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万物简史英文版

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14    THE FIRE BELOW

书籍名:《万物简史英文版》    作者:比尔·布莱森
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A  few  yards  beyond,  it  turned  out,  was  one  of  the  most  extraordinary  fossil  beds  everdiscovered  in  North  America,  a  dried-up  water  hole  that  had  served  as  a  mass  grave  for  scoresof  animals—rhinoceroses,  zebra-like  horses,  saber-toothed  deer,  camels,  turtles.  All  had  diedfrom  some  mysterious  cataclysm  just  under  twelve  million  years  ago  in  the  time  known  togeology  as  the  Miocene.  In  those  days  Nebraska  stood  on  a  vast,  hot  plain  very  like  theSerengeti  of  Africa  today.  The  animals  had  been  found  buried  under  volcanic  ash  up  to  tenfeet  deep.  The  puzzle  of  it  was  that  there  were  not,  and  never  had  been,  any  volcanoes  inNebraska.

Today,  the  site  of  Voorhies’s  discovery  is  called  Ashfall  Fossil  Beds  State  Park,  and  it  has  astylish  new  visitors’  center  and  museum,  with  thoughtful  displays  on  the  geology  of  Nebraskaand  the  history  of  the  fossil  beds.  The  center  incorporates  a  lab  with  a  glass  wall  throughwhich  visitors  can  watch  paleontologists  cleaning  bones.  Working  alone  in  the  lab  on  themorning  I  passed  through  was  a  cheerfully  grizzled-looking  fellow  in  a  blue  work  shirt  whomI  recognized  as  Mike  Voorhies  from  a  BBC  television  documentary  in  which  he  featured.

They  don’t  get  a  huge  number  of  visitors  to  Ashfall  Fossil  Beds  State  Park—it’s  slightly  inthe  middle  of  nowhere—and  Voorhies  seemed  pleased  to  show  me  around.  He  took  me  to  thespot  atop  a  twenty-foot  ravine  where  he  had  made  his  find.

“It  was  a  dumb  place  to  look  for  bones,”  he  said  happily.  “But  I  wasn’t  looking  for  bones.  Iwas  thinking  of  making  a  geological  map  of  eastern  Nebraska  at  the  time,  and  really  just  kindof  poking  around.  If  I  hadn’t  gone  up  this  ravine  or  the  rains  hadn’t  just  washed  out  that  skull,I’d  have  walked  on  by  and  this  would  never  have  been  found.”  He  indicated  a  roofedenclosure  nearby,  which  had  become  the  main  excavation  site.  Some  two  hundred  animalshad  been  found  lying  together  in  a  jumble.

I  asked  him  in  what  way  it  was  a  dumb  place  to  hunt  for  bones.  “Well,  if  you’re  looking  forbones,  you  really  need  exposed  rock.  That’s  why  most  paleontology  is  done  in  hot,  dry  places.

It’s  not  that  there  are  more  bones  there.  It’s  just  that  you  have  some  chance  of  spotting  them.

In  a  setting  like  this”—he  made  a  sweeping  gesture  across  the  vast  and  unvarying  prairie—“you  wouldn’t  know  where  to  begin.  There  could  be  really  magnificent  stuff  out  there,  butthere’s  no  surface  clues  to  show  you  where  to  start  looking.”

At  first  they  thought  the  animals  were  buried  alive,  and  Voorhies  stated  as  much  in  aNational  Geographic  article  in  1981.  “The  article  called  the  site  a  ‘Pompeii  of  prehistoric animals,’  ”  he  told  me,  “which  was  unfortunate  because  just  afterward  we  realized  that  theanimals  hadn’t  died  suddenly  at  all.  They  were  all  suffering  from  something  calledhypertrophic  pulmonary  osteodystrophy,  which  is  what  you  would  get  if  you  were  breathing  alot  of  abrasive  ash—and  they  must  have  been  breathing  a  lot  of  it  because  the  ash  was  feetthick  for  hundreds  of  miles.”  He  picked  up  a  chunk  of  grayish,  claylike  dirt  and  crumbled  itinto  my  hand.  It  was  powdery  but  slightly  gritty.  “Nasty  stuff  to  have  to  breathe,”  he  went  on,“because  it’s  very  fine  but  also  quite  sharp.  So  anyway  they  came  here  to  this  watering  hole,presumably  seeking  relief,  and  died  in  some  misery.  The  ash  would  have  ruined  everything.  Itwould  have  buried  all  the  grass  and  coated  every  leaf  and  turned  the  water  into  an  undrinkablegray  sludge.  It  couldn’t  have  been  very  agreeable  at  all.”

The  BBC  documentary  had  suggested  that  the  existence  of  so  much  ash  in  Nebraska  was  asurprise.  In  fact,  Nebraska’s  huge  ash  deposits  had  been  known  about  for  a  long  time.  Foralmost  a  century  they  had  been  mined  to  make  household  cleaning  powders  like  Comet  andAjax.  But  curiously  no  one  had  ever  thought  to  wonder  where  all  the  ash  came  from.

“I’m  a  little  embarrassed  to  tell  you,”  Voorhies  said,  smiling  briefly,  “that  the  first  I  thoughtabout  it  was  when  an  editor  at  the  National  Geographic  asked  me  the  source  of  all  the  ash  andI  had  to  confess  that  I  didn’t  know.  Nobody  knew.”

