Leegid hakkavad tõusma. Mike Heck hüppab tagasi. Kõõlused lakkuvad tuules lehvitades ülespoole, seejärel koonduvad leegi keerisesse, oranži ja punase värviga hõõguv tornaado. “Seal see läheb!” Ütleb üks pealtvaataja. Veel üks vilistab jahmunult.
Kuid keegi ei muretse. Heck lõi tule tahtlikult, süütades leegi hoidmiseks betoonplokkidega vooderdatud toa põrandale vedelikupõhja. Üleval olev õhupuhasti takistab suitsu tungimist lähedalasuvatesse klassiruumidesse.
Hecki juhendaja, Marylandi ülikooli tuletõrjeteadlane Michael Gollner College Pargis võlub oma laboris regulaarselt selliseid lõõmavaid sammasid, mida nimetatakse tulekeeristeks. (Gollner ja kolleegid uurivad nende nähtuste teadust 2018. aasta vedeliku mehaanika ülevaates .) Neilt ja teistelt tulistelt katsetelt on tema eesmärk teada saada, kuidas leegid intensiivistuvad ja levivad linnade ja maastike põlemisel. Gollneri eesmärk on paremini mõista, mis ajendab tulekahju hüppama oma teed majast majja ja puult puule.
Uute arusaamade kogumine tulekäitumisest on muutunud üha pakilisemaks, kuna tulekahjud on muutunud äärmuslikumaks, eriti Põhja-Ameerika lääneosas. Alates 1980. aastate keskpaigast muutusid suured metsatulekahjud USA lääneosa metsades, eriti Põhjapoolsetes Kivimägedes, järsku palju tavalisemaks. Hiljuti on Vaikse ookeani loodeosa metsades suurenenud looduslike tulekahjude suurus: 2003. – 2012. Aastal on põlenud ala peaaegu 5000 protsenti suurenenud, võrreldes keskmiselt 1973–1982. Üleriigiliselt on 2000. aastast alates põlenud keskmine pind peaaegu kaks korda suurem kui 1990. aastate keskmine aastaarv.
Ja just viimase kahe aasta jooksul on mitu surmavat infernot tuhastanud California osi. 2017. aasta oktoobris põles Santa Rosa ümbruses ja selle ümbruses maapinnale üle 5600 ehitise. Mullu juulis tekitas Reddingis kuuma õhu ja tuhaga kõrguv tormake ketravat “firenadot” nagu Gollneri laboris - kuid palju suurem ja piisavalt metsik. tuletõrjuja tapmiseks. Samal kuul põlesid tulekahjud Mendocino ja veel kolme maakonna piirkonnas. Neli kuud hiljem hukkus Paradiisi laagripõlengus 85 inimest, paljud neist tuhastati, üritades põgeneda oma autodes süttinud põlengu eest.
Rekordilised murdmaad
Kõike öeldud, osutasid osariigi hiljutised tulekahjud rekordeid California suurimate, surmavaimate ja hävitavaimate tulekahjude osas. "Loodus on andnud hämmastava sündmuste jada, millest igaüks edestab varem toimunut, " ütleb Janice Coen, atmosfääriteadlane, kes uurib metsamaade tulekahjusid Colorado osariigis Boulderis asuvas Riiklikus Atmosfääriuuringute Keskuses. Tema ja teiste käest küsitakse: „Kas see erineb varasemast? Mis siin toimub? ”
Kõigi USA looduslike tulekahjude koguarv näitab viimase paarikümne aasta jooksul üldist kasvu, ehkki varieeruvus aasta-aastalt on palju. Neis metsatulekahjudes põletatud aakrite koguarv näitab sarnast, ehkki pisut dramaatilisemat tõusutendentsi. USA läänepoolsetele metsapõlengutele keskendunud uuringud on näidanud viimastel aastatel suurte tulekahjude arvu selget kasvu. (Riiklik koostööasutuste koordinatsioonikeskus / teadlik ajakiri) Selle tulekahjude enneolematu laienemise põhjuseks on olnud palju tegureid. Aastakümnete jooksul on tulekahjude refleksiivne kustutamine niipea, kui need süttisid, on võimaldanud tulekahju kütvatel põõsastel ja puudel koguneda põlemata aladele. Kliimamuutused toovad kaasa soojema temperatuuri, vähem vihma ja lumepakki ning kütuste kuivamise ja põlemise võimalused. (Inimeste põhjustatud kliimamuutustes on süüdistatud Ameerika Ühendriikide lääneosas 1984. aastal põlenud metsaala peaaegu kahekordistumist.) Vahepeal kolib metsikutele aladele rohkem inimesi, suurendades võimalust, et keegi tulekahju süütab või on kahju saanud, üks hakkab kasvama.
