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致命的斷層穿過田納西州的一片豆田，然後潛入密西西比河之下，直奔密蘇里州的新馬德里。這個名為里爾福特斷層的地質裂縫與鄰近的斷層在兩個世紀前結合在一起，引發了一系列毀滅性的地震，這些地震被稱為有記錄以來襲擊美國本土的最大地震。在政府的災害地圖上，新馬德里地區被突出顯示為紅色靶心。這個位於大陸中心的地點——遠離產生地球最大地震的板塊邊界——似乎與舊金山或洛杉磯一樣危險。
塞思·斯坦恩站在里爾福特斷層上拍照，但地質情況卻不配合。對於一個據稱如此危險的地方，這個地震製造者幾乎不引人注意：唯一的跡象是一個3米高的隆起。“你看不到多少斷層，”伊利諾伊州埃文斯頓西北大學的地球物理學家斯坦恩嘲諷道，他過去20年一直在研究該地區。
在斯坦恩看來，沒有什麼實質性的東西可供拍攝，這只是表明美國政府和許多科學家對這裡的危險估計錯誤的一些證據之一。如果里爾福特斷層在漫長的地質時期內反覆發生大型地震，它就會形成一個明顯的陡坡，就像山脈那樣令人印象深刻的地形。但這裡沒有任何類似的東西。當斯坦恩和他的團隊用全球定位系統（GPS）儀器對該地區進行調查時，他們沒有發現地面在為新馬德里地震的重演做準備而發生變形的證據。
他說，顯示新馬德里地區如此危險的地震災害地圖有點像“皇帝的新裝”。“我們的作用是指出皇帝沒有穿衣服。”斯坦恩說，其結果是，政府和田納西州孟菲斯等城市的企業正在錯誤地花費鉅額資金——可能高達數十億美元——建造足夠堅固的建築物，以承受永遠不會發生的巨大地震。“按照加州的建築規範來建造中西部的建築物是巨大的浪費，”他說。
斯坦恩和他的團隊在《自然》、《科學》和其他期刊上發表了論文，提供了支援這一觀點的證據，去年，斯坦恩出版了一本名為《災難延後》的書，向公眾介紹了他的觀點，該書指責美國地質調查局（USGS）誇大了該地區（被稱為新馬德里地震帶）的地震風險。這一指控，再加上斯坦恩習慣於嘲笑他認為荒謬的人和想法，激怒了許多地球科學家。但他的工作迫使他們面對一個問題，即美國是否在新馬德里過度準備地震，而在其他地方準備不足。本週俄克拉荷馬州發生的5.6級地震和8月份弗吉尼亞州發生的5.8級地震表明，美國中部和東部各地都可能發生強烈地震。
在與《自然》雜誌一起考察新馬德里地區時，斯坦恩闡述了他的觀點。他說，從新馬德里出現的情況來看，1811-12年地震中涉及的斷層正在關閉，將危險轉移到可能數百公里以外的其他斷層。斯坦恩假設，其他大陸的中心也會以類似的方式運作，地震活動區域會騷擾一個地點數千年，然後跳到其他區域。
他的一些論點正在得到認可，儘管很少有研究人員像斯坦恩那樣貶低新馬德里地區的危險。“他在這裡做的事情很好；他提出了問題，並提出了很可能正確的假設，”西雅圖華盛頓大學的地震學家約翰·維達爾說，他今年領導了一個聯邦小組調查新馬德里的危險。“唯一讓社群感到憤怒的是，當他認為自己是對的，而其他所有人都錯了時。”
新馬德里是密西西比河畔一個安靜的哨所，這條強大的河流在那裡短暫地向北蜿蜒，然後完全掉頭向南。在其歷史上的大部分時間裡，該鎮與不斷變化的河流進行了史詩般的戰鬥——但都失敗了——直到20世紀初建造了堤壩。
新馬德里歷史博物館位於堤壩旁邊，透過詳細的展覽來紀念該鎮的地震歷史，該展覽目前正在升級，為下個月的地震二百週年做準備。在地震發生時，新馬德里是一個繁華的港口——密西西比河下游最重要的港口之一。
