民国九年（1920年）12月16日20：05：53，固原县和海原县发生了里氏8.5级特大地震，因此被称为“海原大地震”或“海固大地震”。该地震的震中位于海原县县城以西哨马营和大沟门之间，震源深度17公里，烈度达到12度。约有28.82万人死亡，约30万人受伤，四座城市被毁，数十个县城遭受破坏。
海原大地震是明代陕西关中大地震后发生在西北地区的一次巨大地震，也是地震历史上烈度最高的地震。这场地震造成了28.82万人死亡，约有30万人受伤，全球96个地震台都记录到了这次地震，并且持续了长达三年的余震。地震波及范围之广，历史罕见。远在北京的鲁迅先生在当天的日记中留下一笔：“夜地震约1分时止”。上海“时钟停摆，悬灯摇晃”；广州“掉灰泥片”；汕头“客轮荡动”；香港“大多数人感觉地震”，甚至在越南海防附近的观象台上也有“时钟停摆”的现象。
海原大地震发生在一个交通闭塞的山区，并且受到军阀混战的影响。直到地震后的1月20日，甘肃才向北洋政府发出十万火急的通报，此时地震灾区已经变成了一个人间地狱。目击者描述说：“无衣无食无住，流离惨状，目不忍睹……”有些灾民被饿死，有些则被冻死，甚至连狗也开始吃人。兰州城内，在数月之间发生了上百次地震，皋兰、榆中、永登、西固等县都成为了重灾区。
固原县的一个干旱山区，震前半年，水位的起伏变化非常不稳定，时而升高，时而下降，毫无规律可循。这种被当地人称之为“水跳舞”。从5月中旬开始，隆德县的井水突然暴涨，原本井下深度不及一尺的水位，在某个夜晚突然窜升到高达数十丈的井壁上，涌到了井口，而且水质变得混浊。在该县的中区和南区，在地震发生前的几个小时里，井水还在不断地上涨。根据固原县志的记载，居民所使用的井绳通常长度在10丈左右。地震发生前，人们突然发现只需用一半的井绳就能提水上来。
动物比人类提前感觉到了大难来临，一到夜里狗就狂吠不止。有的狗一边哀鸣还一边用爪子拍打主人的屋门。海原县城区，凡是家养的鸽子均不进窝，彻夜站在屋檐下咕咕地叫，宁可冻死也不回巢。在街道和农田边，一群群的野鸽子无缘无故地惊飞而起，到处乱撞，有时还撞在人身上，有时从天空中突然掉下来。一群一群的麻雀就像没有长羽毛的雏雀一样，落在地上扑啦啦地挣扎，有的飞不了几步远又落下了。
然而人们对此却没有心生警惕，直到12月16日20：05：53在黑雾弥漫的时刻，一道红光突然闪过，宛如天空齐鸣，强大的冲击波从西北方向横扫而来，地面疯狂地上下跃动，裂开一道道宽窄不一的缝隙，宛若天罗地网一般，县城的一半陷入地下，几乎所有建筑都被摧毁。黎明时分，满目疮痍的县城又像水乡泽国一样。地面到处都泛着黑水，有些水柱高达一人，断壁残垣之间水深数丈，黑水中漂浮着人类和动物的尸体，海原县城，一座繁华的城镇，在一瞬间痛苦地消失了
呼啸的震波向东南方向遁去，波及最严重的是邻近的二百公里范围，包括海原县、固原县、隆德县、西吉县、靖远县、会宁县、景泰县，邻近的陕西省的咸阳、西安等、新疆等地出现房屋倒塌，范围达170万平方公里
这年12月初，一位名叫金乐婷的英国女传教士计划经过甘肃前往新疆。在兰州，她正好遭遇了这一场大地震。这位女传教士记录下了她的经历，包括地震中的感受和地震后的目击，还有官员们的可笑举动。
地震发生时，首先听到头顶上传来沉重的脚步声，就像一辆重载马车快速驶过一样，同时还有火车隆隆驶过的声音在空中轨道上响起，声音之后，地动开始了。首先感觉到地板在晃动。房子立刻晃动了起来，人们根本无法到达门口。直到晃动稍微平息，他们才跑到院子里。映入眼帘的是另一番景象：兰州的街巷宛如经历海啸一般，树木在咔嚓声中折断，围墙在轰隆声中倒塌，房梁发出吱呀呀的声音。
当巨大的天灾降临时，静宁县知事周廷元表现出色并作出了杰出的贡献。他迅速下令士兵进入居民区并将他们从危险房屋中解救出来；即使在整个城市变成一片废墟的情况下，他也成功地拯救了1100名受伤者并为3000多名灾民提供了救济物资。与此相比，甘肃省督军张广建的表现就显得十分荒谬可笑。他在地震发生后的一个月后才向中央政府报告了灾情，然后还带领一些人去黄河岸边祭拜了河神。
金乐婷离开兰州前往凉州的那天早上，数千名民众从兰州跟随着甘肃督军张广建前往黄河边参加祭祀神灵的仪式。祭祀队伍穿过中山桥，来到下游的河滩，人们在河滩上搭起帐篷供使用。在道士们的音乐声中，张广建在黄河边朗诵了长长的祭文，人们将地震的原因归结于人们触怒了神灵。读完祭文后，人们将其焚烧，以便将它们传达给神灵。随后，其他人也在宣读他们的祭文，反思他们的罪过。整个祭祀仪式规模庞大，仅香火钱就花费了上千元。
已经过去100多年了，海原大地震所引起的变形，如地表破裂、崩塌、地裂缝和隆起等，在历经岁月的磨砺下仍然完好如初。这些变形的景观在哨马营震柳、党家岔堰湖、甘盐池城垣遗址、唐家坡田埂错动遗址等17个遗址中得以保留，成为了历史的见证。
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