Voorhies  sent  samples  to  colleagues  all  over  the  western  United  States  asking  if  there  wasanything  about  it  that  they  recognized.  Several  months  later  a  geologist  named  BillBonnichsen  from  the  Idaho  Geological  Survey  got  in  touch  and  told  him  that  the  ash  matcheda  volcanic  deposit  from  a  place  called  Bruneau-Jarbidge  in  southwest  Idaho.  The  event  thatkilled  the  plains  animals  of  Nebraska  was  a  volcanic  explosion  on  a  scale  previouslyunimagined—but  big  enough  to  leave  an  ash  layer  ten  feet  deep  almost  a  thousand  miles  awayin  eastern  Nebraska.  It  turned  out  that  under  the  western  United  States  there  was  a  hugecauldron  of  magma,  a  colossal  volcanic  hot  spot,  which  erupted  cataclysmically  every600,000  years  or  so.  The  last  such  eruption  was  just  over  600,000  years  ago.  The  hot  spot  isstill  there.  These  days  we  call  it  Yellowstone  National  Park.

We  know  amazingly  little  about  what  happens  beneath  our  feet.  It  is  fairly  remarkable  tothink  that  Ford  has  been  building  cars  and  baseball  has  been  playing  World  Series  for  longerthan  we  have  known  that  the  Earth  has  a  core.  And  of  course  the  idea  that  the  continents  moveabout  on  the  surface  like  lily  pads  has  been  common  wisdom  for  much  less  than  a  generation.

“Strange  as  it  may  seem,”  wrote  Richard  Feynman,  “we  understand  the  distribution  of  matterin  the  interior  of  the  Sun  far  better  than  we  understand  the  interior  of  the  Earth.”

The  distance  from  the  surface  of  Earth  to  the  center  is  3,959  miles,  which  isn’t  so  very  far.

It  has  been  calculated  that  if  you  sunk  a  well  to  the  center  and  dropped  a  brick  into  it,  it  wouldtake  only  forty-five  minutes  for  it  to  hit  the  bottom  (though  at  that  point  it  would  beweightless  since  all  the  Earth’s  gravity  would  be  above  and  around  it  rather  than  beneath  it).

Our  own  attempts  to  penetrate  toward  the  middle  have  been  modest  indeed.  One  or  two  SouthAfrican  gold  mines  reach  to  a  depth  of  two  miles,  but  most  mines  on  Earth  go  no  more  thanabout  a  quarter  of  a  mile  beneath  the  surface.  If  the  planet  were  an  apple,  we  wouldn’t  yethave  broken  through  the  skin.  Indeed,  we  haven’t  even  come  close.

Until  slightly  under  a  century  ago,  what  the  best-informed  scientific  minds  knew  aboutEarth’s  interior  was  not  much  more  than  what  a  coal  miner  knew—namely,  that  you  could  dig down  through  soil  for  a  distance  and  then  you’d  hit  rock  and  that  was  about  it.  Then  in  1906,an  Irish  geologist  named  R.  D.  Oldham,  while  examining  some  seismograph  readings  from  anearthquake  in  Guatemala,  noticed  that  certain  shock  waves  had  penetrated  to  a  point  deepwithin  the  Earth  and  then  bounced  off  at  an  angle,  as  if  they  had  encountered  some  kind  ofbarrier.  From  this  he  deduced  that  the  Earth  has  a  core.  Three  years  later  a  Croatianseismologist  named  Andrija  Mohorovi?i′c  was  studying  graphs  from  an  earthquake  in  Zagrebwhen  he  noticed  a  similar  odd  deflection,  but  at  a  shallower  level.  He  had  discovered  theboundary  between  the  crust  and  the  layer  immediately  below,  the  mantle;  this  zone  has  beenknown  ever  since  as  the  Mohorovi?i′c  discontinuity,  or  Moho  for  short.

We  were  beginning  to  get  a  vague  idea  of  the  Earth’s  layered  interior—though  it  really  wasonly  vague.  Not  until  1936  did  a  Danish  scientist  named  Inge  Lehmann,  studyingseismographs  of  earthquakes  in  New  Zealand,  discover  that  there  were  two  cores—an  innerone  that  we  now  believe  to  be  solid  and  an  outer  one  (the  one  that  Oldham  had  detected)  thatis  thought  to  be  liquid  and  the  seat  of  magnetism.

At  just  about  the  time  that  Lehmann  was  refining  our  basic  understanding  of  the  Earth’sinterior  by  studying  the  seismic  waves  of  earthquakes,  two  geologists  at  Caltech  in  Californiawere  devising  a  way  to  make  comparisons  between  one  earthquake  and  the  next.  They  wereCharles  Richter  and  Beno  Gutenberg,  though  for  reasons  that  have  nothing  to  do  with  fairnessthe  scale  became  known  almost  at  once  as  Richter’s  alone.  (It  has  nothing  to  do  with  Richtereither.  A  modest  fellow,  he  never  referred  to  the  scale  by  his  own  name,  but  always  called  it“the  Magnitude  Scale.”)The  Richter  scale  has  always  been  widely  misunderstood  by  nonscientists,  though  perhapsa  little  less  so  now  than  in  its  early  days  when  visitors  to  Richter’s  office  often  asked  to  seehis  celebrated  scale,  thinking  it  was  some  kind  of  machine.  The  scale  is  of  course  more  anidea  than  an  object,  an  arbitrary  measure  of  the  Earth’s  tremblings  based  on  surfacemeasurements.  It  rises  exponentially,  so  that  a  7.3  quake  is  fifty  times  more  powerful  than  a6.3  earthquake  and  2,500  times  more  powerful  than  a  5.3  earthquake.

