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万物简史英文版

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18    THE BOUNDING MAIN

书籍名:《万物简史英文版》    作者:比尔·布莱森
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Water  is  everywhere.  A  potato  is  80  percent  water,  a  cow  74  percent,  a  bacterium  75percent.  A  tomato,  at  95  percent,  is  little  but  water.  Even  humans  are  65  percent  water,making  us  more  liquid  than  solid  by  a  margin  of  almost  two  to  one.  Water  is  strange  stuff.  It  isformless  and  transparent,  and  yet  we  long  to  be  beside  it.  It  has  no  taste  and  yet  we  love  thetaste  of  it.  We  will  travel  great  distances  and  pay  small  fortunes  to  see  it  in  sunshine.  Andeven  though  we  know  it  is  dangerous  and  drowns  tens  of  thousands  of  people  every  year,  wecan’t  wait  to  frolic  in  it.

Because  water  is  so  ubiquitous  we  tend  to  overlook  what  an  extraordinary  substance  it  is.

Almost  nothing  about  it  can  be  used  to  make  reliable  predictions  about  the  properties  of  otherliquids  and  vice  versa.  If  you  knew  nothing  of  water  and  based  your  assumptions  on  thebehavior  of  compounds  most  chemically  akin  to  it—hydrogen  selenide  or  hydrogen  sulphidenotably—you  would  expect  it  to  boil  at  minus  135  degrees  Fahrenheit  and  to  be  a  gas  at  roomtemperature.

Most  liquids  when  chilled  contract  by  about  10  percent.  Water  does  too,  but  only  down  to  apoint.  Once  it  is  within  whispering  distance  of  freezing,  it  begins—perversely,  beguilingly,extremely  improbably—to  expand.  By  the  time  it  is  solid,  it  is  almost  a  tenth  morevoluminous  than  it  was  before.  Because  it  expands,  ice  floats  on  water—“an  utterly  bizarreproperty,”  according  to  John  Gribbin.  If  it  lacked  this  splendid  waywardness,  ice  would  sink,and  lakes  and  oceans  would  freeze  from  the  bottom  up.  Without  surface  ice  to  hold  heat  in,the  water’s  warmth  would  radiate  away,  leaving  it  even  chillier  and  creating  yet  more  ice.

Soon  even  the  oceans  would  freeze  and  almost  certainly  stay  that  way  for  a  very  long  time,probably  forever—hardly  the  conditions  to  nurture  life.  Thankfully  for  us,  water  seemsunaware  of  the  rules  of  chemistry  or  laws  of  physics.

Everyone  knows  that  water’s  chemical  formula  is  H2O,  which  means  that  it  consists  of  onelargish  oxygen  atom  with  two  smaller  hydrogen  atoms  attached  to  it.  The  hydrogen  atomscling  fiercely  to  their  oxygen  host,  but  also  make  casual  bonds  with  other  water  molecules.

The  nature  of  a  water  molecule  means  that  it  engages  in  a  kind  of  dance  with  other  watermolecules,  briefly  pairing  and  then  moving  on,  like  the  ever-changing  partners  in  a  quadrille,to  use  Robert  Kunzig’s  nice  phrase.  A  glass  of  water  may  not  appear  terribly  lively,  but  everymolecule  in  it  is  changing  partners  billions  of  times  a  second.  That’s  why  water  moleculesstick  together  to  form  bodies  like  puddles  and  lakes,  but  not  so  tightly  that  they  can’t  be  easily separated  as  when,  for  instance,  you  dive  into  a  pool  of  them.  At  any  given  moment  only  15percent  of  them  are  actually  touching.

In  one  sense  the  bond  is  very  strong—it  is  why  water  molecules  can  flow  uphill  whensiphoned  and  why  water  droplets  on  a  car  hood  show  such  a  singular  determination  to  beadwith  their  partners.  It  is  also  why  water  has  surface  tension.  The  molecules  at  the  surface  areattracted  more  powerfully  to  the  like  molecules  beneath  and  beside  them  than  to  the  airmolecules  above.  This  creates  a  sort  of  membrane  strong  enough  to  support  insects  andskipping  stones.  It  is  what  gives  the  sting  to  a  belly  flop.

I  hardly  need  point  out  that  we  would  be  lost  without  it.  Deprived  of  water,  the  human  bodyrapidly  falls  apart.  Within  days,  the  lips  vanish  “as  if  amputated,  the  gums  blacken,  the  nosewithers  to  half  its  length,  and  the  skin  so  contracts  around  the  eyes  as  to  prevent  blinking.”

Water  is  so  vital  to  us  that  it  is  easy  to  overlook  that  all  but  the  smallest  fraction  of  the  wateron  Earth  is  poisonous  to  us—deadly  poisonous—because  of  the  salts  within  it.

We  need  salt  to  live,  but  only  in  very  small  amounts,  and  seawater  contains  way  more—about  seventy  times  more—salt  than  we  can  safely  metabolize.  A  typical  liter  of  seawater  willcontain  only  about  2.5  teaspoons  of  common  salt—the  kind  we  sprinkle  on  food—but  muchlarger  amounts  of  other  elements,  compounds,  and  other  dissolved  solids,  which  arecollectively  known  as  salts.  The  proportions  of  these  salts  and  minerals  in  our  tissues  isuncannily  similar  to  seawater—we  sweat  and  cry  seawater,  as  Margulis  and  Sagan  have  putit—but  curiously  we  cannot  tolerate  them  as  an  input.  Take  a  lot  of  salt  into  your  body  andyour  metabolism  very  quickly  goes  into  crisis.  From  every  cell,  water  molecules  rush  off  likeso  many  volunteer  firemen  to  try  to  dilute  and  carry  off  the  sudden  intake  of  salt.  This  leavesthe  cells  dangerously  short  of  the  water  they  need  to  carry  out  their  normal  functions.  Theybecome,  in  a  word,  dehydrated.  In  extreme  situations,  dehydration  will  lead  to  seizures,unconsciousness,  and  brain  damage.  Meanwhile,  the  overworked  blood  cells  carry  the  salt  tothe  kidneys,  which  eventually  become  overwhelmed  and  shut  down.  Without  functioningkidneys  you  die.  That  is  why  we  don’t  drink  seawater.

