Il terremoto di Charleston del 1886 fu uno dei terremoti più potenti che colpì gli Stati Uniti orientali, con scosse avvertite fino a Boston, Chicago e New Orleans. Dal 1670, quando gli europei si stabilirono per la prima volta a Charleston, fino ad allora, la regione subì solo occasionali attività sismiche minori.

Mentre le scosse di assestamento scuotevano la regione, geologi e ingegneri si precipitarono sul campo, registrando appunti dettagliati e scattando fotografie del danno. Le loro osservazioni hanno catturato i disturbi del suolo con dettagli impressionanti, ma gli scienziati non avevano ancora compreso appieno la relazione tra terremoti e faglie, quindi non sono stati in grado di ricostruire la storia completa.

"La tempistica del terremoto di Charleston è stata unica", ha detto Susan Hough, sismologa dello United States Geological Survey (USGS). "Se fosse successo 75 anni prima, avremmo avuto meno scienziati formati e in grado di entrare in azione. Se fosse successo dieci anni dopo, i sismogrammi probabilmente avrebbero registrato lo scuotimento."

Oltre un secolo dopo il terremoto, Hough e Roger Bilham, ricercatore presso la CU Boulder, membro del CIRES, hanno individuato le tracce, basandosi sui documenti originali e sui tentativi più recenti di ricostruire la storia del terremoto mortale.

"Sebbene siano state identificate una dozzina di possibili faglie sotto le paludi che circondano Charleston, la vera faglia che si è rotta nel terremoto è rimasta un mistero", ha detto Bilham.

La ricerca del team attraverso i documenti storici ha portato a nuove entusiasmanti scoperte sul terremoto di Charleston, dalla faglia che potrebbe essere responsabile alla magnitudo e alla deformazione del terreno.

Il loro lavoro, pubblicato in una serie di quattro articoli nel 2023 e nel 2024, fornisce un esempio di come gli scienziati possono utilizzare documenti storici per rimuovere gli strati di altri misteri geologici. E all'interno delle placche continentali, dove l'attività sismica è meno frequente, il lavoro potrebbe aiutare le comunità a valutare meglio il rischio di futuri terremoti.

Le prove sul campo rivelano difetti

Hough e Bilham iniziarono la loro indagine sul terremoto di Charleston scavando in profondità nei resoconti scritti dell'evento, compresi quelli di Earle Sloan, un ingegnere minerario che prese appunti e misurazioni meticolose dei danni a tre ferrovie che si irradiavano da Charleston. Sospettavano che sepolti negli appunti di Sloan ci fossero indizi che avrebbero potuto aiutarli a identificare la faglia responsabile del terremoto.

Ma prima c'erano alcuni ostacoli da superare.

"Convertire i numeri in una storia convincente si è rivelato un incubo", ha spiegato Bilham. "Le note del 1886 includevano inavvertitamente errori di immissione ed errori di battitura che spostavano indiscriminatamente la posizione delle fibbie qua e là."

Nel 2022, la squadra si è recata a Charleston nella speranza di risolvere la confusione. Si concentrarono su una sezione dei binari ferroviari a Summerville dove nel 1886 erano stati segnalati gravi disturbi ai binari. Bilham suggerì di utilizzare metodi GPS per stabilire le posizioni delle osservazioni, che Sloan aveva calcolato utilizzando i mirini ferroviari.

Con loro grande sorpresa, gli scienziati hanno identificato uno spostamento di 4,5 metri (14,8 piedi) a destra in quello che dovrebbe essere un miglio di binario in linea retta. Inizialmente, gli scienziati non potevano credere alla dimensione dello spostamento, ma dopo una lettura più attenta degli appunti di Sloan, scoprirono che anche lui aveva descritto uno spostamento nella stessa posizione. L'offset probabilmente significava che si era spostata una faglia sotto i binari. I geologi moderni avevano identificato la faglia di Summerville in quella posizione, ma nessuno l'aveva collegata al terremoto del 1886.

"È stato un momento di serendipità che ha aperto una dimensione completamente nuova al progetto", ha affermato Hough.