毀滅性的地震序列始於1811年12月16日凌晨2點左右的巨大轟鳴聲。據一位居民說：“我們被一聲巨響驚醒，房子跳動著，似乎要砸到我們的頭上。”地震及其直接的餘震讓許多居民感到深深的恐懼，但很少有人喪生。“據我所知，有幾個人在第一次地震的晚上拋棄了他們的家人，此後再也沒有人聽到他們的訊息，”新馬德里的居民寫道。
在接下來的幾周裡，數百次餘震震撼了該地區，隨後在1812年1月23日和2月7日又發生了兩次更大的地震。2月份的地震導致里爾福特斷層西南部的陸地向上跳動，而新馬德里和斷層東北部的其餘陸地則總共下降了約3米或更多。地震摧毀了該鎮，密西西比河很快吞噬了這片土地，迫使居民在遠離河流的地方重建。地震的震動波及超過260萬平方公里的區域——約佔美國本土面積的三分之一（參見“地震中心”）。
由於地震發生在現代地震儀出現之前——而且發生在如此稀疏的年輕國家地區——研究人員多年來一直在努力確定它們的規模到底有多大。1996年，孟菲斯大學的地球物理學家阿奇·約翰斯頓利用對地震的歷史記錄來估計第一次地震（他認為是最大的地震）的震級在7.8到8.4之間——這是一場真正巨大的地震，比阿拉斯加以外的美國曆史上任何地震都大。
在博物館裡，這些事件聽起來更糟，一部電影稱最大的地震是“有記錄以來最嚴重的地震”。影片聲稱，幾乎整個北美大陸都經歷了一些震動。
一份博物館的小冊子引用了聯邦緊急事務管理局資助的一項研究，該研究預測，如果今天新馬德里地區發生7.7級地震，將有3500人死亡。根據該小冊子，經濟損失可能超過3000億美元。斯坦恩對這部電影嗤之以鼻，並嘲笑他認為的危害恐嚇。“可怕的是其中有多少是完全錯誤的，”他說。“這裡的危險被嚴重高估了。”
尋找斷層
正是這種宣告為斯坦恩贏得了很少的競爭對手。在辯論中，他對認為站不住腳的立場的攻擊可能是誇張的。當他的咆哮達到高潮時，他看起來就像是喬治·科斯坦扎（電視節目《宋飛傳》中那個總是抱怨的角色）的高度智慧版，而像斯坦恩一樣，他也恰好矮小、禿頂，並且戴著眼鏡。
但斯坦恩擁有豐富的想象力，並在地球物理學方面取得了多項重要進展。作為20世紀80年代西北大學的年輕教員，他和他的同事開發了一種廣泛使用的模型，用於量化地球板塊在過去300萬年中的移動情況。該模型假設每個板塊都是地球外殼的剛性部分，其內部沒有太多運動。畢竟，絕大多數地震都發生在板塊的邊緣，在那裡它們相互擠壓並變形為山脈。但斯坦恩想知道板塊在其中心變形的程度有多大。
美國的 GPS 衛星系統為他提供了一種找出答案的方法。1991年，他開始對新馬德里地區進行研究，以跟蹤北美板塊中心地殼的變形情況。
斯坦恩確信地殼在那裡發生了一定程度的變形，因為地質學家一直在發現1811-12年地震叢集發生前數百年的一系列大地震的證據。那些地震的能量必定來自地殼的應力，也許是從北美板塊的邊緣一直傳遞過來的。但在斯坦恩從他的 GPS 研究中獲得結果之前，一個競爭對手小組透過走捷徑搶先一步完成了任務。該小組將一組 GPS 測量資料與 20 世紀 50 年代的土地測量資料進行比較，發現新馬德里地區的變形速度很快，約為加利福尼亞州聖安地列斯斷層的三分之一。
由於他們僅依靠 GPS 資料來捕捉任何移動，斯坦恩和他的團隊不得不等待幾年，然後重新調查新馬德里周圍的一系列地點，他們在 1993 年和 1997 年這樣做了。當與斯坦恩合作的研究生安德魯·紐曼最終整理出資料時，他發現了一些奇怪的事情。地殼幾乎沒有或可能根本沒有變形。“我非常震驚，我們什麼也沒看到，”斯坦恩說。
幾年來，研究團隊在科學文獻中就新馬德里附近的地殼是否正在變形展開了爭論。但隨著更多資料的積累，它們證實了斯坦恩最初的發現。“隨著我們在測量方面變得越來越好，我們發現這種運動越來越慢，”孟菲斯大學的地球物理學家小羅伯特·斯莫利承認，他在 2005 年報告說，該地區的應變速度很快。