There  are  320  million  cubic  miles  of  water  on  Earth  and  that  is  all  we’re  ever  going  to  get.

The  system  is  closed:  practically  speaking,  nothing  can  be  added  or  subtracted.  The  water  youdrink  has  been  around  doing  its  job  since  the  Earth  was  young.  By  3.8  billion  years  ago,  theoceans  had  (at  least  more  or  less)  achieved  their  present  volumes.

The  water  realm  is  known  as  the  hydrosphere  and  it  is  overwhelmingly  oceanic.  Ninety-seven  percent  of  all  the  water  on  Earth  is  in  the  seas,  the  greater  part  of  it  in  the  Pacific,  whichcovers  half  the  planet  and  is  bigger  than  all  the  landmasses  put  together.  Altogether  thePacific  holds  just  over  half  of  all  the  ocean  water  (51.6  percent  to  be  precise);  the  Atlantic  has23.6  percent  and  the  Indian  Ocean  21.2  percent,  leaving  just  3.6  percent  to  be  accounted  forby  all  the  other  seas.  The  average  depth  of  the  ocean  is  2.4  miles,  with  the  Pacific  on  averageabout  a  thousand  feet  deeper  than  the  Atlantic  and  Indian  Oceans.  Altogether  60  percent  ofthe  planet’s  surface  is  ocean  more  than  a  mile  deep.  As  Philip  Ball  notes,  we  would  better  callour  planet  not  Earth  but  Water.

Of  the  3  percent  of  Earth’s  water  that  is  fresh,  most  exists  as  ice  sheets.  Only  the  tiniestamount—0.036  percent—is  found  in  lakes,  rivers,  and  reservoirs,  and  an  even  smaller  part—just  0.001  percent—exists  in  clouds  or  as  vapor.  Nearly  90  percent  of  the  planet’s  ice  is  inAntarctica,  and  most  of  the  rest  is  in  Greenland.  Go  to  the  South  Pole  and  you  will  bestanding  on  nearly  two  miles  of  ice,  at  the  North  Pole  just  fifteen  feet  of  it.  Antarctica  alone has  six  million  cubic  miles  of  ice—enough  to  raise  the  oceans  by  a  height  of  two  hundred  feetif  it  all  melted.  But  if  all  the  water  in  the  atmosphere  fell  as  rain,  evenly  everywhere,  theoceans  would  deepen  by  only  an  inch.

Sea  level,  incidentally,  is  an  almost  entirely  notional  concept.  Seas  are  not  level  at  all.

Tides,  winds,  the  Coriolis  force,  and  other  effects  alter  water  levels  considerably  from  oneocean  to  another  and  within  oceans  as  well.  The  Pacific  is  about  a  foot  and  a  half  higher  alongits  western  edge—a  consequence  of  the  centrifugal  force  created  by  the  Earth’s  spin.  Just  aswhen  you  pull  on  a  tub  of  water  the  water  tends  to  flow  toward  the  other  end,  as  if  reluctant  tocome  with  you,  so  the  eastward  spin  of  Earth  piles  water  up  against  the  ocean’s  westernmargins.

Considering  the  age-old  importance  of  the  seas  to  us,  it  is  striking  how  long  it  took  theworld  to  take  a  scientific  interest  in  them.  Until  well  into  the  nineteenth  century  most  of  whatwas  known  about  the  oceans  was  based  on  what  washed  ashore  or  came  up  in  fishing  nets,and  nearly  all  that  was  written  was  based  more  on  anecdote  and  supposition  than  on  physicalevidence.  In  the  1830s,  the  British  naturalist  Edward  Forbes  surveyed  ocean  beds  throughoutthe  Atlantic  and  Mediterranean  and  declared  that  there  was  no  life  at  all  in  the  seas  below2,000  feet.  It  seemed  a  reasonable  assumption.  There  was  no  light  at  that  depth,  so  no  plantlife,  and  the  pressures  of  water  at  such  depths  were  known  to  be  extreme.  So  it  came  assomething  of  a  surprise  when,  in  1860,  one  of  the  first  transatlantic  telegraph  cables  washauled  up  for  repairs  from  more  than  two  miles  down,  and  it  was  found  to  be  thicklyencrusted  with  corals,  clams,  and  other  living  detritus.

The  first  really  organized  investigation  of  the  seas  didn’t  come  until  1872,  when  a  jointexpedition  between  the  British  Museum,  the  Royal  Society,  and  the  British  government  setforth  from  Portsmouth  on  a  former  warship  called  HMS  Challenger.  For  three  and  a  halfyears  they  sailed  the  world,  sampling  waters,  netting  fish,  and  hauling  a  dredge  throughsediments.  It  was  evidently  dreary  work.  Out  of  a  complement  of  240  scientists  and  crew,  onein  four  jumped  ship  and  eight  more  died  or  went  mad—“driven  to  distraction  by  the  mind-numbing  routine  of  years  of  dredging”  in  the  words  of  the  historian  Samantha  Weinberg.  Butthey  sailed  across  almost  70,000  nautical  miles  of  sea,  collected  over  4,700  new  species  ofmarine  organisms,  gathered  enough  information  to  create  a  fifty-volume  report  (which  tooknineteen  years  to  put  together),  and  gave  the  world  the  name  of  a  new  scientific  discipline:

oceanography.  They  also  discovered,  by  means  of  depth  measurements,  that  there  appeared  tobe  submerged  mountains  in  the  mid-Atlantic,  prompting  some  excited  observers  to  speculatethat  they  had  found  the  lost  continent  of  Atlantis.

