Genom att jämföra två magnitudmätningar för seismiska händelser som registrerats lokalt, forskare kan säga om händelsen var en liten jordbävning eller en enskild kemisk explosion.

Resultaten, publiceras i Bulletin från Seismological Society of America , ge seismologer ytterligare ett verktyg för att övervaka kärnvapenexplosioner, särskilt explosiva explosioner som upptäcks med hjälp av seismiska stationer som ligger 150 kilometer eller mindre från explosionsplatsen.

Seismologer använder en mängd olika metoder för att skilja jordbävningar från explosioner, som att analysera förhållandet mellan P-vågor (som komprimerar sten i samma riktning som en vågs rörelse) och S-vågor (som flyttar sten vinkelrätt mot vågriktningen). Dock, metoder som P/S-vågförhållandet fungerar inte lika bra för händelser av magnitud 3 eller mindre, gör det viktigt att utveckla andra diskrimineringstekniker, sa University of Utahs seismolog Keith Koper. Forskare har diskuterat, till exempel, huruvida en liten seismisk händelse som ägde rum den 12 maj 2010 i Nordkorea var en naturlig jordbävning eller en jordbävning inducerad av en kärnvapenexplosion med låg avkastning.

Den nya studien tittar på skillnaden mellan mätningar av lokal storlek (ML) och mängden coda Duration Magnitude (MC). Lokal storlek, ibland kallad Richter magnitud, uppskattar magnituden baserat på den maximala amplituden för seismiska vågor som detekteras. Coda-varaktighetsstorleken baseras på varaktigheten av ett seismiskt vågtåg och den resulterande längden på seismogrammet som det producerar.

Koper och hans studenter snubblade över den potentiella användbarheten av denna jämförelse i ett av hans doktorandseminarier för ungefär fyra år sedan, då eleverna tränade på att programmera och jämföra olika typer av storheter. "Det visade sig att när man tittade på dessa storleksskillnader, det fanns ett mönster, " sa han. "Alla dessa jordbävningar i Utah som är förknippade med kolbrytning har en större coda magnitud, med seismogram längre än normalt."

Jämfört med naturligt förekommande jordbävningar, seismiska händelser orsakade av mänsklig aktivitet tenderar att ha en större MC än ML, forskarna drog slutsatsen i en artikel från 2016. Mycket grunda seismiska händelser har en större MC än djupare begravda händelser, de hittade, samtidigt som de noterar att de flesta mänskliga aktiviteter som skulle framkalla jordbävningar äger rum på grunda djup i skorpan, jämfört med de djupare ursprunget till naturliga jordbävningar.

Resultaten antydde att ML-MC-skillnad kan vara användbar för att upptäcka kärnvapenexplosioner på lokal nivå, men de många detonationerna i en kolgruvdrift, utspridda i rum och tid, producera en annan seismisk signatur än det kompakta enda skottet av en kärnvapenexplosion.

För att ytterligare testa diskrimineringsmetoden, forskarna sökte efter "explosioner som var bättre proxyservrar, kompakt, och inte dina typiska industriella explosioner, "Sa Koper.

I BSSA-studien, Koper och kollegor tillämpade ML-MC-skillnaden på tre experiment i västra USA som registrerade data på lokala nätverk från nedgrävda enkelbrandsexplosioner såväl som naturliga jordbävningar:2010 Bighorn Arch Seismic Experiment (BASE) i norra Wyoming, avbildningsexperimentet Magma Under St. Helens (iMUSH) i delstaten Washington från 2014 till 2016, och fas I-explosionerna av Source Physics Experiment (SPE) i Nevada från 2011 till 2016.

Metoden kunde framgångsrikt separera explosioner från naturliga jordbävningar i data från alla tre platserna, fann forskarna, som bekräftar att det potentiellt skulle vara användbart för att identifiera små underjordiska kärnvapenexplosioner på platser som endast täcks av ett lokalt seismiskt nätverk.

Bortom explosionsseismologi, metoden kan också hjälpa till att identifiera och analysera andra jordbävningar som har grunda källor, inklusive vissa jordbävningar orsakade av mänskliga aktiviteter såsom olje- och gasutvinning, sa Koper.