home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ US History / US History (Bureau Development Inc.)(1991).ISO / dp / 0029 / 00294.txt < prev    next >
Text File  |  1990-12-23  |  49KB  |  785 lines

  1. $Unique_ID{USH00294}
  2. $Pretitle{26}
  3. $Title{Eruptions of Mount St. Helens:  Past, Present and Future
  4. History of Mount St. Helens}
  5. $Subtitle{}
  6. $Author{Tilling, Robert I.}
  7. $Affiliation{US Geological Survey}
  8. $Subject{ash
  9. st
  10. mount
  11. helens
  12. eruption
  13. volcano
  14. debris
  15. miles
  16. blast
  17. north}
  18. $Volume{}
  19. $Date{1987}
  20. $Log{St. Helens Lava Dome*0029401.scf
  21. Before the Eruption*0029402.scf
  22. The Eruption*0029403.scf
  23. St. Helens Area*0029404.scf
  24. Ash Cloud*0029405.scf
  25. Debris River*0029406.scf
  26. Blasted Forest*0029407.scf
  27. }
  28. Book:        Eruptions of Mount St. Helens:  Past, Present and Future
  29. Author:      Tilling, Robert I.
  30. Affiliation: US Geological Survey
  31. Date:        1987
  32.  
  33.      Overview of Eruptions of Mount St. Helens:  Past, Present and Future
  34.  
  35. On May 18, 1980, Mount St. Helens Volcano in Washington exploded after two
  36. months of intense earthquake activity and intermittent, relatively weak
  37. eruptions.  This book chronicles -- in both pictures and words -- the
  38. processes, effects and products of one of the most significant geologic events
  39. in the U.S. in the 20th century.
  40.  
  41. History of Mount St. Helens
  42.  
  43. Introduction
  44.  
  45.      Mount St. Helens, located in southwestern Washington about 50 miles
  46. northeast of Portland, Oregon, is one of several lofty volcanic peaks that
  47. dominate the Cascade Range of the Pacific Northwest; the range extends from
  48. Meager Mountain in British Columbia, Canada, to Lassen Peak in northern
  49. California.  Geologists call Mount St. Helens a stratovolcano or composite
  50. volcano, a term for steep-sided, often symmetrical cones constructed of
  51. alternating layers of lava flows, ash, and other volcanic debris.  Composite
  52. volcanoes tend to erupt explosively and pose considerable danger to nearby
  53. life and property.  In contrast, the gently sloping shield volcanoes, such as
  54. those in Hawaii, typically erupt nonexplosively, producing fluid lavas that
  55. can flow great distances from the active vents.  Although Hawaiian-type
  56. eruptions may destroy property, they rarely cause death or injury.
  57.  
  58. [See St. Helens Lava Dome: Steam plume rises from lava dome growing inside the
  59. large crater formed during the catastrophic eruption of May 18, 1980. Photo
  60. taken in May, 1982.]
  61.  
  62.      Before 1980, snow-capped, gracefully symmetrical Mount St. Helens was
  63. known as the "Fujiyama of America."  Mount St. Helens, other active Cascaan
  64. volcanoes, and those of Alaska comprise the North American segment of the
  65. circum-Pacific "Ring of Fire," a notorious zone that produces frequent, often
  66. destructive, earthquake and volcanic activity.
  67.  
  68.      Some Indians of the Pacific Northwest called Mount St. Helens
  69. "Louwala-Clough," or "smoking mountain."  The modern name, Mount St. Helens,
  70. was given to the volcanic peak in 1792 by Captain George Vancouver of the
  71. British Royal Navy, a seafarer and explorer.  He named it in honor of a fellow
  72. countryman, Alleyne Fitzherbert, who held the title Baron St. Helens and who
  73. was at the time the British Ambassador to Spain.  Vancouver also named three
  74. other volcanoes in the Cascade - Mounts Baker, Hood, and Rainier - for British
  75. naval officers.
  76.  
  77. [See Before the Eruption: View of Mount St. Helens from north on May 17, 1980.]
  78.  
  79.      The local Indians and early settlers in the then sparsely populated
  80. region witnessed the occasional violent outbursts of Mount St. Helens.  The
  81. volcano was particularly restless in the mid-19th century, when it was
  82. intermittently active for at least a 26-year span from 1831 to 1857.  Some
  83. scientists suspect that Mount St. Helens also may have been active
  84. sporadically, but weakly, during the three decades before 1831.  Although
  85. minor steam explosions may have occurred in 1898, 1903, and 1921, the mountain
  86. gave little or no evidence of being a volcanic hazard for more than a century
  87. after 1857.  Consequently, the majority of 20th-century residents and visitors
  88. thought of Mount St. Helens not as a menace, but as a serene, beautiful
  89. mountain playground teeming with wildlife and available for leisure activities
  90. throughout the year.  At the base of the volcano's northern flank, Spirit
  91. Lake, with its clear, refreshing water and wooded shores, was especially
  92. popular as a recreational area for hiking, camping, fishing, swimming and
  93. boating.
  94.  
  95. [See The Eruption: The climactic eruption of May 18, 1980, at about noon. The
  96. maximum height of the ash and gas column was about 12 miles.]
  97.  
  98.      The tranquility of the Mount St. Helens region was shattered in the
  99. spring of 1980, however, when the volcano stirred from its long repose, shook,
  100. swelled, and exploded back to life.  The local people rediscovered that they
  101. had an active volcano in their midst, and millions of people in North America
  102. were reminded that the active and potentially dangerous volcanoes of the
  103. United States are not restricted to Alaska and Hawaii.
  104.  
  105. [See St. Helens Area: Sketch map showing the location of Mount St. Helens and
  106. the principal drainages and places mentioned in the text.]
  107.  
  108. Previous Eruptive History
  109.  
