Balancehandling:Kan usikre stenblokke signalere langsigtet jordskælvsrisiko?

Problemet med store jordskælv er, at deres underjordiske rodsystemer kan lure i århundreder eller årtusinder, før de bygger nok energi til at eksplodere. Blandt mange steder gælder dette for New York City-området, hvor videnskabsmænd mener, at store jordskælv er mulige - men sandsynligvis så sjældne, at det er svært at sige præcist, hvor ofte de kommer, eller hvor store de kunne være.

Det var først i 1970'erne, at forskere begyndte at studere regionens seismicitet i detaljer. De har kortlagt mange hidtil ukendte fejl og observeret snesevis af små jordskælv hvert år, de fleste for små til at kunne mærkes. Det største moderne jordskælv, en styrke på 4,1 i forstaden Westchester County i 1985, gjorde ikke meget skade. Men gamle skriftlige optegnelser tyder på, at jordskælv på omkring størrelsesordenen 5 rystede New York og omegn i 1737 og 1884. Disse væltede skorstene, revnede mure og rystede jorden fra øvre New England til Virginia. I dag kan en tilsvarende begivenhed gøre stor skade på den stærkt udvidede befolkning og infrastruktur i den regionale megalopolis. Baseret på størrelsen af ​​kendte forkastninger og hyppigheden af ​​små jordskælv langs dem, har nogle forskere desuden ekstrapoleret et skøn om, at et jordskælv på størrelsesordenen 6 kunne ramme regionen hvert 700-nogle år, og en styrke på 7 hvert 3.400 år. En størrelsesorden 6 er 10 gange stærkere end begivenhederne i 1737 og 1884, og en størrelsesorden 7, 100 gange stærkere.

Men dette er blot en ekstrapolation. Er jordskælv af denne størrelse nogensinde sket her? Ingen ved. William Menke, en geolog og seismolog ved Columbia Climate Schools Lamont-Doherty Earth Observatory, vil gerne finde ud af det.

For nylig har Menke og en studerende praktikant været på besøg i Harriman State Park, omkring 30 kilometer nord for Manhattan. Ikke langt fra Lamont-Dohertys forstadscampus indeholder det bjergrige reservat på 47.500 hektar adskillige gigantiske kampesten plukket fra grundfjeldet af gletsjere under den sidste istid og derefter faldet, da isen smeltede. Nogle er usikkert afbalanceret på den ene eller anden uregelmæssige overflade, formodentlig stadig i deres oprindelige positioner. Menkes mission:beregn, hvor meget kraft det ville tage at vælte dem. Hvis de stadig står, tyder det på, at et jordskælv af den størrelse ikke er sket siden istiden sluttede, for godt 10.000 år siden.

"Dette ville i det mindste sætte en øvre grænse for potentielle jordbevægelser," sagde den 67-årige videnskabsmand en morgen, da han slæbte en 40 pund rygsæk med udstyr op ad en snoet, stenet sti. Sol og skygge plettede gennem de høje træer. "I årenes løb har folk forsøgt at bruge denne metode andre steder, og jeg har tænkt, at vi skulle prøve det i det nordøstlige."

Menke beskriver sig selv som "dybest set en dataforsker." Siden han fik sin ph.d. på Lamont i 1982 har han brugt matematiske data til at kaste lys over en række miljøspørgsmål, herunder udbredelsen af ​​seismiske bølger og strukturen af ​​jordskorpen og kappen. En ivrig vandrer, kajakroer, fotograf og alsidig naturobservatør, hans feltarbejde har ført ham fra Californien til Island og skibe i Stillehavet. I disse dage holder han sig stort set tættere på hjemmet, hvor han har krydset terrænet i årtier.

Menke og hans praktikant, Charles McBride, var på vej for at studere kampesten på et tidligere udvalgt sted på Black Rock Mountain, en times lang tur fra den nærmeste vej. Pladsen ligger kun tre miles fra Ramapo Fault, en 185 kilometer lang funktion, der skærer gennem Pennsylvania, New Jersey og det sydlige New York, og skærer gennem midten af ​​parken. Det producerer mange af regionens små jordskælv og kan være en vigtig kandidat til at producere tidligere store jordskælv.

På vejen stoppede Menke op for at beundre blomstrende pletter af bjerglaurbær og holdt et lavmælt øje med ranglerslanger. "Man ser ikke så mange raslere. Jeg har kun set otte, og det var alle i de sidste otte år," sagde Menke.