Osservando le mappe storiche della zona, Bilham e Hough scoprirono anche che Summerville sembrava essersi sollevata di 1 metro (3,3 piedi) dopo il terremoto, mentre i moli del vicino Fort Dorchester erano rimasti indisturbati sin dalla loro costruzione nel XVII secolo. I risultati confermarono che qualcosa di importante era accaduto vicino a Summerville nel 1886.

Un nuovo modello per identificare il colpevole

Per identificare la faglia responsabile del terremoto di Charleston del 1886, gli scienziati hanno costruito un modello matematico di rottura per il movimento sulla faglia di Summerville che potrebbe spiegare sia le prove archeologiche che geologiche, incluso il giusto offset nei binari della ferrovia e il sollevamento di Summerville.

Bilham e Hough hanno scoperto che il movimento lungo una faglia di Summerville immersa a ovest potrebbe spiegare perché la città è situata più in alto rispetto alle paludi circostanti. Il modello indicava una magnitudo 7,3, che è coerente con l’ampia area “avvertita” del terremoto e con le stime precedenti. Hanno pubblicato i loro risultati in The Seismic Record nel 2023.

"Si scopre che è possibile mettere insieme i pezzi per identificare la faglia che ha causato il terremoto e elaborare un modello dettagliato di come la faglia si è rotta", ha detto Hough. "Era la prima volta che qualcuno lo faceva per il terremoto di Charleston."

Dopo aver identificato il potenziale colpevole, Hough e Bilham hanno spostato la loro attenzione sugli impatti al suolo. Utilizzando la posizione della faglia, hanno simulato come avrebbe potuto essere lo scuotimento in luoghi diversi e hanno confrontato i risultati con le osservazioni dei vecchi record. Il confronto, che è stato pubblicato nel Bulletin of the Seismological Society of America nel gennaio 2024, supporta la magnitudo 7,3 proposta.

I binari deformati preservano le onde sismiche

Bilham continuò a scavare nei documenti storici per capire perché i binari della ferrovia a 20 miglia da Summerville erano stati deformati e fatti a pezzi.

"È stata un'impresa monumentale", ha detto Hough. "Era come se Sloan avesse passato il testimone attraverso i secoli a Roger."

Una vecchia fotografia, scattata il giorno dopo il terremoto di Charleston, mostrava quello che sembrava essere uno spostamento dei binari della ferrovia nel punto in cui attraversava una palude bassa. Molti scienziati hanno utilizzato la foto per dedurre la presenza di faglie nell'area.

Gli scienziati hanno costruito una vista virtuale in 3D del tracciato ferroviario deformato utilizzando misurazioni precise di mille punti nella foto originale, sopravvissuta negli archivi del Museo di Charleston. Il lavoro ha portato a un'altra sorprendente scoperta:i binari deformati intorno a Charleston avevano registrato collettivamente la contrazione e la compressione delle onde sismiche provenienti dall'epicentro del terremoto.

"Siamo stati in grado di dimostrare che si verificavano deformazioni ovunque in cui la linea era stata compressa più di quanto consentito dai suoi giunti di dilatazione e che la linea si era divisa dove i bulloni di espansione si erano rotti", ha detto Bilham.

Il lavoro è stato pubblicato anche nel Bulletin of the Seismological Society of America .

Il quadro più ampio

Gli sforzi di Hough e Bilham dimostrano che, anche dopo 137 anni, gli scienziati possono ancora imparare cose nuove sul terremoto di Charleston e contribuire a una più ampia comprensione dell'attività sismica nella regione.

"Charleston è un mattone nel muro", ha detto Hough. "Ora comprendiamo un evento in un unico luogo, ma c'è ancora molto lavoro da fare per ricostruire il quadro più ampio."

I terremoti intraplacca come quello di Charleston differiscono dai loro omologhi, che si verificano dove grandi pezzi di crosta terrestre sfregano l'uno contro l'altro. Non esiste un unico modello che spieghi il motivo per cui si verificano e, spesso, ogni evento richiede un’indagine unica. Ma Hough spera che il loro lavoro ispiri gli scienziati a guardare più in profondità, nel passato e nel futuro.

"C'è la tendenza a presumere che tutta la conoscenza sia su Internet e facilmente disponibile", ha detto Hough. "I nostri sforzi confermano quanto valore possa esserci nel considerare le polverose fonti di dati originali."