Seismo-acoustic signal analysis and yield estimate of the Beirut, Lebanon, accidental explosion on August 4, 2020

Abstract

ABSTRACT. The Beirut, Lebanon, explosion on August 4, 2020, one of the largest non-nuclear explosion in world history, was detected by infrasound and seismic stations of the International Monitoring System (IMS), a network designed to detect and locate nuclear explosions in violation to the Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty (CTBT). The explosion was registered by five infrasound and three seismic stations, located up to 6,000 km and 2,400 km distant, respectively. These IMS data, complemented by data from seven ocean bottom stations, were used to estimate epicenter, magnitudes (mb = 3.6 and Mw = 3.3) and explosive yield. The explosion location was determined by infrasound (33,864ºN and 34,311ºE) and seismic (33,859ºN and 35,567ºE) technologies. The yield was calculated using two approaches: the seismic P-wave magnitude and the maximum amplitude of the infrasonic signal, resulting in 0.40 kt and 1.48 kt of trinitrotoluene (TNT) equivalent, respectively. The aim of this work is testing the performance of the IMS network in detection, location and characterizing of an explosion, developing skills and capacity of researchers to accurately locate events of interest to the CTBT. Additionally, we intend to highlight the importance of CTBT and arouse interest in the use of IMS data.

Keywords: Beirut explosion; seismic event detection; infrasound event detection; CTBTO; nuclear explosion.

RESUMO. A explosão de Beirute, Líbano, em 4 de agosto de 2020, uma das maiores explosões não nucleares da história mundial, foi detectada por estações de infrassom e sísmica do Sistema de Monitoramento Internacional (IMS), uma rede designada para detectar e localizar explosões nucleares em violação ao Tratado de Proibição Total de Testes Nucleares (CTBT). A explosão foi registrada por cinco estações de infrassom e três estações sísmicas, localizadas a até 6.000 km e 2.400 km de distância, respectivamente. Esses dados IMS, complementados por dados de sete estações de fundo oceânico, foram usados para estimar o epicentro, magnitudes (mb = 3,6 e Mw = 3,3) e rendimento explosivo. O local da explosão foi determinado pelas tecnologias infrassônica (33.864ºN e 34.311ºE) e sísmica (33.859ºN e 35.567ºE). O rendimento foi calculado usando duas abordagens: a magnitude da onda P e a amplitude máxima do sinal infrassônico, resultando em 0,40 kt e 1,48 kt equivalente de trinitrotolueno (TNT), respectivamente. O objetivo deste trabalho é testar o desempenho da rede IMS na detecção, localização e caracterização de uma explosão, desenvolver habilidades e capacidade dos pesquisadores para localizar com precisão eventos de interesse do CTBT. Adicionalmente, pretendemos divulgar a importância do CTBT e despertar o interesse na utilização dos dados do IMS.

Palavras-chave: Explosão em Beirute; detecção de evento sísmico; detecção de evento infrassônico; CTBTO, explosão nuclear.