas, '20, un estudiante en el viaje que se especializa en ingeniería química, recuerda oler suciedad y cenizas, al ver el mar Tirreno reflejando el tono anaranjado y azul del cielo al final de la tarde, y contar los minutos entre pequeñas ráfagas de lava de una caldera cuesta arriba. Mientras ella notaba el peso del cansancio por la larga escalada, ella dijo, "Me sentí muy fuerte".

Thomas y los otros 12 estudiantes del viaje visitaron Stromboli como parte de un seminario de tres semanas en el sur de Italia centrado en los volcanes. la arqueología y la ciencia del hormigón romano:un material excepcionalmente duradero que puede contener información para futuros materiales que sean más sostenibles o incluso adecuados para la construcción de hábitats en Marte.

Ofrecido a través del Programa de Estudios en el Extranjero Bing de Stanford, el seminario es una oportunidad para establecer conexiones viscerales entre la ciencia y la historia, y obtener una mejor comprensión de la Tierra a lo largo del camino.

Laboratorio de la naturaleza

La provincia napolitana en el sur de Italia es un lugar ideal para sumergirse en la ciencia de los peligros naturales y cómo han influido en la vida diaria y la innovación durante miles de años. Densamente poblado y salpicado de docenas de volcanes, la región es una de las más peligrosas de la Tierra. Las ruinas de un puerto romano y la villa de un emperador se pueden encontrar en alta mar, hundido como la Atlántida como resultado de los disturbios en la corteza terrestre. "No muchos lugares de la Tierra experimentan este tipo de sismicidad y vulcanismo, siendo una ciudad antigua y funcionando como una sociedad moderna, "Dijo Vanorio." Esa es la belleza del lugar ".

Detrás de las excursiones del seminario y las lecciones diarias de geofísica, las propiedades del hormigón romano y el modelado 3D a partir de imágenes de drones fue un ejercicio más amplio para encontrar conexiones entre diferentes campos de estudio. No es casualidad que los estudiantes elegidos para participar en el seminario representaran una amplia gama de especialidades, incluida la informática, física, clásicos ingeniería química y ciencias políticas.

"Todavía hay preguntas científicas que no sabemos cómo responder, "dijo Vanorio, que descubrió procesos naturales en las profundidades del subsuelo de Campi Flegrei que reflejan los del hormigón romano, y ha utilizado textos históricos para arrojar luz sobre las fortalezas y las características de los materiales volcánicos y de ingeniería. "Cuanto más aprovechamos el conocimiento en diferentes disciplinas, cuanto más podamos abordar y resolver esos problemas ".

Para Amara McCune, BS '18, quien se unió a un seminario anterior en la región liderado por Vanorio en 2016, la mezcla de geofísica con inmersiones en la cultura de la región resultó ser una mezcla poderosa. "La combinación única de aprender sobre Pompeya, levantamiento volcánico y Roma mientras está en el sitio, escuchar a los guías locales y hacer que los expertos en arqueología y geología señalen las características de un lugar hecho para una experiencia de aprendizaje increíblemente rica, " ella dijo.

Ahora cursando un doctorado. en física, McCune dijo que el seminario en el sur de Italia ayudó a ampliar su pensamiento sobre cómo podría aplicar su título. "Me hizo estar más abierto a diferentes campos y ansioso por aprender la historia y las complejidades del mundo natural que nos rodea, " ella dijo.

Durante el viaje más reciente, la oscuridad cayó como el grupo, mareado en anticipación de las poderosas erupciones del volcán, se instaló alrededor del borde de Stromboli. "Explota violentamente y sin previo aviso:estos grandes, fuertes explosiones seguidas de cenizas incandescentes volando en el aire, "explicó Dulcie Head, un profesor asistente en el viaje y un Ph.D. estudiante de geofísica.

En este momento, los estudiantes podían ver la ceniza arremolinándose a su alrededor como algo más que tierra volcánica. Sabían que una ceniza similar había sido un ingrediente clave en la construcción del anfiteatro, puerto y antiguo mercado de Pozzuoli, e incluso el Panteón de Roma, con su masiva, cúpula no reforzada:la más grande del mundo antiguo.

"Pozzuoli es posiblemente el lugar donde los romanos, mirando la naturaleza, se inspiraron para hacer un material icónico, ", Dijo Vanorio. Desarrollaron una receta para el concreto que dura miles de años usando ceniza volcánica, Lima, diminutas rocas volcánicas y agua, mientras que el hormigón moderno a menudo se desmorona en 50 años.

