Cómo detectamos lo geólogos una explosión nuclear

Dice mi abuela, y con razón, que los geólogos no inventamos nada bueno. Y es que es raro que la geología sea noticia por algo diferente a las catástrofes naturales. Pero todo se torció aún más cuando este fin de semana pudo ver cómo iba a su casa a recoger datos de un sismógrafo que allí tengo instalado con la intención de comprobar si había podido “escuchar algo” de la prueba nuclear que Corea del Norte acababa de realizar… “Nene, ¿es que también lleváis vosotros eso de las bombas atómicas?”.

Al igual que ella, mucha gente se ha preguntado cuál es el verdadero papel de los geólogos en la detección y localización de las pruebas nucleares, así como cuál es nuestra capacidad para afirmar con un alto grado de confianza si lo que estamos detectando se trata en realidad de un fenómeno natural o uno provocado por el ser humano.

Los sismómetros también detectan erupciones volcánicas, deslizamientos e incluso el movimiento de los glaciares

En nuestro día a día, los geólogos usamos un instrumento conocido como sismómetro. Este es capaz de medir con gran precisión el movimiento del suelo, por minúsculo que sea. Sobre nuestro planeta hay actualmente miles de sismómetros instalados que cubren gran parte de la superficie emergida, especialmente en zonas geológicamente muy activas. Pero también podemos encontrar sismómetros instalados en el fondo de los mares y océanos que nos permiten estudiar los eventos que ocurren en áreas muy remotas donde no se pueden colocar sismómetros convencionales. Incluso hemos tenido sismómetros instalados en la Luna, y hasta en Marte.

Los terremotos naturales provocan una gran liberación de energía que se propaga por las rocas como ondas sísmicas a través del interior de la Tierra y también por su superficie (y que nosotros notamos como la vibración durante los terremotos). También las erupciones volcánicas, los deslizamientos e incluso el movimiento de los glaciares son capaces de generar ondas capaces de ser registradas en estos instrumentos y que nos aportan información muy valiosa para conocer estos fenómenos con mayor detalle.

Pero por supuesto, la actividad humana es capaz de generar también ondas “artificiales” y que podemos distinguir en los sismómetros: El tráfico, los goles en los partidos de fútbol, y por supuesto, las explosiones pueden registrarse con relativa facilidad en los sismómetros.

Cuando ocurre una explosión, las ondas formadas comienzan a propagarse en todas las direcciones. Progresivamente, y normalmente por orden de distancia, van llegando a las distintas estaciones sísmicas donde quedan registradas en los sismómetros. Puesto que conocemos la velocidad de propagación de las distintas ondas sísmicas, podemos calcular la distancia a la que ha ocurrido la detonación con relativa facilidad.

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Localización del epicentro de la prueba nuclear del 03/09/2017 realizada por Corea del Norte. Google/USGS.

Además, estas ondas se propagan de manera diferente en las tres dimensiones del espacio (Norte-Sur/Este-Oeste/Arriba-Abajo), lo que nos permite conocer la dirección de la que proviene estudiando la forma de las ondas. Si usamos los datos de varias estaciones sísmicas podemos localizar por triangulación con muchísima precisión la posición en la que ha ocurrido la explosión, a veces con un margen de error de pocos kilómetros (e incluso menos en zonas donde hay redes sísmicas muy densas o posteriormente con trabajos de relocalización).

Pero, ¿cómo distinguimos un evento natural de uno artificial? Hay varios aspectos que nos ayudan a discriminar los eventos naturales de los artificiales.

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Figura 1. En esta imagen podemos ver dos sismogramas. El primero corresponde con la prueba nuclear de Corea del Norte del pasado día 3 de Septiembre, y el segundo con un terremoto natural de la misma magnitud ocurrido en china hace unos días. Como se puede apreciar en la primera parte del sismograma, ambos parecen muy diferentes, con un comienzo muy brusco en el caso de la explosión.

En primer lugar, estudiando la forma de las ondas que llegan al sismómetro podemos ver que en apariencia son muy diferentes, ya que en los terremotos provocados por explosiones domina un tipo de ondas, concretamente las ondas P y que son las ondas de presión, que se producen de una manera muy efectiva al ocurrir una explosión y comprimir la roca que rodea al artefacto explosivo.

En los terremotos provocados por explosiones domina un tipo de ondas llamadas ondas P

Precisamente, usando ese tipo de ondas y viendo su forma, podemos averiguar también si es una fuente puntual, como la de una explosión, o una falla. En el caso de la explosión, la primera llegada de las ondas P a las estaciones sísmicas llega de la misma manera, marcando una compresión, mientras que en el caso de las fallas dependiendo de donde se encuentre el sismógrafo con respecto a la falla podrán llegar marcando una compresión o una dilatación sobre la roca.

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Fig 2. Cuando hay una explosión, el primer pulso de ondas es de presión en todas las direcciones, como si se tratase de una esfera creciendo.

Para imaginarnos este efecto, transportémonos al interior de una piscina con un globo muy redondo lleno de aire y una aguja. Cuando lo pinchamos, inicialmente el aire comienza a expandirse rápidamente y a comprimir el agua que lo rodea, de una manera parecida a como lo hace una explosión subterránea sobre la roca. En el caso de las pruebas nucleares subterráneas, los túneles usados para llevar la carga y la instrumentación a la profundidad suelen colapsar tras la explosión, provocando un terremoto secundario entre varias horas y varios días tras la explosión.

Estudiando la amplitud de las ondas que nos llegan, podemos calcular la energía liberada por la explosión, y compararla con pruebas anteriores para conocer mejor el desarrollo de esta tecnología. Haciendo un cálculo rápido, entre la última prueba, y la de septiembre de 2016 sabemos que se liberó aproximadamente unas seis veces más energía en esta última, suponiendo que fuesen colocadas a una profundidad similar, ya que esto puede variar el rendimiento de la explosión.

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Fig 3. Aquí tenemos los sismogramas de las pruebas nucleares de Corea del Norte con la misma escala. Como se puede apreciar, la última ha sido la que más energía ha liberado, mientras que hacia atrás en el tiempo la energía liberada por estas ha ido disminuyendo. Esto puede querer decir que han ido construyendo armas nucleares de un mayor poder explosivo.

Y por último, aunque menos definitivo, hay un detalle como la profundidad de la explosión que también puede servirnos de pista. Si bien es cierto que en nuestro planeta ocurren terremotos muy someros (<10 km de profundidad, como el de Lorca), si sabemos que de momento no somos capaces de colocar (ni tampoco es muy rentable) cargas explosivas a gran profundidad. Lo que en ningún caso podemos afirmar con los datos sísmicos es si la explosión se debe a una bomba de fisión o si en realidad es una bomba de fusión.

Desde finales de los años 50, España colabora activamente con la detección de pruebas nucleares

Por lo que si detectamos un terremoto a muy poca profundidad, en una zona geológicamente poco activa y que cumple también las dos otras características anteriores, es muy probable que estemos ante un terremoto de origen humano.

Desde finales de los años 50, España colabora activamente con la detección de pruebas nucleares gracias a la antena sísmica de Sonseca, en Toledo, y que fue instalada tras un acuerdo llevado a cabo con los Estados Unidos y que en la actualidad sirve a la organización que controla el tratado de no proliferación de armas nucleares, que cuenta con un total de 170 estaciones en todo el mundo.

* Nahúm Méndez-Chazarra es geólogo y divulgador científico.