Because  the  institutional  world  mostly  ignored  the  seas,  it  fell  to  devoted—and  veryoccasional—amateurs  to  tell  us  what  was  down  there.  Modern  deep-water  exploration  beginswith  Charles  William  Beebe  and  Otis  Barton  in  1930.  Although  they  were  equal  partners,  themore  colorful  Beebe  has  always  received  far  more  written  attention.  Born  in  1877  into  a  well-to-do  family  in  New  York  City,  Beebe  studied  zoology  at  Columbia  University,  then  took  ajob  as  a  birdkeeper  at  the  New  York  Zoological  Society.  Tiring  of  that,  he  decided  to  adoptthe  life  of  an  adventurer  and  for  the  next  quarter  century  traveled  extensively  through  Asiaand  South  America  with  a  succession  of  attractive  female  assistants  whose  jobs  wereinventively  described  as  “historian  and  technicist”  or  “assistant  in  fish  problems.”  Hesupported  these  endeavors  with  a  succession  of  popular  books  with  titles  like  Edge  of  theJungle  and  Jungle  Days,  though  he  also  produced  some  respectable  books  on  wildlife  andornithology.

In  the  mid-1920s,  on  a  trip  to  the  Galápagos  Islands,  he  discovered  “the  delights  ofdangling,”  as  he  described  deep-sea  diving.  Soon  afterward  he  teamed  up  with  Barton,  whocame  from  an  even  wealthier  family,  had  also  attended  Columbia,  and  also  longed  foradventure.  Although  Beebe  nearly  always  gets  the  credit,  it  was  in  fact  Barton  who  designedthe  first  bathysphere  (from  the  Greek  word  for  “deep”)  and  funded  the  $12,000  cost  of  itsconstruction.  It  was  a  tiny  and  necessarily  robust  chamber,  made  of  cast  iron  1.5  inches  thickand  with  two  small  portholes  containing  quartz  blocks  three  inches  thick.  It  held  two  men,  butonly  if  they  were  prepared  to  become  extremely  well  acquainted.  Even  by  the  standards  of  theage,  the  technology  was  unsophisticated.  The  sphere  had  no  maneuverability—it  simply  hungon  the  end  of  a  long  cable—and  only  the  most  primitive  breathing  system:  to  neutralize  theirown  carbon  dioxide  they  set  out  open  cans  of  soda  lime,  and  to  absorb  moisture  they  opened  asmall  tub  of  calcium  chloride,  over  which  they  sometimes  waved  palm  fronds  to  encouragechemical  reactions.

But  the  nameless  little  bathysphere  did  the  job  it  was  intended  to  do.  On  the  first  dive,  inJune  1930  in  the  Bahamas,  Barton  and  Beebe  set  a  world  record  by  descending  to  600  feet.  By1934,  they  had  pushed  the  record  to  3,028  feet,  where  it  would  stay  until  after  the  war.  Bartonwas  confident  the  device  was  safe  to  a  depth  of  4,500  feet,  though  the  strain  on  every  bolt  andrivet  was  audibly  evident  with  each  fathom  they  descended.  At  any  depth,  it  was  brave  andrisky  work.  At  3,000  feet,  their  little  porthole  was  subjected  to  nineteen  tons  of  pressure  persquare  inch.  Death  at  such  a  depth  would  have  been  instantaneous,  as  Beebe  never  failed  toobserve  in  his  many  books,  articles,  and  radio  broadcasts.  Their  main  concern,  however,  wasthat  the  shipboard  winch,  straining  to  hold  on  to  a  metal  ball  and  two  tons  of  steel  cable,would  snap  and  send  the  two  men  plunging  to  the  seafloor.  In  such  an  event,  nothing  couldhave  saved  them.

The  one  thing  their  descents  didn’t  produce  was  a  great  deal  of  worthwhile  science.

Although  they  encountered  many  creatures  that  had  not  been  seen  before,  the  limits  ofvisibility  and  the  fact  that  neither  of  the  intrepid  aquanauts  was  a  trained  oceanographer  meantthey  often  weren’t  able  to  describe  their  findings  in  the  kind  of  detail  that  real  scientistscraved.  The  sphere  didn’t  carry  an  external  light,  merely  a  250-watt  bulb  they  could  hold  upto  the  window,  but  the  water  below  five  hundred  feet  was  practically  impenetrable  anyway,and  they  were  peering  into  it  through  three  inches  of  quartz,  so  anything  they  hoped  to  viewwould  have  to  be  nearly  as  interested  in  them  as  they  were  in  it.  About  all  they  could  report,  inconsequence,  was  that  there  were  a  lot  of  strange  things  down  there.  On  one  dive  in  1934,Beebe  was  startled  to  spy  a  giant  serpent  “more  than  twenty  feet  long  and  very  wide.”  Itpassed  too  swiftly  to  be  more  than  a  shadow.  Whatever  it  was,  nothing  like  it  has  been  seenby  anyone  since.  Because  of  such  vagueness  their  reports  were  generally  ignored  byacademics.

