Thread by @IGeociencias

Hoy es Jueves!! tenemos una nueva entrega de #GeoMOOC
En esta ocasión de la mano de @seismowaves vamos a hablar de ¡Sismología forense!
¿Que no sabes lo que es?
No te pierdas este hilo 🧵 entonces

¿Sabías que la sismología puede usar ondas generadas tanto natural como artificialmente para estudiar la Tierra? ¿O que tiene una rama que se encarga de vigilar que los gobiernos cumplan su palabra y ayuda a mantener la paz mundial? Hoy quiero hablarles sobre SISMOLOGÍA FORENSE.

Pero empecemos por el principio. La sismología estudia los terremotos y la estructura interna de la Tierra mediante el estudio de ondas generadas natural o artificialmente, como las de los terremotos... o las de los aficionados en un estadio celebrando un gol de su equipo.

Una fuente sísmica es un fenómeno capaz de causar vibraciones del suelo que puedan ser registradas por los sismómetros. Los terremotos, el mar, las obras o el tráfico son ejemplos de ellas, aunque su alcance y utilidad científica no son los mismos.

Otro tipo de fuente son las explosiones, ya sean químicas o nucleares.
Aquí surgen las preguntas: ¿podemos distinguir terremotos de explosiones? ¿Saber con seguridad si la explosión fue nuclear o no? ¿Cómo de grande fue? ¿Dónde ocurrió?
¡A esto se dedica la sismología forense!

Ya los primeros ensayos nucleares de EEUU durante y después de la II Guerra Mundial mostraron que las explosiones quedaban registradas en los sismómetros, incluso a grandes distancias, lo cual abría la puerta a utilizar la sismología como método de detección a distancia.

Sin embargo, no fue sino hasta el 3 de septiembre de 1949 que la necesidad de desarrollar un sistema de vigilancia de ensayos nucleares se hizo evidente, ya que hasta ese momento solo EEUU poseía esa tecnología, y sabia por tanto cuando y donde ocurrían las explosiones.

Aquel día, un vuelo rutinario de Japón a Alaska, operado por el Servicio Meteorológico de las Fuerzas armadas estadounidenses, detecto altas cantidades de partículas radioactivas en la atmósfera.

Tras la recogida de más muestras y multitud de consultas con científicos, servicios de inteligencia y diplomáticos, el 23 de septiembre de 1949 el presidente Harry Truman anuncio que se había detectado que en las últimas semanas la URSS había detonado una bomba nuclear.

Los soviéticos no habían hecho ningún anuncio al respecto para evitar que EEUU acelerase su programa nuclear. Trataron de hacer ver que en realidad tenían la bomba desde 1947, pero este evento resulto en una rápida escalada de tensiones y prisas por armarse más y mejor.

Durante la década siguiente, se desarrollaron/desplegaron sistemas para detectar infrasonidos y partículas radiactivas asociadas a explosiones nucleares tanto en superficie como bajo el mar, y la primera red sísmica dedicada a la vigilancia de posibles explosiones subterráneas.

Pero empecemos por el principio. La sismología estudia los terremotos y la estructura interna de la Tierra mediante el estudio de ondas generadas natural o artificialmente, como las de los terremotos... o las de los aficionados en un estadio celebrando un gol de su equipo.

En los años 50, la escalada tanto en tamaño como frecuencia de los ensayos hizo que no quedara región del planeta sin ser alcanzada por la radiactividad. Con la opinión publica cada vez más en contra de pruebas nucleares, comienzan las primeras negociaciones para detenerlas.

En 1963 se firmó en Moscú el Tratado de Prohibición Parcial de Ensayos Nucleares (o PTBT por sus siglas en ingles), por el cual los países firmantes no realizarían pruebas nucleares en superficie, en el mar o en el espacio. 108 países lo firmaron aquel año
2009-2017.state.gov/t/avc/trty/199…

En 1974, EEUU y la URSS firmaron bilateralmente otro tratado, el TTBT, por el que se comprometieron a no llevar a cabo ensayos subterráneos de más de 150 kilotones (1 kiloton = 1000 toneladas de TNT)

Estos tratados no detuvieron del todo los ensayos, ya que las explosiones subterráneas aún estaban permitidas. Entre 1945 y 1996, se llevaron a cabo más de 2000 explosiones nucleares (la mayoría de EEUU/URSS). El año en el que más se testo fue 1962, con 175 pruebas, 3+/semana!!

Las negociaciones para prohibir los ensayos mejoran en los 90, tras la caída del Muro de Berlín, la desintegración de la URSS y la mejora de las relaciones EEUU/Rusia. En 1996 se firma el Tratado de Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares (CTBT).

Este tratado prohíbe todas las explosiones nucleares, por quienquiera que sea y donde sea. Ha sido firmado por 185 países, pero solo 170 de ellos lo han ratificado y 44 países poseedores de armas nucleares no lo han firmado/ratificado, por lo que no ha entrado en vigor.

