Νέες ενδείξεις για τον σεισμό του Τσάρλεστον, το 1886

Τα αρχεία «Dusty» προφέρουν νέα δεδομένα για τον σεισμό του Τσάρλεστον το 1886.

Η φωτογραφία που τραβήχτηκε την επόμενη μέρα του σεισμού στο Τσάρλεστον του 1886 φαίνεται να αποτυπώνει μια μετατόπιση της σιδηροδρομικής ράγας προς τα δεξιά. Η ανάλυση της σκηνής από υπολογιστή αποκαλύπτει αποστάσεις (σε μέτρα) και μετατοπίσεις στη σκηνή που λένε μια διαφορετική ιστορία. Η διαδρομή έχει λυγίσει σε μια στροφή. Από: Bilham και Hough.

Αργά στις 31 Αυγούστου 1886, ενώ πολλοί άνθρωποι κοιμόντουσαν, ένας μεγάλος σεισμός ταρακούνησε το Τσάρλεστον της Νότιας Καρολίνας και τη γύρω περιοχή, γκρεμίζοντας κτίρια, λυγίζοντας σιδηροδρομικές γραμμές και προκαλώντας «βράσιμο» ή φυσαλίδες άμμου από ρευστοποίηση. Μέχρι να σταματήσει η δόνηση, περίπου 2.000 κατασκευές υπέστησαν ζημιές και τουλάχιστον 60 άνθρωποι είχαν χάσει τη ζωή τους.

Ο σεισμός του Τσάρλεστον του 1886 ήταν ένας από τους ισχυρότερους σεισμούς που έπληξαν τις ανατολικές Ηνωμένες Πολιτείες, με το σεισμό να γίνεται αισθητός μέχρι τη Βοστώνη, το Σικάγο και τη Νέα Ορλεάνη. Από το 1670, όταν οι Ευρωπαίοι εγκαταστάθηκαν για πρώτη φορά στο Τσάρλεστον μέχρι εκείνη την εποχή, η περιοχή παρουσίασε μόνο περιστασιακή μικρή σεισμική δραστηριότητα.

Καθώς οι μετασεισμοί έτρεμαν την περιοχή, γεωλόγοι και μηχανικοί έτρεξαν στο πεδίο, καταγράφοντας λεπτομερείς σημειώσεις και φωτογραφίζοντας τις ζημιές. Οι παρατηρήσεις τους κατέγραψαν τις διαταραχές του εδάφους με εντυπωσιακή λεπτομέρεια, αλλά οι επιστήμονες δεν είχαν ακόμη κατανοήσει πλήρως τη σχέση μεταξύ σεισμών και ρηγμάτων, επομένως δεν ήταν σε θέση να συνθέσουν την πλήρη ιστορία.

«Η χρονική στιγμή του σεισμού του Τσάρλεστον ήταν μοναδική», δήλωσε η Σούζαν Χου, σεισμολόγος στο Γεωλογικό Ινστιτούτο των Ηνωμένων Πολιτειών (USGS). «Αν είχε συμβεί 75 χρόνια νωρίτερα, θα είχαμε λιγότερους επιστήμονες εκπαιδευμένους και ικανούς να ξεκινήσουν δράση. Εάν συνέβαινε δέκα χρόνια αργότερα, τα σεισμογράμματα πιθανότατα θα είχαν καταγράψει την δόνηση».

Πάνω από έναν αιώνα μετά τον σεισμό, η Hough και ο συνεργάτης του CIRES Roger Bilham, ένας ερευνητής στο CU Boulder, πήραν το μονοπάτι, βασιζόμενοι στα αρχικά αρχεία και στις πιο πρόσφατες προσπάθειες να συνθέσουν την ιστορία του φονικού σεισμού.

«Αν και είχαν εντοπιστεί δώδεκα πιθανά ρήγματα κάτω από τους βάλτους που περιβάλλουν το Τσάρλεστον, το πραγματικό ρήγμα που έσπασε στον σεισμό παρέμεινε μυστήριο», είπε ο Μπίλχαμ.