After  their  record-breaking  descent  of  1934,  Beebe  lost  interest  in  diving  and  moved  on  toother  adventures,  but  Barton  persevered.  To  his  credit,  Beebe  always  told  anyone  who  askedthat  Barton  was  the  real  brains  behind  the  enterprise,  but  Barton  seemed  unable  to  step  fromthe  shadows.  He,  too,  wrote  thrilling  accounts  of  their  underwater  adventures  and  even  starredin  a  Hollywood  movie  called  Titans  of  the  Deep,  featuring  a  bathysphere  and  many  excitingand  largely  fictionalized  encounters  with  aggressive  giant  squid  and  the  like.  He  evenadvertised  Camel  cigarettes  (“They  don’t  give  me  jittery  nerves”).  In  1948  he  increased  thedepth  record  by  50  percent,  with  a  dive  to  4,500  feet  in  the  Pacific  Ocean  near  California,  butthe  world  seemed  determined  to  overlook  him.  One  newspaper  reviewer  of  Titans  of  the  Deepactually  thought  the  star  of  the  film  was  Beebe.  Nowadays,  Barton  is  lucky  to  get  a  mention.

At  all  events,  he  was  about  to  be  comprehensively  eclipsed  by  a  father-and-son  team  fromSwitzerland,  Auguste  and  Jacques  Piccard,  who  were  designing  a  new  type  of  probe  called  abathyscaphe  (meaning  “deep  boat”).  Christened  Trieste,  after  the  Italian  city  in  which  it  wasbuilt,  the  new  device  maneuvered  independently,  though  it  did  little  more  than  just  go  up  anddown.  On  one  of  its  first  dives,  in  early  1954,  it  descended  to  below  13,287  feet,  nearly  threetimes  Barton’s  record-breaking  dive  of  six  years  earlier.  But  deep-sea  dives  required  a  greatdeal  of  costly  support,  and  the  Piccards  were  gradually  going  broke.

In  1958,  they  did  a  deal  with  the  U.S.  Navy,  which  gave  the  Navy  ownership  but  left  themin  control.  Now  flush  with  funds,  the  Piccards  rebuilt  the  vessel,  giving  it  walls  five  inchesthick  and  shrinking  the  windows  to  just  two  inches  in  diameter—little  more  than  peepholes.

But  it  was  now  strong  enough  to  withstand  truly  enormous  pressures,  and  in  January  1960Jacques  Piccard  and  Lieutenant  Don  Walsh  of  the  U.S.  Navy  sank  slowly  to  the  bottom  of  theocean’s  deepest  canyon,  the  Mariana  Trench,  some  250  miles  off  Guam  in  the  western  Pacific(and  discovered,  not  incidentally,  by  Harry  Hess  with  his  fathometer).  It  took  just  under  fourhours  to  fall  35,820  feet,  or  almost  seven  miles.  Although  the  pressure  at  that  depth  wasnearly  17,000  pounds  per  square  inch,  they  noticed  with  surprise  that  they  disturbed  a  bottom-dwelling  flatfish  just  as  they  touched  down.  They  had  no  facilities  for  taking  photographs,  sothere  is  no  visual  record  of  the  event.

After  just  twenty  minutes  at  the  world’s  deepest  point,  they  returned  to  the  surface.  It  wasthe  only  occasion  on  which  human  beings  have  gone  so  deep.

Forty  years  later,  the  question  that  naturally  occurs  is:  Why  has  no  one  gone  back  since?  Tobegin  with,  further  dives  were  vigorously  opposed  by  Vice  Admiral  Hyman  G.  Rickover,  aman  who  had  a  lively  temperament,  forceful  views,  and,  most  pertinently,  control  of  thedepartmental  checkbook.  He  thought  underwater  exploration  a  waste  of  resources  and  pointedout  that  the  Navy  was  not  a  research  institute.  The  nation,  moreover,  was  about  to  becomefully  preoccupied  with  space  travel  and  the  quest  to  send  a  man  to  the  Moon,  which  madedeep  sea  investigations  seem  unimportant  and  rather  old-fashioned.  But  the  decisiveconsideration  was  that  the  Trieste  descent  didn’t  actually  achieve  much.  As  a  Navy  officialexplained  years  later:  “We  didn’t  learn  a  hell  of  a  lot  from  it,  other  than  that  we  could  do  it.

Why  do  it  again?”  It  was,  in  short,  a  long  way  to  go  to  find  a  flatfish,  and  expensive  too.

Repeating  the  exercise  today,  it  has  been  estimated,  would  cost  at  least  $100  million.

When  underwater  researchers  realized  that  the  Navy  had  no  intention  of  pursuing  apromised  exploration  program,  there  was  a  pained  outcry.  Partly  to  placate  its  critics,  theNavy  provided  funding  for  a  more  advanced  submersible,  to  be  operated  by  the  Woods  HoleOceanographic  Institution  of  Massachusetts.  Called  Alvin,  in  somewhat  contracted  honor  ofthe  oceanographer  Allyn  C.  Vine,  it  would  be  a  fully  maneuverable  minisubmarine,  though  itwouldn’t  go  anywhere  near  as  deep  as  the  Trieste.  There  was  just  one  problem:  the  designerscouldn’t  find  anyone  willing  to  build  it.  According  to  William  J.  Broad  in  The  UniverseBelow:  “No  big  company  like  General  Dynamics,  which  made  submarines  for  the  Navy,wanted  to  take  on  a  project  disparaged  by  both  the  Bureau  of  Ships  and  Admiral  Rickover,  thegods  of  naval  patronage.”  Eventually,  not  to  say  improbably,  Alvin  was  constructed  byGeneral  Mills,  the  food  company,  at  a  factory  where  it  made  the  machines  to  producebreakfast  cereals.