En lo alto de Stromboli, que los científicos monitorean cuidadosamente por seguridad, los estudiantes también tenían suficiente ciencia de la Tierra dando vueltas en sus cabezas para ver el volcán mismo como un laboratorio natural. "Este volcán está literalmente produciendo nuevas rocas mientras estamos aquí sentados. Nos las está arrojando, "Explicó Head." Es emocionante ver un proceso tan activo, donde un evento natural también produce nuevos materiales ".

El grupo rebotó y se deslizó por un sendero en las laderas del volcán con máscaras de gas para proteger sus pulmones de la ceniza y la arena levantada por sus pies. De regreso a su hotel al pie de la isla, se quitaron las máscaras y lavaron los escombros de Stromboli. Más tarde, el grupo aprendió a calcular la trayectoria y la velocidad de los proyectiles de ceniza arqueada del volcán con un software de seguimiento de partículas.

"Ésta era una forma de utilizar imágenes de lapso de tiempo, ", Dijo Vanorio." Quería estudiantes de Ciencias de la Tierra, de los clásicos, e ingenieros para aprender a usar esta herramienta porque nos encontramos usando este tipo de imágenes cada vez más, a menudo capturadas por drones, ya sea para analizar afloramientos inaccesibles de rocas o mapear vastos sitios antiguos o un edificio ".

Lo que podría haber parecido cálculos abstractos adquirió mayor resonancia a la luz del encuentro cercano del grupo con la erupción. "Nunca olvidaré las brillantes chispas de la erupción contra la noche oscura, "dijo Sylvia Choo, '20, que se está especializando en clásicos y biología. "Fue increíble experimentar la gran fuerza de la naturaleza".

Ciudad antigua

Unas 150 millas a través del fresco Tirreno, dentro de la caldera Campi Flegrei o "Campos Ardientes", se encuentra en el centro de Pozzuoli. En esta ciudad mejor conocida por muchos italianos como el lugar de nacimiento de Sophia Loren, las ruinas de un mercado romano son un centro de conexiones interdisciplinarias.

Pozzuoli se sienta en un inquieto, Franja de costa del tamaño de Manhattan donde el olor a huevo podrido del azufre impregna el aire. Cráter de Solfatara, hogar de Vulcano, el dios romano del fuego, gorjea en las afueras de la ciudad. Y solo en alta mar esculturas baños termales, Una villa, mosaicos de azulejos brillantes y otras ruinas arqueológicas descansan a más de 30 pies por debajo del nivel del mar, víctimas del hundimiento de la caldera.

Cerca del moderno paseo marítimo de Pozzuoli, tres columnas se encuentran en medio de las ruinas del antiguo mercado, o Macellum. Los estudiantes sabían por sus estudios en el campus en la primavera que el trío de mármol tenía un récord de 2000 años de hundimiento a largo plazo y breves períodos de elevación. Entonces, cuando las columnas aparecieron a la vista cuando el grupo bajó por primera vez de su residencia en la villa, varios estudiantes exclamaron, "Oh, ¡allí están!"

Reunidos cerca de las columnas para una conferencia de Vanorio mientras el dron de Nieminski zumbaba en lo alto, Podían ver bandas de pequeños agujeros perforados por los llamados mejillones "devoradores de piedras", moluscos marinos que perforaban las columnas hacia arriba y hacia abajo a medida que la subida y bajada de la caldera cambiaba la cantidad de estructuras que se extendían por encima de la línea de flotación. "Literalmente dejaron una marca en la historia, "Dijo Choo.

Usando las habilidades desarrolladas en seminarios en el campus dirigidos por Nieminski, los estudiantes pudieron analizar la historia en el Macellum y otros sitios con un toque más ligero. Construyeron modelos 3-D del mercado a partir de imágenes de drones de Nieminski y los manipularon con software para tomar medidas y responder preguntas científicas de su propia invención.

Thomas, por ejemplo, examinó los diferentes materiales en las columnas para comprender cómo la intemperie y la presión del agua desde abajo se desarrollaron con el tiempo. El proyecto, ella dijo, le permitió tejer el conocimiento de la ingeniería química, física y matemáticas, así como las lecciones de geofísica del seminario. "Después de este seminario, Estoy aún más convencido de que muchos campos pueden superponerse, " ella dijo.

