Het eiland Santorini in de Middellandse Zee trekt al duizenden jaren mensen aan. Vandaag, het voelt magisch om de zon te zien ondergaan vanaf kliffen boven de diepe baai, omgeven door kobaltblauwe kerken en witgekalkte huizen. Deze mystieke plek trekt ongeveer 2 miljoen toeristen per jaar, waardoor het een van de topbestemmingen in Griekenland is.

Niet al die bezoekers erkennen dat Santorini een actieve vulkaan is. In 1630 voor Christus, de vulkaan explodeerde en stortte in en liet een bijna cirkelvormig gat achter. Dit is de caldera - tegenwoordig zichtbaar als een baai gevuld met zeewater en omzoomd door kliffen. De grote explosie bedekte een stad uit de Bronstijd, gebouwen begraven in vulkanische as twee verdiepingen diep.

De nieuwste lavastromen braken uit in 1950 en breidden de eilanden uit die in het midden van de caldera zijn gegroeid. Onlangs, in 2011-2012, de vulkaan ging door een periode van onrust. De grond puilde op en uit, en er vonden veel kleine aardbevingen plaats. Wetenschappers concludeerden dat een kleine hoeveelheid magma ongeveer 4 kilometer onder het noordelijke deel van de caldera werd geïnjecteerd.

Wat me aantrok aan deze iconische plek is dat het grootste deel van de vulkaan onder water staat. Ik ben een geofysicus die geïnteresseerd is in hoe magma diep in de aarde beweegt. In het afgelopen decennium is Ik heb geavanceerde technologie gebruikt om te verbeteren hoe we de anders verborgen paden van magma onder vulkanen over de hele wereld 'zien'.

Geluid gebruiken om te zien wat zich onder het oppervlak bevindt

In de jaren 1780, De Franse wetenschapper Ferdinand Fouquet reisde naar Santorini om een ​​aanhoudende uitbarsting te bekijken. Hij was de eerste die zich realiseerde hoe de vulkanische oppervlaktedepressie die bekend staat als een caldera werd gevormd. Terwijl magma tijdens de uitbarsting uit zijn ondergrondse reservoir stroomde, het dak van de rots die het bedekte stortte in. De flanken van de vulkaan die overbleven vormen de ring van eilanden die vandaag boven water zichtbaar is.

Mijn onderzoeksproject was erop gericht dieper te graven, letterlijk, dan wat we vanaf het oppervlak kunnen zien om erachter te komen wat er gaande is in deze nog steeds actieve vulkaan. Een deken van water over alles behalve de top van de vulkaan van Santorini betekende dat ik diep doordringende mariene geluidsbronnen kon gebruiken om de ondergrondse structuren te "verlichten". Mijn internationale medewerkers en ik wilden de locatie en diepte vinden waar magma werd verzameld en hoeveel magma er nu is.

We voerden ons werk uit vanaf de R/V Marcus Langseth, een Amerikaans seismisch zeeschip. Het is het enige academische schip met een geluidsbron die de diepe binnenkant van een vulkaan in beeld kan brengen. Deze technologie is controversieel vanwege de mogelijke impact van harde geluiden op zeedieren en het intensieve gebruik ervan door olie-exploratiebedrijven.

We zijn maanden bezig geweest met het aanvragen van milieuvergunningen en het vinden van het optimale ontwerp voor het experiment. Het schip had een team van ervaren biologische waarnemers aan boord die de zee zowel boven als onder water onderzochten op geluidsgevoelige of bedreigde soorten. Als er iets op afstand werd waargenomen, we moesten een voorgeschreven reeks acties volgen om ervoor te zorgen dat ze niet gestoord zouden worden. Na al deze voorbereiding, Hoewel, we zagen bijna geen dieren in het wild tijdens de expeditie.

Onze "active source seismic imaging"-methode is als het maken van een CAT-scan foto van de binnenkant van de aarde. In plaats van een afbeelding te bouwen met behulp van röntgenstralen, Hoewel, we gebruiken geluidsgolven die worden gegenereerd door 36 zware, metalen bussen - luchtgeweren genoemd - die diep in het water achter het schip worden gesleept. Als de luchtbuksen opengaan, samengeperste lucht duwt op het zeewater, het creëren van een geluidsgolf die door de aarde reist.

