Wetenschap
Stoffige archieven inspireren tot nieuw verhaal over de aardbeving in Charleston in 1886
Laat op 31 augustus 1886, terwijl veel mensen sliepen, deed een grote aardbeving Charleston, South Carolina en de omliggende regio opschudden, waarbij gebouwen omvielen, spoorrails kromden en zand "kookte" of borrelde door het vloeibaar worden. Tegen de tijd dat het schudden stopte, waren ongeveer 2.000 bouwwerken beschadigd en hadden minstens 60 mensen het leven verloren.
De aardbeving in Charleston in 1886 was een van de krachtigste aardbevingen in het oosten van de Verenigde Staten, waarbij de trillingen tot in Boston, Chicago en New Orleans voelbaar waren. Vanaf 1670, toen Europeanen zich voor het eerst in Charleston vestigden, tot die tijd ondervond de regio slechts af en toe kleine seismische activiteit.
Terwijl naschokken de regio in rep en roer brachten, renden geologen en ingenieurs het veld in, maakten gedetailleerde aantekeningen en maakten foto's van de schade. Hun observaties legden grondverstoringen vast in indrukwekkend detail, maar wetenschappers begrepen de relatie tussen aardbevingen en breuken nog niet volledig, dus waren ze niet in staat het hele verhaal samen te vatten.
"De timing van de aardbeving in Charleston was uniek", zegt Susan Hough, een seismoloog bij de United States Geological Survey (USGS). "Als het 75 jaar eerder was gebeurd, zouden er minder wetenschappers zijn opgeleid en in staat geweest om in actie te komen. Als het tien jaar later was gebeurd, zouden seismogrammen waarschijnlijk het schudden hebben vastgelegd."
Meer dan een eeuw na de aardbeving hebben Hough en CIRES Fellow Roger Bilham, een onderzoekswetenschapper aan CU Boulder, het spoor opgepikt, voortbouwend op de originele gegevens en recentere pogingen om het verhaal van de dodelijke aardbeving samen te vatten.
"Hoewel er een tiental mogelijke breuken waren geïdentificeerd onder de moerassen rond Charleston, bleef de feitelijke breuk die tijdens de aardbeving scheurde een mysterie", zei Bilham.
De zoektocht van het team door historische documenten leidde tot spannende nieuwe ontdekkingen over de aardbeving in Charleston – van de breuk die mogelijk verantwoordelijk is tot de omvang en vervorming op de grond.
Hun werk, gepubliceerd in een serie van vier artikelen in 2023 en 2024, geeft een voorbeeld van hoe wetenschappers historische documenten kunnen gebruiken om de lagen van andere geologische mysteries bloot te leggen. En in het binnenland van continentale platen, waar seismische activiteit minder frequent voorkomt, kan het werk gemeenschappen helpen hun risico op toekomstige aardbevingen beter in te schatten.
Uit veldonderzoek blijkt dat er sprake is van fouten
Hough en Bilham begonnen hun onderzoek naar de aardbeving in Charleston door diep in de schriftelijke verslagen van de gebeurtenis te duiken, waaronder die van Earle Sloan, een mijningenieur die nauwgezette aantekeningen en metingen maakte van de schade aan drie spoorwegen die vanuit Charleston uitstraalden. Ze vermoedden dat er in de aantekeningen van Sloan aanwijzingen verborgen zaten die hen konden helpen de fout te identificeren die verantwoordelijk was voor de aardbeving.
Maar er waren een paar hindernissen die ze eerst moesten overwinnen.
"Het omzetten van de cijfers in een overtuigend verhaal bleek een nachtmerrie", legt Bilham uit. "De aantekeningen uit 1886 bevatten onbedoeld invoerfouten en typefouten waardoor de posities van de gespen willekeurig heen en weer verschoven."
In 2022 reisde het team naar Charleston in de hoop de warboel te ontwarren. Ze richtten zich op een deel van de spoorlijn in Summerville waar in 1886 ernstige verstoringen van het spoor waren gemeld. Bilham stelde voor om GPS-methoden te gebruiken om de locaties van waarnemingen vast te stellen, die Sloan had geteld met behulp van spoorwegmijlpalen.
Tot hun grote verbazing identificeerden de wetenschappers een 4,5 meter lange afstand naar rechts in wat een rechte lijn van anderhalve kilometer zou moeten zijn. Aanvankelijk konden de wetenschappers de omvang van de verschuiving niet geloven, maar toen ze de aantekeningen van Sloan nader bestudeerden, ontdekten ze dat ook hij een verschuiving op dezelfde locatie had beschreven. De offset betekende waarschijnlijk dat een fout onder de sporen was verplaatst. Moderne geologen hadden de Summerville-breuk op die locatie geïdentificeerd, maar niemand had deze in verband gebracht met de aardbeving van 1886.