  110.      The story of Mount St. Helens is woven from geologic evidence gathered
  111. during studies that began with Lieutenant Charles Wilkes' U.S. Exploring
  112. Expedition in 1841.  Many geologists have studied Mount St. Helens, but the
  113. work of Dwight R. Crandell, Donal R. Mullineaux, Clifford P. Hopson, and their
  114. associates, who began their studies in the late 1950's, has particularly
  115. advanced knowledge of Mount St. Helens.  Their systematic studies of the
  116. volcanic deposits, laboratory investigations of rock and ash samples, and
  117. radiocarbon (carbon-14) dating of plant remains buried in or beneath the ash
  118. layers and other volcanic products enabled them to reconstruct a remarkably
  119. complete record of the prehistoric eruptive behavior of Mount St. Helens.
  120.  
  121.      Ancestral Mount St. Helens began to grow before the last major glaciation
  122. of the Ice Age had ended about 10,000 years ago.  The oldest ash deposits were
  123. erupted at least 40,000 years ago onto an eroded surface of still older
  124. volcanic and sedimentary rocks.  Intermittent volcanism continued after the
  125. glaciers disappeared and nine main pulses of pre-1980 volcanic activity
  126. ("eruptive periods") have been recognized.  These periods lasted from about
  127. 5,000 years to less than 100 years each and were separated by dormant
  128. intervals of about 15,000 years to only 200 years.  A forerunner of Spirit
  129. Lake was born about 3,500 years ago, or possibly earlier, when eruption debris
  130. formed a natural dam across the valley of the North Fork of the Toutle River.
  131. The most recent of the pre-1980 eruptive periods began about A.D. 1800 with an
  132. explosive eruption, followed by several additional minor explosions and
  133. extrusions of lava, and ended with the formation of the Goat Rocks lava dome
  134. by 1857.
  135.  
  136.      Mount St. Helens is the youngest of the major Cascade volcanoes, in the
  137. sense that its visible cone was entirely formed during the past 2,500 years,
  138. well after the melting of the last of the Ice Age glaciers about 10,000 years
  139. ago.  Mount St. Helens' smooth, symmetrical slopes are little affected by
  140. erosion as compared with its older, more glacially scarred neighbors - Mount
  141. Rainier and Mount Adams in Washington, and Mount Hood in Oregon.  As geologic
  142. studies progressed and the eruptive history of Mount St. Helens became better
  143. known, scientists became increasingly concerned about possible renewed
  144. eruptions.  The late William T. Pecora, a former Director of the USGS, was
  145. quoted in a May 10, 1968, newspaper article in the Christian Science Monitor
  146. as being "especially worried about snow-covered Mt. St. Helens."
  147.  
  148.      On the basis of its youth and its high frequency of eruptions over the
  149. past 4,500 years, Crandell, Mullineaux, and their colleague Meyer Rubin
  150. published in February 1975 that Mount St. Helens was the one volcano in the
  151. conterminous United States most likely to reawaken and to erupt "perhaps
  152. before the end of this century."  This prophetic conclusion was followed in
  153. 1978 by a more detailed report, in which Crandell and Mullineaux elaborated
  154. their earlier conclusion and analyzed, with maps and scenarios, the kinds,
  155. magnitudes, and areal extents of potential volcanic hazards that might be
  156. expected from future eruptions of Mount St. Helens.  Collectively, these two
  157. publications contain one of the most accurate forecasts of a violent geologic
  158. event.
  159.  
  160. Reawakening and Initial Activity
  161.  
  162.      A magnitude 4.2 (Richter Scale) earthquake on March 20, 1980, at 3:47
  163. p.m. Pacific Standard Time (PST), preceded by several much smaller earthquakes
  164. beginning as early as March 16, was the first substantial indication of Mount
  165. St. Helens' awakening from its 123-year sleep.  Earthquake activity increased
  166. during the following week, gradually at first and then rather dramatically at
  167. about noon on March 25.  The number of earthquakes recorded daily reached peak
  168. levels in the next 2 days, during which 174 shocks with magnitudes greater
  169. than 2.6 were recorded.  Many hundreds of smaller earthquakes accompanied
  170. these larger events, the largest of which were felt by people living close to
  171. the volcano.  Aerial observations of Mount St. Helens during the week of
  172. seismic buildup revealed small earthquake-induced avalanches of snow and ice,
  173. but no sign of an eruption.
  174.  
  175.      With a thunderous explosion, or possibly two nearly simultaneous ones,
  176. widely heard in the region at about 12:36 p.m. PST on March 27, Mount St.
  177. Helens began to spew ash and steam, marking the first significant eruption in
  178. the conterminous United States since that of Lassen Peak, California, from
  179. 1914 to 1917.  The crown of the ash column rose to about 6,000 feet above the
  180. volcano.  The initial explosions formed a 250-foot-wide crater within the
  181. larger, preexisting snow- and ice-filled summit crater, and new fractures
  182. broke across the summit area.
  183.  
  184.      Through April 21, Mount St. Helens intermittently ejected ash and steam
  185. in bursts lasting from a few seconds to several tens of minutes.  The first
  186. crater was joined on the west by a second, slightly larger crater, and as the
  187. activity continued, both craters enlarged and ultimately merged.  Several
  188. avalanches of snow and ice, darkened by ash, formed prominent streaks down the
  189. mountain's slopes.  The effect of the prevailing easterly wind was striking
  190. during the March-April eruptive activity, transforming the snow-covered Mount
  191. St. Helens into a "two-tone" mountain.
  192.  
  193.      The ash blown out between March 27 and May 18 was derived entirely from
  194. the 350-year-old summit dome, shattered and pulverized by phreatic
  195. (steam-blast) processes driven by the explosively expanding, high-temperature
  196. steam and other gases.  No magma (molten rock and contained gases) was tapped
  197. during the initial eruptions.
  198.  
  199.      Intense earthquake activity persisted at the volcano during and between
  200. visible eruptive activity.  As early as March 31, seismographs also began
  201. recording occasional spasms of harmonic tremor a type of continuous, rhythmic
  202. ground shaking different from the discrete sharp jolts characteristic of
  203. earthquakes.  Such continuous ground vibrations, commonly associated with
  204. eruptions at volcanoes in Hawaii, Iceland, Japan, and elsewhere, are
  205. interpreted to reflect subsurface movement of fluids, either gas or magma.
