Una explosión submarina (también conocida como UNDEX ) es una explosión química o nuclear que ocurre bajo la superficie de una masa de agua. Si bien son útiles en la guerra antibuque y submarina, las bombas submarinas no son tan efectivas contra las instalaciones costeras.
Las explosiones submarinas se diferencian de las explosiones en el aire debido a las propiedades del agua :
Los efectos de una explosión submarina dependen de varios factores, incluida la distancia desde la explosión, la energía de la explosión, la profundidad de la explosión y la profundidad del agua. [2]
Las explosiones submarinas se clasifican según la profundidad de la explosión. Las explosiones submarinas poco profundas son aquellas en las que el cráter formado en la superficie del agua es grande en comparación con la profundidad de la explosión. Las explosiones submarinas profundas son aquellas en las que el cráter es pequeño en comparación con la profundidad de la explosión, [2] o inexistente.
El efecto general de una explosión submarina depende de la profundidad, el tamaño y la naturaleza de la carga explosiva, y de la presencia, composición y distancia de superficies reflectantes como el fondo marino, la superficie, las termoclinas , etc. Este fenómeno se ha utilizado ampliamente en ojivas antibuque. diseño ya que una explosión submarina (particularmente una debajo del casco) puede producir mayores daños que una sobre la superficie del mismo tamaño explosivo. El daño inicial a un objetivo será causado por la primera onda de choque ; Este daño se verá amplificado por el movimiento físico posterior del agua y por las repetidas ondas de choque secundarias o pulsos de burbujas. Además, la detonación de la carga lejos del objetivo puede provocar daños en un área más grande del casco. [3]
Las pruebas nucleares submarinas cerca de la superficie pueden dispersar agua y vapor radiactivos en una gran superficie, con graves efectos sobre la vida marina, las infraestructuras cercanas y los seres humanos. [4] [5] La detonación de armas nucleares bajo el agua fue prohibida por el Tratado de Prohibición Parcial de los Ensayos Nucleares de 1963 y también está prohibida por el Tratado de Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares de 1996.
La prueba nuclear de Baker en el atolón Bikini en julio de 1946 fue una explosión submarina poco profunda, parte de la Operación Crossroads . Se detonó una ojiva de 20 kilotones en una laguna que tenía aproximadamente 200 pies (61 m) de profundidad. El primer efecto fue la iluminación del mar por la bola de fuego submarina. Una burbuja de gas en rápida expansión creó una onda de choque que provocó un anillo en expansión de agua aparentemente oscura en la superficie, llamado mancha , seguido de un anillo en expansión de agua aparentemente blanca, llamado grieta . En la superficie del agua se formó un montículo de agua y rocío, llamado cúpula de rociado , que se volvió más columnar a medida que ascendía. Cuando la burbuja de gas ascendente rompió la superficie, también creó una onda de choque en el aire. El vapor de agua en el aire se condensó como resultado de que los ventiladores de expansión Prandtl-Meyer disminuyeron la presión, la densidad y la temperatura del aire por debajo del punto de rocío; formando una nube esférica que marcaba la ubicación de la onda de choque. El agua que llenó la cavidad formada por la burbuja provocó que una columna hueca de agua, llamada chimenea o penacho , se elevara 6.000 pies (1.800 m) en el aire y atravesara la parte superior de la nube. Una serie de olas en la superficie del océano se movieron hacia afuera desde el centro. La primera ola tenía unos 29 m (94 pies) de altura a 300 m (1000 pies) del centro. Siguieron otras olas, y a distancias mayores algunas de ellas eran más altas que la primera ola. Por ejemplo, a 22.000 pies (6.700 m) del centro, la novena ola fue la más alta con 6 pies (1,8 m). La gravedad hizo que la columna cayera a la superficie y provocó que una nube de niebla se moviera hacia afuera rápidamente desde la base de la columna, llamada oleada de base . El tamaño final de la oleada de base fue de 5,6 km (3,5 millas) de diámetro y 550 m (1.800 pies) de altura. La oleada de base se elevó desde la superficie y se fusionó con otros productos de la explosión, para formar nubes que produjeron lluvias de moderadas a intensas durante casi una hora. [6]
Un ejemplo de explosión submarina profunda es la prueba Wahoo, que se llevó a cabo en 1958 como parte de la Operación Hardtack I. Se detonó un Mk-7 de 9 nudos a una profundidad de 150 m (500 pies) en aguas profundas. Había poca evidencia de una bola de fuego. La cúpula rociadora se elevó a una altura de 270 m (900 pies). El gas de la burbuja atravesó la cúpula de pulverización para formar chorros que se dispararon en todas direcciones y alcanzaron alturas de hasta 520 m (1.700 pies). La oleada de base en su tamaño máximo tenía 4,0 km (2,5 millas) de diámetro y 300 m (1000 pies) de altura. [6]
Las alturas de las ondas superficiales generadas por explosiones submarinas profundas son mayores porque se entrega más energía al agua. Durante la Guerra Fría , se pensaba que las explosiones submarinas operaban bajo los mismos principios que los tsunamis, aumentando potencialmente dramáticamente su altura a medida que avanzaban sobre aguas poco profundas e inundando la tierra más allá de la costa. [7] Investigaciones y análisis posteriores sugirieron que las ondas de agua generadas por explosiones eran diferentes de las generadas por tsunamis y deslizamientos de tierra. Méhaute et al. En su estudio de 1996 sobre las ondas de agua generadas por una explosión submarina, concluyen que las ondas superficiales incluso de una explosión submarina muy grande en alta mar gastarían la mayor parte de su energía en la plataforma continental, lo que provocaría inundaciones costeras no peores que las de una fuerte tormenta. [2]
La prueba de la Operación Wigwam en 1955 se produjo a una profundidad de 2000 pies (610 m), la detonación más profunda de cualquier dispositivo nuclear.
