Bem acima do Mar Tirreno da Itália, na costa norte da Sicília, 13 alunos sentam-se no topo do vulcão Stromboli enquanto ele entra em erupção. Ash cai sobre seus ombros e ping-ping-pings seus capacetes. O chão sob seus pés treme.

"Uma coisa é ler e falar sobre perigos sísmicos e vulcânicos; outra coisa é vivê-lo, "disse a geofísica Tiziana Vanorio, um professor assistente na Escola da Terra de Stanford, Energia e Ciências Ambientais (Stanford Earth). "Eu queria compartilhar isso com eles."

A viagem para Stromboli havia começado no dia anterior na cidade natal de Vanorio, Pozzuoli, uma colorida cidade portuária fundada pelos gregos e posteriormente ocupada pelos romanos, no centro de uma caldeira vulcânica, ou depressão, conhecido como Campi Flegrei. Vanorio, os 13 alunos e dois professores associados embarcaram em um hidrofólio em Nápoles e navegaram para o sul através das águas azuis profundas do Tirreno por quase quatro horas silenciosas antes de avistarem a fumaça, vapor e gases saindo do cone de Stromboli.

Chegar ao topo seria mais árduo - uma escalada de cinco horas em encostas íngremes de cinzas e rochas. Sedimentologista Nora Nieminski, um pesquisador de pós-doutorado na Stanford Earth e um instrutor convidado na viagem, correu à frente para filmar o drone que mais tarde ajudaria os alunos a manipular para criar modelos 3-D do vulcão. Mas o resto do grupo caminhou sem pressa. Na metade do caminho para o topo, eles pararam para descansar perto de uma cicatriz escura no flanco norte do vulcão, conhecida como Sciara del Fuoco, onde o vulcão desabou sobre si mesmo.

Dionne Thomas, '20, um aluno em viagem que está se formando em engenharia química, lembra de cheirar sujeira e cinzas, ver o Mar Tirreno refletindo a lavagem do céu de laranja e azul no final da tarde, e a contagem regressiva dos minutos entre pequenas explosões de lava de uma colina acima. Enquanto ela notava o peso da exaustão da longa escalada, ela disse, "Eu me senti muito forte."

Thomas e os outros 12 alunos da viagem visitaram Stromboli como parte de um seminário de três semanas no sul da Itália focado em vulcões, arqueologia e a ciência do concreto romano - um material excepcionalmente durável que pode conter percepções de materiais futuros que sejam mais sustentáveis ​​ou mesmo adequados para a construção de habitats em Marte.

Oferecido por meio do programa Bing Overseas Studies de Stanford, o seminário é uma oportunidade para traçar conexões viscerais entre ciência e história, e obter uma melhor compreensão da Terra ao longo do caminho.

Laboratório da natureza

A província napolitana no sul da Itália é um lugar ideal para mergulhar na ciência dos perigos naturais e em como eles atuaram na vida diária e na inovação ao longo de milhares de anos. Densamente povoado e salpicado com dezenas de vulcões, a região é considerada uma das mais perigosas da Terra. As ruínas de um porto romano e uma villa do imperador podem ser encontradas no mar, afundado como a Atlântida como resultado da agitação na crosta terrestre. "Poucos lugares na Terra experimentam esse tipo de sismicidade e vulcanismo, embora seja uma cidade antiga e funcione como uma sociedade moderna, "Vanorio disse." Essa é a beleza do lugar.

Subjacente às excursões do seminário e aulas diárias de geofísica, as propriedades do concreto romano e a modelagem 3D a partir de imagens de drones foi um exercício maior para encontrar conexões entre diferentes campos de estudo. Não é por acaso que os alunos escolhidos para participar do seminário representaram uma ampla gama de especializações, incluindo ciência da computação, física, clássicos, engenharia química e ciência política.

"Ainda há questões científicas que não sabemos responder, "disse Vanorio, que descobriu processos naturais nas profundezas do subsolo do Campi Flegrei que refletem os do concreto romano, e usou textos históricos para lançar luz sobre os pontos fortes e as características dos materiais vulcânicos e de engenharia. "Quanto mais aproveitamos o conhecimento em diferentes disciplinas, mais podemos abordar e resolver esses problemas. "

Para Amara McCune, BS '18, que se juntou a um seminário anterior na região liderado por Vanorio em 2016, a mistura de geofísica com mergulhos na cultura da região provou ser uma mistura poderosa. "A combinação única de aprender sobre Pompéia, elevação vulcânica e Roma no local, ouvir guias locais e pedir a especialistas em arqueologia e geologia que apontem as características de um local feito para uma experiência de aprendizagem incrivelmente rica, " ela disse.

