giovedì 2 novembre 2017

La geologia del poligono nucleare coreano di Punggye-ri e il possibile blocco forzato degli esperimenti per problemi al sito


La notizia di un crollo in un tunnel nel poligono nucleare di Punggye-ri, nella parte nordorientale della Corea del Nord, ha iniziato a diffondersi lunedì sera. L’incidente, sempre secondo notizie frammentarie, sarebbe avvenuto in due tempi: un primo crollo seguito da un secondo che avrebbe coinvolto anche i soccorritori intervenuti a seguito del primo. La notizia è stata diffusa inizialmente, a quanto mi risulta, da una televisione giapponese e successivamente ha rapidamente fatto il giro del mondo. Non affronto in particolare la questione del pericolo di emissioni radioattive, in quanto non ho né grandi conoscenze in materia né ho a disposizione nessun dato. Mi limito ad osservare che del problema si occupano agenzie governative di una certa importanza e non siti da clickbiting, per cui l’allarme deve essere considerato “serio” e che la geologia della zona non è del tutto tranquillizzante, anche se i test successivi a quello del 2006 sono stati condotti in un'area sicuramente migliore rispetto al primo dal punto di vista delle emissioni di radionuclidi.



GLI ESPERIMENTI NUCLEARI DELLA COREA DEL NORD. Nascondere un esperimento nucleare è impossibile, visto che la rete mondiale dei sismografi è in grado senza problemi di rilevarlo. In questo post ho descritto il test del 6 gennaio 2016 e spiegato come si può capire che si è trattato di un test atomico e non di un terremoto naturale dallo studio dei sismogrammi. Ad oggi gli esperimenti nucleari del regime coreano sono 6:

  • 9 ottobre 2006, M 4.3
  • 25 maggio 2009 M 4.3
  • 12 febbraio 2013 M 5.1
  • 6 gennaio 2016 M 5.1
  • 9 settembre 2016 M 5.3
  • 3 settembre 2017 M 6.3

Il test del 2006 era stato considerato all'inizio da qualcuno come "dubbio" da qualcuno che, lì per lì, aveva avanzato l'ipotesi che l'esplosione fosse stata dovuta ad una grande quantità di esplosivo convenzionale (insomma... alla faccia della "grande quantità"....). I successivi rilasci di materiale radioattivo hanno convinto anche gli ultimi scettici, e costretto, come vedremo, i nordcoreani a spostare gli esperimenti da una zona caratterizzata da rocce che presentano una intensa foliazione (gneiss archeani o graniti scistosi mesozoici - rocce che dopo la loro formazione sono state sottoposte a intensi fenomeni deformativi) ad un'altra area del sito caratterizzata da rocce magmatiche non deformate e massicce [1]. Le cose non sono andate nel verso giusto anche dopo il test del 12 febbraio 2013, a cui è seguito un lieve rilascio nell'Aprile successivo riconosciuto dalla presenza di due isotopi radioattivi dello Xenon, il 131 e il 133. Si suppone, comunque, che questo rilascio sia stato dovuto da improvvide attività dei coreani (una ripresa dei lavori troppo frettolosa nel tunnel precedentemente scavato, com evidenziato dalle foto satellitari) più che ad emissioni dovute alla geologia del sito.
Dalla Magnitudo raggiunta via via dagli esperimenti si vede l'escalation della potenza degli ordigni nucleari impiegati e si vede come l’ultimo test, il 3 settembre 2017, sia stato decisamente più forte degli altri, originando un terremoto di M 6.3, non solo registrato in tutto il mondo dai sismografi, ma anche avvertito in diverse aree limitrofe: qui sopra la relativa carta del “do you feel it?” compilata dallo USGS.
Carta tettonica della Cina e della Corea da [2]:
si nota come il prolungamento della fascia di Sulu verso la Corea sia dubbio


LA GEOLOGIA DEL SITO. La Corea del Nord dal punto di vista geologico sarebbe un Paese davvero interessante dato che è compresa in buona parte nel massiccio del Nangrim, composto da rocce di età fino al tardo Archeano (oltre 2.5 miliardi di anni fa). L’interesse non è puramente scientifico, ma anche minerario: per esempio ospita giacimenti di vari minerali, comprese le terre rare. I rapporti del Nangrim e degli altri massicci che compongono il resto della penisola coreana con i grandi blocchi di Cina settentrionale e Cina meridionale unitisi nel mesozoico lungo l’orogene di Dabie sono ancora parecchio controversi. Quando fu pubblicata questa carta, nel 2006 [2], gli autori si guardarono bene dall’attribuire all’una o all’altra Cina i massicci coreani e devo dire che le idee in materia sono ancora poco chiare [3].