Η έρευνα της ομάδας μέσω ιστορικών εγγράφων οδήγησε σε νέες συναρπαστικές ανακαλύψεις για τον σεισμό του Τσάρλεστον, από το ρήγμα που μπορεί να ευθύνεται μέχρι το μέγεθος και την παραμόρφωση στο έδαφος.

Η εργασία τους, που δημοσιεύτηκε σε μια σειρά τεσσάρων εργασιών το 2023 και το 2024, παρέχει ένα παράδειγμα του τρόπου με τον οποίο οι επιστήμονες μπορούν να χρησιμοποιήσουν ιστορικά έγγραφα για να μελετήσουν τα στρώματα άλλων γεωλογικών μυστηρίων. Και στο εσωτερικό των ηπειρωτικών πλακών, όπου η σεισμική δραστηριότητα είναι λιγότερο συχνή, η εργασία μπορεί να βοηθήσει τις κοινότητες να αξιολογήσουν καλύτερα τον κίνδυνο για μελλοντικούς σεισμούς.

Τα επιτόπια στοιχεία αποκαλύπτουν ρήγματα

Η Χιου και ο Μπίλχαμ ξεκίνησαν την έρευνά τους για τον σεισμό του Τσάρλεστον σκάβοντας βαθιά στις γραπτές μαρτυρίες του γεγονότος, συμπεριλαμβανομένων εκείνων του Ερλ Σλόαν, ενός μηχανικού ορυχείων που πήρε σχολαστικές σημειώσεις και μετρήσεις της ζημιάς σε τρεις σιδηροδρόμους που ακτινοβολούσαν από το Τσάρλεστον. Υποψιάζονταν ότι μέσα στις σημειώσεις του Sloan υπήρχαν ενδείξεις που θα μπορούσαν να τους βοηθήσουν να εντοπίσουν το ρήγμα που ευθύνεται για τον σεισμό.

Αλλά υπήρχαν μερικά εμπόδια που έπρεπε να ξεπεράσουν πρώτα.

«Η μετατροπή των αριθμών σε μια πειστική ιστορία αποδείχθηκε εφιάλτης», εξήγησε ο Bilham. «Οι σημειώσεις του 1886 περιελάμβαναν ακούσια λάθη εισαγωγής και τυπογραφικά λάθη που μετατόπιζαν τις θέσεις αδιακρίτως εδώ κι εκεί».

Το 2022, η ομάδα ταξίδεψε στο Τσάρλεστον με την ελπίδα να ξεμπερδέψει τη σύγχυση. Βρέθηκαν σε ένα τμήμα της σιδηροδρομικής γραμμής στο Summerville όπου είχαν αναφερθεί σοβαρές διαταραχές της γραμμής το 1886. Ο Bilham πρότεινε να χρησιμοποιήσουν μεθόδους GPS για να καθορίσουν τις τοποθεσίες των παρατηρήσεων, τις οποίες ο Sloan είχε υπολογίσει χρησιμοποιώντας σιδηροδρομικούς στύλους.

Προς μεγάλη τους έκπληξη, οι επιστήμονες εντόπισαν μια μετατόπιση 4,5 μέτρων (14,8 ποδιών) προς τα δεξιά σε αυτό που θα έπρεπε να είναι ένα μίλι ευθείας γραμμής. Στην αρχή, οι επιστήμονες δεν μπορούσαν να πιστέψουν το μέγεθος της μετατόπισης, αλλά μετά από μια πιο προσεκτική ανάγνωση των σημειώσεων του Sloan, ανακάλυψαν ότι και αυτός είχε περιγράψει μια μετατόπιση στην ίδια τοποθεσία. Η μετατόπιση πιθανότατα σήμαινε ότι ένα ρήγμα κάτω από τις ράγες είχε μετακινηθεί. Οι σύγχρονοι γεωλόγοι είχαν εντοπίσει το ρήγμα του Summerville σε εκείνη την τοποθεσία, αλλά κανείς δεν το είχε συνδέσει με τον σεισμό του 1886.

