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致命的断层穿过田纳西州的一片豆田，然后潜入密西西比河之下，直奔密苏里州的新马德里。这个名为里尔福特断层的地质裂缝与邻近的断层在两个世纪前结合在一起，引发了一系列毁灭性的地震，这些地震被称为有记录以来袭击美国本土的最大地震。在政府的灾害地图上，新马德里地区被突出显示为红色靶心。这个位于大陆中心的地点——远离产生地球最大地震的板块边界——似乎与旧金山或洛杉矶一样危险。
塞思·斯坦恩站在里尔福特断层上拍照，但地质情况却不配合。对于一个据称如此危险的地方，这个地震制造者几乎不引人注意：唯一的迹象是一个3米高的隆起。“你看不到多少断层，”伊利诺伊州埃文斯顿西北大学的地球物理学家斯坦恩嘲讽道，他过去20年一直在研究该地区。
在斯坦恩看来，没有什么实质性的东西可供拍摄，这只是表明美国政府和许多科学家对这里的危险估计错误的一些证据之一。如果里尔福特断层在漫长的地质时期内反复发生大型地震，它就会形成一个明显的陡坡，就像山脉那样令人印象深刻的地形。但这里没有任何类似的东西。当斯坦恩和他的团队用全球定位系统（GPS）仪器对该地区进行调查时，他们没有发现地面在为新马德里地震的重演做准备而发生变形的证据。
他说，显示新马德里地区如此危险的地震灾害地图有点像“皇帝的新装”。“我们的作用是指出皇帝没有穿衣服。”斯坦恩说，其结果是，政府和田纳西州孟菲斯等城市的企业正在错误地花费巨额资金——可能高达数十亿美元——建造足够坚固的建筑物，以承受永远不会发生的巨大地震。“按照加州的建筑规范来建造中西部的建筑物是巨大的浪费，”他说。
斯坦恩和他的团队在《自然》、《科学》和其他期刊上发表了论文，提供了支持这一观点的证据，去年，斯坦恩出版了一本名为《灾难延后》的书，向公众介绍了他的观点，该书指责美国地质调查局（USGS）夸大了该地区（被称为新马德里地震带）的地震风险。这一指控，再加上斯坦恩习惯于嘲笑他认为荒谬的人和想法，激怒了许多地球科学家。但他的工作迫使他们面对一个问题，即美国是否在新马德里过度准备地震，而在其他地方准备不足。本周俄克拉荷马州发生的5.6级地震和8月份弗吉尼亚州发生的5.8级地震表明，美国中部和东部各地都可能发生强烈地震。
在与《自然》杂志一起考察新马德里地区时，斯坦恩阐述了他的观点。他说，从新马德里出现的情况来看，1811-12年地震中涉及的断层正在关闭，将危险转移到可能数百公里以外的其他断层。斯坦恩假设，其他大陆的中心也会以类似的方式运作，地震活动区域会骚扰一个地点数千年，然后跳到其他区域。
他的一些论点正在得到认可，尽管很少有研究人员像斯坦恩那样贬低新马德里地区的危险。“他在这里做的事情很好；他提出了问题，并提出了很可能正确的假设，”西雅图华盛顿大学的地震学家约翰·维达尔说，他今年领导了一个联邦小组调查新马德里的危险。“唯一让社区感到愤怒的是，当他认为自己是对的，而其他所有人都错了时。”
新马德里是密西西比河畔一个安静的哨所，这条强大的河流在那里短暂地向北蜿蜒，然后完全掉头向南。在其历史上的大部分时间里，该镇与不断变化的河流进行了史诗般的战斗——但都失败了——直到20世纪初建造了堤坝。
新马德里历史博物馆位于堤坝旁边，通过详细的展览来纪念该镇的地震历史，该展览目前正在升级，为下个月的地震二百周年做准备。在地震发生时，新马德里是一个繁华的港口——密西西比河下游最重要的港口之一。
