Noggrann analys av data som samlats in efter den nordkoreanska deklarerade kärnprovsexplosionen den 3 september 2017 har gjort det möjligt för seismologer att urskilja de separata seismiska signaturerna för explosionen, en kollaps av explosionskaviteten och till och med flera små jordbävningar som inträffade efter kollapsen.
Uppgifterna, jämfört med de som samlats in från 1900-talets kärnvapenprovplatser i Nevada, kan hjälpa till att förfina seismologernas metoder för att identifiera kärnvapenprovsprängningar runt om i världen, skriva William R. Walter och hans kollegor vid Lawrence Livermore National Laboratory. Deras papper publiceras som en del av ett särskilt fokusavsnitt om den nordkoreanska explosionen i september 2017 och dess efterdyningar i tidskriften Seismologiska forskningsbrev .
Det underjordiska testet med kroppsvåg magnitud 6,1 i september 2017 av Demokratiska folkrepubliken Korea (DPRK) är det största testet på mer än 20 år, och är det sjätte deklarerade kärnvapenprovet av Nordkorea sedan 2006. Explosionen i september är en storleksordning större än det näst största provet av landet, som inträffade i september 2016.
Forskarna använde en metod som jämför förhållandet mellan regionala P- och S-vågsamplituder för att särskilja den seismiska signaturen för en explosion jämfört med en jordbävning, på avstånd cirka 200 till 1500 kilometer från den seismiska vågkällan. (P-vågor komprimerar sten i samma riktning som den seismiska vågens rörelse, medan S-vågor rör sig sten vinkelrätt mot vågens riktning.) "I diskriminanten för P/S-förhållandet använder vi för att identifiera explosioner, det är bristen på S-vågor vid hög frekvens som är utmärkande för explosionerna, " förklarade Walter.
Walter och kollegor visade att förhållandet kunde skilja de sex nordkoreanska deklarerade kärnvapenproven från naturliga jordbävningar i regionen, och att samma metod skulle kunna användas för att framgångsrikt skilja mellan historiska kärnvapenexplosioner i Nevada Test Site och jordbävningar i västra USA.
Dock, det var en annan ovanlig seismisk händelse, inträffade cirka åtta och en halv minut efter explosionen, vilket också uppmärksammat seismologerna. Modeller av seismiska vågformer av händelsen fick forskarna att dra slutsatsen att händelsen kan ha varit marken som kollapsade runt en underjordisk hålighet som explosionen lämnade.
Även om kollapser liknande detta ibland sågs efter Nevadas testplatsexplosioner, "Detta är första gången, såvitt jag vet, att vi på distans har observerat seismiska vågor från en kollaps med modern instrumentering på en främmande testplats, ", sade Walter. "Det är viktigt att kunna fastställa att denna kollaps inte var ännu ett kärnvapenprov."
Flera funktioner i händelsens vågformer efter explosionen markerar den som en kollaps snarare än en explosion, forskarna säger, inklusive den relativa bristen på högfrekvent energi jämfört med explosionsvågformer.
"Att identifiera händelsen som en kollaps är en annan indikator på att händelsen den 3 september 2017 var ett kärnvapenprov som genererade en stor förångningshålighet som kollapsade åtta och en halv minut senare, ", sa Walter. "Men vi vill fortsätta att utveckla metoder för att identifiera kollapser för att skilja dem från både explosioner och jordbävningar."
Forskare som studerade kärntestdata från september 2017 noterade också två mindre seismiska händelser som inträffade efter explosionen, med magnituderna 2,6 och 3,4, som från P- till S-vågförhållandena verkar vara små jordbävningar som ligger fyra till åtta kilometer norr om explosionsplatsen.
"Vi hade inte på distans observerat några efterskalv från de tidigare deklarerade kärnvapenproven i Nordkorea, så jordbävningarna efter explosionen fick folks uppmärksamhet, " sa Walter. "Återigen, vi ville fastställa att de inte var ytterligare mindre kärnvapenprov. Alternativt vi ville fastställa att de inte var förknippade med kollapshändelsen." Efter noggrann omanalys av de kontinuerliga data fann forskarna ett antal ytterligare små jordbävningar, inklusive några som inträffade före det deklarerade kärnvapenprovet den 3 september 2017.
Med tanke på tidpunkten för dessa jordbävningar verkar inte vara riktiga "efterskalv" av kärnvapenprovet, Walter och kollegor avslutade, även om de kan vara relaterade och möjligen inducerade av explosionen. "Det faktum att uppenbara tektoniska jordbävningar inträffar nära Nordkoreas testplats avslöjar information om tillståndet för [seismisk] stress i regionen, som kan hjälpa oss att bättre förstå explosionsseismiska signaturer, sa Walter.