«Ήταν μια στιγμή ηρεμίας που άνοιξε μια εντελώς νέα διάσταση στο έργο», είπε η Hough.

Όταν εξέτασαν ιστορικούς χάρτες της περιοχής, οι Bilham και Hough διαπίστωσαν επίσης ότι το Summerville φαινόταν να έχει υψωθεί 1 μέτρο (3,3 πόδια) μετά τον σεισμό, ενώ οι αποβάθρες στο κοντινό Fort Dorchester παρέμεναν αδιατάρακτες από την κατασκευή τους τον 17ο αιώνα. Τα ευρήματα επιβεβαίωσαν ότι κάτι σημαντικό είχε συμβεί κοντά στο Summerville το 1886.

Ένα νέο μοντέλο για τον εντοπισμό του ένοχου

Για να προσδιορίσουν το ρήγμα που ευθύνεται για τον σεισμό του Τσάρλεστον του 1886, οι επιστήμονες κατασκεύασαν ένα μαθηματικό μοντέλο ρήξης για την κίνηση στο ρήγμα του Summerville που θα μπορούσε να εξηγήσει τόσο τα αρχαιολογικά όσο και τα γεωλογικά στοιχεία, συμπεριλαμβανομένης της σωστής μετατόπισης στις σιδηροδρομικές γραμμές και της ανύψωσης στο Summerville.

Οι Bilham και Hough διαπίστωσαν ότι η κίνηση κατά μήκος ενός ρήγματος Summerville που βυθίζεται στα δυτικά θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί η πόλη βρίσκεται ψηλότερα από τους γύρω βάλτους. Το μοντέλο έδειξε μέγεθος 7,3 βαθμούς, το οποίο συνάδει με τη μεγάλη «αισθητή» περιοχή του σεισμού και προηγούμενες εκτιμήσεις. Δημοσίευσαν τα αποτελέσματά τους στο The Seismic Record το 2023.

«Αποδεικνύεται ότι μπορείτε να βάλετε τα κομμάτια μαζί για να προσδιορίσετε το ρήγμα που προκάλεσε τον σεισμό και να βρείτε ένα λεπτομερές μοντέλο για το πώς έσπασε το ρήγμα», είπε η Hough. «Ήταν η πρώτη φορά που κάποιος το έκανε αυτό για τον σεισμό του Τσάρλεστον».

Αφού εντόπισαν τον πιθανό ένοχο, η Hough και ο Bilham έστρεψαν την προσοχή τους πίσω στις επιπτώσεις στο έδαφος. Χρησιμοποιώντας τη θέση του ρήγματος , προσομοίωσαν πώς θα μπορούσε να ήταν η δόνηση σε διαφορετικές τοποθεσίες και συνέκριναν τα αποτελέσματα με παρατηρήσεις από τα παλιά αρχεία. Η σύγκριση, η οποία δημοσιεύτηκε στο Bulletin of the Seismological Society of America τον Ιανουάριο του 2024, υποστηρίζει το προτεινόμενο μέγεθος σε 7,3 βαθμούς.

Οι παραμορφωμένες διαδρομές διατηρούν τα σεισμικά κύματα

Ο Bilham συνέχισε να σκάβει στα ιστορικά έγγραφα για να βρει γιατί οι σιδηροδρομικές γραμμές 20 μίλια από το Summerville είχαν λυγίσει και σχιστεί.

«Ήταν ένα μνημειώδες εγχείρημα», είπε η Hough. «Ήταν σαν ο Σλόαν να είχε δώσει τη δάδα ανά τους αιώνες στον Ρότζερ».

Μια παλιά φωτογραφία, που τραβήχτηκε την επομένη του σεισμού στο Τσάρλεστον, έδειξε κάτι που φαινόταν να είναι μια μετατόπιση σιδηροδρομικής γραμμής όπου διέσχιζε έναν βάλτο χαμηλού υψόμετρου. Πολλοί επιστήμονες χρησιμοποίησαν τη φωτογραφία για να συμπεράνουν ότι υπάρχει ρήγμα στην περιοχή.