Agora buscando um Ph.D. na física, McCune disse que o seminário no sul da Itália ajudou a ampliar seu pensamento sobre como ela poderia aplicar seu diploma. "Isso me tornou mais aberto a diferentes campos e ansioso para aprender a história e as complexidades do mundo natural ao nosso redor, " ela disse.

Durante a viagem mais recente, escuridão caiu como o grupo, tonto em antecipação às poderosas erupções do vulcão, instalou-se em torno da borda de Stromboli. "Ele explode violentamente e sem aviso - esses grandes, fortes explosões seguidas de cinzas incandescentes voando no ar, "explicou Dulcie Head, um assistente de ensino na viagem e um doutorado. estudante de geofísica.

Por esta hora, os alunos podiam ver as cinzas girando em torno deles como mais do que sujeira vulcânica. Eles sabiam que cinzas semelhantes tinham sido um ingrediente-chave na construção do anfiteatro, porto e antigo mercado em Pozzuoli, e até mesmo o Panteão de Roma, com seu enorme, cúpula não reforçada - a maior do mundo antigo.

"Pozzuoli é possivelmente o lugar onde os romanos, olhando para a natureza, foram inspirados a fazer um material icônico, "Vanorio disse. Eles desenvolveram uma receita de concreto que dura milhares de anos usando cinzas vulcânicas, Lima, pequenas rochas vulcânicas e água, enquanto o concreto moderno freqüentemente se desintegra em 50 anos.

No topo de Stromboli, que os cientistas monitoram cuidadosamente para segurança, os alunos também tinham ciência da Terra o suficiente passando por suas cabeças para ver o próprio vulcão como um laboratório natural. "Este vulcão está literalmente produzindo novas rochas enquanto estamos sentados aqui. Ele as joga em nós, "Chefe explicou." É emocionante ver um processo tão ativo, onde um evento natural também produz novos materiais. "

O grupo saltou e deslizou por um caminho nas encostas do vulcão usando máscaras de gás para proteger seus pulmões das cinzas e areia chutadas por seus pés. De volta ao hotel no sopé da ilha, eles tiraram as máscaras e lavaram os detritos de Stromboli. Mais tarde, o grupo aprendeu a calcular a trajetória e a velocidade dos projéteis de cinzas em arco do vulcão com um software de rastreamento de partículas.

"Esta foi uma maneira de usarmos imagens de lapso de tempo, "Vanorio disse." Eu queria alunos de Ciências da Terra, dos clássicos, e engenheiros para aprender como usar essa ferramenta porque estamos usando cada vez mais esses tipos de imagens - geralmente capturadas por drones - seja para analisar afloramentos inacessíveis de rochas ou mapear vastos locais antigos ou um edifício. "

O que poderia ter parecido cálculos abstratos adquiriu maior ressonância à luz do encontro de perto do grupo com a erupção. "Eu nunca vou esquecer as faíscas brilhantes da erupção contra a noite escura, "disse Sylvia Choo, '20, quem está se formando em clássicos e biologia. "Foi incrível experimentar a grande força da natureza."

Cidade antiga

Cerca de 150 milhas através do frio Tirreno, dentro da caldeira Campi Flegrei ou "Burning Fields", fica no centro de Pozzuoli. Nesta cidade mais conhecida por muitos italianos como o local de nascimento de Sophia Loren, as ruínas de um mercado romano são um centro para conexões interdisciplinares.

Pozzuoli fica inquieto, Faixa de costa do tamanho de Manhattan, onde o cheiro de ovo podre de enxofre envolve o ar. Cratera Solfatara, casa de Vulcano, o deus romano do fogo, gorgolejos na orla da cidade. E apenas offshore, esculturas, banhos termais, uma villa, mosaicos de azulejos brilhantes e outras ruínas arqueológicas repousam a mais de 9 metros abaixo do nível do mar, vítimas do afundamento da caldeira.

Perto da orla moderna de Pozzuoli, três colunas estão entre as ruínas do antigo mercado, ou Macellum. Os alunos sabiam de seus estudos no campus na primavera que o trio de mármore detinha um recorde de 2.000 anos de subsidência de longo prazo e breves períodos de elevação. Assim como as colunas apareceram quando o grupo desceu de sua residência na villa pela primeira vez, vários alunos exclamaram, "Oh, lá estão eles!"

Reunindo-se perto das colunas para uma palestra de Vanorio enquanto o drone de Nieminski zumbia no alto, eles podiam ver bandas de pequenos orifícios perfurados pelos chamados mexilhões "comedores de pedras" - moluscos marinhos que perfuravam as colunas para cima e para baixo à medida que a ascensão e queda da caldeira mudavam o quanto das estruturas se estendiam acima da linha de água. "Eles literalmente deixaram uma marca na história, "Choo disse.