As  for  what  else  was  down  there,  people  really  had  very  little  idea.  Well  into  the  1950s,  thebest  maps  available  to  oceanographers  were  overwhelmingly  based  on  a  little  detail  fromscattered  surveys  going  back  to  1929  grafted  onto,  essentially  an  ocean  of  guesswork.  The Navy  had  excellent  charts  with  which  to  guide  submarines  through  canyons  and  aroundguyots,  but  it  didn’t  wish  such  information  to  fall  into  Soviet  hands,  so  it  kept  its  knowledgeclassified.  Academics  therefore  had  to  make  do  with  sketchy  and  antiquated  surveys  or  relyon  hopeful  surmise.  Even  today  our  knowledge  of  the  ocean  floors  remains  remarkably  lowresolution.  If  you  look  at  the  Moon  with  a  standard  backyard  telescope  you  will  seesubstantial  craters—Fracastorious,  Blancanus,  Zach,  Planck,  and  many  others  familiar  to  anylunar  scientist—that  would  be  unknown  if  they  were  on  our  own  ocean  floors.  We  have  bettermaps  of  Mars  than  we  do  of  our  own  seabeds.

At  the  surface  level,  investigative  techniques  have  also  been  a  trifle  ad  hoc.  In  1994,  thirty-four  thousand  ice  hockey  gloves  were  swept  overboard  from  a  Korean  cargo  ship  during  astorm  in  the  Pacific.  The  gloves  washed  up  all  over,  from  Vancouver  to  Vietnam,  helpingoceanographers  to  trace  currents  more  accurately  than  they  ever  had  before.

Today  Alvin  is  nearly  forty  years  old,  but  it  still  remains  America’s  premier  research  vessel.

There  are  still  no  submersibles  that  can  go  anywhere  near  the  depth  of  the  Mariana  Trenchand  only  five,  including  Alvin,  that  can  reach  the  depths  of  the  “abyssal  plain”—the  deepocean  floor—that  covers  more  than  half  the  planet’s  surface.  A  typical  submersible  costsabout  $25,000  a  day  to  operate,  so  they  are  hardly  dropped  into  the  water  on  a  whim,  still  lessput  to  sea  in  the  hope  that  they  will  randomly  stumble  on  something  of  interest.  It’s  rather  asif  our  firsthand  experience  of  the  surface  world  were  based  on  the  work  of  five  guys  exploringon  garden  tractors  after  dark.  According  to  Robert  Kunzig,  humans  may  have  scrutinized“perhaps  a  millionth  or  a  billionth  of  the  sea’s  darkness.  Maybe  less.  Maybe  much  less.”

But  oceanographers  are  nothing  if  not  industrious,  and  they  have  made  several  importantdiscoveries  with  their  limited  resources—including,  in  1977,  one  of  the  most  important  andstartling  biological  discoveries  of  the  twentieth  century.  In  that  year  Alvin  found  teemingcolonies  of  large  organisms  living  on  and  around  deep-sea  vents  off  the  Galápagos  Islands—tube  worms  over  ten  feet  long,  clams  a  foot  wide,  shrimps  and  mussels  in  profusion,wriggling  spaghetti  worms.  They  all  owed  their  existence  to  vast  colonies  of  bacteria  thatwere  deriving  their  energy  and  sustenance  from  hydrogen  sulfides—compounds  profoundlytoxic  to  surface  creatures—that  were  pouring  steadily  from  the  vents.  It  was  a  worldindependent  of  sunlight,  oxygen,  or  anything  else  normally  associated  with  life.  This  was  aliving  system  based  not  on  photosynthesis  but  on  chemosynthesis,  an  arrangement  thatbiologists  would  have  dismissed  as  preposterous  had  anyone  been  imaginative  enough  tosuggest  it.

Huge  amounts  of  heat  and  energy  flow  from  these  vents.  Two  dozen  of  them  together  willproduce  as  much  energy  as  a  large  power  station,  and  the  range  of  temperatures  around  themis  enormous.  The  temperature  at  the  point  of  outflow  can  be  as  much  as  760  degreesFahrenheit,  while  a  few  feet  away  the  water  may  be  only  two  or  three  degrees  above  freezing.

A  type  of  worm  called  an  alvinellid  was  found  living  right  on  the  margins,  with  the  watertemperature  140  degrees  warmer  at  its  head  than  at  its  tail.  Before  this  it  had  been  thought  thatno  complex  organisms  could  survive  in  water  warmer  than  about  130  degrees,  and  here  wasone  that  was  surviving  warmer  temperatures  than  that  and  extreme  cold  to  boot.  Thediscovery  transformed  our  understanding  of  the  requirements  for  life.

It  also  answered  one  of  the  great  puzzles  of  oceanography—something  that  many  of  usdidn’t  realize  was  a  puzzle—namely,  why  the  oceans  don’t  grow  saltier  with  time.  At  the  riskof  stating  the  obvious,  there  is  a  lot  of  salt  in  the  sea—enough  to  bury  every  bit  of  land  on  theplanet  to  a  depth  of  about  five  hundred  feet.  Millions  of  gallons  of  fresh  water  evaporate  from the  ocean  daily,  leaving  all  their  salts  behind,  so  logically  the  seas  ought  to  grow  more  saltywith  the  passing  years,  but  they  don’t.  Something  takes  an  amount  of  salt  out  of  the  waterequivalent  to  the  amount  being  put  in.  For  the  longest  time,  no  one  could  figure  out  whatcould  be  responsible  for  this.

