mercoledì 6 gennaio 2016

Perchè quello di stamattina in Corea del Nord è stato sicuramente un test nucleare


Stamattina il mondo ha saputo che la Corea del Nord ha effettuato un altro test nucleare. Vediamo perché è sicuro che anche oggi nello stesso poligono si è ripetuto quanto accaduto già nel 2006, 2009 e 2013.
Un sismologo (ma anche un geologo quando esce dall'università) è capace di interpretare un sismogramma (naturalmente con maggiore o minore cognizione di causa). Diciamo comunque che quantomeno deve capire delle informazioni di base, e cioè se si tratta di un terremoto naturale o di un terremoto artificiale e più o meno se si tratta i un evento vicino o di uno lontano.

Questi aspetti sono ben distinguibili sfruttando il fatto che da un terremoto si propagano all'interno della Terra due tipi di onde:
le onde P e le onde S (Primarie e Secondarie). Si chiamano così perché le P son più veloci e arrivano prima delle onde S. Le vediamo in queste immagini tratte dal sito dell'INGV.


A sinistra le onde P, a destra le onde S, dal sito dell'INGV
  • onde P (primarie):  al loro passaggio le rocce si comprimono e si dilatano continuamente. Sono anche dette longitudinali perché fanno oscillare le particelle di roccia che attraversano nella direzione in cui si propagano si propagano come le onde sonore nell'aria
  • onde S (o secondarie) non causano variazioni di volume al loro passaggio; si propagano allo stesso modo di una corda agitata orizzontalmente e l'oscillazione delle particelle di roccia avviene trasversalmente rispetto alla loro direzione di propagazione
Una cosa interessante è che le onde P si propagano anche nei fluidi, dove le onde S non si propagano.

Quando le onde P e le onde S incontrano la superficie terrestre da quel punto si propagano altre onde:
  • le onde di Rayleigh: un modello di come funzionano sono le onde che che si propagano dal punto in cui un sasso cade in uno stagno
  • le onde di Love: fanno vibrare il terreno sul piano orizzontale. Il movimento delle particelle attraversate da queste onde è trasversale e orizzontale rispetto alla direzione di propagazione delle onde

Le onde di Rayleigh e quelle di Love sono quelle che provocano i danni dei terremoti ma per questa trattazione ci servono solo le onde P e le onde S.

Per capire quanto distante sia avvenuto un terremoto la discriminante più intuitiva è la differenza fra il tempo di arrivo delle onde P e delle onde S: maggiore la distanza, maggiore la differenza fra l'arrivo dei due treni principali.

Un altro aspetto interessante è che come le onde luminose le onde sismiche quando attraversano una discontinuità che ne cambia la velocità subiscono una rifrazione (come la diversa velocità della luce in aria e in acqua deforma la vista per esempio di un palo conficcato nel fondo marino). Naturalmente ci possono anche essere delle riflessioni: insomma, certe superfici possono fare da specchio.

La cosa che distingue le onde sismiche dalle altre onde è che quando un'onda sismica (sia P che S) incontra una discontinuità genera teoricamente 4 onde diverse: una P riflessa, una P rifratta, una S riflessa e una S rifratta. Quindi un terremoto forte scatena la formazione di una quantità pazzesca di onde, vista la complessità della crosta: in teoria OGNI cambio di litologia provoca la formazione di 8 onde diverse....
come un'onda sismica ne origina due riflesse due rifratte 
Un terremoto naturale è in genere dovuto allo scorrimento lungo una faglia (che appunto si definisce come “una frattura della crosta lungo la quale si è avuto uno scorrimento fra i due blocchi contrapposti”). Sono i cosiddetti terremoti tettonici (una definizione abbastanza oscena, ma vabbé... non me ne viene un'altra...).
Ne consegue, per tutta una serie di motivi, che le onde S saranno più forti delle onde P.
Pertanto un sismogramma di un terremoto tettonico vedrà prima l'arrivo di onde P, più deboli, a cui seguono le onde S, ben più forti. 
Inoltre un terremoto dura per un certo periodo di tempo in cui continua a produrre onde sismiche, che infatti formano dei treni d'onda.
Vulcani, frane ed altri crolli possono a loro volta produrre terremoti ma il loro risentimento rimane confinato in aree ristrette.

Vediamo questo sismogramma di un terremoto lontano in cui si distingue chiaramente il treno principale di onde P più debole che precede quello più forte delle onde S.



Se il terremoto è sufficientemente forte e non troppo lontano possono essere addirittura percepiti i due treni principali distinti come due terrmoti diversi: è successo per esempio a Reggio Calabria nel terremoto del Tirreno del 5 maggio 2005.

Un sismogramma di una esplosione artificiale (nel caso odierno quello di una esplosione nucleare) differisce differisce molto da quello di terremoto tettonico: principalmente perchè produce direttamente solo onde P senza la contestuale formazione di onde S e poi perché abbiamo una onda prodotta in un preciso e definito istante.

