Forskare vid Lawrence Livermore National Laboratory har beräknat momenttensorer för 130 underjordiska kärnvapen och 10 kemiska testexplosioner som har ägt rum på Nevada National Securitys testplats.

Representeras ofta grafiskt för att likna en randig "strandboll, "moment tensorer" är i huvudsak ett matematiskt begrepp som används för att beskriva krafter som driver jordbävningar, sa Andrea Chiang, medförfattare till den nya studien publicerad i Bulletin från Seismological Society of America .

Istället för krafterna längs ett jordbävningsförkastning, ögonblicket tensorlösningar beräknade av Chiang och Michael Pasyanos representerar implosionskrafterna, explosion och kollaps som inträffade under de underjordiska testerna. Dessa beräkningar, forskarna visar, kan användas för att skilja explosioner från jordbävningar, och uppskatta avkastningen för explosionerna.

Pasyanos och Chiang sa att det kommer att vara användbart för forskare med uppgift att övervaka explosioner att sammanställa en omfattande databas med momenttensorlösningar för denna unika uppsättning noggrant dokumenterade explosioner. Deras datauppsättning återspeglar kärnvapenexplosioner på platsen från 1970 till 1992, och kemiska explosioner från 1993 till 2019.

"På grund av moratoriet för kärnvapenprov, det är liksom viktigare än någonsin att analysera äldre data, " sa Pasyanos. "Vi hoppas att denna datamängd kan användas av andra i samhället för att testa och validera och förbättra metoder."

Förr, Momenttensorlösningar var mindre användbara för explosionsövervakning än jordbävningsanalyser på grund av antaganden som gjordes i ekvationerna – som att ignorera eventuella volymförändringar under händelsen – som kringgick explosionernas viktiga fysik. På senare tid, arbete av Chiang och andra har förfinat dessa ekvationer för att inkludera denna typ av variabel.

I vissa preliminära tester, forskarna kunde använda aspekter av Nevadas momenttensorlösningar för att kategorisera seismiska händelser som antingen jordbävningar eller explosioner. De testade också om moment - en kombination av kraft, halka och brottområde som seismologer använder för att bestämma jordbävningens storlek – skulle kunna användas för att bestämma avkastningen för en explosion.

"Vi känner som en gemenskap att ögonblicks- och ögonblicksstorlek är en slags bättre kvantifierande parameter för en jordbävning, till exempel, så den naturliga frågan är, är det också bättre för avkastningsuppskattning?" sa Pasyanos.

Studien tyder på att ögonblicket inte alltid direkt översätts till avkastning, men är komplicerat av typen av sten som omger explosionen, som tidigare studier också har visat.

"Om explosionen sker i stark sten, som kommer att kopplas väl och producera ett högt seismiskt ögonblick, ", förklarade Pasyanos. "Om det är i svag rock, samma storlek explosion skulle koppla ihop dåligt, och du skulle få ett mindre seismiskt moment för samma avkastning."

Nevada-explosionsinspelningarna är en blandning av analog och digital data, och studien belyser vikten av att bevara seismiska datamängder för framtida analyser, konstaterar forskarna. I många fall, det kan vara en kapplöpning mot klockan för att bevara data på media som fysiskt försämras eller inte längre kan läsas med nuvarande teknologier, eller en tidskrävande ansträngning att läsa och digitalisera pappersjournaler.

Chiang betonade också vikten av de människor som arbetade vid seismiska nätverk, och de detaljer de kan bidra med om stationerna och instrumenten, vid analys av tidigare seismiska rekord. "Det är viktigt att bevara deras kunskap också, " Hon sa.