Alvin’s  discovery  of  the  deep-sea  vents  provided  the  answer.  Geophysicists  realized  that  thevents  were  acting  much  like  the  filters  in  a  fish  tank.  As  water  is  taken  down  into  the  crust,salts  are  stripped  from  it,  and  eventually  clean  water  is  blown  out  again  through  the  chimneystacks.  The  process  is  not  swift—it  can  take  up  to  ten  million  years  to  clean  an  ocean—but  itis  marvelously  efficient  as  long  as  you  are  not  in  a  hurry.

Perhaps  nothing  speaks  more  clearly  of  our  psychological  remoteness  from  the  oceandepths  than  that  the  main  expressed  goal  for  oceanographers  during  International  GeophysicalYear  of  1957–58  was  to  study  “the  use  of  ocean  depths  for  the  dumping  of  radioactivewastes.”  This  wasn’t  a  secret  assignment,  you  understand,  but  a  proud  public  boast.  In  fact,though  it  wasn’t  much  publicized,  by  1957–58  the  dumping  of  radioactive  wastes  had  alreadybeen  going  on,  with  a  certain  appalling  vigor,  for  over  a  decade.  Since  1946,  the  United  Stateshad  been  ferrying  fifty-five-gallon  drums  of  radioactive  gunk  out  to  the  Farallon  Islands,some  thirty  miles  off  the  California  coast  near  San  Francisco,  where  it  simply  threw  themoverboard.

It  was  all  quite  extraordinarily  sloppy.  Most  of  the  drums  were  exactly  the  sort  you  seerusting  behind  gas  stations  or  standing  outside  factories,  with  no  protective  linings  of  anytype.  When  they  failed  to  sink,  which  was  usually,  Navy  gunners  riddled  them  with  bullets  tolet  water  in  (and,  of  course,  plutonium,  uranium,  and  strontium  out).  Before  it  was  halted  inthe  1990s,  the  United  States  had  dumped  many  hundreds  of  thousands  of  drums  into  aboutfifty  ocean  sites—almost  fifty  thousand  of  them  in  the  Farallons  alone.  But  the  U.S.  was  by  nomeans  alone.  Among  the  other  enthusiastic  dumpers  were  Russia,  China,  Japan,  New  Zealand,and  nearly  all  the  nations  of  Europe.

And  what  effect  might  all  this  have  had  on  life  beneath  the  seas?  Well,  little,  we  hope,  butwe  actually  have  no  idea.  We  are  astoundingly,  sumptuously,  radiantly  ignorant  of  lifebeneath  the  seas.  Even  the  most  substantial  ocean  creatures  are  often  remarkably  little  knownto  us—including  the  most  mighty  of  them  all,  the  great  blue  whale,  a  creature  of  suchleviathan  proportions  that  (to  quote  David  Attenborough)  its  “tongue  weighs  as  much  as  anelephant,  its  heart  is  the  size  of  a  car  and  some  of  its  blood  vessels  are  so  wide  that  you  couldswim  down  them.”  It  is  the  most  gargantuan  beast  that  Earth  has  yet  produced,  bigger  eventhan  the  most  cumbrous  dinosaurs.  Yet  the  lives  of  blue  whales  are  largely  a  mystery  to  us.

Much  of  the  time  we  have  no  idea  where  they  are—where  they  go  to  breed,  for  instance,  orwhat  routes  they  follow  to  get  there.  What  little  we  know  of  them  comes  almost  entirely  fromeavesdropping  on  their  songs,  but  even  these  are  a  mystery.  Blue  whales  will  sometimes  breakoff  a  song,  then  pick  it  up  again  at  the  same  spot  six  months  later.  Sometimes  they  strike  upwith  a  new  song,  which  no  member  can  have  heard  before  but  which  each  already  knows.

How  they  do  this  is  not  remotely  understood.  And  these  are  animals  that  must  routinely  cometo  the  surface  to  breathe.

For  animals  that  need  never  surface,  obscurity  can  be  even  more  tantalizing.  Consider  thefabled  giant  squid.  Though  nothing  on  the  scale  of  the  blue  whale,  it  is  a  decidedly  substantialanimal,  with  eyes  the  size  of  soccer  balls  and  trailing  tentacles  that  can  reach  lengths  of  sixty feet.  It  weighs  nearly  a  ton  and  is  Earth’s  largest  invertebrate.  If  you  dumped  one  in  a  normalhousehold  swimming  pool,  there  wouldn’t  be  much  room  for  anything  else.  Yet  no  scientist—no  person  as  far  as  we  know—has  ever  seen  a  giant  squid  alive.  Zoologists  have  devotedcareers  to  trying  to  capture,  or  just  glimpse,  living  giant  squid  and  have  always  failed.  Theyare  known  mostly  from  being  washed  up  on  beaches—particularly,  for  unknown  reasons,  thebeaches  of  the  South  Island  of  New  Zealand.  They  must  exist  in  large  numbers  because  theyform  a  central  part  of  the  sperm  whale’s  diet,  and  sperm  whales  take  a  lot  of  feeding.

