Ön Santorini i Medelhavet har lockat människor i årtusenden. I dag, det känns magiskt att se solen gå ner från klipporna över den djupa viken, omgiven av koboltblå kyrkor och vitkalkade hus. Denna mystiska plats lockar cirka 2 miljoner turister per år, vilket gör det till en av de bästa destinationerna i Grekland.

Inte alla besökare inser att Santorini är en aktiv vulkan. År 1630 f.Kr. vulkanen exploderade och kollapsade och lämnade efter sig ett nästan cirkulärt hål. Detta är kalderan - som idag syns som en vik fylld med havsvatten och kantad av klippor. Den stora explosionen täckte en bronsålders stad, begrava byggnader i vulkanisk aska två våningar djupt.

De senaste lavaströmmarna utbröt 1950 och utvidgade de öar som har vuxit i mitten av kalderan. Nyligen, 2011-2012, vulkanen gick igenom en period av oroligheter. Marken bultade upp och ut, och många små jordbävningar inträffade. Forskare drog slutsatsen att en liten mängd magma injicerades cirka 4 kilometer under den norra delen av kalderan.

Det som lockade mig till denna ikoniska plats är att större delen av vulkanen är nedsänkt under vatten. Jag är en geofysiker intresserad av hur magma rör sig djupt i jorden. Under det senaste decenniet har Jag har använt avancerad teknik för att förbättra hur vi "ser" magmas annars dolda vägar under vulkaner runt om i världen.

Använda ljud för att se vad som finns under ytan

På 1780 -talet, Den franske forskaren Ferdinand Fouquet reste till Santorini för att se ett pågående utbrott. Han var den första som insåg hur den vulkaniska ytfördjupningen, känd som en kaldera, bildades. När magma tömdes ur sin underjordiska reservoar under utbrottet, taket av sten som hade täckt det kollapsade. Vulkanens flanker som var kvar utgör ringen av öar som är synliga ovanför vattnet idag.

Mitt forskningsprojekt syftade till att fördjupa mig djupare, bokstavligen, än vad vi kan se från ytan för att ta reda på vad som händer inom denna fortfarande aktiva vulkan. Ett täcke av vatten över allt utom toppen av Santorini-vulkanen innebar att jag kunde använda djupträngande marina ljudkällor för att "belysa" underjordiska strukturer. Mina internationella samarbetspartners och jag ville hitta platsen och djupet där magma samlades och hur mycket magma det finns just nu.

Vi utförde vårt arbete från R/V Marcus Langseth, ett amerikanskt marin seismiskt fartyg. Det är det enda akademiska skeppet med en ljudkälla som kan avbilda den djupa insidan av en vulkan. Denna teknik är kontroversiell på grund av de potentiella effekterna av höga ljud på det marina djurlivet och dess intensiva användning av oljeförsökningsföretag.

Vi tillbringade månader med att göra miljötillstånd och hitta den optimala designen för experimentet. Fartyget transporterade ett team av erfarna biologiska observatörer som undersökte havet både ovanför och under vattnet för ljudkänsliga eller hotade arter. Om någon observerades på avstånd, vi skulle följa en föreskriven uppsättning åtgärder för att säkerställa att de inte störs. Efter all denna förberedelse, fastän, vi såg nästan inget vilda djur under expeditionen.

Vår metod med "aktiv källa seismisk avbildning" är som att göra en CAT-scan-bild av jordens insida. Istället för att bygga en bild med röntgen, fastän, vi använder ljudvågor som genereras av 36 tunga, metallbehållare - kallade luftkanoner - som bogseras djupt i vattnet bakom skeppet. När flygvapen öppnas, tryckluft trycker på havsvattnet, skapa en ljudvåg som färdas genom jorden.

I det här fallet, ljudet rör sig genom klipporna under vulkanen. Sedan spelar seismiska sensorer på havsbotten på andra sidan vulkanen när ljudet når dem. Teamet installerade 65 av dessa stationer på land, över Santorini och de närliggande öarna, och tappade ytterligare 90 stationer till havsbotten.

Vi måste använda mycket exakt timing för att mäta hur lång tid det tar ljudenergin att gå igenom vulkanens olika delar. Energin från ljudkällan kommer att gå långsammare genom stenar som är trasiga eller som är heta och innehåller magma. När vi undersöker strukturen från många olika riktningar och på många olika djup, vi kan återställa en detaljerad bild av jordens inre.

För att få tillbaka data från havsbotten, vi skickar en speciell ljudsignal till sensorn - som ett fågelsamtal - som beordrar instrumentet att släppa sitt ankare. Sedan skannar alla havet och letar efter instrumentet. Under dagen letar vi efter en glad orange flagga, på natten gör ett stroboskopljus denna uppgift enklare. Vårt skepp manövrerar tillsammans med instrumentet och en besättningsmedlem lutar sig över sidan, hakar instrumentet på en lång stolpe och drar tillbaka det ombord. Uppgifterna finns i handen.

Fyller på bilden under ytan

Analys av seismiska data är en enorm uppgift. Det krävde erfaren inspektion av Ph.D. studenten Ben Heath och masterstudenten Brennah McVey. Vi använde sedan seismisk tomografi för att göra de första detaljerade "fotografierna" av Santorinis underjordiska struktur. Termen tomografi kommer från de grekiska orden "tomos" för skiva och "graphos" för dragning. I grund och botten sofistikerad datorkod gör en tredimensionell digital modell av objektet av intresse baserat på hastigheten ljudvågor färdas genom det.

Förvånande, vi hittade en smal zon med kollapsad sten som gömde sig inom den breda kalderan vid Santorini. Geologiska studier av utbrotten vid Santorini hade inte fått oss att förvänta oss att det skulle finnas en begränsad volym stenar i den norra delen av kalderan som ljudet färdades långsammare genom. Vi trodde snarare att hela kalderan skulle fyllas med denna typ av trasig sten på grunda djup. Vårt fynd innebar att den kollapsade delen av kalderan var mycket smalare och djupare än den ser ut från ytan.

Denna kolumn med stört berg är mindre än 3 km (liten) jämfört med storleken på den 10 kilometer breda (10 km) kalderan. Strukturen går ner i marken 3 miles under botten av viken. Dessa stenar måste innehålla massor av vattenfyllda luckor för att ha tillräckligt långsammare den seismiska energin vi spelade in.

För att ta reda på hur denna unika volym av störd sten bildades, vi drog nytta av befintlig kunskap om Santorinis senaste stora explosion, sent bronsåldersutbrott 1630 f.Kr. När magma utbröt från underjorden, det gjorde att de överliggande stenarna gick sönder. På samma gång, underjordiska explosioner sprack klipporna när magma och vatten kom i kontakt. Sedan, ovanför denna kollapsande kolumn, havsbottenfördjupningen fylld med porösa vulkaniska avlagringar från själva utbrottet. Till sist, hela viken sjönk och snabba översvämningar bildade en tsunamivåg.

Det som är särskilt intressant med våra fynd är att magma fortsätter att ackumuleras direkt under kolonnen med stört berg - tusentals år efter explosionen som ursprungligen skapade kalderan. Mina kollegor och jag tror att den stigande magman stannar under den minskade vikten av den trasiga berget i den kollapsade kolonnen.

Vår forskning hjälper till att förklara hur magmasystem återställs och växer upp igen efter stora vulkaniska episoder.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.