Überwachung verbessert: Eine neue Methode macht es leichter, Atomwaffentests zu identifizieren – und erhöht die Detektionsrate unterirdischer Atombomben-Explosionen von 82 auf 99 Prozent. Möglich wird dies dank verbesserter mathematisch-statistischer Analysen, die nahezu in Echtzeit verraten, ob ein seismisches Ereignis von einem Erdbeben oder einer Atombomben-Explosion stammt. Auch die Kernwaffentests in Nordkorea wären damit alle sofort erkannt worden – mit dem aktuellen System war dies nicht der Fall.
Die Folgen der Atombombentests der 1950er und 1960er Jahre sind bis heute nachweisbar – selbst im Marianengraben findet sich der radioaktive Fallout. Seit 1996 sind solche Tests jedoch offiziell verboten, ein globales Messnetz seismologischer Stationen überwacht die Einhaltung. Allerdings haben nicht alle Staaten das Kernwaffen-Testverbot (CTBT) ratifiziert und in den letzten Jahren rüsten mehrere Länder atomar auf, darunter sowohl die Supermächte als auch Pakistan, Indien oder Nordkorea.
Die Detektionsrate des aktuellen Überwachungsnetzwerks liegt jedoch bei nur rund 82 Prozent. Auch mehrere Atomwaffentests in Nordkorea blieben zunächst unbemerkt, darunter auch der Test einer Atombombe von mehr als 300 KiIotonnen Sprengkraft im Herbst 2017. Das Problem: In manchen Fällen ist es schwierig, die Erschütterungen einer Atombombenexplosion von denen eines natürlichen Erdbebens zu unterscheiden.
Detektionsrate von 99 Prozent
Das hat sich nun geändert: Ein Team um Mark Hoggard von der Australian National University hat eine Methode entwickelt, die die Analyse der seismischen Daten erleichtert und optimiert. „Indem wir die mathematischen Prozesse verändert und fortgeschrittenere statistische Analysen eingesetzt haben, konnten wir die Detektionsrate von 82 auf 99 Prozent erhöhen“, berichtet Hoggard. Für ihre Analysen dieser seismischen Muster setzte das Team unter anderem eine spezielle Methode der Tensorrechnung ein, die von einer elliptischen statt kreisförmigen Symmetrie ausgeht.
Wie gut diese Methode funktioniert, prüfte das Team zunächst an knapp 1.150 seismischen Ereignissen, die sich in den letzten Jahrzehnten in den USA ereigneten. Darunter waren auch 140 Explosionen von konventionellen und atomaren Waffentests. Tatsächlich konnte das neue Verfahren 98 Prozent der Erdbeben und 99 Prozent der Explosionen korrekt zuordnen – nur zwei Explosionen klassifizierte das Analysesystem falsch.
Auch Nordkoreas Tests jetzt nachweisbar
Noch wichtiger jedoch: Das neue Verfahren funktioniert auch bei heimlichen Kernwaffentests anderswo auf der Welt. Dies testeten die Forscher durch eine Reanalyse von seismischen Daten des internationalen Überwachungsnetzwerks. Das Ergebnis: „Unsere neue Methode hat alle sechs der zwischen 2006 und 2017 von Nordkorea durchgeführten Atomwaffentests korrekt identifiziert“, berichtet Hoggard. Die Erkennung erfolge zudem nahezu in Echtzeit.
„Dies gibt uns die Möglichkeit, schnell zu ermitteln, ob es sich bei einem Ereignis um eine Explosion handelt“, so die Wissenschaftler. Da ihre Methode nur die mathematisch-statistische Auswertung der seismischen Daten verbessert, ist sie leicht implementierbar und erfordert keine neue Hardware: „Man muss keine Satelliten ins All bringen oder sonstigen neuen Geräte – wir nutzen nur die normalen seismischen Daten“, so Hoggard.
„Überwachung dringlicher denn je“
Angesichts der wachsenden globalen Spannungen und der atomaren Aufrüstung vieler Staaten sehen die Forscher eine Verbesserung der Überwachung als besonders dringlich an. „Eine Einhaltung des Kernwaffentestverbots ist auch in Zukunft eher unwahrscheinlich, weil mehrere größere Staaten das Verbot nicht ratifizieren wollen“, erklärt Hoggard. Stattdessen haben die USA, Russland und China ihre nuklearen Testgelände sogar ausgebaut.
„Gute Überwachungsprogramme sind daher entscheidend, um die Regierungen zumindest für die sozialen und ökologischen Folgen der Kernwaffentests zur Verantwortung ziehen zu können.“ (Geophysical Journal International, 2024; doi: 10.1093/gji/ggae011)
Quelle: Royal Astronomical Society, The Australian National University
