地震是否因核爆而起?我們該如何判斷

2020-12-05 上觀

那麼核試驗產生的地震與一般地震有哪些不同?科學家是如何判斷的呢?


   
地震波監測


   
目前,監測地下核爆炸最主要手段就是地震波監測。篩選核試驗事件的參數包括:地震位置、震源深度、面波震級與體波震級的比值,信號頻率成分、震相間的譜比、頻譜漲落、P波初動、震源機制、震相、與其他事件的對比等等。


那麼多參數,聽起來是不是有點頭大?我們就拿最簡單的一些數據舉例。


首先是震源深度。我們最常見的地震為淺層地震,人類95%的自然地震都發生在距離地下70公裡以內的位置。但是請注意,朝鮮先前四次核試驗引起的「人工地震」,震波均是從地表處傳出。所以專家會傾向於判斷地震並非自然而起,而是人為所致。


今天朝鮮發生的地震,根據中國地震臺網的測定,震源深度0千米。也就是說,地下深處壓根沒發生劇烈的地殼運動,震動完全來源於「表面文章」。因此,中國地震臺網在這一數據後面打了個括號,標明「疑爆」。


二是看震相。就像炒股看K線、均線、分時線,反映地震特徵我們一般看縱波(P波)、橫波(S波)、面波。大多數天然地震,P波小於S波小於面波,其記錄特徵是「小頭大尾」。而人工爆炸,P波強於S波,因為激發的地震波頻率高衰減快,低頻的面波振幅也小。此外,對於核爆炸,在震中距大於1000km時,通常會檢測到視速約3.5km/s的Lg波。其記錄特徵為「大頭小尾」。


三是看P波初動。初動指的是地震波到達地震儀時,所測質點的最初的振動方向。大多數天然地震是地下巖石破裂、滑動所引起的,破裂面很大,持續時間較長,表現在地震波上,是不同方位的地震臺接收到的P波初動不一致,有的是壓縮,有的是膨脹。而地下核爆炸的震源過程要簡單和短得多,球對稱壓縮(各個方向都向外壓縮),使所有地震臺接收到的地震波初動都是壓縮的。


   
核輻射「嗅探」


   
或許有人會說,震動本身並不意味著一定發生了核爆炸——假如有一個足夠大的軍火庫發生爆炸,地震儀記錄的數據和核爆炸數據相比,並不會有很大的區別。這就過渡到第二個問題:能否「捕捉到」核輻射顆粒、放射性殘骸等來證明地震「因核而起」。


核爆炸的時候,會產生一些特殊的核裂變產物,比如碘131、鍶90和其他一些產物,會隨著爆炸飛上天。此外,還會有少量裂變的核素比如鈾的殘跡飄散到空中。雖然朝鮮核試驗在地下進行,但通過名為「放射性核素信號」的技術,科學家們仍能利用設備「嗅到」核爆炸時從土壤中滲出或釋放到空氣中的裂變產物。接著,科學家可以利用大氣傳輸模型對放射性核素的可能來源進行測算,並預測核煙雲的走向。這一過程通常被用來對核試驗的發生進行再次確認。


根據前幾次的慣例,美國、日本等國通常會在朝鮮核試驗後,派遣飛機進入朝鮮半島附近地區,採集空氣樣本,對輻射顆粒進行分析。美國擔負此項任務的是美國空軍技術應用中心(AFTAC),它從事這項任務已有近70年歷史,僱傭了大約1000名國防部僱員。這一中心使用2架來自內布拉斯加州的波音WC-135「不死鳳凰」偵察機對空氣樣本進行採集,對朝鮮核試作出判斷,整個過程可能耗時數天或數周。此外,美國還可以利用衛星探測太空中或大氣中可能發生的核爆炸,衛星可以收集電磁脈衝、閃光和核輻射數據。


復旦大學國際問題研究院常務副院長沈丁立對解放日報·上海觀察表示,全面禁止核試驗條約組織(CTBTO)還在全球建立了地震監視網,與包括中國在內的各國建立了數據聯網。通過這個網絡對距離震中不同遠近的數據進行探測,也能對核爆地震做出判斷。


目前,CTBTO已表示,朝鮮地震活動較2016年1月核試釋出更強的信號。


   
未來的新手段


   
除了上述常規方法外,在歐巴馬「無核世界」理念的引導下,美國正在研發新手段,來監控全球的核試驗與核武器。


五角大樓的大體構想如下:在廣袤區域內拋撒一次性使用、體積不大的傳感裝置,用於捕捉周圍大氣成分的異常,它們相網際網路,令隱匿在附近的核武器無所遁形。美國軍方並未披露這種傳感裝置的具體參數,但美國正在積極研發能夠通過靜電、熱力、聲學、化學或是重力變化,來迅速判斷核爆炸事實,或是掌握核爆炸裝置移動狀況的各種裝置。理論上說,未來的小型傳感裝置可以區分出行經數十米之外的究竟是普通坦克,還是「白楊」-M飛彈。五角大樓還希望利用這種「非常規」手段,來發現放射性材料非法擴散的渠道。


美軍還投入大量人力及物力,研發偵測核武器及放射性材料的新技術,如放射性同位素測量儀,但目前其作用距離不足100米,尚待完善。近幾十年來,五角大樓還一直試圖將核爆炸與其所引發的重力變化數據掛鈎,以便準確判斷是否進行過地下核試驗。


(欄目主編:楊立群。編輯郵箱:ylq@jfdaily.com 題圖來源:視覺中國 圖片編輯:雍凱)
 

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