Tierra inquieta

Los altibajos son parte del tejido de la vida en Pozzuoli. A principios de la década de 1980, el suelo se elevó más de 6 pies en solo dos años, una tasa alarmante de elevación que reformó la ciudad, dejar el puerto demasiado poco profundo para atracar y forzar la reubicación de escuelas y tiendas.

El aumento del lecho marino también provocó suficientes terremotos para provocar la evacuación de casi 40, 000 personas, incluido Vanorio, luego un adolescente, durante dos años a partir de 1982. "Todos estaban preocupados, ", dijo." La gente esperaba una erupción, y estábamos realmente preocupados por el peligro sísmico. Las casas no fueron reacondicionadas sísmicamente ".

Pero como los estudiantes del seminario aprendieron a través de conferencias y lecturas este verano, el episodio alertó a los científicos de Stanford sobre una dureza inusual en la roca aquí. Otras calderas volcánicas, como Yellowstone o el Long Valley, ubicado al este del Parque Nacional Yosemite, tienden a liberar la energía acumulada por el levantamiento bastante pronto a través de los terremotos. "Esas calderas experimentan una elevación y luego, casi de inmediato, comienza la actividad sísmica, "Vanorio explicó." Las rocas se deforman y luego se fracturan ".

En Pozzuoli, Los terremotos no comenzaron hasta que la caldera Campi Flegrei se había deformado casi un metro. "La pregunta desde el punto de vista de la física de rocas ha sido:¿Qué tipo de rocas en el subsuelo son capaces de soportar una tensión tan grande sin agrietarse inmediatamente? "La roca que corona esta caldera, resulta, contiene minerales fibrosos que reflejan los del hormigón romano que le permiten estirarse y doblarse antes de fallar bajo tensión.

En el mercado Vanorio también señaló que la durabilidad del hormigón romano se puede ver en secciones de las antiguas murallas donde los ladrillos hechos de toba, una especie de roca volcánica, se erosionaron hace mucho tiempo. pero el mortero hecho con ceniza volcánica y cal aún permanece. "Al final del día, estos sitios antiguos están hechos de materiales terrestres que se degradan y cambian con el tiempo, ", Dijo Vanorio." Podemos usar la física de rocas para comprender esos materiales y aprender a preservarlos mejor ".

Viviendo con peligros naturales

El icónico cono del Vesubio se eleva a menos de 15 millas al oeste de Pozzuoli. Su erupción en el 79 d.C. es mejor conocida por destruir Pompeya, pero el mismo suceso también sepultó a Herculano, una ciudad balnearia encaramada en la base occidental del complejo estratovolcán.

Los estudiantes pasaron una mañana caminando por las estrechas calles de la ciudad, notando elementos de la vida cotidiana misteriosamente conservados por el flujo piroclástico de ceniza sobrecalentado, Roca fundida, barro y gas:cofres y alacenas de madera, pinturas la puerta de madera quemada a un estudio.

Como estudiante de clásicos, Choo tenía algunas ideas sobre cómo era la vida en la época romana antes de embarcarse en el seminario. "Pero fue fascinante ver los lugares donde solían vivir, caminar y socializar, " ella dijo.

Dejando atrás Herculano por la tarde, el grupo se apiñó en un autobús con destino al monte Vesubio, la fuente de la destrucción de la ciudad. Como Campi Flegrei y Stromboli, El Vesubio se encuentra a lo largo de un límite tectónico, donde la placa africana se desliza por debajo de la placa euroasiática. Un desgarro en la placa africana permite que el calor se filtre a través de la corteza terrestre, derritiendo gradualmente la roca y aumentando la presión bajo el Vesubio, que ha entrado en erupción más de 50 veces desde el 79 d.C., la más reciente en 1944.

Desde el punto de entrega del autobús, un sendero conducía al grupo hacia el borde del volcán y luego hacia una plataforma poco profunda en el cráter. En la cima, más de 4, 000 pies sobre el nivel del mar, el aire estaba fresco, and the students could see mountains, rolling hills and cities in the distance. Bright green lizards skittered over the rust-colored rocks, fumaroles streamed sulfur-scented steam and Nieminski's drone canvassed the crater as the students listened to a local guide describe the inner workings and history of the 400, 000-year-old volcano.

Thomas remembers looking down at the sea and clouds. "I felt as if I was on top of the world, " she said. "That was the most elated I've ever been in life. It made me feel like I was experiencing to the fullest what life has to offer."