Землетрясение или тайный ядерный взрыв? Новый инструмент раскрывает правду с точностью 99%

С момента первого взрыва атомной бомбы в 1945 году восемь стран: США, Советский Союз, Великобритания, Франция, Китай, Индия, Пакистан и Северная Корея провели более 2000 испытаний ядерного оружия.

Такие группы, как Организация Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний, постоянно ищут новые испытания.

Однако по соображениям безопасности и секретности современные ядерные испытания проводятся. под землей, что затрудняет их обнаружение. Часто единственным признаком того, что они произошли, являются сейсмические волны, которые они генерируют.

В статье, опубликованной в Geophysical Journal International, мы с коллегами разработали способ отличить подземные ядерные испытания от природных землетрясений с помощью точность около 99 процентов.

Последствия

Изобретение ядерного оружия спровоцировало международную гонку вооружений, поскольку Советский Союз, Великобритания и Франция разрабатывали и испытывали все более крупные и сложные устройства в попытка не отставать от США.

Многие ранние испытания нанесли серьезный экологический и социальный ущерб. Например, в 1954 году американские испытания Касл-Браво, тайно проведенные на атолле Бикини на Маршалловых островах, привели к попаданию больших объемов радиоактивных осадков на несколько близлежащих островов и их жителей.

В период с 1952 по 1957 год Великобритания проводила испытания. несколько испытаний в Австралии, в результате которых долгоживущий радиоактивный материал был рассеян на обширных территориях кустарников Южной Австралии, что имело разрушительные последствия для местных коренных общин.

В 1963 году США, Великобритания и СССР договорились провести будущие испытания. тесты под землей, чтобы ограничить радиоактивные осадки. Тем не менее, испытания продолжались с прежней силой, поскольку в последующие десятилетия в борьбу также вступили Китай, Индия, Пакистан и Северная Корея.

Как обнаружить атомную бомбу

В этот период было проведено значительное количество международных попытки выяснить, как контролировать ядерные испытания. Конкурентный характер разработки оружия означает, что многие исследования и испытания проводятся тайно.

Такие группы, как Организация Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний, сегодня управляют глобальными сетями инструментов, специально предназначенных для выявления любых потенциальных испытаний. К ним относятся:

• воздушные испытательные станции для обнаружения незначительных количеств радиоактивных элементов в атмосфере;
• водные посты прослушивания для прослушивания подводных испытаний;
• детекторы инфразвука. чтобы уловить низкочастотные грохоты и грохоты взрывов в атмосфере.
• сейсмометры для регистрации сотрясений Земли, вызванных подземными испытаниями.

Иголка в стоге сена

Сейсмометры предназначены для измерения сейсмических волн: крошечных вибраций земной поверхности, возникающих при внезапном высвобождении большого количества энергии под землей, например, во время землетрясений или ядерных взрывов.

Существует два основных типа. виды сейсмических волн. Во-первых, это объемные волны, которые распространяются во всех направлениях, в том числе в глубины Земли, а затем возвращаются на поверхность. Во-вторых, это поверхностные волны, которые движутся по поверхности Земли, как рябь, распространяющаяся по пруду.

Трудность использования сейсмических волн для мониторинга подземных ядерных испытаний заключается в различении взрывов и естественных землетрясений. Основная цель мониторинга — никогда не пропустить взрыв, но каждый день в мире происходят тысячи крупных природных землетрясений.

В результате мониторинг подземных испытаний похож на поиск потенциально несуществующей иглы. в стоге сена размером с планету.

Ядерное оружие против землетрясений

За последние 60 лет было разработано множество различных методов, помогающих в этом поиске.

Некоторые самые простые включают анализ местоположения или глубины источника. Если событие происходит вдали от вулканов и границ тектонических плит, его можно считать более подозрительным. С другой стороны, если это произойдет на глубине более, скажем, трех километров, это вряд ли будет ядерным испытанием.

Однако эти простые методы не являются надежными. Например, испытания могут проводиться в сейсмоопасных районах для маскировки, а также возможны неглубокие землетрясения.

Более сложный подход к мониторингу включает расчет отношения количества энергии, передаваемой в объемных волнах, к количество, переносимое поверхностными волнами. Землетрясения, как правило, тратят больше энергии на поверхностные волны, чем взрывы.

Этот метод оказался весьма эффективным для выявления подземных ядерных испытаний, но он также несовершенен. Ему не удалось эффективно классифицировать северокорейское ядерное испытание 2017 года, которое вызвало значительные поверхностные волны, поскольку оно проводилось внутри туннеля в горе.

Этот результат подчеркивает важность использования нескольких независимых методов дискриминации во время мониторинга – ни один метод не может оказаться надежным для всех событий.

Альтернативный метод

В 2023 году я и мои коллеги из Австралийского национального университета и Национальной лаборатории Лос-Аламоса в США получили вместе, чтобы пересмотреть проблему определения источника сейсмических волн.

Мы использовали недавно разработанный подход для представления того, как горные породы смещаются в источнике сейсмического события, и объединили его с более продвинутым статистическим методом. Модель для описания различных типов событий. В результате нам удалось воспользоваться фундаментальными различиями между источниками взрывов и землетрясений для разработки усовершенствованного метода классификации этих событий.

Мы протестировали наш подход на каталогах известных взрывов и землетрясений из на западе США и обнаружили, что этот метод дает правильный результат примерно в 99% случаев. Это делает его новым полезным инструментом в усилиях по мониторингу подземных ядерных испытаний.

Надежные методы идентификации ядерных испытаний по-прежнему будут ключевым компонентом глобальных программ мониторинга. Они имеют решающее значение для обеспечения ответственности правительств за экологические и социальные последствия испытаний ядерного оружия.

Марк Хоггард, научный сотрудник DECRA, Австралийский национальный университет

Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.