Hoe seismologen de kracht van een kernbom bepalen

Schokgolven

Bij een kernproef explodeert een bom die de bodem doet beven. Dit veroorzaakt schokgolven, die door de aarde heen reizen en worden opgepikt door seismometers, net zoals dat bij aardbevingen gebeurt. Na de kernproef van Noord-Korea sloegen de seismometers fors uit – alsof er een aardbeving met een magnitude 6,2 had plaatsgevonden. De klap moest dus groot zijn. Maar hoe groot precies?

De energie van een aardbeving gaat per punt op de magnitudeschaal met een factor 31,6 omhoog. De vorige kernproef van Noord-Korea veroorzaakte trillingen vergelijkbaar met een aardbeving van magnitude 5,2 en werd ingeschat op 15 kiloton TNT. Als de schatting van de vorige kernproef dus zou kloppen, en alle energie van de bom zou worden omgezet in trillingen, zou bij de nieuwe klap 31,6 keer meer energie moeten zijn vrijgekomen. Dan kom je uit op 474 kiloton TNT.

Vergelijkingsmateriaal

Maar zo simpel is het niet. Niet alle energie van de klap gaat in de trillingen zitten, en daarnaast hangt de uitslag van de seismometers ook af van andere zaken, zoals de diepte van de kernproef. Daarom vergelijken de seismologen de golfpatronen die ze zien op hun seismogrammen met die van eerdere kernproeven in Rusland en Amerika, waarvan de sterkte bekend is. Om extra vergelijkingsmateriaal te verkrijgen doen wetenschappers ook nieuwe, gecontroleerde explosies. In Nevada hebben ze speciaal voor dit doel al zes keer een ondergrondse kernproef gesimuleerd – maar dan met conventionele explosieven.

De grootste ondergrondse kernproef van de Sovjet Unie in 1976 had een kracht van 150 kiloton – net op de grens van wat toen nog mocht, volgens de in 1974 afgesproken Treshold test Ban Treaty. “Dat veroorzaakte een magnitude van 6,1”, vertelt Paul Richards, seismoloog bij de Columbia Univeristy in de VS en gespecialiseerd in de seismiek van ondergrondse kernproeven.
“De test van afgelopen zondag had een hogere magnitude, en was op een plek waar de bodem mogelijk minder sterk reageert”, zegt Richards. “Mijn eerste vermoeden is dat deze explosie rond de 250 kiloton zat – maar dan voorlopig, tot we ook de diepte kennen, wel met een onzekerheid van een factor 2.”

Golven door de aarde

De seismologen van NORSAR deden hun schatting van de kracht van de bom niet aan de hand van de magnitude, maar keken alleen naar de golven die door de diepe aarde heen reizen (de ruimtegolven). In hun analyse deden de oppervlaktegolven dus niet mee. Uit testen die tot nu toe gedaan zijn, blijkt een verband tussen deze ruimtegolven en de kracht van de bom te zitten, vertelt Svein Mykkelveit, seismoloog bij NORSAR. “Dat verband is voor elke plek anders, maar kan je berekenen als je de geologische omstandigheden kent die bepalen hoe snel de golven uitdempen.” Maar ook NORSAR’s schatting van 120 kiloton gaat gepaard met onzekerheden, zegt hij er meteen bij.

Maar ook aan de vorm van het binnenkomende golfsignaal is het te zien: dat heeft een duidelijk herkenbaar, afwijkend patroon. “Voor deze plek in Noord-Korea is het netwerk van seismometers groot genoeg om zelfs ontploffingen van maar een paar kiloton TNT-equivalent te detecteren”, vertelde Richards eerder deze maand nog in een artikel op de website tremblor.net. Niet dat deze meters speciaal voor dit doeleinde zijn neergezet – ze zijn er vooral om in de gaten te houden wat er in en rond aardbevingsgevoelige landen als Japan en China gebeurt.

In Noord-Korea is er overigens meestal nóg een aanwijzing dat de trillingen van een kernproef komen. Dat zijn de nieuwsbulletins in het land zelf, die de proeven altijd vol trots, vaderlandsliefde en vijandsverachting aan het volk presenteren.