Si ritiene che la Corea del Nord abbia condotto un test della bomba all'idrogeno. Le onde d'urto sismiche del test sotterraneo sono state avvertite in Cina, e rapidamente rilevato sia dalla Corea del Sud che dal Giappone – entrambi hanno confermato in modo indipendente che si trattava di un test nucleare. Quindi cosa può dirci la scienza sismica su tali test?

Qual è la storia dell'uso di tecniche sismiche per monitorare i test nucleari?

L'uso della cosiddetta "sismologia forense" per rilevare e identificare i test nucleari risale quasi alla nascita delle armi nucleari stesse. Nel 1946, gli Stati Uniti hanno condotto il primo test subacqueo di una bomba nucleare nell'atollo di Bikini nell'Oceano Pacifico. Le onde d'urto create dall'enorme esplosione sono state rilevate dai sismometri di tutto il mondo, e gli scienziati si sono resi conto che la sismologia poteva essere utilizzata per monitorare questo tipo di test.

Nel 1963, al culmine della Guerra Fredda, i test nucleari si sono spostati sottoterra. Le onde sismiche dei test sotterranei sono più difficili da rilevare, perché lo scuotimento sentito su distanze così lunghe è molto piccolo - solo circa un milionesimo di centimetro.

Per misurare le onde dai test sotterranei, gli scienziati hanno sviluppato strumenti sismometrici più sensibili e hanno iniziato a installare array sismici, dove più sismometri sono dispiegati a pochi chilometri l'uno dall'altro. Un array sismico è in grado di rilevare le piccole vibrazioni da una particolare sorgente meglio di un singolo sismometro, e può anche essere usato per capire con maggiore precisione da dove provengono le onde.

Nel 1996, è stato aperto alla firma il Trattato sul divieto totale dei test (CTBT), con l'obiettivo di vietare tutte le esplosioni nucleari. Per far rispettare questo trattato, l'organizzazione CTBT con sede a Vienna sta istituendo un sistema di monitoraggio internazionale con oltre 50 stazioni di monitoraggio sismico per rilevare test nucleari ovunque sulla Terra.

Questo sistema non utilizza solo i sismometri. Gli strumenti a infrarossi ascoltano onde sonore a frequenza molto bassa, impercettibile all'orecchio umano, generato da potenziali esplosioni nucleari nell'atmosfera; gli strumenti idroacustici ascoltano le onde sonore che percorrono lunghe distanze attraverso gli oceani generate da esplosioni subacquee, e i rilevatori di radionuclidi "annusano" i gas radioattivi rilasciati da un sito di test nucleari.

Cosa cercano i monitor sismici?

Qualsiasi tipo di terremoto o esplosione, sia naturale che artificiale, produce diversi tipi di onde d'urto che viaggiano attraverso la Terra e possono essere rilevate dai sismometri, che può misurare movimenti del suolo molto piccoli. Le onde più veloci ad arrivare sono le onde primarie (onde P), seguito da onde secondarie (onde S), che viaggiano in profondità attraverso la Terra. Poi arrivano le onde di superficie più lente, che causano le vibrazioni più sentite a livello del suolo perché viaggiano solo vicino alla superficie.

I sismometri utilizzano la differenza nei tempi di arrivo dei diversi tipi di onde per capire a che distanza si è verificato un terremoto o un'esplosione, e quanto fosse profonda la sua fonte nel sottosuolo. Possono anche misurare la potenza del terremoto (la sua magnitudo).

Come fanno i sismologi a distinguere tra un'esplosione e un terremoto?

Ci sono diversi modi per farlo. Uno è misurare la profondità alla quale si è verificato il terremoto. Anche con la moderna tecnologia di perforazione, è possibile posizionare un ordigno nucleare solo a pochi chilometri sotto terra; se si verifica un terremoto a una profondità superiore a 10 km, possiamo essere certi che non è un'esplosione nucleare.

Gli studi sui numerosi test nucleari che hanno avuto luogo durante la Guerra Fredda mostrano che le esplosioni generano onde P più grandi delle onde S rispetto ai terremoti. Le esplosioni generano anche onde di superficie proporzionalmente più piccole rispetto alle onde P. I sismologi possono quindi confrontare le dimensioni dei diversi tipi di onde per cercare di determinare se le onde provenissero da un'esplosione o da un terremoto naturale.

Per casi come la Corea del Nord, che ha effettuato una sequenza di test nucleari dal 2006, possiamo confrontare direttamente la forma delle onde registrate da ogni prova. Poiché i test sono stati tutti condotti in siti a pochi chilometri l'uno dall'altro, le onde hanno una forma simile, differiscono solo per la grandezza.

Cosa può dirci la sismologia del test più recente?

I dati sismologici possono dirci se c'è stata un'esplosione, ma non se quell'esplosione è stata causata da una testata nucleare o da esplosivi convenzionali. Per la conferma definitiva che un'esplosione fosse nucleare, dobbiamo fare affidamento sul monitoraggio dei radionuclidi, o esperimenti nel sito stesso del test.

Allo stesso modo, non possiamo distinguere esplicitamente tra una bomba a fissione nucleare e una bomba termonucleare all'idrogeno, né possiamo dire se una bomba è abbastanza piccola da essere montata su un missile, come sostiene il governo nordcoreano.

Quello che possiamo ottenere dai dati è un'idea delle dimensioni dell'esplosione. Questo non è semplice, poiché la magnitudo delle onde sismiche e il modo in cui si relazionano alla potenza esplosiva della bomba dipende molto da dove si è svolto esattamente il test, e quanto è profondo il sottosuolo. Ma nel caso di quest'ultimo test, possiamo confrontare direttamente la grandezza con i precedenti test nordcoreani.

Quest'ultima esplosione è considerevolmente più potente dell'ultimo test del nord nel settembre 2016; il centro di monitoraggio sismico norvegese, NORSAR, stima un'esplosione equivalente a 120 chilotoni di tritolo. Per confronto, le bombe sganciate su Hiroshima e Nagasaki nel 1945 produssero rispettivamente esplosioni di 15 e 20 chilotoni.

Quanto è affidabile la tecnologia?

Nonostante le avvertenze di cui sopra, la maggiore sensibilità degli strumenti disponibili e l'aumento del numero di stazioni di monitoraggio significa che ora esiste una rete molto affidabile per rilevare test nucleari in qualsiasi parte del pianeta.

Anche se il Trattato sul divieto totale degli esperimenti non è in vigore, la competenza scientifica di coloro che indagano su tali eventi è in costante miglioramento. Il fatto che le agenzie di monitoraggio in Giappone e Corea del Sud abbiano confermato questo ultimo test in poche ore mostra quanto possa essere impressionante.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.