A menos que rompa la superficie del agua mientras todavía es una burbuja de gas caliente, una explosión nuclear submarina no deja rastro en la superficie excepto agua caliente y radiactiva que se eleva desde abajo. Este es siempre el caso de explosiones a más de 610 m (2000 pies) de profundidad. [6]
Aproximadamente un segundo después de tal explosión, la burbuja de gas caliente colapsa porque:
Dado que el agua no se puede comprimir fácilmente, mover tanta cantidad tan rápidamente absorbe una enorme cantidad de energía, toda la cual proviene de la presión dentro de la burbuja en expansión. La presión del agua fuera de la burbuja pronto hace que ésta colapse en una pequeña esfera y rebote, expandiéndose nuevamente. Esto se repite varias veces, pero cada rebote contiene sólo alrededor del 40% de la energía del ciclo anterior.
En el diámetro máximo de la primera oscilación, una bomba nuclear muy grande que explota en aguas muy profundas crea una burbuja de aproximadamente media milla (800 m) de ancho en aproximadamente un segundo y luego se contrae, lo que también demora aproximadamente un segundo. Las burbujas explosivas de explosiones nucleares profundas tienen oscilaciones ligeramente más largas que las superficiales. Dejan de oscilar y se convierten en agua caliente en unos seis segundos. Esto sucede antes en las explosiones nucleares que en las burbujas de los explosivos convencionales.
La presión del agua de una explosión profunda impide que las burbujas sobrevivan y floten hasta la superficie.
La drástica pérdida de energía del 60% entre ciclos de oscilación es causada en parte por la fuerza extrema de una explosión nuclear que empuja la pared de la burbuja hacia afuera de manera supersónica (más rápido que la velocidad del sonido en el agua salada). Esto provoca la inestabilidad de Rayleigh-Taylor . Es decir, la suave pared de agua que toca la cara de la explosión se vuelve turbulenta y fractal, con dedos y ramas de agua fría del océano que se extienden hacia el interior de la burbuja. Esa agua fría enfría el gas caliente del interior y hace que se condense. La burbuja se vuelve menos esférica y se parece más a la Nebulosa del Cangrejo , cuya desviación de una superficie lisa también se debe a la inestabilidad de Rayleigh-Taylor a medida que el material estelar expulsado empuja a través del medio interestelar.
Como era de esperar, las explosiones grandes y superficiales se expanden más rápido que las pequeñas y profundas.
A pesar de estar en contacto directo con una bola de fuego de una explosión nuclear, el agua en la pared de la burbuja en expansión no hierve; la presión dentro de la burbuja excede (con diferencia) la presión de vapor del agua. El agua que toca la explosión sólo puede hervir durante la contracción de la burbuja. Esta ebullición es como la evaporación, enfría la pared de la burbuja y es otra razón por la que una burbuja explosiva oscilante pierde la mayor parte de la energía que tenía en el ciclo anterior.
Durante estas oscilaciones de gas caliente, la burbuja se eleva continuamente por la misma razón que lo hace una nube en forma de hongo : es menos densa. Esto hace que la burbuja explosiva nunca sea perfectamente esférica. En cambio, el fondo de la burbuja es más plano y, durante la contracción, incluso tiende a "alcanzar" hacia el centro de la explosión.