At  least  theoretically,  there  is  no  upper  limit  for  an  earthquake—nor,  come  to  that,  a  lowerlimit.  The  scale  is  a  simple  measure  of  force,  but  says  nothing  about  damage.  A  magnitude  7quake  happening  deep  in  the  mantle—say,  four  hundred  miles  down—might  cause  no  surfacedamage  at  all,  while  a  significantly  smaller  one  happening  just  four  miles  under  the  surfacecould  wreak  widespread  devastation.  Much,  too,  depends  on  the  nature  of  the  subsoil,  thequake’s  duration,  the  frequency  and  severity  of  aftershocks,  and  the  physical  setting  of  theaffected  area.  All  this  means  that  the  most  fearsome  quakes  are  not  necessarily  the  mostforceful,  though  force  obviously  counts  for  a  lot.

The  largest  earthquake  since  the  scale’s  invention  was  (depending  on  which  source  youcredit)  either  one  centered  on  Prince  William  Sound  in  Alaska  in  March  1964,  whichmeasured  9.2  on  the  Richter  scale,  or  one  in  the  Pacific  Ocean  off  the  coast  of  Chile  in  1960,which  was  initially  logged  at  8.6  magnitude  but  later  revised  upward  by  some  authorities(including  the  United  States  Geological  Survey)  to  a  truly  grand-scale  9.5.  As  you  will  gatherfrom  this,  measuring  earthquakes  is  not  always  an  exact  science,  particularly  wheninterpreting  readings  from  remote  locations.  At  all  events,  both  quakes  were  whopping.  The1960  quake  not  only  caused  widespread  damage  across  coastal  South  America,  but  also  set  offa  giant  tsunami  that  rolled  six  thousand  miles  across  the  Pacific  and  slapped  away  much  ofdowntown  Hilo,  Hawaii,  destroying  five  hundred  buildings  and  killing  sixty  people.  Similarwave  surges  claimed  yet  more  victims  as  far  away  as  Japan  and  the  Philippines.

For  pure,  focused,  devastation,  however,  probably  the  most  intense  earthquake  in  recordedhistory  was  one  that  struck—and  essentially  shook  to  pieces—Lisbon,  Portugal,  on  All  SaintsDay  (November  1),  1755.  Just  before  ten  in  the  morning,  the  city  was  hit  by  a  suddensideways  lurch  now  estimated  at  magnitude  9.0  and  shaken  ferociously  for  seven  full  minutes.

The  convulsive  force  was  so  great  that  the  water  rushed  out  of  the  city’s  harbor  and  returnedin  a  wave  fifty  feet  high,  adding  to  the  destruction.  When  at  last  the  motion  ceased,  survivorsenjoyed  just  three  minutes  of  calm  before  a  second  shock  came,  only  slightly  less  severe  thanthe  first.  A  third  and  final  shock  followed  two  hours  later.  At  the  end  of  it  all,  sixty  thousandpeople  were  dead  and  virtually  every  building  for  miles  reduced  to  rubble.  The  San  Franciscoearthquake  of  1906,  for  comparison,  measured  an  estimated  7.8  on  the  Richter  scale  andlasted  less  than  thirty  seconds.

Earthquakes  are  fairly  common.  Every  day  on  average  somewhere  in  the  world  there  aretwo  of  magnitude  2.0  or  greater—that’s  enough  to  give  anyone  nearby  a  pretty  good  jolt.

Although  they  tend  to  cluster  in  certain  places—notably  around  the  rim  of  the  Pacific—theycan  occur  almost  anywhere.  In  the  United  States,  only  Florida,  eastern  Texas,  and  the  upperMidwest  seem—so  far—to  be  almost  entirely  immune.  New  England  has  had  two  quakes  ofmagnitude  6.0  or  greater  in  the  last  two  hundred  years.  In  April  2002,  the  region  experienceda  5.1  magnitude  shaking  in  a  quake  near  Lake  Champlain  on  the  New  York–Vermont  border,causing  extensive  local  damage  and  (I  can  attest)  knocking  pictures  from  walls  and  childrenfrom  beds  as  far  away  as  New  Hampshire.

The  most  common  types  of  earthquakes  are  those  where  two  plates  meet,  as  in  Californiaalong  the  San  Andreas  Fault.  As  the  plates  push  against  each  other,  pressures  build  up  untilone  or  the  other  gives  way.  In  general,  the  longer  the  interval  between  quakes,  the  greater  thepent-up  pressure  and  thus  the  greater  the  scope  for  a  really  big  jolt.  This  is  a  particular  worryfor  Tokyo,  which  Bill  McGuire,  a  hazards  specialist  at  University  College  London,  describesas  “the  city  waiting  to  die”  (not  a  motto  you  will  find  on  many  tourism  leaflets).  Tokyo  standson  the  boundary  of  three  tectonic  plates  in  a  country  already  well  known  for  its  seismicinstability.  In  1995,  as  you  will  remember,  the  city  of  Kobe,  three  hundred  miles  to  the  west,was  struck  by  a  magnitude  7.2  quake,  which  killed  6,394  people.  The  damage  was  estimatedat  $99  billion.  But  that  was  as  nothing—well,  as  comparatively  little—compared  with  whatmay  await  Tokyo.

