Problemet med stora jordbävningar är att deras underjordiska rotsystem kan lura i århundraden eller årtusenden innan de bygger tillräckligt med energi för att explodera. Bland många platser är detta sant för New York City-området, där forskare tror att stora skalv är möjliga - men förmodligen så sällsynta att det är svårt att säga exakt hur ofta de kommer, eller hur stora de kan vara.

Det var först på 1970-talet som forskare började studera regionens seismicitet i detalj. De har kartlagt många tidigare okända fel och observerat dussintals små skalv varje år, de flesta för små för att kännas. Det största moderna skalvet, en magnitud 4,1 i förorten Westchester County 1985, gjorde liten skada. Gamla skrivna uppgifter tyder dock på att skalv av omkring magnitud 5 skakade New York med omnejd 1737 och 1884. Dessa slog ner skorstenar, spräckte väggar och skakade marken från övre New England till Virginia. Idag kan en likvärdig händelse göra stor skada på den kraftigt utökade befolkningen och infrastrukturen i den regionala megalopolisen. Dessutom, baserat på storleken på kända förkastningar och frekvensen av små skalv längs dem, har vissa forskare extrapolerat en uppskattning att ett skalv med magnitud 6 kan drabba regionen vart 700:e år, och en magnitud på 7, vart 3400:e år. En magnitud 6 är 10 gånger starkare än händelserna 1737 och 1884, och en magnitud 7, 100 gånger starkare.

Men detta är bara en extrapolering. Har jordbävningar av denna storlek någonsin inträffat här? Ingen vet. William Menke, geolog och seismolog vid Columbia Climate Schools Lamont-Doherty Earth Observatory, skulle vilja ta reda på det.

Nyligen har Menke och en studentpraktikant besökt Harriman State Park, cirka 30 kilometer norr om Manhattan. Inte långt från Lamont-Dohertys förortscampus innehåller det bergiga reservatet på 47 500 tunnland många gigantiska stenblock som plockats ur berggrunden av glaciärer under den senaste istiden och sedan tappats när isen smälte. Vissa är betänkligt balanserade på en eller annan oregelbunden yta, förmodligen fortfarande i sina ursprungliga positioner. Menkes uppdrag:beräkna hur mycket kraft det skulle ta för att välta dem. Om de fortfarande står kvar, skulle det tyda på att en jordbävning av den storleken inte har inträffat sedan istiden slutade, för långt över 10 000 år sedan.

"Detta skulle åtminstone sätta en övre gräns för potentiell markrörelse", sa den 67-årige vetenskapsmannen en morgon när han släpade en 40-kilos ryggsäck med utrustning uppför en slingrande, stenig stig. Sol och skugga prickade genom de höga träden. "Under åren har folk försökt använda den här metoden på andra ställen, och jag har tänkt att vi borde prova den i nordost."

Menke beskriver sig själv som "i grund och botten en dataforskare." Sedan han fick sin Ph.D. på Lamont 1982 har han använt matematiska data för att belysa en mängd olika miljöfrågor, inklusive utbredningen av seismiska vågor och strukturen av jordskorpan och manteln. En ivrig vandrare, kajakpaddlare, fotograf och all-around-observatör av naturen, hans fältarbete har tagit honom från Kalifornien till Island och fartyg i Stilla havet. Nuförtiden håller han sig till stor del närmare hemmet, där han har korsat terrängen i decennier.

Menke och hans praktikant, Charles McBride, var på väg för att studera stenblock på en tidigare utvald plats på Black Rock Mountain, en timslång vandring från närmaste väg. Platsen ligger bara tre miles från Ramapo Fault, en 185 mil lång funktion som skär genom Pennsylvania, New Jersey och södra delstaten New York, och skär genom mitten av parken. Den producerar många av regionens små jordbävningar och kan vara en stor kandidat för att producera tidigare stora.

På vägen stannade Menke för att beundra blommande fläckar av bergslager och höll ett lågmält öga efter skallerormar. "Du ser inte så många rattlare. Jag har bara sett åtta, och det var alla under de senaste åtta åren", sa Menke.

