En vulkan i Ecuador med en djup cylindrisk krater kan vara det största musikinstrumentet på jorden, producera unika ljud som forskare kan använda för att övervaka dess aktivitet.

Nya infraljudsinspelningar av Cotopaxi-vulkanen i centrala Ecuador visar att efter en sekvens av utbrott 2015, vulkanens krater ändrade form. Den djupt smala kratern tvingade luft att eka mot kraterväggarna när vulkanen mullrade. Detta skapade ljudvågor som de som skapas av en piporgel, där tryckluft pressas genom metallrör.

"Det är den största orgelpipa du någonsin stött på, "sa Jeff Johnson, en vulkanolog vid Boise State University i Idaho och huvudförfattare till en ny studie som beskriver resultaten i Geofysiska forskningsbrev , en tidskrift från American Geophysical Union. Lyssna på Cotopaxis unika orgelpipsljud här.

De nya rönen visar att geometrin hos en vulkans krater har stor inverkan på de ljud som en vulkan kan producera. Att förstå varje vulkans unika "röstavtryck" kan hjälpa forskare att bättre övervaka dessa naturliga faror och uppmärksamma forskarna på förändringar som pågår inuti vulkanen som kan signalera ett förestående utbrott, enligt studieförfattarna.

"Att förstå hur varje vulkan talar är avgörande för att förstå vad som händer, "Sade Johnson. "När du inser hur en vulkan låter, om det finns ändringar i det ljudet, som får oss att tro att det pågår förändringar i kratern, och det får oss att uppmärksamma."

Det pågående utbrottet av Kilauea på Hawaii kan vara en provgrund för att studera hur förändringar i en kraters form påverkar ljuden den gör, enligt Johnson.

Lavasjön vid Kilaueas topp dränerades när magman försörjde den strömmade nedåt, vilket borde ändra tonerna på infraljuden som sänds ut av kratern.

Att lyssna på Kilaueas infraljud kan hjälpa forskare att övervaka magmadjupet på långt håll och förutsäga dess potentiella utbrottsrisker, enligt David Fee, en vulkanolog vid University of Alaska Fairbanks som inte var kopplad till den nya studien.

När magmanivåerna vid Kilaueas topp sjunker, magman kan värma grundvatten och orsaka explosiva utbrott, vilket tros ha hänt i Kilauea under de senaste veckorna. Detta kan förändra infraljudet som sänds ut av vulkanen.

"Det är verkligen viktigt för forskare att veta hur djup kratern är, om magmanivån är på samma djup och om den samverkar med vattenytan, som kan skapa en betydande fara, "Fee sa.

Upptäcker en ny typ av ljud

Cotopaxi var vilande under större delen av 1900-talet, men det bröt ut flera gånger i augusti 2015. Utbrotten spydde ut aska och gas i luften, äventyrar de mer än 300, 000 människor som bor nära vulkanen. Ett massivt utbrott kan smälta Cotopaxis enorma snökåpa, vilket skulle utlösa massiva översvämningar och lerflöden som skulle kunna nå närliggande städer och städer.

Utbrotten 2015 var relativt små men utlöste en explosion som fick kraterbotten att falla utom synhåll. Det var då ecuadorianska forskare som övervakade vulkanen märkte konstiga ljud som kom från kratern. Ljudvågornas frekvens var för låg för att människor skulle kunna höra, men de spelades in av forskarnas instrument.

Forskarna kallade ljuden tornillos, det spanska ordet för skruvar, eftersom ljudvågorna såg ut som skruvgängor. De pendlade fram och tillbaka i cirka 90 sekunder, blir mindre för varje gång, innan den försvinner i bakgrunden.

Johnson liknar det med den "gamla västerländska bardörren" som en gång öppnades, svänger fram och tillbaka flera gånger innan den kommer till vila. Men på grund av kraterns storlek är den mer än 100 meter bred och cirka 300 meter (1, 000 fot) djupt – det tar fem sekunder för ljudvågorna att gå igenom en hel svängning.

"Det är som att öppna en bardörr som går fram och tillbaka i en och en halv minut, "Sade Johnson. "Det är en vacker signal och fantastiskt att den naturliga världen kan producera den här typen av svängningar."

Piporgelspelare skapar ljud med liknande egenskaper genom att använda ett klaviatur för att tvinga luft genom rör av olika längd. Detta är första gången vulkanologer har spelat in ljud med så låg frekvens och med denna dramatiska efterklang från en vulkan, enligt Johnson.

Kratern producerade tornilloljud ungefär en gång om dagen under första halvåret 2016, innan de slutade. Johnson och hans kollegor är osäkra på exakt vad som orsakade ljuden, men de vet att det hade något att göra med vulkanens aktivitet och inte bara vinden som blåste över kraterns topp. Varje tornillo var förknippad med gas som kom ut ur ventilen, sade Johnson.

Forskarna misstänker att en av två saker kunde ha fått vulkanen att producera tornillor. En del av kratergolvet kunde ha kollapsat, som kan hända när magma rör sig under en vulkan, eller en explosion ägde rum i botten av kratern. Explosioner är vanliga i kratrar med öppna ventiler som Cotopaxi, där gas samlas tills den når ett tillräckligt högt tryck för att explodera.