  206. The combination of sustained strong earthquake activity and harmonic tremor at
  207. Mount St. Helens suggested to scientists that magma and associated gases were
  208. on the move within the volcano, thereby increasing the probability of magma
  209. eruption.
  210.  
  211.      Visible eruptive activity ceased temporarily in late April and early May.
  212. Small steam-blast eruptions resumed on May 7, continued intermittently for the
  213. next several days, and ceased again by May 16.  During this interval, the
  214. forceful intrusion of magma into the volcano continued with no respite, as was
  215. shown by intense seismic activity and visible swelling and cracking of the
  216. volcano.  The swelling was easily measurable and affected a large area on the
  217. north face of Mount St. Helens; this area became known as the "bulge," the
  218. initial growth of which probably began during the first eruption (March 27) or
  219. perhaps even a few days before. Through mid-May about 10,000 earthquakes were
  220. recorded.  The earthquake activity was concentrated in a small zone less than
  221. 1.6 miles directly beneath the bulge on the north flank of Mount St. Helens.
  222.  
  223.      A comparison of aerial photographs taken in the summer of 1979 with those
  224. taken during and after April 1980 showed that by May 12 certain parts of the
  225. bulge near the summit were more than 450 feet higher than before the magma
  226. intrusion began.  Repeated measurements begun in late April with precise
  227. electronic instruments that shoot a laser beam to reflector targets placed on
  228. and around the bulge showed that it was growing northward at an astonishing
  229. rate of about 5 feet per day.  The movement was predominantly horizontal -
  230. clear evidence that the bulge was not simply slipping down the volcano's steep
  231. slope.  As the bulge moved northward, the summit area behind it progressively
  232. sank, forming a complex down-dropped block called a graben.  These changes in
  233. the volcano's shape were related to the overall deformation that increased the
  234. volume of the mountain by 0.03 cubic mile by mid-May.  This volume increase
  235. presumably corresponded to the volume of magma that pushed into the volcano
  236. and deformed its surface.  Because the intruded magma remained below ground
  237. and was not directly visible, it was called a cryptodome, in contrast to a
  238. true volcanic dome exposed at the surface.
  239.  
  240.      In summary, during late March to mid-May 1980, Mount St. Helens was
  241. shaken by hundreds of earthquakes, intermittently erupted ash and debris
  242. derived by steam blast reaming out of its preexisting summit dome, and
  243. experienced extremely large and rapid deformation caused by magma intrusion.
  244. The hot intruding magma provided the thermal energy to heat groundwater, which
  245. explosively flashed to generate and sustain the observed steam-blast
  246. eruptions.  For 2 months the volcano was literally being wedged apart,
  247. creating a highly unstable and dangerous situation.  The eventual collapse of
  248. the bulge on the north flank triggered the chain of catastrophic events that
  249. took place on May 18, 1980.
  250.  
  251. The Climactic Eruption of May 18, 1980
  252.  
  253.      May 18, a Sunday, dawned bright and clear.  At 7 am. Pacific Daylight
  254. Time (PDT), USGS volcanologist David A. Johnston, who had Saturday night duty
  255. at an observation post about 6 miles north of the volcano, radioed in the
  256. results of some laserbeam measurements he had made moments earlier that
  257. morning.  Even considering these measurements, the status of Mount St. Helens'
  258. activity that day showed no change from the pattern of the preceding month.
  259. Volcano-monitoring data - seismic, rate of bulge movement, sulfur-dioxide gas
  260. emission, and ground temperature revealed no unusual changes that could be
  261. taken as warning signals for the catastrophe that would strike about an hour
  262. and a half later.  About 20 seconds after 8:32 a.m. PDT, apparently in
  263. response to a magnitude 5.1 earthquake about 1 mile beneath the volcano, the
  264. bulged, unstable north flank of Mount St. Helens suddenly began to collapse,
  265. triggering a rapid and tragic train of events that resulted in widespread
  266. devastation and the loss of 60 people, including volcanologist Johnston.
  267.  
  268. [See Ash Cloud: The climactic eruption in full fury in the late morning of May
  269. 18, 1980.]
  270.  
  271. Debris avalanche
  272.  
  273.      Although the triggering earthquake was of slightly greater magnitude than
  274. any of the shocks recorded earlier at the volcano, it was not unusual in any
  275. other way.  What happened within the next few seconds was described by
  276. geologists Keith and Dorothy Stoffel, who at the time were in a small plane
  277. over the volcano's summit.  Among the events they witnessed, they
  278.  
  279.  
  280. noticed landsliding of rock and ice debris inward into the crater . . . the
  281. south-facing wall of the north side of the main crater was especially active.
  282. Within a matter of seconds, perhaps 15 seconds, the whole north side of the
  283. summit crater began to move instantaneously.  The nature of movement was
  284. eerie. . . .  The entire mass began to ripple and churn up, without moving
  285. laterally.  Then the entire north side of the summit began sliding to the
  286. north along a deep-seated slide plane.  I [Keith Stoffel] was amazed and
  287. excited with the realization that we were watching this landslide of
  288. unbelievable proportions. . . .  We took pictures of this slide sequence
  289. occurring, but before we could snap off more than a few pictures, a huge
  290. explosion blasted out of the detachment plane.  We neither felt nor heard a
  291. thing, even though we were just east of the summit at this time.
  292.  
  293.  
  294.      Realizing their dangerous situation, the pilot put the plane into a steep
  295. dive to gain speed, and thus was able to outrun the rapidly mushrooming
  296. eruption cloud that threatened to engulf them.  The Stoffels were fortunate to
  297. escape, and other scientists were fortunate to have their eyewitness account
  298. to help unscramble the sequence and timing of the quick succession of events
  299. that initiated the May 18 eruption.
  300.  