Venendo al sito, gli avanzamenti nel monitoraggio sismico insieme alle immagini satellitari hanno permesso di risalire alla posizione dei test con una approssimazione dell’ordine delle poche centinaia di metri.

La cartografia geologica dell’area è scarsa: i giapponesi durante l’occupazione della penisola coreana compilarono delle carte negli anni ‘30 ma solo di aree limitrofe, mentre la cartografia pubblica ufficiale coreana disponibile è in scala 1:1.100.00, decisamente non utile nel caso in oggetto. Quindi il governo USA ha promosso un rilevamento geologico sfruttando le tecniche satellitari, le quali non possono dare risultati estremamente precisi ma sono lo stesso capaci di dare un’idea della situazione. Il sito è sotto il monte Manthap, la cui sommità è composta da 200 metri di una sequenza vulcanica quaternaria (basalti, tufi e lave riolitiche): si tratta di alcuni fra i più recenti prodotti di una vasta serie di vulcaniti diffuse nella zona a cavallo fra Cina, Russia e Corea dal Terziario ad oggi e di cui fanno parte dei vulcani attualmente attivi in Cina orientale e Corea. Ovviamente, le vulcaniti non fanno parte delle rocce propriamente coinvolte negli esperimenti, che, come si vede nella sezione qui sotto, appartengono al sottostante basamento metamorfico composto dai graniti archeani e da una successione sedimentaria del Paleoproterozoico inferiore (e quindi di almeno 2 miliardi di anni fa), che presumo sia metamorfosata. Eventi orogenici successivi hanno deformato il basamento archano, dividendolo in blocchi e le serie sedimentarie sono oggi delle scaglie tettoniche interposte tra i graniti. L'evento principale è quello mesozoico legato alla collisione avvenuta all’epoca fra Cina Meridionale e Cina Settentrionale, che ha prodotto a sua volta una abbondante serie di graniti e di altre rocce magmatiche. La cartografia satellitare non è in grado di distinguere graniti archeani da graniti mesozoici.
La possibile presenza di calcari nella sequenza sedimentaria paleoproterozoica è un motivo di preoccupazione in quanto queste rocce possono diventare vie di fuga di radionuclidi. Però, siccome dovrebbe essere stata identificata la cava di calcare usata per produrre il cemento dei tunnel, che si trova a qualche km di distanza, è probabile che nell’area del poligono questi calcari non ci siano.
Le indagini satellitari hanno evidenziato delle aree in cui la fratturazione è particolarmente importante (e le fratture possono essere una rilevante via di fuga di radionuclidi). Questa circostanza è probabilmente alla base dell’abbandono delle attrezzature nella parte più orientale del sito dopo il 2006 e le relative fughe di radionuclidi: in questa immagine vediamo proprio le differenze nella struttura dell’area tra la parte orientale, teatro del test del 2006, e quella occidentale, teatro dei test successivi.

LA SEQUENZA DEL 2017. Anche in occasione dell'esperimento del settembre 2017 qualcosa ha funzionato male, ma non nel senso di una emissione di radionuclidi (almeno per ora), ma nel senso che a parere mio sia stato sottostimato il rischio di problemi geologici derivati dall'esplosione: insomma, territorio circostante non è stato in grado di assorbire il colpo. Sta di fatto che le conseguenze dell’esperimento sono parecchie. Innanzitutto una anomala attività sismica successiva all'esperimento: se si eccettua l'attività antropica l’area è praticamente priva di eventi sismici, almeno dal 1970. Nei dintorni l’unica zona in cui davvero si scatenano terremoti in modo consistente e continuo è, ad un centinaio di km a NW dal poligono nucleare,  quella intorno al Paektu (in cinese Changbaishan) il vulcano posto al confine con la Cina,  la cui eruzione del 946 d.C. è stata una delle più importanti eruzioni degli ultimi 2000 anni a scala mondiale (l'ultima eruzione data al 1903). Ovviamente si tratta di attività strettamente legata alla presenza del vulcano stesso.