Studiet av tidigare jordbävningar kallas paleoseismologi. Dess utövare kan studera berättelser från gamla tidningar, dagböcker och historier, men på många ställen, inklusive nordöstra USA, går dessa bara några hundra år tillbaka i tiden – inte tillräckligt långt för att ge en verklig långsiktig bild.

För att nå in i förhistorien gräver några paleoseismologer ett dike (eller bättre, vänta på att någon ska gräva en husgrund) och observerar om nedgrävda jordlager har förskjutits mot varandra. Detta indikerar en tidigare rörelse, som kan dateras med hjälp av kolisotoper. I nordvästra USA har forskare använt ringar från sedan länge döda träd för att lokalisera jordbävningar som släppte dem i sjöar eller saltvattenkärr och dödade dem. En studie tidigare i år av några av Menkes Lamont-kollegor använde variationer i kemin hos forntida stenar två mil under ytan för att visa att en förmodad stilla del av San Andreas-förkastningen har sett stora tidigare skalv.

Studiet av otryggt uppflugna stenblock och liknande egenskaper är fortfarande ungt. I början av 1990-talet började den Kalifornien-baserade geologen James Brune undersöka otrygga stenar. Han fick sin första validering 1999 i Mojaveöknen, när en jordbävning med magnituden 7,1 störtade flera som han tidigare hade riktat in sig på som mottagliga. Forskare i västra USA började undersöka andra så kallade sköra geologiska egenskaper för paleoseismologisk potential:havsstaplar längs Stillahavskusten (smal klipptorn uthuggna av vågerosion); öken hoodoos (klippspiror vars baser eller mitter har undergrävts betänkligt av vinden); tuffa torn (smuliga toppar av kalksten bildade av undervattenskemiska processer i tidigare sjöar, nu torkade). Forskare i Australien och jordbävningsbenägna Nya Zeeland har utfört liknande forskning.

I Kalifornien har vissa forskare visat att funktioner som borde ha störtats av förhistoriska skalv som förutspåtts av datormodeller som liknar de som används i New York fortfarande står kvar. Detta tyder på att standarddämpningskurvor – beräkningar av hur ofta och hur mycket marken skakar – kan överdriva riskerna på lång sikt, åtminstone på vissa ställen.

"Jag antar att man i viss mån kan säga att det är goda nyheter", sa Menke. Å andra sidan, sa han, "det finns vissa luckor i kunskapen." De generellt lösa, spruckna stenarna i det skalvbenägna Kalifornien är faktiskt ganska dåliga på att överföra seismiska vågor till ytan och kan därför dämpa jordbävningar. New York-regionen, å andra sidan, är till stor del undergjord av hårda metamorfa stenar som kan ringa som en klocka. Det betyder att mindre skalv i denna region kan översättas till större markrörelser. "Kaliforniska kurvor är inte tillämpliga på vårt arbete," sa han.

När Menke och McBride steg upp på berget förändrades landskapet till ett slags böljande semi-tundra. Träd krympte till vindblåsta buskar. Kupoler av naken gnejs och berggrund av granit upptog höga platser, där is som svepte från norr för länge sedan skurade ytan, och växtlivet har aldrig återvänt. Jätteblock låg utspridda.

En studie av en av Menkes Lamont-kollegor som använde den initiala närvaron av pollen från botten av myrar säger att dessa stenblock släpptes från smältande is för cirka 14 000 år sedan. En annan kollega som istället mätte kemiska isotoper i bergytor säger att det var mer som för 22 000 år sedan. Användningen av otrygga stenblock i paleoseismologi är ett enkelt koncept – men utförandet är komplext. Avsaknaden av ett tydligt ursprungsdatum för stenblockens positioner utgör en av många osäkerheter.