  301.      The collapse of the north flank produced the largest landslide-debris
  302. avalanche recorded in historic time.  Detailed analysis of photographs and
  303. other data shows that an estimated 7-20 seconds (about 10 seconds seems most
  304. reasonable) elapsed between the triggering earthquake and the onset of the
  305. flank collapse.  During the next 15 seconds, first one large block slid away,
  306. then another large block began to move, only to be followed by still another
  307. block.  The series of slide blocks merged downslope into a gigantic debris
  308. avalanche, which moved northward at speeds of 155 to 180 miles an hour.  Part
  309. of the avalanche surged into and across Spirit Lake, but most of it flowed
  310. westward into the upper reaches of the North Fork of the Toutle River.  At one
  311. location, about 4 miles north of the summit, the advancing front of the
  312. avalanche still had sufficient momentum to flow over a ridge more than 1,150
  313. feet high.  The resulting hummocky avalanche deposit consisted of intermixed
  314. volcanic debris, glacial ice, and, possibly, water displaced from Spirit Lake.
  315. Covering an area of about 24 square miles, the debris avalanche advanced more
  316. than 13 miles down the North Fork of the Toutle River and filled the valley to
  317. an average depth of about 150 feet; the total volume of the deposit was about
  318. 0.7 cubic mile.  The dumping of avalanche debris into Spirit Lake raised its
  319. bottom by about 295 feet and its water level by about 200 feet.
  320.  
  321. [See Debris River: View up the North Fork Toutle River toward Mount St. Helens
  322. showing the valley choked with the hummocky deposits of the debris avalanche.]
  323.  
  324. Lateral "blast"
  325.  
  326.      Within a few seconds after the onset and mobilization of the debris
  327. avalanche, the climactic eruptions of May 18 began as the sudden unloading of
  328. much of the volcano's north flank abruptly released the pent-up pressure of
  329. the volcanic system.  The sudden removal of the upper part of the volcano by
  330. the landslides triggered the almost instantaneous expansion (explosion) of
  331. high temperature-high pressure steam present in cracks and voids in the
  332. volcano and of gases dissolved in the magma that caused the bulge of the
  333. cryptodome.  The abrupt pressure release, or "uncorking," of the volcano by
  334. the debris avalanche can be compared in some ways to the sudden removal of the
  335. cap or a thumb from a vigorously shaken bottle of soda pop, or to punching a
  336. hole in a boiler tank under high pressure.
  337.  
  338.      At Mount St. Helens, the "uncorking" unleashed a tremendous,
  339. northward-directed lateral blast of rock, ash, and hot gases that devastated
  340. an area of about 230 square miles in a fan-shaped sector north of the volcano.
  341. To the south, the devastated area was much less, extending only a small
  342. distance downslope from the summit.  Along with older volcanic debris, the
  343. blast also included the first magmatic material erupted by Mount St. Helens,
  344. indicating that the landslides and the ensuing blast had exposed the
  345. cryptodome magma.
  346.  
  347. [See Blasted Forest: What appear to be blades of mown grass are actually large
  348. trees, some over 100 feet tall, flattened by the tremendous force of the
  349. lateral blast, even out to distances as far as 19 miles from the volcano.]
  350.  
  351.      Although the lateral blast began some seconds later than the debris
  352. avalanche, the blast's velocity was much greater, so that it soon overtook the
  353. avalanche.  Calculations have shown that the blast's initial velocity of about
  354. 220 miles an hour quickly increased to about 670 miles an hour.  The average
  355. velocity did not surpass the speed of sound in the atmosphere (about 735 miles
  356. an hour).  This observation is consistent with the lack of reports of loud
  357. atmospheric shocks or "sonic booms" from nearby observers such as Keith and
  358. Dorothy Stoffel in the light plane or survivors on the ground.  In some areas
  359. near the blast front, however, the velocity may have approached, or even
  360. exceeded, the supersonic rate for a few moments.
  361.  
  362.      The blast was widely heard hundreds of miles away in the Pacific
  363. Northwest, including parts of British Columbia, Montana, Idaho, and northern
  364. California.  Yet, in many areas much closer to Mount St. Helen - for example,
  365. Portland, Oregon, only 50 miles away - the blast was not heard.  Subsequent
  366. studies by the Oregon Museum of Science and Industry demonstrated a so-called
  367. "quiet zone" around Mount St. Helens, extending radially a few tens of miles,
  368. in which the eruption was not heard.  The creation of the "quiet zone" and the
  369. degree to which the eruption was heard elsewhere depended on the complex
  370. response of the eruption sound waves to differences in temperature and air
  371. motion of the atmospheric layers and, to a lesser extent, local topography.
  372.  
  373.      The near-supersonic lateral blast, loaded with volcanic debris, caused
  374. widespread devastation as far as 19 miles from the volcano.  The area affected
  375. by the blast can be subdivided into three roughly concentric zones:
  376.  
  377.      (1) Direct blast zone, the innermost zone, averaged about 8 miles in
  378. radius, an area in which virtually everything, natural or manmade, was
  379. obliterated or carried away.  For this reason, this zone also has been called
  380. the "tree-removal zone."  The flow of the material carried by the blast was
  381. not deflected by topographic features in this zone.
  382.  
  383.      (2) Channelized blast zone, an intermediate zone, extended out to
  384. distances as far as 19 miles from the volcano, an area in which the flow
  385. flattened everything in its path and was channeled to some extent by
  386. topography.  In this zone, the force and direction of the blast are strikingly
  387. demonstrated by the parallel alignment of toppled large trees, broken off at
  388. the base of the trunk as if they were blades of grass mown by a scythe.  This
  389. zone was also known as the "tree-down zone."
  390.  
  391.      (3) Seared zone, the outermost fringe of the impacted area, a zone in
  392. which trees remained standing, but singed brown by the hot gases of the blast.
  393.  
  394.      A similar, but narrower and northeast-trending, strong laterally directed
  395. explosion occurred at Mount St. Helens about 1,100 years ago.  The blast of
  396. May 18, 1980, however, traveled at least three times as far as the
  397. 1,100-year-old blast.  Thus, the occurrence of a lateral blast such as that of
  398. May 18 was not the first in Mount St. Helens' history, but its power and
  399. resulting destruction were unprecedented.  The lateral blast, debris
  400. avalanche, and associated mudflows and floods caused most of the casualties
  401. and destruction on May 18; the adverse impact of volcanic ash fallout downwind
  402. was minor by comparison.
  403.  
  404. Ash eruption and fallout
  405.  