毁灭性的地震序列始于1811年12月16日凌晨2点左右的巨大轰鸣声。据一位居民说：“我们被一声巨响惊醒，房子跳动着，似乎要砸到我们的头上。”地震及其直接的余震让许多居民感到深深的恐惧，但很少有人丧生。“据我所知，有几个人在第一次地震的晚上抛弃了他们的家人，此后再也没有人听到他们的消息，”新马德里的居民写道。
在接下来的几周里，数百次余震震撼了该地区，随后在1812年1月23日和2月7日又发生了两次更大的地震。2月份的地震导致里尔福特断层西南部的陆地向上跳动，而新马德里和断层东北部的其余陆地则总共下降了约3米或更多。地震摧毁了该镇，密西西比河很快吞噬了这片土地，迫使居民在远离河流的地方重建。地震的震动波及超过260万平方公里的区域——约占美国本土面积的三分之一（参见“地震中心”）。
由于地震发生在现代地震仪出现之前——而且发生在如此稀疏的年轻国家地区——研究人员多年来一直在努力确定它们的规模到底有多大。1996年，孟菲斯大学的地球物理学家阿奇·约翰斯顿利用对地震的历史记录来估计第一次地震（他认为是最大的地震）的震级在7.8到8.4之间——这是一场真正巨大的地震，比阿拉斯加以外的美国历史上任何地震都大。
在博物馆里，这些事件听起来更糟，一部电影称最大的地震是“有记录以来最严重的地震”。影片声称，几乎整个北美大陆都经历了一些震动。
一份博物馆的小册子引用了联邦紧急事务管理局资助的一项研究，该研究预测，如果今天新马德里地区发生7.7级地震，将有3500人死亡。根据该小册子，经济损失可能超过3000亿美元。斯坦恩对这部电影嗤之以鼻，并嘲笑他认为的危害恐吓。“可怕的是其中有多少是完全错误的，”他说。“这里的危险被严重高估了。”
寻找断层
正是这种声明为斯坦恩赢得了很少的竞争对手。在辩论中，他对认为站不住脚的立场的攻击可能是夸张的。当他的咆哮达到高潮时，他看起来就像是乔治·科斯坦扎（电视节目《宋飞传》中那个总是抱怨的角色）的高度智能版，而像斯坦恩一样，他也恰好矮小、秃顶，并且戴着眼镜。
但斯坦恩拥有丰富的想象力，并在地球物理学方面取得了多项重要进展。作为20世纪80年代西北大学的年轻教员，他和他的同事开发了一种广泛使用的模型，用于量化地球板块在过去300万年中的移动情况。该模型假设每个板块都是地球外壳的刚性部分，其内部没有太多运动。毕竟，绝大多数地震都发生在板块的边缘，在那里它们相互挤压并变形为山脉。但斯坦恩想知道板块在其中心变形的程度有多大。
美国的 GPS 卫星系统为他提供了一种找出答案的方法。1991年，他开始对新马德里地区进行研究，以跟踪北美板块中心地壳的变形情况。
斯坦恩确信地壳在那里发生了一定程度的变形，因为地质学家一直在发现1811-12年地震集群发生前数百年的一系列大地震的证据。那些地震的能量必定来自地壳的应力，也许是从北美板块的边缘一直传递过来的。但在斯坦恩从他的 GPS 研究中获得结果之前，一个竞争对手小组通过走捷径抢先一步完成了任务。该小组将一组 GPS 测量数据与 20 世纪 50 年代的土地测量数据进行比较，发现新马德里地区的变形速度很快，约为加利福尼亚州圣安地列斯断层的三分之一。
由于他们仅依靠 GPS 数据来捕捉任何移动，斯坦恩和他的团队不得不等待几年，然后重新调查新马德里周围的一系列地点，他们在 1993 年和 1997 年这样做了。当与斯坦恩合作的研究生安德鲁·纽曼最终整理出数据时，他发现了一些奇怪的事情。地壳几乎没有或可能根本没有变形。“我非常震惊，我们什么也没看到，”斯坦恩说。
几年来，研究团队在科学文献中就新马德里附近的地壳是否正在变形展开了争论。但随着更多数据的积累，它们证实了斯坦恩最初的发现。“随着我们在测量方面变得越来越好，我们发现这种运动越来越慢，”孟菲斯大学的地球物理学家小罗伯特·斯莫利承认，他在 2005 年报告说，该地区的应变速度很快。
