Grafiske strandboldrepræsentationer beregnet til amerikanske underjordiske atomprøvesprængninger kan hjælpe med overvågning

Forskere ved Lawrence Livermore National Laboratory har beregnet momenttensorer for 130 underjordiske nukleare og 10 kemiske testeksplosioner, der har fundet sted på Nevada National Security-teststedet.

Ofte repræsenteret grafisk for at ligne en stribet "strandbold, "moment tensorer" er i bund og grund et matematisk begreb, der bruges til at beskrive kræfter, der driver jordskælv, " sagde Andrea Chiang, medforfatter til den nye undersøgelse offentliggjort i Bulletin fra Seismological Society of America .

I stedet for kræfterne langs en jordskælvsforkastning, det øjeblik, tensorløsninger beregnet af Chiang og Michael Pasyanos repræsenterer implosionskræfterne, eksplosion og kollaps, der skete under de underjordiske tests. Disse beregninger, viser forskerne, kan bruges til at skelne eksplosioner fra jordskælv, og estimere udbyttet for eksplosionerne.

Pasyanos og Chiang sagde, at kompilering af en omfattende database med momenttensor-løsninger til dette unikke sæt omhyggeligt dokumenterede eksplosioner vil være nyttigt for forskere med opgave med eksplosionsovervågning. Deres datasæt afspejler nukleare eksplosioner på stedet fra 1970 til 1992, og kemiske eksplosioner fra 1993 til 2019.

"På grund af moratoriet for atomprøvesprængninger, det er lidt vigtigere end nogensinde at lave analyser på ældre data, " sagde Pasyanos. "Vi håber, at dette datasæt kan bruges af andre i samfundet til at teste og validere og forbedre metoderne."

I fortiden, Momenttensorløsninger var mindre nyttige til eksplosionsovervågning end jordskælvsanalyse på grund af antagelser i ligningerne - såsom at ignorere eventuelle volumenændringer under begivenheden - der omgik eksplosioners vigtige fysik. For nylig, arbejde af Chiang og andre har forfinet disse ligninger til at inkludere denne type variabel.

I nogle foreløbige tests forskerne var i stand til at bruge aspekter af Nevadas momenttensorløsninger til at kategorisere seismiske hændelser som enten jordskælv eller eksplosioner. De testede også om moment - en kombination af kraft, slip og område med fejlbrud, som seismologer bruger til at bestemme jordskælvets størrelse - kunne bruges til at bestemme udbyttet for en eksplosion.

"Vi føler som et fællesskab, at øjebliks- og øjebliksstørrelsen er en slags bedre kvantificerende parameter for et jordskælv, for eksempel, så det naturlige spørgsmål er, er det også bedre til udbytteestimering?" sagde Pasyanos.

Undersøgelsen tyder på, at det øjeblik ikke altid oversættes direkte til udbytte, men er kompliceret af typen af ​​sten, der omgiver eksplosionen, som tidligere undersøgelser også har vist.

"Hvis eksplosionen sker i stærk sten, som vil koble sig godt og producere et højt seismisk øjeblik, Pasyanos forklarede. "Hvis det er i svag klippe, eksplosion i samme størrelse ville kobles dårligt, og du ville få et mindre seismisk øjeblik for det samme udbytte."

Nevada-eksplosionsoptagelserne er en blanding af analoge og digitale data, og undersøgelsen fremhæver vigtigheden af ​​at bevare seismiske datasæt til fremtidige analyser, konstaterer forskerne. I mange tilfælde, det kan være et kapløb mod uret for at bevare data på medier, der fysisk forringes eller ikke længere kan læses med nuværende teknologier, eller en tidskrævende indsats for at læse og digitalisere papirjournaler.

Chiang understregede også vigtigheden af ​​de mennesker, der arbejdede på seismiske netværk, og de detaljer, de kan bidrage med om stationerne og instrumenterne, ved at analysere tidligere seismiske optegnelser. "Det er vigtigt også at bevare deres viden, " hun sagde.