Usando habilidades desenvolvidas em seminários presenciais conduzidos por Nieminski, os alunos puderam analisar a história do Macellum e outros locais com um toque mais leve. Eles construíram modelos 3-D do mercado a partir das imagens de drones de Nieminski e os manipularam com software para fazer medições e responder a questões científicas de sua própria concepção.

Thomas, por exemplo, examinou os diferentes materiais nas colunas para entender como o clima e a pressão da água de baixo funcionavam ao longo do tempo. O projeto, ela disse, permitiu-lhe tecer conhecimentos de engenharia química, física e matemática, bem como as aulas de geofísica do seminário. "Depois deste seminário, Estou ainda mais convencido de que muitos campos podem se sobrepor, " ela disse.

Terra inquieta

Os altos e baixos fazem parte da vida em Pozzuoli. No início dos anos 1980, o solo subiu mais de 6 pés em apenas dois anos, uma taxa alarmante de elevação que remodelou a cidade, deixando o porto muito raso para atracar e forçar a realocação de escolas e lojas.

O aumento do leito do mar também desencadeou terremotos suficientes para provocar a evacuação de quase 40 pessoas, 000 pessoas - incluindo Vanorio, em seguida, um adolescente - por dois anos, começando em 1982. "Todos estavam preocupados, "ela disse." As pessoas estavam esperando uma erupção, e estávamos realmente preocupados com o risco sísmico. As casas não foram reformadas sismicamente. "

Mas, como os alunos do seminário aprenderam por meio de palestras e leituras neste verão, o episódio alertou os cientistas de Stanford para uma dureza incomum na rocha aqui. Outras caldeiras vulcânicas, como Yellowstone ou Long Valley, localizado a leste do Parque Nacional de Yosemite, tendem a liberar a energia acumulada da elevação muito em breve por meio de terremotos. "Essas caldeiras experimentam elevação e quase imediatamente, atividade sísmica começa, Vanorio explicou. "As rochas se deformam e então se quebram."

Em Pozzuoli, Os terremotos não começaram até que a caldeira Campi Flegrei se deformou em quase um metro. "A questão do ponto de vista da física das rochas tem sido, que tipo de rocha na subsuperfície é capaz de acomodar uma deformação tão grande sem quebrar imediatamente? "A rocha que cobre esta caldeira, acontece que, contém minerais fibrosos que espelham os do concreto romano, que permitem que ele se estique e dobre antes de quebrar sob tensão.

No mercado, Vanorio também destacou que a durabilidade do concreto romano pode ser vista em seções das antigas paredes onde os tijolos feitos de tufo - uma espécie de rocha vulcânica - erodiram há muito tempo, mas a argamassa feita com cinza vulcânica e cal ainda permanece. "No fim do dia, esses sítios antigos são feitos de materiais terrestres que se degradam e mudam com o tempo, Vanorio disse. "Podemos usar a física das rochas para entender esses materiais e aprender a preservá-los melhor."

Vivendo com riscos naturais

O icônico cone do Monte Vesúvio se ergue a menos de 24 quilômetros a oeste de Pozzuoli. Sua erupção em 79 DC é mais conhecida por destruir Pompeia, mas o mesmo evento também enterrou Herculano, uma cidade resort à beira-mar situada na base ocidental do complexo estratovulcão.

Os alunos passaram uma manhã caminhando pelas ruas estreitas da cidade, percebendo elementos da vida cotidiana estranhamente preservados pelo fluxo piroclástico superaquecido de cinzas, lava, lama e gás:baús e armários de madeira, pinturas, a porta de madeira queimada de um escritório.

Como um curso de clássicos, Choo tinha algumas ideias sobre como era a vida na época dos romanos antes de embarcar no seminário. "Mas foi fascinante ver os lugares onde moraram, caminhar e socializar, " ela disse.

Saindo de Herculano à tarde, o grupo se amontoou em um ônibus com destino ao Monte Vesúvio, a fonte da destruição da cidade. Como Campi Flegrei e Stromboli, O Vesúvio fica ao longo de uma fronteira tectônica, onde a placa africana está deslizando por baixo da placa eurasiana. Um rasgo na placa africana permite que o calor se infiltre pela crosta terrestre, derretendo gradualmente a rocha e aumentando a pressão sob o Vesúvio, que entrou em erupção mais de 50 vezes desde 79 DC - mais recentemente em 1944.

Do ponto de desembarque do ônibus, uma trilha levou o grupo até a borda do vulcão e depois para uma plataforma rasa na cratera. No topo, mais de 4, 000 pés acima do nível do mar, o ar estava fresco, e os alunos podiam ver montanhas, colinas onduladas e cidades à distância. Lagartos verdes brilhantes deslizaram sobre as rochas cor de ferrugem, 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."