Tokyo  has  already  suffered  one  of  the  most  devastating  earthquakes  in  modern  times.  OnSeptember  1,  1923,  just  before  noon,  the  city  was  hit  by  what  is  known  as  the  Great  Kantoquake—an  event  more  than  ten  times  more  powerful  than  Kobe’s  earthquake.  Two  hundredthousand  people  were  killed.  Since  that  time,  Tokyo  has  been  eerily  quiet,  so  the  strainbeneath  the  surface  has  been  building  for  eighty  years.  Eventually  it  is  bound  to  snap.  In  1923,Tokyo  had  a  population  of  about  three  million.  Today  it  is  approaching  thirty  million.  Nobodycares  to  guess  how  many  people  might  die,  but  the  potential  economic  cost  has  been  put  ashigh  as  $7  trillion.

Even  more  unnerving,  because  they  are  less  well  understood  and  capable  of  occurringanywhere  at  any  time,  are  the  rarer  type  of  shakings  known  as  intraplate  quakes.  Thesehappen  away  from  plate  boundaries,  which  makes  them  wholly  unpredictable.  And  becausethey  come  from  a  much  greater  depth,  they  tend  to  propagate  over  much  wider  areas.  Themost  notorious  such  quakes  ever  to  hit  the  United  States  were  a  series  of  three  in  NewMadrid,  Missouri,  in  the  winter  of  1811–12.  The  adventure  started  just  after  midnight  on December  16  when  people  were  awakened  first  by  the  noise  of  panicking  farm  animals  (therestiveness  of  animals  before  quakes  is  not  an  old  wives’  tale,  but  is  in  fact  well  established,though  not  at  all  understood)  and  then  by  an  almighty  rupturing  noise  from  deep  within  theEarth.  Emerging  from  their  houses,  locals  found  the  land  rolling  in  waves  up  to  three  feet  highand  opening  up  in  fissures  several  feet  deep.  A  strong  smell  of  sulfur  filled  the  air.  Theshaking  lasted  for  four  minutes  with  the  usual  devastating  effects  to  property.  Among  thewitnesses  was  the  artist  John  James  Audubon,  who  happened  to  be  in  the  area.  The  quakeradiated  outward  with  such  force  that  it  knocked  down  chimneys  in  Cincinnati  four  hundredmiles  away  and,  according  to  at  least  one  account,  “wrecked  boats  in  East  Coast  harbors  and  .

.  .  even  collapsed  scaffolding  erected  around  the  Capitol  Building  in  Washington,  D.C.”  OnJanuary  23  and  February  4  further  quakes  of  similar  magnitude  followed.  New  Madrid  hasbeen  silent  ever  since—but  not  surprisingly,  since  such  episodes  have  never  been  known  tohappen  in  the  same  place  twice.  As  far  as  we  know,  they  are  as  random  as  lightning.  The  nextone  could  be  under  Chicago  or  Paris  or  Kinshasa.  No  one  can  even  begin  to  guess.  And  whatcauses  these  massive  intraplate  rupturings?  Something  deep  within  the  Earth.  More  than  thatwe  don’t  know.

By  the  1960s  scientists  had  grown  sufficiently  frustrated  by  how  little  they  understood  ofthe  Earth’s  interior  that  they  decided  to  try  to  do  something  about  it.  Specifically,  they  got  theidea  to  drill  through  the  ocean  floor  (the  continental  crust  was  too  thick)  to  the  Mohodiscontinuity  and  to  extract  a  piece  of  the  Earth’s  mantle  for  examination  at  leisure.  Thethinking  was  that  if  they  could  understand  the  nature  of  the  rocks  inside  the  Earth,  they  mightbegin  to  understand  how  they  interacted,  and  thus  possibly  be  able  to  predict  earthquakes  andother  unwelcome  events.

The  project  became  known,  all  but  inevitably,  as  the  Mohole  and  it  was  pretty  welldisastrous.  The  hope  was  to  lower  a  drill  through  14,000  feet  of  Pacific  Ocean  water  off  thecoast  of  Mexico  and  drill  some  17,000  feet  through  relatively  thin  crustal  rock.  Drilling  froma  ship  in  open  waters  is,  in  the  words  of  one  oceanographer,  “like  trying  to  drill  a  hole  in  thesidewalks  of  New  York  from  atop  the  Empire  State  Building  using  a  strand  of  spaghetti.”

Every  attempt  ended  in  failure.  The  deepest  they  penetrated  was  only  about  600  feet.  TheMohole  became  known  as  the  No  Hole.  In  1966,  exasperated  with  ever-rising  costs  and  noresults,  Congress  killed  the  project.

Four  years  later,  Soviet  scientists  decided  to  try  their  luck  on  dry  land.  They  chose  a  spot  onRussia’s  Kola  Peninsula,  near  the  Finnish  border,  and  set  to  work  with  the  hope  of  drilling  toa  depth  of  fifteen  kilometers.  The  work  proved  harder  than  expected,  but  the  Soviets  werecommendably  persistent.  When  at  last  they  gave  up,  nineteen  years  later,  they  had  drilled  to  adepth  of  12,262  meters,  or  about  7.6  miles.  Bearing  in  mind  that  the  crust  of  the  Earthrepresents  only  about  0.3  percent  of  the  planet’s  volume  and  that  the  Kola  hole  had  not  cuteven  one-third  of  the  way  through  the  crust,  we  can  hardly  claim  to  have  conquered  theinterior.

Interestingly,  even  though  the  hole  was  modest,  nearly  everything  about  it  was  surprising.

