home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Time - Man of the Year / Time_Man_of_the_Year_Compact_Publishing_3YX-Disc-1_Compact_Publishing_1993.iso / moy / 113092 / 1130300.000 < prev    next >
Text File  |  1993-04-08  |  10KB  |  220 lines

  1.                                                                                 SCIENCE, Page 64Subterranean Secrets
  2.  
  3.  
  4. Though dark, dank and dangerous, caves are proving to be ideal
  5. labs for learning about evolution, pollution and even hidden
  6. oil
  7.  
  8. By CHRISTINE GORMAN/CARLSBAD
  9.  
  10.  
  11.     The pool sits so still and clear that it remains utterly
  12. invisible unless glimpsed from an angle. Suspended overhead,
  13. cream-colored puffs of rock billow within arm's reach, seeming
  14. to defy gravity. Welcome to Lake of the Clouds, an enchanted
  15. spot of earth that has never seen the sun or felt the morning
  16. dew. Carved out of solid rock nearly 1 million years ago, this
  17. bewitching chamber lies 300 m (1,000 ft.) below the floor of the
  18. New Mexican desert at the lowest point in Carlsbad Cavern.
  19.  
  20.     Getting there requires the skills of a subterranean
  21. mountain climber, which is why Lake of the Clouds is off limits
  22. to the public. The underground trek involves scrambling through
  23. narrow passages, navigating around steep crevasses and using
  24. ropes to descend two drop-offs -- the second of which
  25. encompasses a 60-m (200 ft.) cliff. Turn off the miner's light
  26. on your helmet, and you cannot see your hand in front of your
  27. face.
  28.  
  29.     For a small group of seasoned spelunkers, hardy souls who
  30. love squirming through tight spots and tromping through mud,
  31. such a venture is as pleasant and relaxing as a
  32. Sunday-afternoon jaunt. Nor are the trekkers hindered by the
  33. surveying instruments, acidity meter and other tools they lug
  34. along the way. Led by geologists Art and Peg Palmer, these
  35. scientific adventurers are trying to determine what the
  36. evolution of the cavern can tell them about prehistoric
  37. climates, the ecological health of the surrounding region --
  38. even the likelihood of finding oil in limestone deposits around
  39. the world.
  40.  
  41.     In the process, the Palmers and their colleagues are
  42. transforming speleology -- the study of caves -- from an oddball
  43. hobby into an extraordinarily fruitful field of scientific
  44. investigation. Old views of caves as static places untouched by
  45. time or weather have been shoved aside. Replacing them is a
  46. growing understanding of the complicated ways in which caves
  47. interact with the land above and around them. "Wondering where
  48. a cave goes, what is down there and how it formed is really the
  49. essence of science," says Art Palmer, who is a professor of
  50. hydrology at the State University of New York at Oneonta. "Yet
  51. most of us were too excited about exploring to realize this when
  52. we were first starting out years ago."
  53.  
  54.     Caves can be pounded into existence by ocean waves, plowed
  55. open by ice or formed by lava. But to speleologists, the most
  56. interesting are those that have been etched out of limestone by
  57. acidic water flowing underground. For a long time, researchers
  58. believed that nature could accomplish this feat in only one way:
  59. through the action of carbonic acid, which is produced when
  60. water reacts with carbon dioxide. The weak acid slowly dissolves
  61. bedrock. An underground stream forms, and an elaborate network
  62. of chambers like those found at Mammoth Cave in Kentucky takes
  63. shape. The unusual limestone terrains where this process occurs
  64. are known as karst, named for one such region in Slovenia that
  65. is famous for its caves. About 15% of the earth's terrain is
  66. karst. By studying and dating the old subterranean waterways,
  67. researchers can tell how wet or dry past climates have been.
  68.  
  69.     As a newly carved cave fills with air, drops of water seep
  70. in through the walls and ceiling. Minerals trapped in these
  71. trickles begin to precipitate out of solution, hardening into
  72. a stunning array of underground ornaments. Stalactites drip down
  73. from the ceiling. Stalagmites creep up from the floor. Miniature
  74. forests made of twisted branches of calcium carbonate stretch
  75. out from the walls. Many of the formations are so delicate that
  76. they can easily be destroyed by the presence of humans.
  77.  
  78.     However, this scenario never really fit one celebrated
  79. site -- Carlsbad Cavern. "At Mammoth Cave, you can follow the
  80. path of the water from beginning to end -- just like some kind
  81. of elaborate plumbing system," says Carol Hill, who works with
  82. the University of New Mexico and is a legendary figure in cave
  83. science. "But you can't do that for Carlsbad. The cave keeps
  84. stopping where it shouldn't."
  85.  
  86.     Hill helped clear up the confusion in the 1980s by
  87. carefully measuring the sulfur content of samples taken from the
  88. caverns. Her work proved that Carlsbad was carved not by
  89. carbonic acid but by sulfuric acid, produced by a reaction
  90. between oxygen dissolved in groundwater and hydrogen sulfide
  91. bubbling up from deep below the earth's surface. This highly
  92. toxic solution, which would have killed anyone present at the
  93. time, sculpted the many subterranean chambers at Carlsbad.
  94.  