当斯坦恩看到纽曼的 GPS 分析时，他知道整个新马德里的故事有些不对劲。如果地壳没有以任何明显的方式变形，他就看不出它如何能够储存足够的能量来引发像当时地球科学家普遍认为的那样每 500 年左右发生一次 8 级地震——如果这样的话。因此，斯坦恩和他的团队提出，1811-12年的地震比之前估计的要小得多，可能不超过7级，因为震级是对数刻度，这将只产生 8.4 级地震的二十分之一的震动。
正如GPS结果一样，其他研究也支持了斯坦的估计。当美国地质调查局（USGS）帕萨迪纳分部的地震学家苏珊·霍夫和她的同事回顾1811-12年地震的目击者报告时，他们估计最大的震动在7.4到7.5级之间（参考文献5）。今年，她甚至进一步降低了震级，认为6.8到7.0之间最符合数据，这与十多年前斯坦的建议大致相同。
然而，甚至在所有证实证据出现之前，斯坦就根据他的GPS数据得出了一个有争议的结论。他声称，新马德里断层带很可能在一段地质时间短暂的活跃期后正在关闭——并且像1811-12年地震序列那样的大地震可能永远不会再在那里发生。
压力之下
与北美稳定地区的大多数断层一样，新马德里地区的断层已有数亿年的历史，并且在它们的大部分生命中都保持平静。但肯定有某种东西在最近的地质时期（过去2万年内）激活了它们，地质科学家一直在努力理解那是什么。
在田纳西州西北部的泡泡溪沿岸的黄褐色悬崖上可以找到一个可能的答案。在一次访问中，斯坦和孟菲斯大学的地质学家罗伊·范·阿斯代尔检查了一个25米高的悬崖，该悬崖可以很好地观察到通常隐藏在地表之下的沉积地层。在这个地点以西更远的地方，在密西西比河谷，这一层状地层序列的部分缺失了。河流在上次冰河时代末期，即16000到10000年前，剥离了12米的沉积物。
在对整个地区的沉积序列进行的研究中，范·阿斯代尔和他的同事发现，这些沉积物的侵蚀恰好发生在与新马德里地震有关的断层之上。他们提出，去除所有这些重量足以改变地下岩石中的应力，从而重新激活新马德里断层。
为了验证这个想法，范·阿斯代尔和斯坦与西拉法叶普渡大学的埃里克·卡莱和安德鲁·弗里德合作，模拟了从断层上方去除如此多重量的影响。他们计算出，侵蚀松开了断层，足以让那些处于地震边缘的断层发生断裂，释放了过去积累的能量——可能是在数百万年前，在北美西部山脉生长等事件期间积累的能量8。但科学家们认为，一旦某个特定的断层断裂，该地区就不会有足够的应力再次引发大地震。因此，该地区史前的大地震一定发生在与两个世纪前断裂的断层不同的断层段上。
斯坦认为，与其孤立地看待新马德里周围的断层，不如将它们视为一个相互作用的断层系统的组成部分，地震活动会在数百或数千年内从一组断层转移到另一组断层。他在欧洲、澳大利亚和中国看到了类似的模式，那里的地震通常不会在同一个地点重复发生。
斯坦说，如果新马德里地区关闭，地震活动最终会转移到其他地方，可能转移到西南部，或者转移到印第安纳州和伊利诺伊州的沃巴什河谷断层系统，该系统在6000年前发生过一次大地震。范·阿斯代尔担心地震可能会沿着里尔福特裂谷的边缘向南转移到孟菲斯，那里是北美大陆大约5亿年前开始短暂分裂的地方。
斯坦、范·阿斯代尔和其他人现在希望获得GPS测量数据，并构建新马德里周围更广阔地区的详细地震历史，以确定地震模式如何在美国中部的不同断层之间移动。“与十年前相比，我们已经取得了巨大的进步，”斯坦说。“我认为我们现在准备取得重大进展。”
