这张照片拍摄于1886年查尔斯顿地震后的第二天，似乎捕捉到了向右偏移的铁路。对场景的计算机分析揭示了进入场景的距离（以米为单位）和偏移，从而讲述了不同的故事。轨道在弯曲处由于大约4英寸的纵向压缩而弯曲。插图显示了2023年的同一条赛道。来源：/Bilham and Hough
（神秘的地球）据科罗拉多大学博尔德分校：1886年8月31日晚些时候，当许多人还在睡觉时，一场大地震震撼了南卡罗来纳州查尔斯顿及其周边地区，建筑物倒塌，铁轨弯曲，沙子因液化而“沸腾”或起泡。当震动停止时，大约2000座建筑物受损，至少60人丧生。
1886年查尔斯顿地震是袭击美国东部最强烈的地震之一，远在波士顿、芝加哥和新奥尔良都有震感。从1670年欧洲人第一次在查尔斯顿定居到那时，该地区只经历了偶尔的轻微地震活动。
当余震袭击该地区时，地质学家和工程师迅速进入现场，记录详细的记录并拍摄损坏情况的照片。他们的观测以令人印象深刻的细节捕捉到了地面扰动，但科学家们还没有完全理解地震和断层之间的关系，因此他们无法拼凑出完整的故事。
美国地质调查局的地震学家苏珊·霍夫说：“查尔斯顿地震发生的时间是独一无二的。”。“如果它发生在75年前，我们会有更少的科学家接受培训并能够采取行动。如果它发生于10年后，地震图可能会记录下震动。”
地震发生一个多世纪后，Hough和CIRES研究员、科罗拉多大学博尔德分校的研究科学家Roger Bilham在原始记录和最近试图拼凑这场致命地震的故事的基础上，找到了这条线索。
Bilham说：“尽管在查尔斯顿周围的沼泽地下已经发现了十几条可能的断层，但在地震中破裂的实际断层仍然是个谜。”。
该团队对历史文件的搜索促使人们对查尔斯顿地震有了令人兴奋的新发现——从可能导致地震的断层到地面的震级和变形。
他们的工作于2023年和2024年发表在一系列四篇论文中，为科学家如何利用历史文献揭开其他地质谜团提供了一个例子。在地震活动不太频繁的大陆板块内部，这项工作可能有助于社区更好地评估未来地震的风险。
现场证据显示断层作用
Hough和Bilham通过深入挖掘事件的书面记录，包括采矿工程师Earle Sloan的记录，开始了对查尔斯顿地震的调查，他对查尔斯顿辐射的三条铁路的损坏进行了细致的记录和测量。他们怀疑斯隆笔记中隐藏的线索可以帮助他们确定造成地震的断层。
但他们必须先克服一些障碍。
Bilham解释说：“把这些数字转换成一个令人信服的故事简直是一场噩梦。”。“1886年的纸币无意中包含了输入错误和打字错误，这些错误和错误不分青红皂白地将搭扣的位置来回移动。”
2022年，该团队前往查尔斯顿，希望能解开这场混乱。他们将注意力集中在萨默维尔的一段铁轨上，1886年有报道称那里发生了严重的轨道骚乱。Bilham建议他们使用GPS方法来确定观测位置，斯隆使用铁路里程桩进行了统计。
令他们非常惊讶的是，科学家们发现了一条4.5米（14.8英尺）的直线轨道向右偏移。起初，科学家们不敢相信偏移量的大小，但仔细阅读斯隆的笔记后，他们发现他也描述了同一位置的偏移量。偏移可能意味着轨道下方的断层已经移动。现代地质学家已经在该地区发现了萨默维尔断层，但没有人将其与1886年的地震联系起来。
霍说：“这是一个偶然的时刻，为这个项目开辟了一个全新的维度。”。
当他们查看该地区的历史地图时，Bilham和Hough还发现，Summerville在地震后似乎上升了1米（3.3英尺），而附近多切斯特堡的码头自17世纪建造以来一直没有受到干扰。这些发现证实了1886年萨默维尔附近发生的重大事件。
识别罪魁祸首的新模型
为了确定1886年查尔斯顿地震的断层，科学家们建立了萨默维尔断层运动的数学破裂模型，该模型可以解释考古和地质证据，包括铁路轨道的右偏移和萨默维尔的隆起。
Bilham和Hough发现，沿着向西倾斜的萨默维尔断层的运动可以解释为什么该镇的位置高于周围的沼泽。该模型指出震级为7.3级，这与地震的大“感觉”区域和之前的估计一致。他们于2023年在《地震记录》上发表了研究结果。
Hough说：“事实证明，你可以把这些碎片放在一起，以确定导致地震的断层，并为断层是如何破裂的提出一个详细的模型。”。“这是第一次有人在查尔斯顿地震中这样做。”
在确定了潜在的罪魁祸首后，Hough和Bilham将注意力转移到了地面上的影响上。利用故障位置，他们模拟了不同位置的震动情况，并将结果与旧记录中的观测结果进行了比较。这一比较结果于2024年1月发表在《美国地震学会公报》上，支持了他们提出的7.3级震级。
变形轨道保留地震波
比拉姆继续挖掘历史文献，以找出距离萨默维尔20英里的铁轨为什么会弯曲和撕裂。
“这是一项具有里程碑意义的事业，”霍说。“这就像斯隆把火炬传给了罗杰。”
查尔斯顿地震后第二天拍摄的一张旧照片显示，铁轨穿过低洼沼泽的地方似乎有一段偏移。许多科学家利用这张照片推断出该地区的断层活动。
科学家们使用原始照片中一千个点的精确测量构建了变形铁路轨道的虚拟3D视图，该照片保存在查尔斯顿博物馆的档案中。这项工作带来了另一个令人震惊的认识——查尔斯顿周围弯曲的轨道共同记录了从震中传来的地震波的收缩和压缩。
Bilham说：“我们能够证明，所有地方都发生了弯曲，管线受到的压缩超过了伸缩缝的允许范围，管线在膨胀螺栓断裂的地方已经分开。”。
这项工作也发表在《美国地震学会公报》上。
大局
Hough和Bilham的努力表明，即使在137年后，科学家们仍然可以了解查尔斯顿地震的新情况，并有助于更广泛地了解该地区的地震活动。
霍说：“查尔斯顿是一块砖。”。“现在，我们了解了一个地点的一个事件，但要拼凑出更大的画面，还有很多工作要做。”
像查尔斯顿这样的板块内地震与同类地震不同，后者发生在大块地壳相互摩擦的地方。没有单一的模式来解释它们发生的原因，而且通常情况下，每个事件都需要进行独特的调查。但霍夫希望他们的工作能激励科学家更深入地研究过去和未来。
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