Come si vede dalla lista qui sopra, gli esperimenti precedenti non hanno provocato repliche; al contrario dopo il 3 settembre ce ne sono state ben 3, di cui una a M 4.1 appena 8 minuti dopo l’evento: questa è stata un segnale di allarme piuttosto preoccupante che già allora ha destato qualche dubbio sul rischio di fuoriuscita di emissioni radioattive (anche se mi risulta per fortuna essere al momento un rischio solo teorico).

A questo evento ne sono seguiti almeno altri due, il 23 settembre e il 12 ottobre.
Questa è la descrizione dell’evento del 23 settembre, decisamente fortino e che qualche problema in un tunnel in corso di scavo può davvero averlo dato. Il commento che è evidenziato è lo stesso che lo USGS riporta per il terremoto del 12 ottobre, per il quale si possono fare le stesse considerazioni:





LE FRANE. Le immagini satellitari hanno mostrato che già gli esperimenti precedenti hanno innescato delle frane, in  particolare modo sul monte Manthap, dove nelle vulcaniti quaternarie la presenza di tufi alternati a rocce più consistenti è un fattore di rischio notevole per la creazione di frane: i tufi, specialmente se umidi, sono dei classici "orizzonti proni allo scivolamento"! Lo scuotimento scatenato dal test del 3 settembre ha indotto anche altre frane (ricordo che l’esplosione è stata praticamente in superficie e quindi il risentimento è stato estremamente elevato per una intensità di quel genere). Non sono in grado di dire se si tratta di “nuove” frane o di riattivazione di vecchi corpi di frana, soprattutto considerando la predisposizione naturale del territorio coreano alle frane a causa del regime di precipitazioni intense.
Ne vediamo qui un esempio:

IL DISASTRO DEL TUNNEL. Del disastro mentre scrivo queste note non esiste certezza assoluta, ma è “altamente probabile”.  Come è probabile la sua dimensione: una notizia del genere per "passare" all'esterno del Paese deve essere davvero grossa... Tantomeno è sicuro dove esattamente all’interno del sito sia successo l’incidente e quando.

La Reuters riferisce una data intorno al 10 settembre. Dal mio punto di vista sono portato a pensare che ci possa essere un legame fra i due terremoti che hanno colpito l’area di Punggye-ri e il disastro, cosa che renderebbe come date più probabili il 23 settembre o il 12 ottobre. Questo perché ritengo possibile che il crollo sia avvenuto in concomitanza con un evento sismico. In più, l'evento del 12 ottobre mi pare realisticamente quello più probabile perché anche se la localizzazione non è sicura al 100% sarebbe avvenuto un pò più a nord della zona degli esperimenti: è quindi possibile che vista la brutta situazione dell'area principale abbiano cercato di andare più a nord (allungando un cunicolo già scavato in precedenza) nella speranza di trovare un'area in cui le condizioni della roccia non siano state stravolte dall'esperimento del 3 settembre. In un granito se non si fa una grande attenzione al consolidamento e si procede con uno scavo veloce (e se venisse confermato il numero di vittime è chiaro che tutta quella manodopera serviva per andare veloci...), un avanzamento di quasi 10 metri al giorno è realistico, per cui, sfruttando appunto in parte un tunnel preesistente già scavato in quella direzione in previsione di nuovi esperimenti, essere arrivati a quasi 2 km dal sito del 3 settembre è uno scenario abbastanza realistico.

La ricerca di una zona un pò distante da quella usata fino ad oggi e la minaccia di effettuare un esperimento nucleare nel Pacifico potrebbero indicare che il regime nordcoreano abbia chiaramente presente di non poter più usare il sito di Punggye-ri per ulteriori esperimenti a causa dei danni patiti dall'area del poligono nell'ultimo esperimento: questa ipotesi era già stata avanzata prima della notizia del crollo, notizia questa ultima che rafforza ulteriormente questo quadro.

[1] Coblentz e Pabian 2015 Revised Geologic Site Characterization of the North Korean Test Site at Punggye-ri Science & Global Security 23 - Issue 2 http://dx.doi.org/10.1080/08929882.2015.1039343
[2] Zhao et al (2006) Implications based on the first SHRIMP U–Pb zircon dating on Precambrian granitoid rocks in North Korea Earth and Planetary Science Letters 251, 365–379
[3] Kim et al 2013 Tectonic linkage between the Korean Peninsula and mainland Asia inthe Cambrian: Insights from U–Pb dating of detrital zircon. Earth and Planetary Science Letters 368, 204–218




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