1According  to  one  estimate,  there  could  be  as  many  as  thirty  million  species  of  animalsliving  in  the  sea,  most  still  undiscovered.  The  first  hint  of  how  abundant  life  is  in  the  deepseas  didn’t  come  until  as  recently  as  the  1960s  with  the  invention  of  the  epibenthic  sled,  adredging  device  that  captures  organisms  not  just  on  and  near  the  seafloor  but  also  buried  inthe  sediments  beneath.  In  a  single  one-hour  trawl  along  the  continental  shelf,  at  a  depth  of  justunder  a  mile,  Woods  Hole  oceanographers  Howard  Sandler  and  Robert  Hessler  netted  over25,000  creatures—worms,  starfish,  sea  cucumbers,  and  the  like—representing  365  species.

Even  at  a  depth  of  three  miles,  they  found  some  3,700  creatures  representing  almost  200species  of  organism.  But  the  dredge  could  only  capture  things  that  were  too  slow  or  stupid  toget  out  of  the  way.  In  the  late  1960s  a  marine  biologist  named  John  Isaacs  got  the  idea  tolower  a  camera  with  bait  attached  to  it,  and  found  still  more,  in  particular  dense  swarms  ofwrithing  hagfish,  a  primitive  eel-like  creature,  as  well  as  darting  shoals  of  grenadier  fish.

Where  a  good  food  source  is  suddenly  available—for  instance,  when  a  whale  dies  and  sinks  tothe  bottom—as  many  as  390  species  of  marine  creature  have  been  found  dining  off  it.

Interestingly,  many  of  these  creatures  were  found  to  have  come  from  vents  up  to  a  thousandmiles  distant.  These  included  such  types  as  mussels  and  clams,  which  are  hardly  known  asgreat  travelers.  It  is  now  thought  that  the  larvae  of  certain  organisms  may  drift  through  thewater  until,  by  some  unknown  chemical  means,  they  detect  that  they  have  arrived  at  a  foodopportunity  and  fall  onto  it.

So  why,  if  the  seas  are  so  vast,  do  we  so  easily  overtax  them?  Well,  to  begin  with,  theworld’s  seas  are  not  uniformly  bounteous.  Altogether  less  than  a  tenth  of  the  ocean  isconsidered  naturally  productive.  Most  aquatic  species  like  to  be  in  shallow  waters  where  thereis  warmth  and  light  and  an  abundance  of  organic  matter  to  prime  the  food  chain.  Coral  reefs,for  instance,  constitute  well  under  1  percent  of  the  ocean’s  space  but  are  home  to  about  25percent  of  its  fish.

Elsewhere,  the  oceans  aren’t  nearly  so  rich.  Take  Australia.  With  over  20,000  miles  ofcoastline  and  almost  nine  million  square  miles  of  territorial  waters,  it  has  more  sea  lapping  itsshores  than  any  other  country,  yet,  as  Tim  Flannery  notes,  it  doesn’t  even  make  it  into  the  topfifty  among  fishing  nations.  Indeed,  Australia  is  a  large  net  importer  of  seafood.  This  isbecause  much  of  Australia’s  waters  are,  like  much  of  Australia  itself,  essentially  desert.  (Anotable  exception  is  the  Great  Barrier  Reef  off  Queensland,  which  is  sumptuously  fecund.)Because  the  soil  is  poor,  it  produces  little  in  the  way  of  nutrient-rich  runoff.

Even  where  life  thrives,  it  is  often  extremely  sensitive  to  disturbance.  In  the  1970s,  fishermenfrom  Australia  and,  to  a  lesser  extent,  New  Zealand  discovered  shoals  of  a  little-known  fishliving  at  a  depth  of  about  half  a  mile  on  their  continental  shelves.  They  were  known  as  orange1The  indigestible  parts  of  giant  squid,  in  particular  their  beaks,  accumulate  in  sperm  whales  stomachs  into  thesubstance  known  as  ambergris,  which  is  used  as  a  fixative  in  perfumes.  The  next  time  you  spray  on  Chanel  No.  5(assuming  you  do),  you  may  wish  to  reflect  that  you  are  dousing  yourself  in  distillate  of  unseen  sea  monster.

roughy,  they  were  delicious,  and  they  existed  in  huge  numbers.  In  no  time  at  all,  fishing  fleetswere  hauling  in  forty  thousand  metric  tons  of  roughy  a  year.  Then  marine  biologists  madesome  alarming  discoveries.  Roughy  are  extremely  long  lived  and  slow  maturing.  Some  maybe  150  years  old;  any  roughy  you  have  eaten  may  well  have  been  born  when  Victoria  wasQueen.  Roughy  have  adopted  this  exceedingly  unhurried  lifestyle  because  the  waters  they  livein  are  so  resource-poor.  In  such  waters,  some  fish  spawn  just  once  in  a  lifetime.  Clearly  theseare  populations  that  cannot  stand  a  great  deal  of  disturbance.  Unfortunately,  by  the  time  thiswas  realized  the  stocks  had  been  severely  depleted.  Even  with  careful  management  it  will  bedecades  before  the  populations  recover,  if  they  ever  do.

Elsewhere,  however,  the  misuse  of  the  oceans  has  been  more  wanton  than  inadvertent.

Many  fishermen  “fin”  sharks—that  is,  slice  their  fins  off,  then  dump  them  back  into  the  waterto  die.  In  1998,  shark  fins  sold  in  the  Far  East  for  over  $250  a  pound.  A  bowl  of  shark  finsoup  retailed  in  Tokyo  for  $100.  The  World  Wildlife  Fund  estimated  in  1994  that  the  numberof  sharks  killed  each  year  was  between  40  million  and  70  million.

As  of  1995,  some  37,000  industrial-sized  fishing  ships,  plus  about  a  million  smaller  boats,were  between  them  taking  twice  as  many  fish  from  the  sea  as  they  had  just  twenty-five  yearsearlier.  Trawlers  are  sometimes  now  as  big  as  cruise  ships  and  haul  behind  them  nets  bigenough  to  hold  a  dozen  jumbo  jets.  Some  even  use  spotter  planes  to  locate  shoals  of  fish  fromthe  air.