Op dit moment, het geluid reist door de rotsen onder de vulkaan. Vervolgens nemen seismische sensoren die op de zeebodem aan de andere kant van de vulkaan rusten, op wanneer het geluid hen bereikt. Het team installeerde 65 van deze stations op het land, over Santorini en de nabijgelegen eilanden, en liet nog eens 90 stations naar de zeebodem vallen.

We moeten een zeer nauwkeurige timing gebruiken om te meten hoe lang het duurt voordat de geluidsenergie door de verschillende delen van de vulkaan gaat. De energie van de geluidsbron zal langzamer reizen door rotsen die gebroken of heet zijn en magma bevatten. Als we de structuur vanuit veel verschillende richtingen en op veel verschillende diepten onderzoeken, we kunnen een gedetailleerd beeld krijgen van het binnenste van de aarde.

Om de gegevens van de zeebodem terug te krijgen, we sturen een speciaal geluidssignaal naar de sensor - zoals een vogelroep - die het instrument opdracht geeft zijn anker te laten vallen. Dan speurt iedereen de zee af op zoek naar het instrument. Overdag zoeken we naar een vrolijke oranje vlag, 's nachts maakt een stroboscoop deze taak gemakkelijker. Ons schip manoeuvreert naast het instrument en een bemanningslid leunt over de rand, haakt het instrument aan een lange paal en trekt het weer aan boord. De gegevens zijn binnen handbereik.

Ondergronds plaatje invullen

Analyse van de seismische gegevens is een enorme taak. Het vereiste ervaren inspectie door Ph.D. student Ben Heath en masterstudent Brennah McVey. Vervolgens hebben we seismische tomografie gebruikt om de eerste gedetailleerde "foto's" van de ondergrondse structuur van Santorini te maken. De term tomografie komt van de Griekse woorden "tomos" voor slice en "graphos" voor tekenen. In principe maakt geavanceerde computercode een driedimensionaal digitaal model van het object van belang op basis van de snelheid waarmee geluidsgolven er doorheen reizen.

Verrassend genoeg, we vonden een smalle zone van ingestorte rots die zich verstopte in de brede caldera van Santorini. Geologische studies van de uitbarstingen op Santorini hadden ons niet doen vermoeden dat er een beperkt volume rotsen in het noordelijke deel van de caldera zou zijn waar het geluid langzamer doorheen reisde. We dachten eerder dat de hele caldera op ondiepe diepten gevuld zou zijn met dit soort gebroken gesteente. Onze bevinding betekende dat het ingestorte deel van de caldera veel smaller en dieper was dan het vanaf het oppervlak lijkt.

Deze kolom van verstoorde rots is minder dan 3 km breed - klein vergeleken met de grootte van de 6 mijl brede (10 km) caldera. De structuur gaat 2 mijl (3 km) onder de bodem van de baai de grond in. Deze rotsen moeten veel met water gevulde gaten bevatten om de seismische energie die we hebben geregistreerd voldoende te hebben vertraagd.

Om erachter te komen hoe dit unieke volume van verstoord gesteente is gevormd, we maakten gebruik van bestaande kennis van de meest recente grote explosie van Santorini, de uitbarsting van de late bronstijd in 1630 v. Chr. Toen magma uit de ondergrond barstte, het zorgde ervoor dat de bovenliggende rotsen uiteenvielen. Tegelijkertijd, ondergrondse explosies braken de rotsen toen magma en water in contact kwamen. Vervolgens, boven deze instortende kolom, de zeebodemdepressie gevuld met poreuze vulkanische afzettingen van de uitbarsting zelf. Eindelijk, de hele baai viel naar beneden en snelle overstromingen vormden een tsunami-golf.

Wat vooral interessant is aan onze bevindingen, is dat magma zich direct onder de kolom van verstoord gesteente blijft ophopen - duizenden jaren na de explosie die oorspronkelijk de caldera creëerde. Mijn collega's en ik denken dat het stijgende magma tot stilstand komt onder het verminderde gewicht van de gebroken rots in de ingestorte kolom.

Ons onderzoek helpt verklaren hoe magmasystemen worden gereset en opnieuw groeien na grote vulkanische episodes.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.