  406.      A strong, vertically directed explosion of ash and steam began very
  407. shortly after the lateral blast.  The resulting eruptive column rose very
  408. quickly.  In less than 10 minutes, the ash column reached an altitude of more
  409. than 12 miles and began to expand into a characteristic mushroom-shaped ash
  410. cloud.  Near the volcano, the swirling ash particles in the atmosphere
  411. generated lightning, which in turn started many forest fires.  As the eruption
  412. roared on, the major part of the ash cloud drifted downwind in an
  413. east-northeasterly direction, although ash that rose above the high-speed
  414. (jet-stream) winds followed other paths determined by complex wind directions.
  415.  
  416.      Clear skies permitted tracking the advance of the drifting cloud by
  417. satellite imagery.  Moving at an average speed of about 60 miles an hour, the
  418. cloud reached Yakima, Washington, by 9:45 a.m. PDT and Spokane, Washington, by
  419. 11:45 a.m.  The ash cloud was dense enough to screen out nearly all sunlight,
  420. activating darkness-sensitive switches on street lights in Yakima and Spokane.
  421. Street lights remained on for the rest of the darkened day, as the eruption
  422. continued vigorously for more than 9 hours, pumping ash into the atmosphere
  423. and feeding the drifting ash cloud.
  424.  
  425.      The eruptive column fluctuated in height through the day, but the
  426. eruption subsided by late afternoon on May 18.  By early May 19, the eruption
  427. had stopped.  By that time, the ash cloud had spread to the central United
  428. States.  Two days later, even though the ash cloud had become more diffuse,
  429. fine ash was detected by systems used to monitor air pollution in several
  430. cities of the northeastern United States.  Some of the ash drifted around the
  431. globe within about 2 weeks.  After circling many more times, most of the ash
  432. settled to the Earth's surface, but some of the smallest fragments and
  433. aerosols are likely to remain suspended in the upper atmosphere for years.
  434.  
  435.      Prevailing winds distributed the fallout from the ash cloud over a wide
  436. region.  Light ash falls were reported in most of the Rocky Mountain States,
  437. including northern New Mexico, and fine ash dusted a few scattered areas
  438. farther east and northeast of the main path.  The heaviest ash deposition
  439. occurred in a 60-mile-long swath immediately downwind of the volcano.  Another
  440. area of thick ash deposition, however, occurred near Ritzville in eastern
  441. Washington, about 195 miles from Mount St. Helens, where nearly 2 inches of
  442. ash blanketed the ground, more than twice as much as at Yakima, which is only
  443. about half as far from the volcano.  Scientists believe that this unexpected
  444. variation in ash thickness may reflect differences in wind velocity and
  445. direction with altitude, fluctuations in the height of the ash column during
  446. the 9 hours of activity, and the effect of localized clumping of fine ash
  447. particles leading to preferential fallout of the large particle clumps.
  448.  
  449.      During the 9 hours of vigorous eruptive activity, about 540 million tons
  450. of ash fell over an area of more than 22,000 square miles.  The total volume
  451. of the ash before its compaction by rainfall was about 0.3 cubic mile,
  452. equivalent to an area the size of a football field piled about 150 miles high
  453. with fluffy ash.  The volume of the uncompacted ash is equivalent to about
  454. 0.05 cubic mile of solid rock, or only about 7 percent of the amount of
  455. material that slid off in the debris avalanche.  The eruption of ash also
  456. further enlarged the depression formed initially by the debris avalanche and
  457. lateral blast, and helped to create a great amphitheater shaped crater open to
  458. the north.  This new crater was about 1 mile by 2 miles wide and about 2,100
  459. feet deep from its rim to its lowest point.  The area of this crater roughly
  460. encompassed that of the former bulge on the north flank of the volcano and the
  461. former summit dome.  After the eruption, the highest point on the volcano was
  462. about 8,364 feet, or 1,313 feet lower than the former summit elevation.
  463.  
  464. Pyroclastic flows
  465.  
  466.      The term "pyroclastic" derived from the Greek words pyro (fire) and
  467. klastos (broken) describes materials formed by the fragmentation of magma and
  468. rock by explosive volcanic activity.  Most volcanic ash is basically
  469. fine-grained pyroclastic material composed of tiny particles of explosively
  470. disintegrated old volcanic rock or new magma.  Larger sized pyroclastic
  471. fragments are called lapilli blocks, or bombs.  Pyroclastic flow - sometimes
  472. called nuees ardentes (French for "glowing clouds") - are hot, often
  473. incandescent mixtures of volcanic fragments and gases that sweep along close
  474. to the ground.  Depending on the volume of material, proportion of solids to
  475. gas, temperature, and slope gradient, the flows can travel at velocities as
  476. great as 450 miles an hour.  Pyroclastic flows can be extremely destructive
  477. and deadly because of their high temperature and mobility.  During the 1902
  478. eruption of Mont Pelee (Martinique, West Indies), for example, a nuee ardente
  479. demolished the coastal city of St. Pierre, killing nearly 30,000 inhabitants.
  480.  
  481.      Pyroclastic flows commonly are produced either by the fallback and
  482. downslope movement of fragments from an eruption column or by the direct
  483. frothing over at the vent of magma undergoing rapid gas loss.  Volcanic froth
  484. so formed is called pumice.  Pyroclastic flows originated in both ways at
  485. Mount St. Helens on May 18, but flows of mappable volume were of the latter
  486. type.  The flows were entirely restricted to a small fan-shaped zone that
  487. flares northward from the summit crater.
  488.  
  489.      Pyroclastic flows were first directly observed at 12:17 p.m. PDT,
  490. although they probably began to form shortly after the lateral blast.  They
  491. continued to occur intermittently during the next 5 hours of strong eruptive
  492. activity.  Eyewitness accounts indicated that the more voluminous pyroclastic
  493. flows originated by the upwelling of volcanic ejecta to heights below the rim
  494. of the crater, followed by lateral flow northward through the breach of the
  495. crater.  One scientist likened this process to a "pot of oatmeal boiling
  496. over."  Most of the rock in these flows was pumice.  A few smaller pyroclastic
  497. flows were observed to form by gravitational collapse of parts of the high
  498. eruption column.  The successive outpourings of pyroclastic material consisted
  499. mainly of new magmatic debris rather than fragments of preexisting volcanic
  500. rocks.  The resulting deposits formed a fan-like pattern of overlapping
  501. sheets, tongues, and lobes.  At least 17 separate pyroclastic flows occurred
  502. during the May 18 eruption, and their aggregate volume was about 0.05 cubic
  503. mile.