當斯坦恩看到紐曼的 GPS 分析時，他知道整個新馬德里的故事有些不對勁。如果地殼沒有以任何明顯的方式變形，他就看不出它如何能夠儲存足夠的能量來引發像當時地球科學家普遍認為的那樣每 500 年左右發生一次 8 級地震——如果這樣的話。因此，斯坦恩和他的團隊提出，1811-12年的地震比之前估計的要小得多，可能不超過7級，因為震級是對數刻度，這將只產生 8.4 級地震的二十分之一的震動。
正如GPS結果一樣，其他研究也支援了斯坦的估計。當美國地質調查局（USGS）帕薩迪納分部的地震學家蘇珊·霍夫和她的同事回顧1811-12年地震的目擊者報告時，他們估計最大的震動在7.4到7.5級之間（參考文獻5）。今年，她甚至進一步降低了震級，認為6.8到7.0之間最符合資料，這與十多年前斯坦的建議大致相同。
然而，甚至在所有證實證據出現之前，斯坦就根據他的GPS資料得出了一個有爭議的結論。他聲稱，新馬德里斷層帶很可能在一段地質時間短暫的活躍期後正在關閉——並且像1811-12年地震序列那樣的大地震可能永遠不會再在那裡發生。
壓力之下
與北美穩定地區的大多數斷層一樣，新馬德里地區的斷層已有數億年的歷史，並且在它們的大部分生命中都保持平靜。但肯定有某種東西在最近的地質時期（過去2萬年內）激活了它們，地質科學家一直在努力理解那是什麼。
在田納西州西北部的泡泡溪沿岸的黃褐色懸崖上可以找到一個可能的答案。在一次訪問中，斯坦和孟菲斯大學的地質學家羅伊·範·阿斯代爾檢查了一個25米高的懸崖，該懸崖可以很好地觀察到通常隱藏在地表之下的沉積地層。在這個地點以西更遠的地方，在密西西比河谷，這一層狀地層序列的部分缺失了。河流在上次冰河時代末期，即16000到10000年前，剝離了12米的沉積物。
在對整個地區的沉積序列進行的研究中，範·阿斯代爾和他的同事發現，這些沉積物的侵蝕恰好發生在與新馬德里地震有關的斷層之上。他們提出，去除所有這些重量足以改變地下岩石中的應力，從而重新啟用新馬德里斷層。
為了驗證這個想法，範·阿斯代爾和斯坦與西拉法葉普渡大學的埃裡克·卡萊和安德魯·弗裡德合作，模擬了從斷層上方去除如此多重量的影響。他們計算出，侵蝕鬆開了斷層，足以讓那些處於地震邊緣的斷層發生斷裂，釋放了過去積累的能量——可能是在數百萬年前，在北美西部山脈生長等事件期間積累的能量8。但科學家們認為，一旦某個特定的斷層斷裂，該地區就不會有足夠的應力再次引發大地震。因此，該地區史前的大地震一定發生在與兩個世紀前斷裂的斷層不同的斷層段上。
斯坦認為，與其孤立地看待新馬德里周圍的斷層，不如將它們視為一個相互作用的斷層系統的組成部分，地震活動會在數百或數千年內從一組斷層轉移到另一組斷層。他在歐洲、澳大利亞和中國看到了類似的模式，那裡的地震通常不會在同一個地點重複發生。
斯坦說，如果新馬德里地區關閉，地震活動最終會轉移到其他地方，可能轉移到西南部，或者轉移到印第安納州和伊利諾伊州的沃巴什河谷斷層系統，該系統在6000年前發生過一次大地震。範·阿斯代爾擔心地震可能會沿著里爾福特裂谷的邊緣向南轉移到孟菲斯，那裡是北美大陸大約5億年前開始短暫分裂的地方。
斯坦、範·阿斯代爾和其他人現在希望獲得GPS測量資料，並構建新馬德里周圍更廣闊地區的詳細地震歷史，以確定地震模式如何在美國中部的不同斷層之間移動。“與十年前相比，我們已經取得了巨大的進步，”斯坦說。“我認為我們現在準備取得重大進展。”