Seismic  wave  studies  had  led  the  scientists  to  predict,  and  pretty  confidently,  that  they  wouldencounter  sedimentary  rock  to  a  depth  of  4,700  meters,  followed  by  granite  for  the  next  2,300meters  and  basalt  from  there  on  down.  In  the  event,  the  sedimentary  layer  was  50  percentdeeper  than  expected  and  the  basaltic  layer  was  never  found  at  all.  Moreover,  the  world  downthere  was  far  warmer  than  anyone  had  expected,  with  a  temperature  at  10,000  meters  of  180 degrees  centigrade,  nearly  twice  the  forecasted  level.  Most  surprising  of  all  was  that  the  rockat  that  depth  was  saturated  with  water—something  that  had  not  been  thought  possible.

Because  we  can’t  see  into  the  Earth,  we  have  to  use  other  techniques,  which  mostly  involvereading  waves  as  they  travel  through  the  interior.  We  also  know  a  little  bit  about  the  mantlefrom  what  are  known  as  kimberlite  pipes,  where  diamonds  are  formed.  What  happens  is  thatdeep  in  the  Earth  there  is  an  explosion  that  fires,  in  effect,  a  cannonball  of  magma  to  thesurface  at  supersonic  speeds.  It  is  a  totally  random  event.  A  kimberlite  pipe  could  explode  inyour  backyard  as  you  read  this.  Because  they  come  up  from  such  depths—up  to  120  milesdown—kimberlite  pipes  bring  up  all  kinds  of  things  not  normally  found  on  or  near  thesurface:  a  rock  called  peridotite,  crystals  of  olivine,  and—just  occasionally,  in  about  one  pipein  a  hundred—diamonds.  Lots  of  carbon  comes  up  with  kimberlite  ejecta,  but  most  isvaporized  or  turns  to  graphite.  Only  occasionally  does  a  hunk  of  it  shoot  up  at  just  the  rightspeed  and  cool  down  with  the  necessary  swiftness  to  become  a  diamond.  It  was  such  a  pipethat  made  Johannesburg  the  most  productive  diamond  mining  city  in  the  world,  but  there  maybe  others  even  bigger  that  we  don’t  know  about.  Geologists  know  that  somewhere  in  thevicinity  of  northeastern  Indiana  there  is  evidence  of  a  pipe  or  group  of  pipes  that  may  be  trulycolossal.  Diamonds  up  to  twenty  carats  or  more  have  been  found  at  scattered  sites  throughoutthe  region.  But  no  one  has  ever  found  the  source.  As  John  McPhee  notes,  it  may  be  buriedunder  glacially  deposited  soil,  like  the  Manson  crater  in  Iowa,  or  under  the  Great  Lakes.

So  how  much  do  we  know  about  what’s  inside  the  Earth?  Very  little.  Scientists  aregenerally  agreed  that  the  world  beneath  us  is  composed  of  four  layers—rocky  outer  crust,  amantle  of  hot,  viscous  rock,  a  liquid  outer  core,  and  a  solid  inner  core.

1We  know  that  thesurface  is  dominated  by  silicates,  which  are  relatively  light  and  not  heavy  enough  to  accountfor  the  planet’s  overall  density.  Therefore  there  must  be  heavier  stuff  inside.  We  know  that  togenerate  our  magnetic  field  somewhere  in  the  interior  there  must  be  a  concentrated  belt  ofmetallic  elements  in  a  liquid  state.  That  much  is  universally  agreed  upon.  Almost  everythingbeyond  that—how  the  layers  interact,  what  causes  them  to  behave  in  the  way  they  do,  whatthey  will  do  at  any  time  in  the  future—is  a  matter  of  at  least  some  uncertainty,  and  generallyquite  a  lot  of  uncertainty.

Even  the  one  part  of  it  we  can  see,  the  crust,  is  a  matter  of  some  fairly  strident  debate.
/>Nearly  all  geology  texts  tell  you  that  continental  crust  is  three  to  six  miles  thick  under  theoceans,  about  twenty-five  miles  thick  under  the  continents,  and  forty  to  sixty  miles  thickunder  big  mountain  chains,  but  there  are  many  puzzling  variabilities  within  thesegeneralizations.  The  crust  beneath  the  Sierra  Nevada  Mountains,  for  instance,  is  only  aboutnineteen  to  twenty-five  miles  thick,  and  no  one  knows  why.  By  all  the  laws  of  geophysics  theSierra  Nevadas  should  be  sinking,  as  if  into  quicksand.  (Some  people  think  they  may  be.)1For  those  who  crave  a  more  detailed  picture  of  the  Earths  interior,  here  are  the  dimensions  of  the  variouslayers,  using  average  figures:  From  0  to  40  km  (25  mi)  is  the  crust.  From  40  to  400  km  (25  to  250  mi)  is  theupper  mantle.  From  400  to  650  km  (250  to  400  mi)  is  a  transition  zone  between  the  upper  and  lower  mantle.

From  650  to  2,700  km  (400  to  1,700  mi)  is  the  lower  mantle.  From  2,700  to  2,890  km  (1,700  to  1,900  mi)  is  the"D"  layer.  From  2,890  to  5,150  km  (1,900  to  3,200  mi)  is  the  outer  core,  and  from  5,150  to  6,378  km  (3,200  to3,967  mi)  is  the  inner  core.