  504.  
  505.      When temperature measurements could safely be made in the pyroclastic
  506. flows 2 weeks after they were erupted, the deposits ranged in temperature from
  507. about 570 degrees to 785 degrees F.  As might be expected, when the hot
  508. material of the debris avalanche and the even hotter pyroclastic flows
  509. encountered bodies of water or moist ground, the water flashed explosively to
  510. steam; the resulting phreatic (steam-blast) explosions sent plumes of ash and
  511. steam as high as 1.2 miles above the ground.  These "secondary" or "rootless"
  512. steam-blast eruptions formed many explosion pits on the northern margin of the
  513. pyroclastic flow deposits, at the south shore of Spirit Lake, and along the
  514. upper part of the North Fork of the Toutle River.  These steam-blast
  515. explosions continued sporadically for weeks or months after the emplacement of
  516. pyroclastic flows, and at least one occurred about a year later, on May 16,
  517. 1981.
  518.  
  519. Mudflows and floods
  520.  
  521.      Mudflows - mobile mixtures of volcanic debris and water - often accompany
  522. pyroclastic eruptions, if water is available to erode and transport the loose
  523. pyroclastic deposits on the steep slopes of stratovolcanoes.  Destructive
  524. mudflows and debris flows began within minutes of the onset of the May 18
  525. eruption, as the hot pyroclastic materials in the debris avalanche, lateral
  526. blast, and ash falls melted snow and glacial ice on the upper slopes of Mount
  527. St. Helens.  Mudflows are also called Iharas, a term borrows from Indonesia,
  528. where volcanic eruptions have produced many such deposits.
  529.  
  530.      Mudflows here observed as early as 8:50 am. PDT in the upper reaches of
  531. the South Fork of the Toutle River.  The largest and most destructive
  532. mudflows, however, were those that developed several hours later in the North
  533. Fork of the Toutle River, when the water-saturated parts of the massive debris
  534. avalanche deposits began to slump and flow.  The mudflows in the Toutle River
  535. drainage area ultimately dumped more than 65 million cubic yards of sediment
  536. along the lower Cowlitz and Columbia River.  The water-carrying capacity of
  537. the Cowlitz River was reduced by 85 percent, and the depth of the Columbia
  538. River navigational channel was decreased from 39 feet to less than 13 feet,
  539. disrupting river traffic and choking off ocean shipping.  Mudflows also swept
  540. down the southeast flank of the volcano - along the Swift Creek, Pine Creek,
  541. and Muddy River drainage - and emptied nearly 18 million cubic yards of water,
  542. mud, and debris into the Swift Reservoir.  The water level of the reservoir
  543. had been purposely kept low as a precaution to minimize the possibility that
  544. the reservoir could be overtopped by the additional water-mud-debris load to
  545. cause flooding of the valley downstream.  Fortunately, the volume of the
  546. additional load was insufficient to cause overtopping even if the reservoir
  547. had been full.
  548.  
  549.      On the upper steep slopes of the volcano, the mudflows traveled as fast
  550. as 90 miles an hour; the velocity then progressively slowed to about 3 miles
  551. an hour as the flows encountered the flatter and wider parts of the Toutle
  552. River drainage.  Even after traveling many tens of miles from the volcano and
  553. mixing with cold waters, the mudflows maintained temperatures in the range of
  554. about 84 degrees to 91 degrees F.; they undoubtedly had higher temperatures
  555. closer to the eruption source.  Shortly before 3 p.m., the mud and
  556. debris-choked Toutle River crested about 21 feet above normal at a point just
  557. south of the confluence of the North and South Forks.  Another stream gage at
  558. Castle Rock, about 3 miles downstream from where the Toutle joins the Cowlitz,
  559. indicated a high-water (and mud) mark also about 20 feet above normal at
  560. midnight of May 18.  Locally the mudflows surged up the valley walls as much
  561. as 360 feet and over hills as high as 250 feet.  From the evidence left by the
  562. "bathtub-ring" mudlines, the larger mudflows at their peak averaged from 33 to
  563. 66 feet deep.  The actual deposits left behind after the passage of the
  564. mudflow crests, however, were considerably thinner, commonly less than 10
  565. percent of their depth during peak flow.  For example, the mudflow deposits
  566. along much of the Toutle River averaged less than 3 feet thick.
  567.  
  568. The catastrophic first minute
  569.  
  570.      During the initial hours of the May 18 activity, people were obviously
  571. confused about the nature and sequence of the phenomena taking place.  Did the
  572. eruption trigger the 5.1 magnitude earthquake or did the earthquake trigger
  573. the eruption?  Or were both associated with some other, but unknown, cause or
  574. causes?  At first, these questions and others could not be answered because of
  575. the rapidity of developments and the initial lack of firsthand observations by
  576. people who were close to the mountain and who survived the catastrophe.  It
  577. was not until many hours, indeed days, later that scientists were able to
  578. reconstruct clearly the sequence of events.  The reconstruction was aided by
  579. eyewitness accounts.  Geologists Keith and Dorothy Stoffel, flying over the
  580. volcano in a small plane when the earthquake struck, observed "minor
  581. landsliding of rock and ice debris" into the crater.  Within the next 15
  582. seconds, the north flank of the volcano "began to ripple and churn up, without
  583. moving laterally."  At the same time the Stoffels were witnessing from the air
  584. the developing debris avalanche, a remarkable series of ground-based
  585. photographs was being taken by Keith Ronnholm and Gary Rosenquist from Bear
  586. Meadows, a camping area located about 11 miles northeast of Mount St. Helens.
  587. Seconds after the earthquake, William Dilly, a member of the Rosenquist party,
  588. noticed through binoculars that the north flank was becoming "fuzzy, like
  589. there was dust being thrown down the side" and shouted that the "mountain was
  590. going."  Within seconds Rosenquist began taking photographs .n rapid
  591. succession.