It  is  estimated  that  about  a  quarter  of  every  fishing  net  hauled  up  contains  “by-catch”—fishthat  can’t  be  landed  because  they  are  too  small  or  of  the  wrong  type  or  caught  in  the  wrongseason.  As  one  observer  told  the  Economist:  “We’re  still  in  the  Dark  Ages.  We  just  drop  a  netdown  and  see  what  comes  up.”  Perhaps  as  much  as  twenty-two  million  metric  tons  of  suchunwanted  fish  are  dumped  back  in  the  sea  each  year,  mostly  in  the  form  of  corpses.  For  everypound  of  shrimp  harvested,  about  four  pounds  of  fish  and  other  marine  creatures  aredestroyed.

Large  areas  of  the  North  Sea  floor  are  dragged  clean  by  beam  trawlers  as  many  as  seventimes  a  year,  a  degree  of  disturbance  that  no  ecosystem  can  withstand.  At  least  two-thirds  ofspecies  in  the  North  Sea,  by  many  estimates,  are  being  overfished.  Across  the  Atlantic  thingsare  no  better.  Halibut  once  abounded  in  such  numbers  off  New  England  that  individual  boatscould  land  twenty  thousand  pounds  of  it  in  a  day.  Now  halibut  is  all  but  extinct  off  thenortheast  coast  of  North  America.

Nothing,  however,  compares  with  the  fate  of  cod.  In  the  late  fifteenth  century,  the  explorerJohn  Cabot  found  cod  in  incredible  numbers  on  the  eastern  banks  of  North  America—shallowareas  of  water  popular  with  bottom-feeding  fish  like  cod.  Some  of  these  banks  were  vast.

Georges  Banks  off  Massachusetts  is  bigger  than  the  state  it  abuts.  The  Grand  Banks  offNewfoundland  is  bigger  still  and  for  centuries  was  always  dense  with  cod.  They  were  thoughtto  be  inexhaustible.  Of  course  they  were  anything  but.

By  1960,  the  number  of  spawning  cod  in  the  north  Atlantic  had  fallen  to  an  estimated  1.6million  metric  tons.  By  1990  this  had  sunk  to  22,000  metric  tons.  In  commercial  terms,  thecod  were  extinct.  “Fishermen,”  wrote  Mark  Kurlansky  in  his  fascinating  history,  Cod,  “hadcaught  them  all.”  The  cod  may  have  lost  the  western  Atlantic  forever.  In  1992,  cod  fishingwas  stopped  altogether  on  the  Grand  Banks,  but  as  of  last  autumn,  according  to  a  report  inNature,  stocks  had  not  staged  a  comeback.  Kurlansky  notes  that  the  fish  of  fish  fillets  and  fish sticks  was  originally  cod,  but  then  was  replaced  by  haddock,  then  by  redfish,  and  lately  byPacific  pollock.  These  days,  he  notes  drily,  “fish”  is  “whatever  is  left.”

Much  the  same  can  be  said  of  many  other  seafoods.  In  the  New  England  fisheries  offRhode  Island,  it  was  once  routine  to  haul  in  lobsters  weighing  twenty  pounds.  Sometimes  theyreached  thirty  pounds.  Left  unmolested,  lobsters  can  live  for  decades—as  much  as  seventyyears,  it  is  thought—and  they  never  stop  growing.  Nowadays  few  lobsters  weigh  more  thantwo  pounds  on  capture.  “Biologists,”  according  to  the  New  York  Times,  “estimate  that  90percent  of  lobsters  are  caught  within  a  year  after  they  reach  the  legal  minimum  size  at  aboutage  six.”  Despite  declining  catches,  New  England  fishermen  continue  to  receive  state  andfederal  tax  incentives  that  encourage  them—in  some  cases  all  but  compel  them—to  acquirebigger  boats  and  to  harvest  the  seas  more  intensively.  Today  fishermen  of  Massachusetts  arereduced  to  fishing  the  hideous  hagfish,  for  which  there  is  a  slight  market  in  the  Far  East,  buteven  their  numbers  are  now  falling.

We  are  remarkably  ignorant  of  the  dynamics  that  rule  life  in  the  sea.  While  marine  life  ispoorer  than  it  ought  to  be  in  areas  that  have  been  overfished,  in  some  naturally  impoverishedwaters  there  is  far  more  life  than  there  ought  to  be.  The  southern  oceans  around  Antarcticaproduce  only  about  3  percent  of  the  world’s  phytoplankton—far  too  little,  it  would  seem,  tosupport  a  complex  ecosystem,  and  yet  it  does.  Crab-eater  seals  are  not  a  species  of  animal  thatmost  of  us  have  heard  of,  but  they  may  actually  be  the  second  most  numerous  large  species  ofanimal  on  Earth,  after  humans.  As  many  as  fifteen  million  of  them  may  live  on  the  pack  icearound  Antarctica.  There  are  also  perhaps  two  million  Weddel  seals,  at  least  half  a  millionemperor  penguins,  and  maybe  as  many  as  four  million  Adélie  penguins.  The  food  chain  isthus  hopelessly  top  heavy,  but  somehow  it  works.  Remarkably  no  one  knows  how.

All  this  is  a  very  roundabout  way  of  making  the  point  that  we  know  very  little  about  Earth’sbiggest  system.  But  then,  as  we  shall  see  in  the  pages  remaining  to  u