Οι επιστήμονες κατασκεύασαν μια εικονική τρισδιάστατη άποψη της παραμορφωμένης σιδηροδρομικής γραμμής χρησιμοποιώντας ακριβείς μετρήσεις χιλίων σημείων στην αρχική φωτογραφία, η οποία είχε διασωθεί στα αρχεία του Μουσείου Τσάρλεστον. Το έργο οδήγησε σε μια άλλη εκπληκτική συνειδητοποίηση - οι λυγισμένες διαδρομές γύρω από το Τσάρλεστον είχαν καταγράψει συλλογικά τη συστολή και τη συμπίεση των σεισμικών κυμάτων που έτρεχαν από το επίκεντρο του σεισμού.

«Καταφέραμε να δείξουμε ότι οι ενδείξεις εμφανίστηκαν παντού ότι η γραμμή είχε συμπιεστεί περισσότερο από ό,τι επιτρεπόταν από τις αρθρώσεις διαστολής της και ότι η γραμμή είχε χωριστεί εκεί που είχαν σπάσει τα μπουλόνια διαστολής», είπε ο Bilham.

Η εργασία δημοσιεύτηκε επίσης στο Bulletin of the Seismological Society of America .

Η μεγαλύτερη εικόνα

Οι προσπάθειες των Hough και Bilham δείχνουν ότι ακόμη και μετά από 137 χρόνια, οι επιστήμονες μπορούν ακόμα να μάθουν νέα πράγματα για τον σεισμό του Τσάρλεστον και να συμβάλουν στην ευρύτερη κατανόηση της σεισμικής δραστηριότητας στην περιοχή.

«Το Τσάρλεστον είναι ένα τούβλο στον τοίχο», είπε η Χιου. «Τώρα, καταλαβαίνουμε ένα γεγονός σε μια τοποθεσία, αλλά υπάρχει πολλή δουλειά ακόμα να γίνει για να συνδυάσουμε τη μεγαλύτερη εικόνα».

Οι ενδοπλακικοί σεισμοί όπως αυτός στο Τσάρλεστον διαφέρουν από τους αντίστοιχους, οι οποίοι συμβαίνουν όταν μεγάλα κομμάτια του φλοιού της Γης τρίβονται μεταξύ τους. Δεν υπάρχει ενιαίο μοτίβο που να εξηγεί γιατί συμβαίνουν και συχνά, κάθε γεγονός απαιτεί μια μοναδική διερεύνηση. Αλλά η Hough ελπίζει ότι το έργο τους θα εμπνεύσει τους επιστήμονες να κοιτάξουν βαθύτερα - στο παρελθόν και το μέλλον.

«Υπάρχει μια τάση να υποθέτουμε ότι όλη η γνώση είναι στο Διαδίκτυο και είναι άμεσα διαθέσιμη», είπε ο Hough. «Οι προσπάθειές μας επιβεβαιώνουν πόση αξία μπορεί να έχει η εξέταση των σκονισμένων αρχικών πηγών δεδομένων».

Γεωδίφης με πληροφορίες από το Πανεπιστήμιο του Κολοράντο στο Boulder

περισσότερα,

https://phys.org/news/2024-05-dusty-archives-story-charleston-earthquake.html#google_vignette

Roger Bilham et al, Static and Dynamic Strain in the 1886 Charleston, South Carolina, Earthquake, Bulletin of the Seismological Society of America (2024). DOI: 10.1785/0120240025

Susan E. Hough et al, The 1886 Charleston, South Carolina, Earthquake: Intensities and Ground Motions, Bulletin of the Seismological Society of America (2024). DOI: 10.1785/0120230224

Roger Bilham et al, The 1886 Charleston, South Carolina, Earthquake: Relic Railroad Offset Reveals Rupture, The Seismic Record (2023). DOI: 10.1785/0320230022