Coen ja teised teadlased koputavad füüsikale, et aidata paljastada, mis põhjustab tavalise põlengu laienemist eepiliseks megatuleks. Selleks sõidavad mõned teadlased kulutulena servadele, uurides oma saladusi laser- ja radarseadmetega, mis näevad läbi sajuvaid suitsupilvi. Teised on välja töötanud eesrindlikke mudeleid, mis kirjeldavad, kuidas leegid võisteldakse üle maastiku, ajendatuna mitte ainult kütustest ja maastikust, vaid ka sellest, kuidas tuli ja atmosfäär üksteist toidavad. Ja veel, nagu Gollner, kavandavad teisedki laborikatseid, et selgitada välja, miks üks maja võib süttida, kui tema naaber jääb katmata.
Sellised leiud võivad näidata, kuidas inimesed saaksid intensiivsemate looduslike tulekahjude jaoks paremini tulevikuks valmistuda ja kuidas tuletõrjujad saavad neid tõhusamalt võidelda.
Tuline ilm
Kui rääkida lahingutest, siis on palju lootust sellele, mida inimesed on varem tulekahjusid näinud, - ütleb Reno Nevada ülikooli meteoroloog Neil Lareau. "See isiklik sügav kogemus on tõesti väärtuslik, kuid see laguneb, kui õhkkond läheb selliseks, mida ma nimetaksin väliseks režiimiks - kui tunnistate midagi sellist, mida te pole kunagi varem näinud."
Nii et Lareau kogub teavet tulekahjude puhkemise ajal, lootes, et ühel päeval suudavad nad tulekahju hävitades anda tuletõrjujatele konkreetsed hoiatused. Ta mõistab ohtu enam kui paljud akadeemilised teadlased: Veetis kolm suve, tulles tulekahju-meteoroloogia uurimisrühma, mida juhtis Californias San Jose osariigi ülikoolis Craig Clements, tulekahjude meteoroloogia uurimisrühma meeskonna juurde, jõudis ta võimalikult kaugele.
Nagu tormijooksjad, kes varitsevad tornaadosid Midwesti tasandikel, peavad tulekahju tagaajajad olema ükskõik milleks ette valmistatud. Nad läbivad tuletõrjujate koolituse, õppides, kuidas ette näha, kuhu tuletõrjejoon võib liikuda ja kuidas hädaolukorras tuletõrje peavarju paigutada. Nad registreeruvad föderaalses hädaolukordade haldamise süsteemis, et neid saaks ametlikult kutsuda piirkondadesse, kuhu avalikkus ei saa minna. Ja nad sõidavad keeruka laserskaneerimisega masinaga ühe oma veoauto tagaosas, et tungida aktiivsest tulest eralduvast tuhast ja suitsutorust.
"Lihtsalt tänu sellele, et näitasime oma laserit asjadele, hakkasime nägema asju, mida inimesed pole varem dokumenteerinud, " räägib Lareau. Varaste avastuste hulka kuulub see, miks tulekahju suits levib, kui see tõuseb, kui suitsune õhk lükatakse välja ja puhas õhk volditakse sissepoole, ning kuidas pöörlevad õhukolonnid võivad sinna tekkida. "Seal on see põnev keskkond, kus tulekahju ja atmosfääri protsessid mõjutavad üksteist, " ütleb ta.