How  and  when  the  Earth  got  its  crust  are  questions  that  divide  geologists  into  two  broadcamps—those  who  think  it  happened  abruptly  early  in  the  Earth’s  history  and  those  who  thinkit  happened  gradually  and  rather  later.  Strength  of  feeling  runs  deep  on  such  matters.  RichardArmstrong  of  Yale  proposed  an  early-burst  theory  in  the  1960s,  then  spent  the  rest  of  hiscareer  fighting  those  who  did  not  agree  with  him.  He  died  of  cancer  in  1991,  but  shortlybefore  his  death  he  “lashed  out  at  his  critics  in  a  polemic  in  an  Australian  earth  science  journalthat  charged  them  with  perpetuating  myths,”  according  to  a  report  inEarth  magazine  in  1998.

“He  died  a  bitter  man,”  reported  a  colleague.

The  crust  and  part  of  the  outer  mantle  together  are  called  the  lithosphere  (from  the  Greeklithos,  meaning  “stone”),  which  in  turn  floats  on  top  of  a  layer  of  softer  rock  called  theasthenosphere  (from  Greek  words  meaning  “without  strength”),  but  such  terms  are  neverentirely  satisfactory.  To  say  that  the  lithosphere  floats  on  top  of  the  asthenosphere  suggests  adegree  of  easy  buoyancy  that  isn’t  quite  right.  Similarly  it  is  misleading  to  think  of  the  rocksas  flowing  in  anything  like  the  way  we  think  of  materials  flowing  on  the  surface.  The  rocksare  viscous,  but  only  in  the  same  way  that  glass  is.  It  may  not  look  it,  but  all  the  glass  on  Earthis  flowing  downward  under  the  relentless  drag  of  gravity.  Remove  a  pane  of  really  old  glassfrom  the  window  of  a  European  cathedral  and  it  will  be  noticeably  thicker  at  the  bottom  thanat  the  top.  That  is  the  sort  of  “flow”  we  are  talking  about.  The  hour  hand  on  a  clock  movesabout  ten  thousand  times  faster  than  the  “flowing”  rocks  of  the  mantle.

The  movements  occur  not  just  laterally  as  the  Earth’s  plates  move  across  the  surface,  but  upand  down  as  well,  as  rocks  rise  and  fall  under  the  churning  process  known  as  convection.

Convection  as  a  process  was  first  deduced  by  the  eccentric  Count  von  Rumford  at  the  end  ofthe  eighteenth  century.  Sixty  years  later  an  English  vicar  named  Osmond  Fisher  prescientlysuggested  that  the  Earth’s  interior  might  well  be  fluid  enough  for  the  contents  to  move  about,but  that  idea  took  a  very  long  time  to  gain  support.

In  about  1970,  when  geophysicists  realized  just  how  much  turmoil  was  going  on  downthere,  it  came  as  a  considerable  shock.  As  Shawna  Vogel  put  it  in  the  book  Naked  Earth:  TheNew  Geophysics:  “It  was  as  if  scientists  had  spent  decades  figuring  out  the  layers  of  theEarth’s  atmosphere—troposphere,  stratosphere,  and  so  forth—and  then  had  suddenly  foundout  about  wind.”

How  deep  the  convection  process  goes  has  been  a  matter  of  controversy  ever  since.  Somesay  it  begins  four  hundred  miles  down,  others  two  thousand  miles  below  us.  The  problem,  asDonald  Trefil  has  observed,  is  that  “there  are  two  sets  of  data,  from  two  different  disciplines,that  cannot  be  reconciled.”  Geochemists  say  that  certain  elements  on  Earth’s  surface  cannothave  come  from  the  upper  mantle,  but  must  have  come  from  deeper  within  the  Earth.

Therefore  the  materials  in  the  upper  and  lower  mantle  must  at  least  occasionally  mix.

Seismologists  insist  that  there  is  no  evidence  to  support  such  a  thesis.

So  all  that  can  be  said  is  that  at  some  slightly  indeterminate  point  as  we  head  toward  thecenter  of  Earth  we  leave  the  asthenosphere  and  plunge  into  pure  mantle.  Considering  that  itaccounts  for  82  percent  of  the  Earth’s  volume  and  65  percent  of  its  mass,  the  mantle  doesn’tattract  a  great  deal  of  attention,  largely  because  the  things  that  interest  Earth  scientists  andgeneral  readers  alike  happen  either  deeper  down  (as  with  magnetism)  or  nearer  the  surface  (aswith  earthquakes).  We  know  that  to  a  depth  of  about  a  hundred  miles  the  mantle  consistspredominantly  of  a  type  of  rock  known  as  peridotite,  but  what  fills  the  space  beyond  isuncertain.  According  to  a  Nature  report,  it  seems  not  to  be  peridotite.  More  than  this  we  donot  know.

Beneath  the  mantle  are  the  two  cores—a  solid  inner  core  and  a  liquid  outer  one.  Needless  tosay,  our  understanding  of  the  nature  of  these  cores  is  indirect,  but  scientists  can  make  somereasonable  assumptions.  They  know  that  the  pressures  at  the  center  of  the  Earth  aresufficiently  high—something  over  three  million  times  those  found  at  the  surface—to  turn  anyrock  there  solid.  They  also  know  from  Earth’s  history  (among  other  clues)  that  the  inner  coreis  very  good  at  retaining  its  heat.  Although  it  is  little  more  than  a  guess,  it  is  thought  that  inover  four  billion  years  the  temperature  at  the  core  has  fallen  by  no  more  than  200°F.  No  oneknows  exactly  how  hot  the  Earth’s  core  is,  but  estimates  range  from  something  over  7,000°Fto  13,000°F—about  as  hot  as  the  surface  of  the  Sun.

The  outer  core  is  in  many  ways  even  less  well  understood,  though  everyone  is  in  agreementthat  it  is  fluid  and  that  it  is  the  seat  of  magnetism.  The  theory  was  put  forward  by  E.  C.