"Het was een moment van serendipiteit dat een geheel nieuwe dimensie aan het project opende", zei Hough.
Toen ze naar historische kaarten van het gebied keken, ontdekten Bilham en Hough ook dat Summerville na de aardbeving 1 meter (3,3 voet) leek te zijn gestegen, terwijl de dokken van het nabijgelegen Fort Dorchester sinds hun bouw in de 17e eeuw ongestoord waren gebleven. De bevindingen bevestigden dat er in 1886 iets gedenkwaardigs had plaatsgevonden in de buurt van Summerville.
Een nieuw model om de dader te identificeren
Om de breuk te identificeren die verantwoordelijk was voor de aardbeving in Charleston in 1886, bouwden de wetenschappers een wiskundig breukmodel voor beweging op de Summerville-breuk die zowel het archeologische als geologische bewijsmateriaal kon verklaren, inclusief de juiste offset in de spoorlijnen en de opstijging in Summerville. P>
Bilham en Hough ontdekten dat beweging langs een westelijk gelegen Summerville-breuk zou kunnen verklaren waarom de stad hoger ligt dan de omliggende moerassen. Het model wees op een magnitude van 7,3, wat consistent is met het grote "gevoelde" gebied van de aardbeving en eerdere schattingen. Ze publiceerden hun resultaten in The Seismic Record in 2023.
"Het blijkt dat je de stukken bij elkaar kunt voegen om de fout die de aardbeving veroorzaakte te identificeren en een gedetailleerd model te bedenken voor hoe de fout kapot ging", zei Hough. "Het was de eerste keer dat iemand dat deed voor de aardbeving in Charleston."
Nadat ze de potentiële dader hadden geïdentificeerd, verlegden Hough en Bilham hun aandacht weer naar de gevolgen ter plaatse. Met behulp van de foutlocatie simuleerden ze hoe het schudden op verschillende locaties zou kunnen zijn geweest en vergeleken de resultaten met waarnemingen uit de oude records. De vergelijking, gepubliceerd in het Bulletin of the Seismological Society of America in januari 2024 ondersteunt hun voorgestelde magnitude van 7,3.
Vervormde sporen behouden seismische golven
Bilham bleef zich verdiepen in de historische documenten om uit te zoeken waarom de spoorlijnen op dertig kilometer van Summerville verbogen en verscheurd waren.
"Het was een monumentale onderneming", zei Hough. "Het was alsof Sloan door de eeuwen heen de fakkel aan Roger had doorgegeven."
Een oude foto, genomen de dag na de aardbeving in Charleston, toonde wat leek op een verspringing van de spoorlijn, waar deze een laaggelegen moeras doorkruiste. Veel wetenschappers gebruikten de foto om fouten in het gebied af te leiden.
De wetenschappers construeerden een virtuele 3D-weergave van de vervormde spoorlijn met behulp van nauwkeurige metingen van duizend punten op de originele foto, die bewaard was gebleven in de archieven van het Charleston Museum. Het werk leidde tot nog een verbazingwekkende realisatie:de verbogen sporen rond Charleston hadden gezamenlijk de samentrekking en compressie geregistreerd van seismische golven die uit het epicentrum van de aardbeving raasden.
"We konden aantonen dat er overal knikken voorkwamen, dat de lijn meer was samengedrukt dan toegestaan door de uitzettingsvoegen, en dat de lijn was gescheiden waar de uitzettingsbouten waren gebroken", aldus Bilham.
Het werk werd ook gepubliceerd in het Bulletin of the Seismological Society of America .
Het grotere plaatje
De inspanningen van Hough en Bilham laten zien dat wetenschappers zelfs na 137 jaar nog steeds nieuwe dingen kunnen leren over de aardbeving in Charleston en kunnen bijdragen aan het bredere begrip van seismische activiteit in de regio.
"Charleston is een steen in de muur", zei Hough. "Nu begrijpen we één evenement op één locatie, maar er moet nog veel werk worden verzet om het grotere plaatje samen te stellen."
Intraplate-aardbevingen zoals die in Charleston verschillen van hun tegenhangers, die plaatsvinden waar grote stukken aardkorst tegen elkaar wrijven. Er is geen eenduidig patroon dat kan verklaren waarom ze voorkomen, en vaak vereist elke gebeurtenis een uniek onderzoek. Maar Hough hoopt dat hun werk wetenschappers zal inspireren om dieper te kijken – naar het verleden en de toekomst.
"Er is een tendens om aan te nemen dat alle kennis op internet staat en direct beschikbaar is", zegt Hough. "Onze inspanningen bevestigen hoeveel waarde het kan hebben om de stoffige originele gegevensbronnen in ogenschouw te nemen."