  95.     Even more to their astonishment, researchers discovered
  96. that biology played an important role in the rock-dissolving
  97. process. By poring over slices of limestone under microscopes,
  98. scientists found the fossil remains of primitive bacteria that
  99. had thrived in the once hostile environment. Using sulfur
  100. instead of sunlight as their source of energy, these organisms
  101. actually bolstered the acid's power to etch rock. Descendants
  102. of these strange microbes have recently been found and are being
  103. studied at Lechuguilla Cave, not far from Carlsbad.
  104.  
  105.     By piecing together the sulfurous origins of Carlsbad and
  106. other caves, speleologists have done more than satisfy
  107. scientific curiosity. They have also laid the foundation for
  108. some promising new ideas in oil exploration. Hydrogen sulfide,
  109. which is sometimes emitted as buried organic material
  110. decomposes, often appears in petroleum fields. Core samples of
  111. rock produced during drilling suggest that some oil and gas
  112. deposits are trapped within ancient cave systems that formed
  113. hundreds of millions of years ago. "So, about five years ago,
  114. some of us started looking in modern caves to see what they
  115. could tell us about where to hunt for oil," says Robert
  116. Handford, principal geologist at ARCO's research center in
  117. Plano, Texas. "It's been a truly eye-opening experience that has
  118. made us interpret some of the cores we bring up in a completely
  119. different manner." Because of the link between oil and caves,
  120. ARCO is starting to use remote-imaging technology to detect the
  121. presence of underground caverns. "My guess is that we will be
  122. able to find significant amounts of oil and gas this way," says
  123. Handford.
  124.  
  125.     Researchers are also applying what they have learned from
  126. caves that, unlike Carlsbad, are still actively growing. Among
  127. those lessons are some alarming insights into the way industrial
  128. contaminants spread underground. In most parts of the U.S., the
  129. ground is solid and compact and water flows down through it at
  130. a rate of less than 30 m (100 ft.) a year. But about 20% of the
  131. U.S.'s fresh water flows through the myriad cavities and pores
  132. of limestone karst, often traveling 1 km (0.6 mile) overnight,
  133. taking unpredictable turns and sometimes bubbling up to the
  134. surface through a spring. Containment of a toxic spill in such
  135. terrain is virtually impossible. Even ordinary garbage that is
  136. dumped in a sinkhole can contaminate groundwater miles away.
  137.  
  138.     The potential for disaster is only beginning to be
  139. appreciated. For years residents and businesses around Bowling
  140. Green, Kentucky, pumped or buried solvents and wastes in the
  141. ground, heedless of the fact that the city of 40,000 sits on
  142. karst. In effect, they turned the underlying caves into a toxic
  143. sewer. Twice during the 1980s, benzene and other chemicals rose
  144. up from the caves into homes and elementary schools, endangering
  145. people's lives.
  146.  
  147.     Fortunately, speleologists at Western Kentucky University
  148. were able to use their knowledge of how water flows through
  149. caves to trace the source of the fumes and put a stop to the
  150. contamination. They plan to map out more of the underground
  151. caves and passageways in order to better understand which areas
  152. are at highest risk. Communities built on karst in Tennessee,
  153. West Virginia, Florida and Missouri may someday follow suit.
  154.  
  155.     These efforts at prevention will not eliminate accidents,
  156. however. "One of the biggest fears I have now is highway and
  157. railroad spills," says Nicholas Crawford, director of the Center
  158. for Cave and Karst Studies at Western Kentucky. Two years ago,
  159. a freight train carrying hazardous chloroform jumped the tracks
  160. near Lewisburg, Tennessee. "If that train had derailed in
  161. Bowling Green, it would have been a catastrophe," Crawford says.
  162.  
  163.     Caves have led to new insights about evolution. The
  164. absence of light and scarcity of food limit the number of
  165. species that can survive underground. Most common are crickets,
  166. beetles and eyeless fish. "We see simple communities that may
  167. be made up of only four species," says Tom Poulson, professor
  168. of biology at the University of Illinois at Chicago. "But that
  169. allows us to look in greater detail at what is going on, say,
  170. between predator and prey." As a result, biologists can study
  171. subterranean ecosystems in their entirety -- a feat that often
  172. proves impossibly complex aboveground.
  173.  
  174.     By looking at fossil specimens and studying current
  175. species, researchers have concluded that most cave dwellers
  176. started out at the entrance of the cave. As they and their
  177. descendants traveled deeper inside and away from sunlight, they
  178. began to lose their eyes and develop other sensory organs to
  179. compensate. But is this loss an active process or just a
  180. question of disuse? "That's been a raging debate ever since
  181. Darwin's time," Poulson says. "What we've found is that it's
  182. disuse. There is no natural selection to screen out any bad
  183. mutations that affect the eyes. So eventually they disappear."
  184.  
  185.     Keeping their own eyes open as they peer into the inky
  186. depths, researchers are finding that caves reveal much about the
  187. world above and around them. "Science has overlooked caves for
  188. far too long," Art Palmer argues. "And yet caves tell us a lot
  189. about the recent history of the earth, about ecology, even about
  190. things that are economically important." As one of the few
  191. sciences that is also a sport, speleology is finally getting the
  192. respect and attention it deserves.
  193.  
  194.  
  195.  
  196.  
  197.  
  198.  
  199.  
  200.  
  201.  
  202.  
  203.  
  204.  
  205.  
  206.  
  207.  
  208.  
  209.  
  210.  
  211.  
  212.  
  213.  
  214.  
  215.  
  216.  
  217.  
  218.  
  219.  
  220.