För att minska åtminstone en osäkerhet, letade Menke och McBride efter stenblock som var för stora för att kunna flyttas av människohänder, och vid en tidigare spaning hade de så att säga snabbt träffat smuts. Längs leden pekade Menke ut flera jättar som han planerade att undersöka. En, ungefär lika stor som en ultrakompakt bil, vilade på ett smalt underlag med ena sidan som bildade ett brett, överhängande skydd där askhögar visade att förbipasserande hade anlagt lägereldar. En annan, mycket större, vacklade vid den sluttande kanten av en urbergskupol. "Titta, en del av dess undersida är bara luft," sa Menke. "Om du skakade den kan den lätt glida ner i träden, men det har den inte gjort det. Ännu."

Menke genomsökte också området efter utsatta jordbävningsfel, men medgav att han inte hade sett något avgörande. Vid ett tillfälle påpekade han en snirklig, 20 fot lång spricka i berggrunden. Det såg ut som att mineraler för länge sedan fyllt i det tomrum som en gång funnits. Han spekulerade att det kunde vara ett mindre fel som hade bildats under jorden för miljoner år sedan. Eller, det kanske bara var en vanlig gammal spricka.

För närvarande dök Menke och McBride upp i ett toppområde som huvudsakligen består av naken gnejs. Ett gäng osäkra stenblock låg utspridda. De närmade sig en vagt äggformad granitbit som var cirka fyra fot hög, vilande på en av dess smala ändar. Menke uppskattade att den vägde cirka 3 ton. Han förmodade att den hade rivits ut genom att flytta is från kanske tre eller fyra mil bort innan den hamnade här. Detta skulle vara deras huvudsakliga stenbrott för idag.

Hittills har de flesta forskare använt handmätningar för att beräkna massan och stabiliteten hos sådana stenblock; ett fåtal har provat att vicka lite på stenarna på mekanisk väg för att få en känsla av balansen. Menke använde ett nyare tillvägagångssätt:fotogrammetri, skapandet av en 3D-modell av ett objekt genom att ta många fotografier av det från olika vinklar. Bilderna matas sedan in i en datormodell, som kan användas för att beräkna stenblockets massa, viktfördelning, balanspunkter och de krafter av olika slag och magnituder som kan lossa den. Menke övervägde ett ytterligare steg:att använda data för att skriva ut fysiska kopior av stenblock, som han sedan kunde utsätta för olika typer av skakningar i labbet för att se vad som hände.

Efter en snabb lunch satte Menke och McBride igång att krita ut på berggrunden en cirkel på 16 jämnt fördelade punkter 20 fot från stenblocket. Härifrån planerade de att ta en första uppsättning bilder, alla med fokus på samma nivå av stenblocket i förhållande till marken. Flera av dessa fotocirklar på olika avstånd skulle gå till att skapa 3D-modellen. Efter några tjuvstarter började de ta bilder med Menkes Canon, dess höjd noggrant kalibrerad på ett stativ för varje bild.

Att få allt i ordning för varje skott tog ganska lång tid. En stekande middagssol slog ner och reflekterades från berggrunden och från Menkes bara huvud, men Menke och McBride verkade inte märka det. McBride stannade för att ta en klunk vatten en eller två gånger, men det var nästan de enda pauserna.

De fortsatte till 04:30, då solen fortsatte med full utstrålning. Då hade paret fortfarande inte fullbordat ens den första cirkeln i den detalj de hade önskat. De tog några genvägar för att producera fler bilder. Menke satte sig till slut på en närliggande osäkra stenblock medan McBride packade ihop. "Tja, vi ligger lite efter, men det räcker för en dag", sa han. "Vi kommer definitivt att bli snabbare med träning."

Bilderna skulle i alla fall bara vara början, sa han. Det verkliga arbetet skulle komma i att modellera vilka typer av markrörelser jordbävningar här omkring kan producera, vilka riktningar och från hur långt bort de kan komma ifrån, och hur just detta stenblock skulle reagera. Detta var naturligtvis bara det första av många stenblock.

På vandringen tillbaka pausade Menke vid en särskilt spektakulär fläck av bergslager. Han tog fram sin mobiltelefon och tog ett panorama av de blommande buskarna – ett slags levande fotogram. "Vi har mycket tid här uppe. Dessa blommor håller bara några dagar," sa han. Han stoppade tillbaka mobilen i fickan, flinade och gick nerför stigen.