La isla de Santorini en el Mediterráneo ha atraído gente durante milenios. Hoy dia, se siente mágico ver la puesta de sol desde los acantilados sobre la bahía profunda, rodeado de iglesias azul cobalto y casas encaladas. Este lugar místico atrae a unos 2 millones de turistas al año, convirtiéndolo en uno de los principales destinos de Grecia.

No todos esos visitantes reconocen que Santorini es un volcán activo. En 1630 a.C., el volcán explotó y se derrumbó dejando tras de sí un agujero casi circular. Esta es la caldera, visible hoy como una bahía llena de agua de mar y bordeada de acantilados. La gran explosión cubrió una ciudad de la Edad de Bronce, enterrando edificios en ceniza volcánica de dos pisos de profundidad.

Los últimos flujos de lava estallaron en 1950 y expandieron las islas que han crecido en el centro de la caldera. Recientemente, en 2011-2012, el volcán pasó por un período de disturbios. El suelo se abultaba hacia arriba y hacia afuera, y ocurrieron muchos pequeños terremotos. Los científicos concluyeron que se inyectó una pequeña cantidad de magma a unos 4 kilómetros (2,5 millas) por debajo de la parte norte de la caldera.

Lo que me atrajo de este lugar icónico es que la mayor parte del volcán está sumergido bajo el agua. Soy un geofísico interesado en cómo se mueve el magma en las profundidades de la Tierra. En la última década, He estado usando tecnología avanzada para mejorar la forma en que "vemos" los caminos ocultos del magma debajo de los volcanes de todo el mundo.

Usando el sonido para ver lo que hay debajo de la superficie

En la década de 1780, El científico francés Ferdinand Fouquet viajó a Santorini para ver una erupción en curso. Fue el primero en darse cuenta de cómo se formó la depresión de la superficie volcánica conocida como caldera. A medida que el magma se vació de su depósito subterráneo durante la erupción, el techo de roca que lo había estado cubriendo se derrumbó. Los flancos del volcán que quedaron forman el anillo de islas visibles sobre el agua hoy.

Mi proyecto de investigación tuvo como objetivo profundizar, literalmente, que lo que podemos ver desde la superficie para averiguar qué está pasando dentro de este volcán todavía activo. Un manto de agua sobre todo excepto la parte superior del volcán Santorini significaba que podía usar fuentes de sonido marino de penetración profunda para "iluminar" las estructuras del subsuelo. Mis colaboradores internacionales y yo queríamos encontrar la ubicación y la profundidad donde se acumulaba el magma y cuánto magma hay en este momento.

Realizamos nuestro trabajo desde el R / V Marcus Langseth, un barco sísmico marino estadounidense. Es la única nave académica con una fuente de sonido capaz de captar imágenes del interior profundo de un volcán. Esta tecnología es controvertida debido al impacto potencial de los sonidos fuertes en la vida silvestre marina y su uso intensivo por parte de las empresas de exploración petrolera.

Pasamos meses haciendo permisos ambientales y encontrando el diseño óptimo para el experimento. El barco llevaba un equipo de observadores biológicos experimentados que inspeccionaron el mar tanto por encima como por debajo del agua en busca de especies sensibles al sonido o en peligro de extinción. Si alguno fue observado a distancia, teníamos que seguir un conjunto de acciones prescrito para asegurarnos de que no fueran molestados. Después de toda esta preparación, aunque, casi no vimos vida salvaje durante la expedición.

Nuestro método de "generación de imágenes sísmicas de fuente activa" es como hacer una imagen por tomografía computarizada del interior de la Tierra. En lugar de crear una imagen con rayos X, aunque, utilizamos ondas sonoras generadas por 36 heavy, botes de metal, llamados pistolas de aire comprimido, que se remolcan profundamente en el agua detrás del barco. Cuando las pistolas de aire se abren, el aire comprimido empuja el agua del mar, creando una onda de sonido que viaja a través de la Tierra.