En el último ciclo de expansión, la parte inferior de la burbuja toca la parte superior antes de que los lados se hayan colapsado por completo, y la burbuja se convierte en un toroide en su último segundo de vida. Aproximadamente seis segundos después de la detonación, todo lo que queda de una explosión nuclear grande y profunda es una columna de agua caliente que se eleva y se enfría en el océano casi helado.
Se realizaron relativamente pocas pruebas nucleares submarinas antes de que fueran prohibidas por el Tratado de Prohibición Parcial de Pruebas Nucleares . Ellos son:
Nota: a menudo se cree que los franceses realizaron extensas pruebas submarinas en la Polinesia Occidental Francesa en los atolones de Moruroa y Fangataufa . Esto es incorrecto; Las bombas se colocaron en pozos perforados en el coral y la roca volcánica subyacentes, y no filtraron intencionalmente lluvia radiactiva.
Existen varios métodos para detectar detonaciones nucleares. La hidroacústica es el medio principal para determinar si se ha producido una detonación nuclear bajo el agua. Los hidrófonos se utilizan para monitorear el cambio en la presión del agua a medida que las ondas sonoras se propagan a través de los océanos del mundo. [9] El sonido viaja a través de agua a 20 °C a aproximadamente 1482 metros por segundo, en comparación con la velocidad del sonido de 332 m/s a través del aire. [10] [11] En los océanos del mundo, el sonido viaja más eficientemente a una profundidad de aproximadamente 1000 metros. Las ondas sonoras que viajan a esta profundidad lo hacen a una velocidad mínima y quedan atrapadas en una capa conocida como Canal de fijación y alcance del sonido ( SOFAR ). [9] Los sonidos se pueden detectar en el SOFAR desde grandes distancias, lo que permite un número limitado de estaciones de monitoreo necesarias para detectar la actividad oceánica. La hidroacústica se desarrolló originalmente a principios del siglo XX como un medio para detectar objetos como icebergs y bancos de arena para prevenir accidentes en el mar. [9]
Antes de la adopción del Tratado de Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares se construyeron tres estaciones hidroacústicas . Se construyeron dos estaciones de hidrófonos en el Océano Pacífico Norte y el Océano Atlántico Medio, y se construyó una estación de fase T [ se necesita aclaración ] frente a la costa occidental de Canadá. Cuando se adoptó el TPCE, se construyeron ocho estaciones hidroacústicas más para crear una red integral capaz de identificar detonaciones nucleares submarinas en cualquier parte del mundo. [12] Estas 11 estaciones hidroacústicas, además de 326 estaciones y laboratorios de monitoreo, componen el Sistema Internacional de Monitoreo (SIV), que es monitoreado por la Comisión Preparatoria de la Organización del Tratado de Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares (CTBTO). [13]
Actualmente se utilizan dos tipos diferentes de estaciones hidroacústicas en la red del SIV; 6 estaciones de monitoreo de hidrófonos y 5 estaciones de fase T. Estas 11 estaciones están ubicadas principalmente en el hemisferio sur, que es principalmente océano. [14] Las estaciones de monitoreo de hidrófonos consisten en un conjunto de tres hidrófonos suspendidos de cables atados al fondo del océano. Están ubicados a una profundidad ubicada dentro del SOFAR para recopilar lecturas de manera efectiva. [12] Cada hidrófono registra 250 muestras por segundo, mientras que el cable de sujeción suministra energía y transporta información a la costa. [12] Esta información se convierte a un formato utilizable y se transmite a través de un enlace satelital seguro a otras instalaciones para su análisis. Las estaciones de monitoreo de fase T registran señales sísmicas generadas a partir de ondas sonoras que se han acoplado con el fondo del océano o la costa. [15] Las estaciones de fase T generalmente están ubicadas en islas con pendientes pronunciadas para obtener lecturas sísmicas lo más limpias posibles. [14] Al igual que las estaciones de hidrófonos, esta información se envía a la costa y se transmite a través de un enlace satelital para su posterior análisis. [15] Las estaciones de hidrófonos tienen la ventaja de recopilar lecturas directamente del SOFAR, pero generalmente son más costosas de implementar que las estaciones de fase T. [15] Las estaciones hidroacústicas monitorean frecuencias de 1 a 100 Hertz para determinar si se ha producido una detonación bajo el agua. Si una o más estaciones han identificado una posible detonación, las señales recopiladas contendrán un ancho de banda alto y el espectro de frecuencia indicará una cavidad submarina en la fuente. [15]
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