Studiet af tidligere jordskælv kaldes palæoseismologi. Dets praktiserende læger kan studere beretninger fra gamle aviser, dagbøger og historier, men mange steder, inklusive det nordøstlige USA, går disse kun et par hundrede år tilbage – ikke langt nok til at give et virkeligt langsigtet billede.

For at nå ind i forhistorien graver nogle palæoseismologer en rende (eller bedre, vent på, at nogen graver et husfundament) og observerer, om nedgravede lag af jord er blevet forskudt mod hinanden. Dette indikerer en tidligere bevægelse, som kan dateres ved hjælp af kulstofisotoper. I det nordvestlige USA har forskere brugt ringe fra længe døde træer til at lokalisere jordskælv, der faldt dem ned i søer eller saltvandsmoser og dræbte dem. En undersøgelse tidligere på året af nogle af Menkes Lamont-kolleger brugte variationer i kemien af ​​gamle klipper to miles under overfladen for at vise, at en formodet stille sektion af San Andreas-forkastningen har set store tidligere jordskælv.

Undersøgelsen af ​​usikkert højtliggende kampesten og lignende træk er stadig ung. I begyndelsen af ​​1990'erne begyndte den californiske geolog James Brune at undersøge usikre klipper. Han fik sin første validering i 1999 i Mojave-ørkenen, da et jordskælv med en styrke på 7,1 væltede flere, som han tidligere havde målrettet som modtagelige. Forskere i det vestlige USA begyndte at undersøge andre såkaldte skrøbelige geologiske træk for paleoseismologisk potentiale:havstakke langs Stillehavskysten (slanke klippetårne ​​skåret ud af bølgeerosion); ørken hoodoos (klippespir, hvis baser eller midter er blevet betænkelig undermineret af vinden); tuftårne ​​(smuldrede tinder af kalksten dannet af undervandskemiske processer i tidligere søer, nu udtørret). Forskere i Australien og jordskælvsudsatte New Zealand har udført lignende forskning.

I Californien har nogle forskere vist, at funktioner, der skulle være blevet væltet af forhistoriske jordskælv forudsagt af computermodeller, der ligner dem, der er ansat i New York, stadig står. Dette tyder på, at standarddæmpningskurver – beregninger af hvor ofte og hvor meget jorden ryster – kan overdrive langsigtede farer, i det mindste nogle steder.

"Jeg formoder, at man til en vis grad kan sige, at det er gode nyheder," sagde Menke. På den anden side sagde han, "der er nogle huller i viden." De generelt løse, revnede klipper i jordskælvsudsatte Californien er faktisk ret dårlige til at transmittere seismiske bølger til overfladen og kan derfor ende med at dæmpe jordskælv. New York-regionen er på den anden side stort set underlagt hårde metamorfe klipper, der kan ringe som en klokke. Det betyder, at mindre jordskælv i denne region kan udmønte sig i større jordbevægelser. "Californiens kurver er ikke anvendelige for vores arbejde," sagde han.

Da Menke og McBride besteg bjerget, ændrede landskabet sig til en slags rullende semi-tundra. Træer krympede til vindblæste buske. Kupler af nøgen gnejs og bjerggrund af granit indtog høje steder, hvor is, der fejer fra nord for længe siden, gennemsøgte overfladen, og plantelivet er aldrig vendt tilbage. Kæmpesten var spredt omkring.

En undersøgelse foretaget af en af ​​Menkes Lamont-kolleger, der bruger den første tilstedeværelse af pollen fra bunden af ​​moser, siger, at disse kampesten blev tabt fra smeltende is for omkring 14.000 år siden. En anden kollega, der i stedet målte kemiske isotoper i klippeoverflader, siger, at det var mere som 22.000 år siden. Brugen af ​​usikre kampesten i palæoseismologi er et simpelt koncept - men udførelsen er kompleks. Manglen på en klar oprindelsesdato for kampestens positioner udgør en af ​​mange usikkerheder.