  592.  
  593.      Frame-by-frame analysis of the Rosenquist photographs, taken within a
  594. span of about 40 seconds, together with seismic and other evidence,
  595. established the following sequence of events during the first minute of the
  596. climactic eruption.  The times indicated are in hours, minutes, and seconds
  597. (Pacific Daylight Time).
  598.  
  599.      08:27 (approximate) Pre-earthquake view of the bulge on the volcano's
  600. north flank produced by the growing cryptodome of magma intruded since March
  601. 20.  About 5 minutes later (08:32:11.4 PDT), a 5.1 magnitude earthquake struck
  602. beneath the mountain at shallow depth.
  603.  
  604.      08:32:47.0 Estimate of the time of the first photograph in Rosenquist's
  605. sequence that shows movement of the mountain.  By this time, the first slide
  606. block had already dropped about 2,300 feet and a second block behind it had
  607. slid 330 feet.  The beginning of the north flank's collapse and downward
  608. movement to initiate the debris avalanche was estimated to be 26 seconds
  609. earlier (08:32:21.0 PDT).
  610.  
  611.      08:32:49.2 A little more than 2 seconds later, as the slide blocks
  612. continued to move, the initial explosions of the vertical eruption column as
  613. well as the lateral blast, although obscure, had already begun.
  614.  
  615.      08:32:53.3 The first slide block now had dropped sufficiently to expose
  616. more of the cryptodome magma, accelerating the explosive expansion of gases in
  617. the magma and the eruption of the first magmatic material of the 1980
  618. eruptions.
  619.  
  620.      08:33:03.7 The continuing movement of the slide blocks and explosions had
  621. now thoroughly "uncorked" the magmatic system of the cryptodome, and old and
  622. new (magmatic) debris were blasted outward by increasingly more powerful
  623. explosions.  The high-velocity lateral blast cloud, with its clearly visible
  624. trajectory trails of large blocks, was overtaking the slower moving debris
  625. avalanche.
  626.  
  627.      8:33:18.8 Less than a minute after the start of the debris avalanche, the
  628. eruption of Mount St. Helens was in full fury, further enlarging the crater as
  629. smaller slide blocks fell into the vent and were blasted away.  The leading
  630. front of the lateral blast now had completely overtaken the debris avalanche.
  631.  
  632.      The lateral blast at the vent probably lasted no more than about 30
  633. seconds, but the northward radiating and expanding blast cloud continued for
  634. about another minute, extending to areas more than 16 miles from the volcano.
  635. Shortly after the blast shot out laterally, the vertically directed ash column
  636. rose to an altitude of about 16 miles in less than 15 minutes and the vigorous
  637. emission of ash continued for the next 9 hours. The eruption column began to
  638. decline at about 5:30 p.m. and diminished to a very low level by early morning
  639. of May 19.
  640.  
  641.      The extraordinary photographic documentation of the first minute enabled
  642. scientists to reconstruct accurately what had happened.  The 5.1 magnitude
  643. earthquake caused the gravitational collapse of Mount St. Helens' north flank,
  644. which produced the debris avalanche and triggered the ensuing violent lateral
  645. and vertical eruptions.  From a scientific perspective, it was fortunate that
  646. the initial May 18 events occurred during daylight hours under cloudless
  647. conditions; otherwise, the sequence of events during that crucial first minute
  648. following the earthquake would have been difficult to reconstruct precisely.
  649.  
  650. Impact and aftermath
  651.  
  652.      The May 18, 1980, eruption was the most destructive in the history of the
  653. United States.  Novarupta (Katmai) Volcano, Alaska, erupted considerably more
  654. material in 1912, but owing to the isolation and sparse population of the
  655. region affected, there were no human deaths and little property damage.  In
  656. contrast, Mount St. Helens' eruption in a matter of hours caused loss of lives
  657. and widespread destruction of valuable property, primarily by the debris
  658. avalanche, the lateral blast, and the mudflows.
  659.  
  660.      Landscape changes caused by the May 18 eruption were readily seen on
  661. high-altitude photographs.  Such images, however, cannot reveal the impacts of
  662. the devastation on people and their works.  The May 18 eruption resulted in
  663. scores of injuries and the loss of about 60 lives (35 known deaths and 25
  664. missing persons).  Within the United States before May 18, 1980, only two
  665. known casualties had been attributed to volcanic activity - a photographer was
  666. struck by falling rocks during the explosive eruption of Kilauea Volcano,
  667. Hawaii, in 1924; and an Army sergeant who disappeared during the 1944 eruption
  668. of Cleveland Volcano, Chuginadak Island, Aleutians.  Autopsies indicated that
  669. most of Mount St. Helens' victims died by asphyxiation from inhaling hot
  670. volcanic ash, and some by thermal and other injuries.
  671.  
  672.      The lateral blast, debris avalanche, mudflows, and flooding caused
  673. extensive damage to land and civil works.  All buildings and related manmade
  674. structures in the vicinity of Spirit Lake were buried.  More than 200 houses
  675. and cabins were destroyed and many more were damaged in Skamania and Cowlitz
  676. Counties, leaving many people homeless.  Many tens of thousands of acres of
  677. prime forest, as well as recreational sites, bridges, roads, and trails, were
  678. destroyed or heavily damaged.  More than 185 miles of highways and roads and
  679. 15 miles of railways were destroyed or extensively damaged.  Trees amounting
  680. to more than 4 billion board feet of salable timber were damaged or destroyed,
  681. primarily by the lateral blast.  At least 25 percent of the destroyed timber
  682. has been salvaged since September 1980.  Hundreds of loggers have been
  683. involved in the timber-salvage operations, and, during peak summer months,
  684. more than 600 truckloads of salvaged timber were retrieved each day.
  685.  
