Noord-Korea zou een waterstofbomtest hebben uitgevoerd. Seismische schokgolven van de ondergrondse test werden gevoeld in China, en snel gedetecteerd door zowel Zuid-Korea als Japan - beide bevestigden onafhankelijk dat het een nucleaire test was. Dus wat kan de seismische wetenschap ons vertellen over dergelijke tests?

Wat is de geschiedenis van het gebruik van seismische technieken om kernproeven te controleren?

Het gebruik van wat "forensische seismologie" wordt genoemd om kernproeven te detecteren en te identificeren, dateert van bijna de geboorte van kernwapens zelf. In 1946, de VS voerden de eerste onderwatertest uit van een atoombom op Bikini-atol in de Stille Oceaan. De schokgolven die door de enorme explosie werden veroorzaakt, werden opgepikt door seismometers over de hele wereld, en wetenschappers realiseerden zich dat seismologie kon worden gebruikt om dit soort tests te volgen.

In 1963, op het hoogtepunt van de Koude Oorlog, kernproeven verplaatst ondergronds. De seismische golven van ondergrondse tests zijn moeilijker te detecteren, omdat het trillende gevoel over zulke lange afstanden erg klein is - slechts ongeveer een miljoenste centimeter.

Om de golven van ondergrondse tests te meten, wetenschappers ontwikkelden gevoeligere seismometerinstrumenten en begonnen seismische arrays te installeren, waar meerdere seismometers binnen enkele kilometers van elkaar worden ingezet. Een seismische array is beter in staat om de kleine trillingen van een bepaalde bron te onderscheiden dan een enkele seismometer, en kan ook worden gebruikt om met grotere nauwkeurigheid te bepalen waar de golven oorspronkelijk vandaan komen.

1996, het Comprehensive Test Ban Treaty (CTBT) werd opengesteld voor ondertekening, gericht op het uitbannen van alle nucleaire explosies. Om dit verdrag af te dwingen, de in Wenen gevestigde CTBT-organisatie zet een internationaal monitoringsysteem op met meer dan 50 seismische meetstations om kernproeven overal op aarde te detecteren.

Dit systeem maakt niet alleen gebruik van seismometers. Infrageluidsinstrumenten luisteren naar zeer laagfrequente geluidsgolven, onhoorbaar voor het menselijk oor, gegenereerd door potentiële nucleaire explosies in de atmosfeer; hydro-akoestische instrumenten luisteren naar geluidsgolven die lange afstanden afleggen door de oceanen die worden gegenereerd door onderwaterexplosies, en radionuclidedetectoren "snuffelen" radioactieve gassen die vrijkomen bij een nucleaire testlocatie.

Waar letten seismische monitoren op?

Elke vorm van aardbeving of explosie, natuurlijk of door de mens gemaakt, produceert verschillende soorten schokgolven die door de aarde reizen en kunnen worden gedetecteerd door seismometers, die zeer kleine grondbewegingen kan meten. De snelst aankomende golven zijn de primaire golven (P-golven), gevolgd door secundaire golven (S-golven), die diep door de aarde reizen. Dan komen de langzamere oppervlaktegolven, die het meest trillende gevoel op grondniveau veroorzaken omdat ze alleen dicht bij het oppervlak reizen.

Seismometers gebruiken het verschil in aankomsttijden van de verschillende soorten golven om erachter te komen hoe ver een aardbeving of explosie plaatsvond, en hoe diep onder de grond de bron was. Ze kunnen ook meten hoe krachtig de aardbeving was (de omvang ervan).

Hoe maken seismologen onderscheid tussen een explosie en een aardbeving?

Er zijn een aantal manieren om dit te doen. Een daarvan is het meten van de diepte waarop de aardbeving plaatsvond. Zelfs met moderne boortechnologie, het is alleen mogelijk om een ​​nucleair apparaat enkele kilometers onder de grond te plaatsen; als zich een aardbeving voordoet op een diepte van meer dan 10 km, we kunnen er zeker van zijn dat het geen nucleaire explosie is.

Studies van de talrijke kernproeven die plaatsvonden tijdens de Koude Oorlog tonen aan dat explosies grotere P-golven genereren dan S-golven in vergelijking met aardbevingen. Explosies genereren ook proportioneel kleinere oppervlaktegolven dan P-golven. Seismologen kunnen daarom de grootte van de verschillende soorten golven vergelijken om te proberen te bepalen of de golven afkomstig zijn van een explosie of van een natuurlijke aardbeving.

Voor gevallen als Noord-Korea, die sinds 2006 een reeks kernproeven heeft uitgevoerd, we kunnen de vorm van de golven die van elke test zijn geregistreerd direct vergelijken. Aangezien de tests allemaal werden uitgevoerd op locaties binnen een straal van enkele kilometers van elkaar, de golven hebben een vergelijkbare vorm, alleen in grootte verschillen.

Wat kan seismologie ons vertellen over de meest recente test?

Seismologische gegevens kunnen ons vertellen of er een explosie was, maar niet of die explosie werd veroorzaakt door een kernkop of conventionele explosieven. Voor de definitieve bevestiging dat een explosie nucleair was, we moeten vertrouwen op radionuclidenmonitoring, of experimenten op de testlocatie zelf.

evenzo, we kunnen niet expliciet onderscheid maken tussen een kernsplijtingsbom en een thermonucleaire waterstofbom, ook kunnen we niet zeggen of een bom klein genoeg is om op een raket te worden gemonteerd, zoals de Noord-Koreaanse regering beweert.

Wat we uit de gegevens kunnen halen, is een idee van de omvang van de explosie. Dit is niet eenvoudig, aangezien de grootte van de seismische golven en hoe ze zich verhouden tot de explosieve kracht van de bom sterk afhangt van waar de test precies plaatsvond, en hoe diep onder de grond. Maar in het geval van deze laatste test, we kunnen de omvang direct vergelijken met eerdere Noord-Koreaanse tests.

Deze laatste explosie is aanzienlijk krachtiger dan de laatste test in het noorden in september 2016; het Noorse seismische meetcentrum, NORSAR, schat een explosie gelijk aan 120 kiloton TNT. Ter vergelijking, de bommen die in 1945 op Hiroshima en Nagasaki werden gedropt, leverden respectievelijk 15 en 20 kiloton ontploffing op.

Hoe betrouwbaar is de technologie?

Ondanks bovenstaande kanttekeningen, door de verbeterde gevoeligheid van de beschikbare instrumenten en het toegenomen aantal meetstations is er nu een zeer betrouwbaar netwerk om kernproeven overal ter wereld op te sporen.

Hoewel het Comprehensive Test Ban Treaty niet van kracht is, de wetenschappelijke expertise van degenen die dergelijke gebeurtenissen onderzoeken, wordt steeds beter. Het feit dat controlebureaus in Japan en Zuid-Korea deze laatste test binnen enkele uren hebben bevestigd, laat zien hoe indrukwekkend het kan zijn.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.