Onderwaterexplosies die zijn ontploft door de Amerikaanse marine om de stevigheid van scheepsrompen te testen, hebben seismologen een eigen testmogelijkheid geboden:hoeveel kunnen we weten over een onderwaterexplosie op basis van de seismische en akoestische gegevens die het genereert?

In een studie gepubliceerd in de Bulletin van de Seismologische Vereniging van Amerika , een team van onderzoekers onder leiding van Ross Heyburn van AWE Blacknest in het Verenigd Koninkrijk vergeleek de 'ground-truth'-gegevens die beschikbaar waren van de marine op de locatie, grootte en diepte van deze ontploffingen naar schattingen verkregen van seismische stations en hydro-akoestische sensoren.

De explosies voor de kust van Florida bieden een kans om de capaciteiten van het International Monitoring System (IMS) van de Comprehensive Test-Ban Verdragsorganisatie te testen, ingezet om geheime nucleaire testexplosies op te sporen, zeggen de auteurs.

"Onderwaterexplosies van deze omvang waar grondwaarheidsgegevens beschikbaar zijn, zijn vrij zeldzaam, " zei Heyburn. IMS-stations "nemen signalen op van veel onderwatergebeurtenissen, beide natuurlijk voorkomend, zoals aardbevingen, en door de mens gemaakt, zoals luchtgeweeronderzoeken. Echter, grondwaarheidsgegevens van door de mens gemaakte bronnen zijn vaak niet beschikbaar, en gewoonlijk zijn eventuele onderwaterexplosies die worden waargenomen veel kleiner in omvang dan de explosies in Florida."

De explosietests van de marine werden uitgevoerd in 2001, 2008 en 2016 binnen het Mayport-testgebied van de marine, gelegen op 120 kilometer voor de kust van Jacksonville, Florida. De experimenten testten de integriteit van de romp van de gevechtsschepen voor de kust, de USS Jackson, de USS Milwaukee, de USS Winston Churchill en de USS Mesa Verde. Tijdens de experimenten, 10, Chemische explosies van 1000 pond werden achter een schip gesleept dat naast de gevechtsschepen voer, om te testen hoe de rompen van het gevechtsschip reageerden op de schokgolven die werden geproduceerd door nabijgelegen ontploffingen, gelijk aan een TNT-ladinggewicht van ongeveer 6759 kilogram.

De explosies zijn niet zo groot als een kernproefexplosie, maar ze zijn veel groter dan veel van de andere onderwaterexplosies die beschikbaar zijn om te bestuderen, legde Heyburn uit. "De explosies die in het artikel worden beschreven, zijn veel kleiner dan een typische nucleaire testexplosie die typisch in de orde van kiloton in TNT-equivalent ladingsgewicht is, "zei hij. "Ter vergelijking, zeemijnen en anti-onderzeeër dieptebommen bevatten doorgaans explosieve ladingen met een TNT-equivalent ladingsgewicht in de orde van honderden kilo's."

Heyburn en collega's analyseerden gegevens van de explosies die werden verzameld door IMS-seismische stations over de hele wereld en van een hydrofoonstation in de buurt van Ascension Island in de Zuid-Atlantische Oceaan voor de tests in 2008 en 2016. De onderzoekers gebruikten de locatiegegevens die door de marine werden verstrekt voor verschillende van de explosies als een manier om de nauwkeurigheid te verbeteren van berekeningen die worden gebruikt om het epicentrum van explosies te lokaliseren zonder beschikbare grond-waarheidsgegevens.

Eerder onderzoek naar detonaties in de Dode Zee en andere testlocaties onder water heeft aangetoond dat er een verband bestaat tussen de lokale omvang van een explosie en het ladingsgewicht. Na rekening te hebben gehouden met het zoutgehalte van het zeewater bij Florida, Heyburn en collega's waren in staat om de Dode Zee-berekeningen aan te passen om de gewichten van de marine te schatten op basis van gepubliceerde schattingen van de lokale magnitude voor de explosies.

Onderwaterexplosies produceren ook unieke seismische kenmerken die kunnen worden gebruikt om de bron te identificeren. Een van die opvallende kenmerken is de bellenpuls, de onderwaterpulsatie die wordt gegenereerd door de gasbel die door de explosie wordt gecreëerd terwijl deze uitzet en in omvang krimpt. De onderzoekers konden de bellenpuls identificeren in de seismische records, bevestigend dat de seismische signalen het resultaat waren van een onderwaterexplosie.

De bellenpuls werd niet zo duidelijk waargenomen bij het hydrofoonstation van Ascension Island, en Heyburn en collega's suggereren dat de ondiepe wateren voor de kust van Florida de hydro-akoestische signalen van de explosie kunnen hebben vervormd. "Hieruit bleek dat zowel de seismische als hydro-akoestische gegevens belangrijk kunnen zijn bij het analyseren van signalen van onderwaterexplosies, ' zei Heyburn.