For at mindske mindst én usikkerhed ledte Menke og McBride efter sten, der var for store til at blive flyttet af menneskehænder, og ved en tidligere rekognoscering havde de så at sige hurtigt ramt snavs. Langs sporet pegede Menke på flere kæmper, som han planlagde at undersøge. Den ene, omtrent på størrelse med en ultrakompakt bil, hvilede på en slank base med den ene side, der dannede et bredt, udhængende læ, hvor askebunker viste, at forbipasserende havde bygget lejrbål. En anden, meget større, vippede ved den skrånende kant af en grundfjeldskuppel. "Se, en del af dens underside er bare luft," sagde Menke. "Hvis du rystede den, kunne den let glide ned i træerne, men det har den ikke. Endnu."

Menke gennemsøgte også området for udsatte jordskælvsforkastninger, men indrømmede, at han ikke havde set noget afgørende. På et tidspunkt påpegede han en snoet 20 fods revne i grundfjeldet. Det så ud som om mineraler for længst havde udfyldt det tomrum, der engang havde eksisteret. Han spekulerede på, at det kunne være en mindre fejl, der var dannet under jorden for millioner af år siden. Eller måske var det bare en almindelig gammel revne.

For tiden dukkede Menke og McBride op i et topmødeområde, der hovedsageligt var sammensat af nøgen udspringende gnejs. En masse usikre kampesten var spredt rundt. De nærmede sig en vagt ægformet granitklump omkring fire fod høj, hvilende på en af ​​dens smalle ender. Menke vurderede, at den vejede omkring 3 tons. Han formodede, at den var blevet revet ud ved at flytte is fra måske tre eller fire miles væk, før den endte her. Dette skulle være deres vigtigste stenbrud i dag.

Til dato har de fleste forskere brugt håndmålinger til at beregne massen og stabiliteten af ​​sådanne kampesten; nogle få har prøvet at vrikke lidt med sten med mekaniske midler for at få en fornemmelse af deres balance. Menke brugte en nyere tilgang:fotogrammetri, skabelsen af ​​en 3D-model af et objekt ved at tage adskillige fotografier af det fra forskellige vinkler. Billederne føres derefter ind i en computermodel, som kan bruges til at beregne kampestenens masse, vægtfordeling, balancepunkter og de kræfter af forskellig art og størrelse, der kan løsne den. Menke overvejede et yderligere skridt:at bruge dataene til at printe fysiske replikaer af kampesten, som han så kunne udsætte for forskellige former for rystning i laboratoriet for at se, hvad der skete.

Efter en hurtig frokost gik Menke og McBride i gang med at kridte ud på grundfjeldet en cirkel på 16 lige store punkter 20 fod fra kampestenen. Herfra planlagde de at tage et første sæt billeder, der alle fokuserede på samme niveau af kampestenen i forhold til jorden. Flere af disse fotocirkler på forskellige afstande ville gå med til at skabe 3D-modellen. Efter et par falske start begyndte de at tage billeder med Menkes Canon, dens højde omhyggeligt kalibreret på et stativ for hvert billede.

Det tog en del tid at få alt stillet op til hvert skud. En bragende middagssol slog ned og reflekterede fra grundfjeldets overflade og fra Menkes bare hoved, men Menke og McBride så ikke ud til at bemærke det. McBride stoppede for at tage en slurk vand en eller to gange, men det var næsten de eneste pauser.

De fortsatte indtil 4:30, hvorefter solen fortsatte med fuld udblæsning. På det tidspunkt havde parret stadig ikke fuldført selv den første cirkel i den detalje, de havde ønsket. De tog et par genveje for at producere flere billeder. Menke satte sig endelig ned på en nærliggende usikre kampesten, mens McBride pakkede sammen. "Nå, vi er lidt bagud, men det er nok til en dag," sagde han. "Vi bliver helt sikkert hurtigere med træning."

Under alle omstændigheder ville billederne kun være begyndelsen, sagde han. Det virkelige arbejde ville komme i at modellere, hvilke slags jordbevægelser jordskælv omkring her kan producere, hvilke retninger og hvor langt væk de kan komme fra, og hvordan denne særlige kampesten ville reagere. Dette var selvfølgelig kun den første af mange kampesten.

På vandreturen tilbage holdt Menke en pause ved en særlig spektakulær plet af bjerglaurbær. Han trak sin mobiltelefon frem og tog et panorama af de blomstrende buske – et slags levende fotogram. "Vi har masser af tid heroppe. Disse blomster holder bare et par dage," sagde han. Han skubbede mobiltelefonen tilbage i lommen, smilede og gik ned ad stien.