斯坦說，然而，現有證據足以推翻政府對新馬德里地區地震危險的評估。“調查是如何把這裡變成北美最危險的地方的？”他問道。“這是一個相對較小的危險。”
今年，美國地質調查局的顧問機構——國家地震預測評估委員會召集了一個由獨立科學家和工程師組成的小組來審查這個問題。領導該小組的維代爾說，他們的動機部分來自於斯坦持續的批評以及即將到來的地震二百週年紀念。該小組總體上支援了調查局2008年的最新評估，該評估表明，新馬德里地區部分地區的危險性超過了洛杉磯或舊金山，儘管該小組表示“由於對過去地震和當前形變的認識有所提高，新馬德里地震帶的估計危險性可能會在下一次危險性評估中適度下降”（見“地圖是否放大了地震危險？”）。
維代爾認為，主要問題是該地區仍然知之甚少。“我們基本上發現存在很多不確定性。因為我們不確切知道發生了什麼，我們需要為大地震做好準備。”但他同時也承認，可能永遠不會發生大地震。
關於斯坦，維代爾說：“他的想法都沒有問題。只是他以極端的方式呈現它們，並且不允許自己可能不正確的可能性。”
斯坦的整體觀點甚至沒有得到霍夫的支援，霍夫曾強烈認為200年前的地震比曾經認為的要小得多。“塞思認為該地區已經死寂，因為你沒有看到應變。我認為這不是一個有效的結論，”她說。“周圍有足夠的應變可以產生7級地震。”
不過，斯坦否認自己如此固執己見。他說，在他的書和論文中，他將新馬德里關閉的想法呈現為一種可能性，而不是確定性。
現實檢驗
這些問題都集中在孟菲斯市中心，那裡到處都是在20世紀頭三分之一建造的辦公樓、公寓和酒店。其中許多都是沒有加固的磚石結構——用混凝土塊或磚塊建造，沒有任何金屬框架。工程師認為這類結構在地震中最容易受損。如果未來幾十年內發生接近8級地震，它可能會推倒許多這些建築物。但如果在50年或更長時間內沒有發生大地震，這些建築物中的大多數可能會早已消失，被較新的結構所取代。
孟菲斯瑞夫斯公司與斯坦合作的工程師約瑟夫·托馬塞洛說，聯邦緊急事務管理局一直在敦促孟菲斯地區的市政當局採用標準的國際建築規範（IBC），這將要求新建築物能夠承受比早期規範要求強3到4倍的震動。但是該地區的許多人對如此嚴格的要求感到猶豫，該市允許業主在採用2009年版本的IBC之前按照限制性較小的規範建造，預計將在今年年底左右發生這種情況。
一些工程師認為，該規範增強的抗震條款只會略微增加建築成本，但托馬塞洛認為它們可能會增加10-15%的額外成本。他估計，如果所有新建築都必須符合較新的規範，孟菲斯都會區的建築成本每年將增加2億美元。“當你看到危險時，它沒有任何意義，”托馬塞洛說。
斯坦認為，按照較低的保護級別建造是有道理的。引發1811-12年地震的斷層仍然在發生餘震，並且其中一個可能高達6.7級。但是，他說，在孟菲斯按照新的IBC建造將是一種浪費。“很有可能你花費的所有錢都無法挽救任何生命。但如果你把那些錢花在學校或醫療保健上，你幾乎肯定能挽救生命。”斯坦說，最重要的是政府對地震建築規範的成本和收益進行嚴格的分析，然後再強迫人們為昂貴的保護措施買單。
第二天，當斯坦在回家途中穿過孟菲斯機場時，他再次提出了這個問題。那是9月13日，正好是美國2001年恐怖襲擊事件十週年紀念日後的兩天。在過去的十年中，該國花費了1.3萬億美元發動了兩場戰爭，並在機場實施了耗時的安全措施，例如將旅客趕過能夠透過衣服的掃描器。
斯坦認為，這些都是誤解風險和浪費資源的例子。“對於政府所做的我不滿意的上千件事，我無能為力，”他在一個安靜的時刻說。但是對於新馬德里，“我可以在這方面做些什麼”。
本文經Nature雜誌許可轉載。該文章於2011年11月9日首次發表。