  686.      Wildlife in the Mount St. Helens area also suffered heavily.  The
  687. Washington State Department of Game estimated that nearly 7,000 big game
  688. animals (deer, elk, and bear) perished in the area most affected by the
  689. eruption, as well as all birds and most small mammals.  A few small animals,
  690. chiefly burrowing rodents, frogs, salamanders, and crawfish, managed to
  691. survive because they were below ground level or water surface when the
  692. disaster struck.  The Washington Department of Fisheries estimated that 12
  693. million Chinook and Coho salmon fingerlings were killed when hatcheries were
  694. destroyed; these might have developed into about 360,000 adult salmon.
  695. Another estimated 40,000 young salmon were lost when they were forced to swim
  696. through the turbine blades of hydroelectric generators because the levels of
  697. the reservoirs along the Lewis River south of Mount St. Helens were kept low
  698. to accommodate possible mudflows and flooding.
  699.  
  700.      Downwind of the volcano, in areas of thick ash accumulation, many
  701. agricultural crops, such as wheat, apples, potatoes, and alfalfa, were
  702. destroyed.  Many crops survived, however, in areas blanketed by only a thin
  703. covering of ash.  In fact, the apple and wheat production in 1980 was higher
  704. than normal due to greater-than-average summer precipitation.  The crusting of
  705. ash also helped to retain soil moisture through the summer.  Moreover, in the
  706. long term, the ash may provide beneficial chemical nutrients to the soils of
  707. eastern Washington, which themselves were formed of older glacial deposits
  708. that contain a significant ash component.  Effects of the ash fall on the
  709. water quality of streams, lakes, and rivers were short-lived and minor.
  710.  
  711.      The ash fall, however, did pose some temporary major problems for
  712. transportation operations and for sewage-disposal and water-treatment systems.
  713. Because visibility was greatly decreased during the ash fall, many highways
  714. and roads were closed to traffic, some only for a few hours, but others for
  715. weeks.  Interstate 90 from Seattle to Spokane, Washington, was closed for a
  716. week.  Air transportation was disrupted for a few days to 2 weeks as several
  717. airports in eastern Washington shut down due to ash accumulation and attendant
  718. poor visibility.  Over a thousand commercial flights were canceled following
  719. airport closures.
  720.  
  721.      The fine-grained, gritty ash caused substantial problems for internal-
  722. combustion engines and other mechanical and electrical equipment.  The ash
  723. contaminated oil systems, clogged air filters, and scratched moving surfaces.
  724. Fine ash caused short circuits in electrical transformers, which in turn
  725. caused power blackouts.  The sewage-disposal systems of several municipalities
  726. that received about half an inch or more of ash, such as Moses Lake and
  727. Yakima, Washington, were plagued by ash clogging and damage to pumps, filters,
  728. and other equipment.  Fortunately, as these same cities used deep wells and
  729. closed storage, their water-supply systems were only minimally affected.
  730.  
  731.      The removal and disposal of ash from highways, roads, buildings, and
  732. airport runways were monumental tasks for some eastern Washington communities.
  733. State and Federal agencies estimated that over 2.4 million cubic yards of ash
  734. - equivalent to about 900,000 tons in weight - were removed from highways and
  735. airports in Washington State.  Ash removal cost $2.2 million and took 10 weeks
  736. in Yakima.  The need to remove ash quickly from transportation routes and
  737. civil works dictated the selection of some disposal sites.  Some cities used
  738. old quarries and existing sanitary landfills; others created dumpsites
  739. wherever expedient.  To minimize wind reworking of ash dumps, the surfaces of
  740. some disposal sites have been covered with topsoil and seeded with grass.
  741. About 250,000 cubic yards of ash have been stockpiled at five sites and can be
  742. retrieved easily for constructional or industrial use at some future date if
  743. economic factors are favorable.
  744.  
  745.      What was the cost of the destruction and damage caused by the May 18
  746. eruption?  Accurate cost figures remain difficult to determine.  Early
  747. estimates were too high and ranged from $2 to $3 billion, primarily reflecting
  748. the timber, civil works, and agricultural losses.  A refined estimate of $1.1
  749. billion was determined in a study by the International Trade Commission at the
  750. request of Congress.  A supplemental appropriation of $951 million for
  751. disaster relief was voted by Congress, of which the largest share went to the
  752. Small Business Administration, U.S. Army Corps of Engineers, and the Federal
  753. Emergency Management Agency.
  754.  
  755.      There were indirect and intangible costs of the eruption as well.
  756. Unemployment in the immediate region of Mount St. Helens rose tenfold in the
  757. weeks immediately following the eruption and then nearly returned to normal
  758. once timber salvaging and ash cleanup operations were underway.  Only a small
  759. percentage of residents left the region because of lost jobs owing to the
  760. eruption.  Several months after May 18, a few residents reported suffering
  761. stress and emotional problems, even though they had coped successfully during
  762. the crisis.  The counties in the region requested funding for mental health
  763. programs to assist such people.
  764.  
  765.      Initial public reaction to the May 18 eruption nearly dealt a crippling
  766. blow to tourism, an important industry in Washington.  Not only was tourism
  767. down in the Mount St. Helens-Gifford Pinchot National Forest area, but
  768. conventions, meetings, and social gatherings also were canceled or postponed
  769. at cities and resorts elsewhere in Washington and neighboring Oregon not
  770. affected by the eruption.  The negative impact on tourism and
  771. conventioneering, however, proved only temporary.  Mount St. Helens, perhaps
  772. because of its eruptive activity, has regained its appeal for tourists.  The
  773. U.S. Forest Service (USFS) and State of Washington opened visitor centers and
  774. provided access for people to view firsthand the volcano's awesome
  775. devastation.
  776.  
  777.      The spectacular eruption impressed upon the people in the Pacific
  778. Northwest that they share their lands with both active and potentially active
  779. volcanoes.  With the passage of time, the damaged forests, streams, and fields
  780. will heal, and the memory of the 1980 eruption and its impacts will fade in
  781. future generations.  The Mount St. Helens experience has been so thoroughly
  782. documented, however, that it likely will be a reminder for decades in the
  783. future of the possibility of renewed volcanic activity and destruction.
  784.  
  785.