Underjordiska kärnvapenprov kan döljas i jordbävningssignaler, enligt en studie

Kan den seismiska signalen från en underjordisk kärnvapenprovsexplosion ”döljas” av signalen från en naturlig jordbävning?

Det är möjligt, enligt en ny översiktsartikel publicerad i Bulletin of the Seismological Society of America som motsäger den gängse uppfattningen om ”maskering” av explosioner.

Den nya analysen av Joshua Carmichael och kollegor vid Los Alamos National Laboratory fann att avancerad signaldetektorteknologi som kan identifiera en 1,7 ton tung begravd explosion med en träffsäkerhet på 97 % endast har en träffsäkerhet på 37 % när seismiska signaler från explosionen döljs av seismiska vågformer från en jordbävning som inträffar inom 100 sekunder och cirka 250 kilometer från explosionen.

De överlappande vågformerna från explosionen och jordbävningen ”förvirrar förmågan hos även de mest känsliga digitala signaldetektorerna vi har att identifiera explosionen”, säger Carmichael.

Resultaten kan få experter att ompröva en rapport från 2012 som drog slutsatsen att jordbävningssignaler inte kan dölja explosionssignaler. Potentiell explosionsmaskering av naturliga seismiska signaler är ett problem för forskare som arbetar med övervakning av kärnvapenprov runt om i världen.

I Nordkorea, som har genomfört sex kärnvapenprov under de senaste 20 åren, visar en ökning av regionala seismiska instrument att ”det har förekommit mycket mer seismisk aktivitet med låg magnitud i närheten av testplatserna än vi initialt insåg”, konstaterade Carmichael.

De nya fynden tyder på att ”bakgrundsseismisk aktivitet i regioner där det förekommer någon form av seismisk aktivitet kommer att minska sannolikheten för att vi kan upptäcka signaler från en underjordisk explosion på en testplats mätbart och avsevärt”, tillade han.

Forskarna fann också att naturliga signaler från jordbävningssvärmar eller andra återkommande seismiska händelser på liknande sätt kan döljas av överlappande vågformer. I detta fall minskade maskeringseffekten detekteringsgraden från 92 % till 16 %.

(a) Seismogram som registrerar vågformer med bakgrundsseismisk aktivitet inom 2400 sekunder efter den 7 januari 2019 kl. 06:45:39 (UTC), vilket utlöser vår F-detektor vid fyra olika tidpunkter (himmelblå ränder). Signalkällorna matchar ursprungstiderna för katalogiserade händelser som lokaliseras öster om Bodie, Kalifornien. (b) Seismogrammen i panel (a) överlagrade med enhetsskalan, explosionsbaserade mallvågformer (blå vågformer) (Fig. 2a) som vi injicerar i data under en typisk korrelatoroperation. (c) Överlagringen av den resulterande sammansatta dataströmmen (orange ruta) visar interferens mellan vågformerna från jordbävningen och explosionen vid station NV11. Källa: Bulletin of the Seismological Society of America (2025). DOI: 10.1785/0120250038

”Detta kan innebära att vi troligen underskattar en stor del av den seismiska aktiviteten med låg magnitud som uppstår under en svärm eller en sekvens av efterskalv”, säger Carmichael. ”Med andra ord kan vi i stor utsträckning underskatta antalet jordbävningar som inträffar i dessa svärmar eller i vissa sekvenser av efterskalv.”

Det har varit svårt att testa explosionsmaskering eftersom det finns så få explosioner att undersöka och mycket få datauppsättningar som innehåller både explosionssignaler och naturliga seismiska signaler.

Ett sätt att analysera den potentiella effekten skulle vara att simulera explosionsdata, men Carmichael säger att det finns ”för många okända faktorer” med de högfrekventa signalerna från explosioner för att man ska kunna skapa seismogram som korrekt återger relativt små explosioner som mäts på avstånd.

Istället använde han och hans kollegor en teknik som bygger på data som samlats in om explosioner och naturlig seismisk aktivitet vid Nevada National Security Site.

Forskarna utvecklade en metod för att skala ner amplituden i explosionsdata, ”så att den efterliknar vågformer som registrerats från mindre explosioner”, säger Carmichael. Dessa explosionsdata ”injiceras” sedan tillbaka i en uppsättning jordbävningssignaler för att se om sofistikerade flerkanaliga korrelationsdetektorer kan identifiera explosionssignalen.

Tekniken skapar en tät uppsättning data som gjorde det möjligt för forskarna att äntligen testa påståendet att naturlig seismisk aktivitet inte kan dölja explosionssignaler, säger Carmichael.

Forskare förlitar sig på flera faktorer utöver seismiska signaler som en del av övervakningen av kärnvapenprov och letar efter andra bekräftande bevis, såsom förekomsten av vissa radionuklider i atmosfären. Det är osannolikt att en samtidigt inträffande jordbävning skulle räcka för att helt dölja en explosion.

Men den nya studien erbjuder ”åtminstone ett recept” på hur man kan beräkna sannolikheten för explosionsdetektering från seismiska signaler, så att denna information kan användas tillsammans med andra övervakningsverktyg, säger Carmichael.

Mer information: Joshua D. Carmichael et al, The Reduced Detection Rate of Signals That Are Hidden by Earthquakes: Case Studies with Spotlight Detectors That Operate at Seismic Arrays, Bulletin of the Seismological Society of America (2025). DOI: 10.1785/0120250038