En este caso, el sonido viaja a través de las rocas debajo del volcán. Luego, los sensores sísmicos que descansan en el fondo marino al otro lado del volcán registran cuándo les llega el sonido. El equipo instaló 65 de estas estaciones en tierra, a través de Santorini y las islas cercanas, y dejó caer otras 90 estaciones al fondo marino.

Tenemos que usar una sincronización muy precisa para medir cuánto tarda la energía del sonido en atravesar las diferentes partes del volcán. La energía de la fuente de sonido viajará más lentamente a través de rocas que están rotas o que están calientes y contienen magma. Cuando sondeamos la estructura desde muchas direcciones diferentes y a muchas profundidades diferentes, podemos recuperar una imagen detallada del interior de la Tierra.

Para recuperar los datos del lecho marino, enviamos una señal de sonido especial al sensor, como el canto de un pájaro, que ordena al instrumento que suelte el ancla. Entonces todos escudriñan el mar en busca del instrumento. Durante el día buscamos una bandera naranja alegre, por la noche, una luz estroboscópica facilita esta tarea. Nuestro barco maniobra junto al instrumento y un miembro de la tripulación se inclina hacia el costado, engancha el instrumento en un poste largo y lo vuelve a colocar a bordo. Los datos están a la mano.

Completando la imagen del subsuelo

El análisis de los datos sísmicos es una tarea enorme. Requería una inspección experimentada por Ph.D. el estudiante Ben Heath y la estudiante de maestría Brennah McVey. Luego usamos tomografía sísmica para hacer las primeras "fotografías" detalladas de la estructura del subsuelo de Santorini. El término tomografía proviene de las palabras griegas "tomos" para corte y "graphos" para dibujar. Básicamente, un código informático sofisticado crea un modelo digital tridimensional del objeto de interés basado en la velocidad de las ondas sonoras que lo atraviesan.

Asombrosamente, encontramos una zona estrecha de roca colapsada escondida dentro de la amplia caldera en Santorini. Los estudios geológicos de las erupciones en Santorini no nos habían llevado a esperar que hubiera un volumen reducido de rocas en la parte norte de la caldera por las que el sonido viajara más lentamente. Más bien pensamos que toda la caldera se llenaría con este tipo de roca rota a poca profundidad. Nuestro hallazgo significó que la parte colapsada de la caldera era mucho más estrecha y profunda de lo que parece desde la superficie.

Esta columna de roca rota tiene menos de 2 millas (3 km) de ancho, pequeña en comparación con el tamaño de la caldera de 6 millas de ancho (10 km). La estructura desciende al suelo 2 millas (3 km) por debajo del fondo de la bahía. Estas rocas deben contener muchas lagunas llenas de agua para que haya ralentizado lo suficiente la energía sísmica que registramos.

Para descubrir cómo se formó este volumen único de roca rota, nos basamos en el conocimiento existente de la gran explosión más reciente de Santorini, la erupción de la Edad del Bronce tardía en 1630 a. C. Cuando el magma brotó del subsuelo, hizo que las rocas suprayacentes se rompieran. Al mismo tiempo, explosiones subterráneas fracturaron las rocas cuando el magma y el agua entraron en contacto. Luego, por encima de esta columna que se derrumba, la depresión del lecho marino se llenó de depósitos volcánicos porosos de la erupción misma. Finalmente, toda la bahía se derrumbó y las rápidas inundaciones formaron una ola de tsunami.

Lo que es particularmente interesante acerca de nuestros hallazgos es que el magma continúa acumulándose directamente debajo de la columna de roca rota, miles de años después de la explosión que originalmente creó la caldera. Mis colegas y yo creemos que el magma ascendente se detiene bajo el peso reducido de la roca rota en la columna colapsada.

Nuestra investigación ayuda a explicar cómo los sistemas de magma se reinician y vuelven a crecer después de episodios volcánicos importantes.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.