Bullard  of  Cambridge  University  in  1949  that  this  fluid  part  of  the  Earth’s  core  revolves  in  away  that  makes  it,  in  effect,  an  electrical  motor,  creating  the  Earth’s  magnetic  field.  Theassumption  is  that  the  convecting  fluids  in  the  Earth  act  somehow  like  the  currents  in  wires.

Exactly  what  happens  isn’t  known,  but  it  is  felt  pretty  certain  that  it  is  connected  with  the  corespinning  and  with  its  being  liquid.  Bodies  that  don’t  have  a  liquid  core—the  Moon  and  Mars,for  instance—don’t  have  magnetism.

We  know  that  Earth’s  magnetic  field  changes  in  power  from  time  to  time:  during  the  age  ofthe  dinosaurs,  it  was  up  to  three  times  as  strong  as  now.  We  also  know  that  it  reverses  itselfevery  500,000  years  or  so  on  average,  though  that  average  hides  a  huge  degree  ofunpredictability.  The  last  reversal  was  about  750,000  years  ago.  Sometimes  it  stays  put  formillions  of  years—37  million  years  appears  to  be  the  longest  stretch—and  at  other  times  it  hasreversed  after  as  little  as  20,000  years.  Altogether  in  the  last  100  million  years  it  has  reverseditself  about  two  hundred  times,  and  we  don’t  have  any  real  idea  why.  It  has  been  called  “thegreatest  unanswered  question  in  the  geological  sciences.”

We  may  be  going  through  a  reversal  now.  The  Earth’s  magnetic  field  has  diminished  byperhaps  as  much  as  6  percent  in  the  last  century  alone.  Any  diminution  in  magnetism  is  likelyto  be  bad  news,  because  magnetism,  apart  from  holding  notes  to  refrigerators  and  keeping  ourcompasses  pointing  the  right  way,  plays  a  vital  role  in  keeping  us  alive.  Space  is  full  ofdangerous  cosmic  rays  that  in  the  absence  of  magnetic  protection  would  tear  through  ourbodies,  leaving  much  of  our  DNA  in  useless  tatters.  When  the  magnetic  field  is  working,these  rays  are  safely  herded  away  from  the  Earth’s  surface  and  into  two  zones  in  near  spacecalled  the  Van  Allen  belts.  They  also  interact  with  particles  in  the  upper  atmosphere  to  createthe  bewitching  veils  of  light  known  as  the  auroras.

A  big  part  of  the  reason  for  our  ignorance,  interestingly  enough,  is  that  traditionally  therehas  been  little  effort  to  coordinate  what’s  happening  on  top  of  the  Earth  with  what’s  going  oninside.  According  to  Shawna  Vogel:  “Geologists  and  geophysicists  rarely  go  to  the  samemeetings  or  collaborate  on  the  same  problems.”

Perhaps  nothing  better  demonstrates  our  inadequate  grasp  of  the  dynamics  of  the  Earth’sinterior  than  how  badly  we  are  caught  out  when  it  acts  up,  and  it  would  be  hard  to  come  upwith  a  more  salutary  reminder  of  the  limitations  of  our  understanding  than  the  eruption  ofMount  St.  Helens  in  Washington  in  1980.

At  that  time,  the  lower  forty-eight  United  States  had  not  seen  a  volcanic  eruption  for  oversixty-five  years.  Therefore  the  government  volcanologists  called  in  to  monitor  and  forecast  St.

Helens’s  behavior  primarily  had  seen  only  Hawaiian  volcanoes  in  action,  and  they,  it  turnedout,  were  not  the  same  thing  at  all.

St.  Helens  started  its  ominous  rumblings  on  March  20.  Within  a  week  it  was  eruptingmagma,  albeit  in  modest  amounts,  up  to  a  hundred  times  a  day,  and  being  constantly  shakenwith  earthquakes.  People  were  evacuated  to  what  was  assumed  to  be  a  safe  distance  of  eightmiles.  As  the  mountain’s  rumblings  grew  St.  Helens  became  a  tourist  attraction  for  the  world.

Newspapers  gave  daily  reports  on  the  best  places  to  get  a  view.  Television  crews  repeatedlyflew  in  helicopters  to  the  summit,  and  people  were  even  seen  climbing  over  the  mountain.  Onone  day,  more  than  seventy  copters  and  light  aircraft  circled  the  summit.  But  as  the  dayspassed  and  the  rumblings  failed  to  develop  into  anything  dramatic,  people  grew  restless,  andthe  view  became  general  that  the  volcano  wasn’t  going  to  blow  after  all.

On  April  19  the  northern  flank  of  the  mountain  began  to  bulge  conspicuously.  Remarkably,no  one  in  a  position  of  responsibility  saw  that  this  strongly  signaled  a  lateral  blast.  Theseismologists  resolutely  based  their  conclusions  on  the  behavior  of  Hawaiian  volcanoes,which  don’t  blow  out  sideways.  Almost  the  only  person  who  believed  that  something  reallybad  might  happen  was  Jack  Hyde,  a  geology  professor  at  a  community  college  in  Tacoma.  Hepointed  out  that  St.  Helens  didn’t  have  an  open  vent,  as  Hawaiian  volcanoes  have,  so  anypressure  building  up  inside  was  bound  to  be  released  dramatically  and  probablycatastrophically.  However,  Hyde  was  not  part  of  the  official  team  and  his  observationsattracted  little  notice.

