A ilha de Santorini, no Mediterrâneo, atrai pessoas há milênios. Hoje, é mágico ver o pôr do sol nos penhascos sobre a baía profunda, cercado por igrejas azul cobalto e casas caiadas de branco. Este lugar místico atrai cerca de 2 milhões de turistas por ano, tornando-se um dos principais destinos da Grécia.

Nem todos os visitantes reconhecem que Santorini é um vulcão ativo. Em 1630 a.C., o vulcão explodiu e desabou, deixando para trás um buraco quase circular. Esta é a caldeira - visível hoje como uma baía cheia de água do mar e ladeada por penhascos. A grande explosão cobriu uma cidade da Idade do Bronze, enterrando edifícios em cinzas vulcânicas de dois andares de profundidade.

Os últimos fluxos de lava surgiram em 1950 e expandiram as ilhas que cresceram no centro da caldeira. Recentemente, em 2011-2012, o vulcão passou por um período de agitação. O solo se projetava para cima e para fora, e muitos pequenos terremotos ocorreram. Os cientistas concluíram que uma pequena quantidade de magma foi injetada cerca de 2,5 milhas (4 quilômetros) sob a porção norte da caldeira.

O que me atraiu neste lugar icônico é que a maior parte do vulcão está submersa. Sou um geofísico interessado em como o magma se move nas profundezas da Terra. Na última década, Tenho usado tecnologia avançada para melhorar a forma como "vemos" caminhos de magma, de outra forma ocultos, abaixo de vulcões ao redor do mundo.

Usando o som para ver o que está abaixo da superfície

Na década de 1780, O cientista francês Ferdinand Fouquet viajou para Santorini para ver uma erupção em andamento. Ele foi o primeiro a perceber como se formou a depressão da superfície vulcânica conhecida como caldeira. À medida que o magma esvaziava de seu reservatório subterrâneo durante a erupção, o telhado de rocha que o cobria desabou. Os flancos do vulcão que permaneceram formam o anel de ilhas visíveis hoje acima da água.

Meu projeto de pesquisa teve como objetivo aprofundar, literalmente, do que o que podemos ver da superfície para descobrir o que está acontecendo dentro deste vulcão ainda ativo. Um manto de água sobre tudo, exceto o topo do vulcão de Santorini, significava que eu poderia usar fontes de som marinho de penetração profunda para "iluminar" as estruturas subterrâneas. Meus colaboradores internacionais e eu queríamos encontrar o local e a profundidade onde o magma estava sendo coletado e quanto magma existe agora.

Conduzimos nosso trabalho a partir do R / V Marcus Langseth, um navio sísmico marinho americano. É a única nave acadêmica com uma fonte de som capaz de criar imagens do interior profundo de um vulcão. Esta tecnologia é controversa devido ao impacto potencial de sons altos na vida selvagem marinha e seu uso intensivo por empresas de exploração de petróleo.

Passamos meses fazendo licenciamento ambiental e encontrando o projeto ideal para o experimento. O navio carregava uma equipe de observadores biológicos experientes que pesquisaram o mar acima e abaixo da água em busca de espécies sensíveis ao som ou ameaçadas de extinção. Se algum foi observado à distância, devíamos seguir um conjunto prescrito de ações para garantir que não fossem perturbados. Depois de toda esta preparação, no entanto, quase não vimos vida selvagem durante a expedição.

Nosso método de "geração de imagens sísmicas de fonte ativa" é como fazer uma imagem de tomografia computadorizada do interior da Terra. Em vez de construir uma imagem usando raios-X, no entanto, usamos ondas sonoras geradas por 36 pesadas, recipientes de metal - chamados de armas de ar - que são rebocados nas profundezas da água atrás do navio. Quando as armas de ar abrem, o ar comprimido empurra a água do mar, criando uma onda sonora que viaja pela Terra.

Neste caso, o som viaja pelas rochas abaixo do vulcão. Em seguida, sensores sísmicos que repousam no fundo do mar do outro lado do vulcão registram quando o som os atinge. A equipe instalou 65 dessas estações em terra, em Santorini e nas ilhas próximas, e lançou mais 90 estações no fundo do mar.

Precisamos usar um tempo muito preciso para medir quanto tempo leva para a energia do som percorrer as diferentes partes do vulcão. A energia da fonte sonora viajará mais lentamente através das rochas que estão quebradas ou que estão quentes e contêm magma. Quando investigamos a estrutura de muitas direções diferentes e em muitas profundidades diferentes, podemos recuperar uma imagem detalhada do interior da Terra.

Para obter os dados do fundo do mar, enviamos um sinal sonoro especial para o sensor - como o canto de um pássaro - que comanda o instrumento para lançar sua âncora. Então, todos vasculham o mar em busca do instrumento. Durante o dia, procuramos uma alegre bandeira laranja, à noite, uma luz estroboscópica facilita essa tarefa. Nosso navio manobra ao lado do instrumento e um membro da tripulação se inclina para o lado, engancha o instrumento em uma haste longa e puxa-o de volta a bordo. Os dados estão em mãos.

Preenchendo a imagem do subsolo

A análise dos dados sísmicos é uma tarefa enorme. Exigiu inspeção experiente por Ph.D. o estudante Ben Heath e a estudante de mestrado Brennah McVey. Em seguida, usamos a tomografia sísmica para fazer as primeiras "fotografias" detalhadas da estrutura do subsolo de Santorini. O termo tomografia vem das palavras gregas "tomos" para fatia e "graphos" para desenho. Um código de computador basicamente sofisticado cria um modelo digital tridimensional do objeto de interesse com base na velocidade das ondas sonoras que o percorrem.

Surpreendentemente, encontramos uma estreita zona de rocha desmoronada escondida dentro da ampla caldeira de Santorini. Os estudos geológicos das erupções em Santorini não nos levaram a esperar que houvesse um volume confinado de rochas na parte norte da caldeira que o som viajaria mais lentamente. Em vez disso, pensamos que toda a caldeira seria preenchida com esse tipo de rocha quebrada em profundidades rasas. Nossa descoberta significa que a porção colapsada da caldeira era muito mais estreita e mais profunda do que parece à primeira vista.

Esta coluna de rocha fragmentada tem menos de 2 milhas (3 km) de diâmetro - pequena se comparada ao tamanho da caldeira de 6 milhas (10 km) de largura. A estrutura desce até o solo 2 milhas (3 km) abaixo do fundo da baía. Essas rochas devem conter muitas lacunas preenchidas com água para reduzir o suficiente a energia sísmica que registramos.

Para descobrir como esse volume único de rocha fragmentada se formou, baseamo-nos no conhecimento existente da grande explosão mais recente de Santorini, a erupção do final da Idade do Bronze em 1630 a.C. À medida que o magma irrompeu da subsuperfície, fez com que as rochas sobrejacentes se rompessem. Ao mesmo tempo, explosões subterrâneas fraturaram as rochas quando o magma e a água entraram em contato. Então, acima desta coluna em colapso, a depressão do fundo do mar se encheu de depósitos vulcânicos porosos da própria erupção. Finalmente, toda a baía desabou e uma inundação rápida formou uma onda tsunami.

O que é particularmente interessante sobre nossas descobertas é que o magma continua a se acumular diretamente abaixo da coluna de rocha fragmentada - milhares de anos após a explosão que originalmente criou a caldeira. Meus colegas e eu achamos que o magma ascendente cessa sob o peso reduzido da rocha quebrada na coluna desmoronada.

Nossa pesquisa ajuda a explicar como os sistemas de magma são reiniciados e voltam a crescer após grandes episódios vulcânicos.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.