Questo infatti è il sismogramma di stamattina ottenuto dalla stazione cinese di Mudanjiang, circa 200 km a NW del poligono nordcoreano.
La registrazione dell'osservatorio di Mudanjiang, Heilongjiang Province, Cina,
 presentato dal consorzio IRIS (Incorporated Reaearch Institutions for Seismology)

Si nota che all'inizio è arrivata solo una forte onda P senza altre onde (che è stata interpretata come Pn, onda partita dal luogo dell'esplosione e riflessa dalla Moho, la discontinuità che separa la crosta terrestre dal mantello. Poco tempo dopo abbiamo l'arrivo delle onde Pg che sono arrivate alla stazione percorrendo la crosta superiore. Seguono poi altre onde provenienti dalle varie riflessioni e rifrazioni all'interno della crosta.

Quest'altra immagine, sempre da parte del Consorzio IRIS fa vedere la differenza tra il sismogramma del test nucleare (in alto) e un terremoto tettonico di intensità simile.



Quindi il sismogramma dimostra in maniera inequivocabile che si tratta di una esplosione e non di un terremoto naturale.
Quanto alla natura dell'esplosione, la potenza è tale che non può essere ascritta ad altro che ad una bomba atomica. 
È ancora incerto se si sia trattato di un ordigno all'idrogeno (come sostengono i nord coreani) o di un "normale" ordigno a fissione, ma qui si entra in un campo sul quale le mie competenze sono troppo basse per poter fare considerazioni in merito.


4 commenti:

Ugo Bardi ha detto...

Stupendo post, Aldo. Ho capito un sacco di cose!

A proposito della questione se era una bomba a fissione o a fusione, in realtà tutte le bombe nucleari sono a fissione, ma su quelle più evolute (in pratica, quasi tutte quelle che stanno negli arsenali) si usa una sezione aggiuntiva che ha lo scopo di generare neutroni per fusione e quindi di migliorare la resa della fissione. Quindi non c'è tantissima differenza fra bombe "A" e bombe "H", salvo il fatto che il secondo tipo è più complesso a costruire

zoomx ha detto...

Sebbene non sia un sismologo mi capita frequentemente di vedere sismogrammi: tutta questa differenza tra le P e le S non si vede facilmente tant'è che i programmi di localizzazione si basano principalmente sui primi arrivi. Forse perché in Italia in genere abbiamo deboli terremoti. So che comunque esiste una rete sismica dedicata al rilevamento delle esplosioni nucleari, evidentemente hanno caratteristiche un po' diverse da quelle più comuni per i sismi.
Io poi sapevo che la forte discriminante per i sismi generati da esplosioni nucleari è dovuta al fatto che, essendo generata da un'onda di pressione più o meno sferica e non da un movimento di faglia, tutti i primi arrivi hanno la stessa direzione (dovrebbe essere verso l'alto) mentre in un terremoto di faglia i primi arrivi sono in alcune arree verso il basso e in altre verso l'alto e si individuano 4 quadranti in cui i primi arrivi hanno tutti la stessa direzione che poi ti permettono di stimare il meccanismo focale. Inoltre si aggiunge il fatto che l'ipocentro, se ben calcolato, si trova a bassissima profondità. Capita lo stesso, in scala più piccola, quando le stazioni rilevano un presunto sisma che invece si rivela un'esplosione di cava.

Aldo Piombino ha detto...

hai completamente ragione ma bisogna considerare alcuni aspetti:
1. non ti dimenticare che questo post ha esclusivamente fini divulgativi per non specializzati, per cui ho curato solo alcun aspetti principali
2. ho parlato di terremoti "abbastanza forti" e "abbastanza lontani" in modo che il primo arrivo delle onde P sia ben distinguibile dal primo arrivo delle onde S (quindi sismi BEN rilevabili a qualche centinaio di km di distanza e non piccoli eventi come quelli della sismicità di fondo in Italia)
3. è vero: ho saltato la parte della discriminante in base alla mancanza di diversità nei primi arrivi tipica di un terremoto tettonico (e per la quale non è possibile ottenere un tensore degli sforzi) ma è stata una omissione voluta solo per amore di semplicità, altrimenti avrei dovuto fare una cosa lunga il triplo e ben più difficile, mettendomi appunto a parlare delle differenze nel primo arrivo, del tensore degli sforzi etc etc ...

Massimo Del Fedele ha detto...

A dire il vero, le bombe moderne sono proprio a FUSIONE. La fissione viene usata solo come innesco, visto che per quello servono temperature e pressioni stellari.
E, sempre a dire il vero, la fissione rompe pure le palle, visto che è quella che causa una bella fetta dei contaminanti radioattivi, mentre la fusione, a parte un po' di trizio, genera uno sciame di neutroni che possono sì attivare qualche elemento, ma sono molto meno dannosi a lungo termine.