We  all  know  what  happened  next.  At  8:32  A.M.  on  a  Sunday  morning,  May  18,  the  northside  of  the  volcano  collapsed,  sending  an  enormous  avalanche  of  dirt  and  rock  rushing  downthe  mountain  slope  at  150  miles  an  hour.  It  was  the  biggest  landslide  in  human  history  andcarried  enough  material  to  bury  the  whole  of  Manhattan  to  a  depth  of  four  hundred  feet.  Aminute  later,  its  flank  severely  weakened,  St.  Helens  exploded  with  the  force  of  five  hundredHiroshima-sized  atomic  bombs,  shooting  out  a  murderous  hot  cloud  at  up  to  650  miles  anhour—much  too  fast,  clearly,  for  anyone  nearby  to  outrace.  Many  people  who  were  thought  tobe  in  safe  areas,  often  far  out  of  sight  of  the  volcano,  were  overtaken.  Fifty-seven  people  werekilled.  Twenty-three  of  the  bodies  were  never  found.  The  toll  would  have  been  much  higherexcept  that  it  was  a  Sunday.  Had  it  been  a  weekday  many  lumber  workers  would  have  beenworking  within  the  death  zone.  As  it  was,  people  were  killed  eighteen  miles  away.

The  luckiest  person  on  that  day  was  a  graduate  student  named  Harry  Glicken.  He  had  beenmanning  an  observation  post  5.7  miles  from  the  mountain,  but  he  had  a  college  placementinterview  on  May  18  in  California,  and  so  had  left  the  site  the  day  before  the  eruption.  Hisplace  was  taken  by  David  Johnston.  Johnston  was  the  first  to  report  the  volcano  exploding;moments  later  he  was  dead.  His  body  was  never  found.  Glicken’s  luck,  alas,  was  temporary.

Eleven  years  later  he  was  one  of  forty-three  scientists  and  journalists  fatally  caught  up  in  alethal  outpouring  of  superheated  ash,  gases,  and  molten  rock—what  is  known  as  a  pyroclasticflow—at  Mount  Unzen  in  Japan  when  yet  another  volcano  was  catastrophically  misread.

Volcanologists  may  or  may  not  be  the  worst  scientists  in  the  world  at  making  predictions,but  they  are  without  question  the  worst  in  the  world  at  realizing  how  bad  their  predictions  are.

Less  than  two  years  after  the  Unzen  catastrophe  another  group  of  volcano  watchers,  led  byStanley  Williams  of  the  University  of  Arizona,  descended  into  the  rim  of  an  active  volcanocalled  Galeras  in  Colombia.  Despite  the  deaths  of  recent  years,  only  two  of  the  sixteenmembers  of  Williams’s  party  wore  safety  helmets  or  other  protective  gear.  The  volcano erupted,  killing  six  of  the  scientists,  along  with  three  tourists  who  had  followed  them,  andseriously  injuring  several  others,  including  Williams  himself.

In  an  extraordinarily  unself-critical  book  called  Surviving  Galeras,  Williams  said  he  could“only  shake  my  head  in  wonder”  when  he  learned  afterward  that  his  colleagues  in  the  worldof  volcanology  had  suggested  that  he  had  overlooked  or  disregarded  important  seismic  signalsand  behaved  recklessly.  “How  easy  it  is  to  snipe  after  the  fact,  to  apply  the  knowledge  wehave  now  to  the  events  of  1993,”  he  wrote.  He  was  guilty  of  nothing  worse,  he  believed,  thanunlucky  timing  when  Galeras  “behaved  capriciously,  as  natural  forces  are  wont  to  do.  I  wasfooled,  and  for  that  I  will  take  responsibility.  But  I  do  not  feel  guilty  about  the  deaths  of  mycolleagues.  There  is  no  guilt.  There  was  only  an  eruption.”

But  to  return  to  Washington.  Mount  St.  Helens  lost  thirteen  hundred  feet  of  peak,  and  230square  miles  of  forest  were  devastated.  Enough  trees  to  build  150,000  homes  (or  300,000  insome  reports)  were  blown  away.  The  damage  was  placed  at  $2.7  billion.  A  giant  column  ofsmoke  and  ash  rose  to  a  height  of  sixty  thousand  feet  in  less  than  ten  minutes.  An  airlinersome  thirty  miles  away  reported  being  pelted  with  rocks.

Ninety    minutes    after    the    blast,  ash    began  to  rain  down  on  Yakima,  Washington,  acommunity  of  fifty  thousand  people  about  eighty  miles  away.  As  you  would  expect,  the  ashturned  day  to  night  and  got  into  everything,  clogging  motors,  generators,  and  electricalswitching  equipment,  choking  pedestrians,  blocking  filtration  systems,  and  generally  bringingthings  to  a  halt.  The  airport  shut  down  and  highways  in  and  out  of  the  city  were  closed.

All  this  was  happening,  you  will  note,  just  downwind  of  a  volcano  that  had  been  rumblingmenacingly  for  two  months.  Yet  Yakima  had  no  volcano  emergency  procedures.  The  city’semergency  broadcast  system,  which  was  supposed  to  swing  into  action  during  a  crisis,  did  notgo  on  the  air  because  “the  Sunday-morning  staff  did  not  know  how  to  operate  the  equipment.”

For  three  days,  Yakima  was  paralyzed  and  cut  off  from  the  world,  its  airport  closed,  itsapproach  roads  impassable.  Altogether  the  city  received  just  five-eighths  of  an  inch  of  as