La Comisión Preparatoria de la Organización del Tratado de Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares con sede en Viena, se encarga de promover el tratado y desarrollar el régimen de verificación, de manera que esté listo cuando entre finalmnte en vigor
ctbto.org

¿Pero no íbamos a hablar de sismología? ¡Sí! Aunque el tratado aún no está en vigor, ya tenemos el Sistema Internacional de Vigilancia (IMS) que asegura que ninguna explosión nuclear quede sin detectar ¡Y la sismología es una de las 4 técnicas que utiliza!

El IMS cuenta con 50 estaciones sísmicas primarias y 120 auxiliares. Registran principalmente terremotos y otras señales naturales, pero el IMS ha demostrado ya su valor, al detectar/clasificar correctamente explosiones nucleares como las Corea del Norte.

El 9 de octubre de 2006, la Republica Popular Democrática de Corea (RPDC), más conocida como Corea del Norte, llevo a cabo su primer ensayo nuclear, el primero en casi 8 años, tras las pruebas llevabas a cabo por Pakistán y la India en 1998.

A pesar de que el IMS solo estaba operativo en un 60% y que la explosión fue pequeña, más de 20 estaciones sísmicas en todo el mundo registraron claramente la señal de la explosión, y los datos se recibieron casi en tiempo real en el Centro Internacional de Datos, en Viena.

Este sería solo el primer ejemplo de la capacidad del IMS para detectar explosiones nucleares. En 2009, 2013, 2016 y 2017, la RPDC llevo a cabo más ensayos nucleares, todos ellos detectados y analizados gracias a los instrumentos del IMS.

En menos de dos horas, los Estados Miembros del CTBT recibieron información sobre la localización, hora, tamaño y profundidad del ensayo nuclear. Impersonalmente, eh?

¿Cómo lo hacemos? Las explosiones, ya sean químicas o nucleares, producen señales muy distintas a las de los terremotos. En una explosión, la onda expansiva se expande desde un punto pequeño y viaja en todas direcciones por igual.

Al llegar a la superficie, este tipo de ondas produce en la mayoría de casos un primer desplazamiento hacia arriba, mientras que los terremotos lo hacen hacia abajo. Esto nos da una primera aproximación, muy básica, para discriminar rápidamente de qué tipo de evento se trata.

En la práctica, las cosas no son tan simples y muchas veces es difícil diferenciar un caso del otro, pero hemos desarrollado técnicas muy precisas que nos permiten estar muy seguros de si el origen de una señal es una explosión o no. Un ejemplo aquí:
crossref.org/iPage?doi=10.1…

¿Cómo calculamos el tamaño de la explosión? Esta es, probablemente, una de las partes más difíciles de la detección, ya que hay muchos factores que influyen en el cálculo, como las propiedades de la roca en el lugar del ensayo, su profundidad, tamaño de la cavidad, etc.

El tamaño de las explosiones se calcula habitualmente a partir de la magnitud de la señal que producen, aunque estos métodos pueden tener errores bastante grandes y sigue siendo un tema de investigación activo. Ejemplo:
pubs.geoscienceworld.org/ssa/srl/articl…

Además de la sismología, el IMS usa la hidroacústica, los infrasonidos y la detección de radionúclidos. En total, cuenta con 321 estaciones de vigilancia y 16 laboratorios en todo el mundo.

Las estaciones de hidroacústica e infrasonidos pueden detectar ondas acústicas en el océano o en la atmosfera, incluso a grandes distancias. Recientemente esta red ha detectado la explosión de Líbano de 2020 o la erupción del Hunga Tonga-Hunga Ha’apai

Por su parte, los detectores de radionúclidos miden concentraciones de partículas radiactivas o gases nobles en la atmósfera, lo cual nos permite confirmar de forma definitiva si una explosión detectada fue nuclear o química.

Para terminar, quiero mencionar que el IMS no solo se usa para la vigilancia de ensayos nucleares. De hecho, se ha usado para cosas tan dispares como para rastrear ballenas o submarinos (Kursk/San Juan), contar rayos, etc.
asa.scitation.org/doi/10.1121/1.…

¡Esto ha sido todo por hoy! ¡Espero que les haya resultado interesante, y muchas gracias por llegar hasta aquí! ¿Habías escuchado hablar antes de la sismología forense y su papel en la vigilancia de ensayos nucleares?

Este es un tema tremendamente complicado, e incluye algunas de las mayores barbaridades que ha llevado a cabo la humanidad. Los ensayos nucleares han tenido efectos irreparables y terribles para personas y ecosistemas. El CTBT y el IMS abren una puerta a que no se repitan jamás.

Tengo que decir que cuando escogí este tema para el hilo (¡en diciembre!) no me imagine que hoy estaría de tanta actualidad, por desgracia. Momentos como estos nos muestran que, aunque vayamos por el buen camino con el CTBT, este equilibrio es tremendamente delicado y complejo.

Todas las imágenes, salvo que se indique lo contrario, son de la web de la CTBTO, en la que puede encontrarse muchísima información sobre el tratado, el IMS, la historia de los ensayos nucleares,
etc.
ctbto.org

Agradecer de nuevo la participación y este fantástico hilo a @seismowaves
Volvemos el martes que viene con un neuvo #GeoMOOC de la mano de @ingeododo que nos hablará de Cimentaciones especiales
No os lo perdáis!