斯坦说，然而，现有证据足以推翻政府对新马德里地区地震危险的评估。“调查是如何把这里变成北美最危险的地方的？”他问道。“这是一个相对较小的危险。”
今年，美国地质调查局的顾问机构——国家地震预测评估委员会召集了一个由独立科学家和工程师组成的小组来审查这个问题。领导该小组的维代尔说，他们的动机部分来自于斯坦持续的批评以及即将到来的地震二百周年纪念。该小组总体上支持了调查局2008年的最新评估，该评估表明，新马德里地区部分地区的危险性超过了洛杉矶或旧金山，尽管该小组表示“由于对过去地震和当前形变的认识有所提高，新马德里地震带的估计危险性可能会在下一次危险性评估中适度下降”（见“地图是否放大了地震危险？”）。
维代尔认为，主要问题是该地区仍然知之甚少。“我们基本上发现存在很多不确定性。因为我们不确切知道发生了什么，我们需要为大地震做好准备。”但他同时也承认，可能永远不会发生大地震。
关于斯坦，维代尔说：“他的想法都没有问题。只是他以极端的方式呈现它们，并且不允许自己可能不正确的可能性。”
斯坦的整体观点甚至没有得到霍夫的支持，霍夫曾强烈认为200年前的地震比曾经认为的要小得多。“塞思认为该地区已经死寂，因为你没有看到应变。我认为这不是一个有效的结论，”她说。“周围有足够的应变可以产生7级地震。”
不过，斯坦否认自己如此固执己见。他说，在他的书和论文中，他将新马德里关闭的想法呈现为一种可能性，而不是确定性。
现实检验
这些问题都集中在孟菲斯市中心，那里到处都是在20世纪头三分之一建造的办公楼、公寓和酒店。其中许多都是没有加固的砖石结构——用混凝土块或砖块建造，没有任何金属框架。工程师认为这类结构在地震中最容易受损。如果未来几十年内发生接近8级地震，它可能会推倒许多这些建筑物。但如果在50年或更长时间内没有发生大地震，这些建筑物中的大多数可能会早已消失，被较新的结构所取代。
孟菲斯瑞夫斯公司与斯坦合作的工程师约瑟夫·托马塞洛说，联邦紧急事务管理局一直在敦促孟菲斯地区的市政当局采用标准的国际建筑规范（IBC），这将要求新建筑物能够承受比早期规范要求强3到4倍的震动。但是该地区的许多人对如此严格的要求感到犹豫，该市允许业主在采用2009年版本的IBC之前按照限制性较小的规范建造，预计将在今年年底左右发生这种情况。
一些工程师认为，该规范增强的抗震条款只会略微增加建筑成本，但托马塞洛认为它们可能会增加10-15%的额外成本。他估计，如果所有新建筑都必须符合较新的规范，孟菲斯都会区的建筑成本每年将增加2亿美元。“当你看到危险时，它没有任何意义，”托马塞洛说。
斯坦认为，按照较低的保护级别建造是有道理的。引发1811-12年地震的断层仍然在发生余震，并且其中一个可能高达6.7级。但是，他说，在孟菲斯按照新的IBC建造将是一种浪费。“很有可能你花费的所有钱都无法挽救任何生命。但如果你把那些钱花在学校或医疗保健上，你几乎肯定能挽救生命。”斯坦说，最重要的是政府对地震建筑规范的成本和收益进行严格的分析，然后再强迫人们为昂贵的保护措施买单。
第二天，当斯坦在回家途中穿过孟菲斯机场时，他再次提出了这个问题。那是9月13日，正好是美国2001年恐怖袭击事件十周年纪念日后的两天。在过去的十年中，该国花费了1.3万亿美元发动了两场战争，并在机场实施了耗时的安全措施，例如将旅客赶过能够透过衣服的扫描仪。
斯坦认为，这些都是误解风险和浪费资源的例子。“对于政府所做的我不满意的上千件事，我无能为力，”他在一个安静的时刻说。但是对于新马德里，“我可以在这方面做些什么”。
本文经Nature杂志许可转载。该文章于2011年11月9日首次发表。