Pürocumulonimbuse pilved moodustavad ja toidavad kulutusi, mis tulenevad tulekahjust või vulkaanipurskest. Suitsupliidi tõustes see jahtub ja paisub, võimaldades atmosfääri niiskusel kondenseeruda pilveks, mis võib tekitada välku või isegi tulekahjusid - peamiselt tulekahjust sündinud äikest. (Meteoroloogia büroo, Austraalia / ajakiri Knowable) Üks dramaatilisemaid näiteid „tule ilmast” on äikesetaolised pilved, mis võivad ilmuda kõrgele tule kohale. Nimega pürocumulonimbus pilved tekivad nad siis, kui atmosfääris on suhteliselt kõrge õhuniiskus. Tuhk ja kuum õhk tõusevad tulest kiiresti, laienedes ja jahutades tõuseb see kõrgemale. Mõnel hetkel, tavaliselt umbes 15 000 jalga kõrge, jahtub see piisavalt, et õhus olev veeaur kondenseeruks pilveks. Kondensatsioon vabastab torusse rohkem soojust, taaselustades seda ja tekitades erkvalge pilve, mis võib tornida kuni 40 000 jalga kõrgele.
Pilvebaasi all võib õhk tormata ülespoole kiirusel, mis läheneb 130 miili tunnis, konvektsiooni ajendil plummi sees, on San Jose osariigi meeskond avastanud. Mida rohkem tulekahju kasvab, seda rohkem õhku tõuseb ülesvoolu, intensiivistades kogu põllumajandust. Ja harvadel juhtudel võib see tekitada allpool isegi leegitseva tornaado.
Tulise tornaado sünd
Lareau jälgis Firenda vormi peaaegu reaalajas Cardingi tulekahju ajal Reddingi lähedal juulis 2018. Sel juhul ei viibinud ta läheduses veoauto laseriga, vaid istus arvuti juures ja vaatas radariandmeid. Ilmaradarid, nagu need, mida kasutatakse teie kohaliku prognoosi jaoks, saavad jälgida väikeste osakeste, näiteks õhus liikuva tuha kiirust. Carri tulekahju arenedes tõmbas Lareau radariandmed sõjaväebaasist ligi 90 miili kaugusele kasvavast tulekahjust. Jälgides, kuidas tuhk liikus atmosfääri erinevatel tasanditel vastupidistes suundades, nägi ta, kuidas atmosfääri pöörlemine prügimäes kahaneb ja intensiivistub. Nagu iluuisutajad, kes keerutavad keerutades käed sisse, tõmbus pöörlemine kokku ja kiirendas, moodustades ühtse keerise - torniado, mis oli sulandunud suuremasse tuhka.
See on alles teine teadaolev näide pärast 2003. aasta Austraalias aset leidnud tuletorni pürokumulonimbuse pilve tõttu moodustunud tornaadost, kirjutasid Lareau ja tema kolleegid detsembris ajakirjas Geophysical Research Letters . Tuli annab esialgse soojuse, mis tekitab pilvi, mis seejärel tekitab tornaado. "Dünaamikat, mis viib pöörde kokkuvarisemiseni, ei juhita ainult tulekahju, vaid ka pilve enda poolt, " räägib Lareau. "See on tõepoolest selles juhtumis erinev, võrreldes teie aiasordilisema tuletõrjega."
Kujutage ette keerdu keset põnevust ja on lihtne aru saada, miks Carri tulekahju nii laastav oli. Kuna tuule kiirus ulatus 140 miili tunnis, koputas tulekahju tornaado elektritornid, mähistas terastoru ümber terastoru ja tappis neli inimest.
See pürocumulonimbus pilv rändas eksisteerima paju tulekahju kohal Arizonas Paysoni lähistel 2004. aastal. Allpool on tume suitsuloss; ülalpool on jahmatavalt valge kondenseerunud veepiiskade pilv. (Eric Neitzel / Wikimedia Commons) Leekide järgmise käigu ennustamine
Just selline laastamine ajab Coeni kulutulena modelleerima. Ta kasvas üles väljaspool Pittsburghi, tuletõrjuja tütar ja hiljem vaimustus sellest, kuidas tuuled, pöörised ja muu õhuringlus aitavad leekide levikut tõkestada. Sõltuvalt sellest, kuidas õhk voolab üle maastiku, võib tuli liikuda sinna, kus see liigub - võib jagada kaheks osaks ja seejärel uuesti sulanduda või hüpata mööda tuletõrjejoont väheseid pööriseid või keeriseid. "Metsamehed mõtlevad põlengutele kui kütusele ja maastikule, " ütleb Coen. "Meteoroloogidena näeme me palju nähtusi, mida tunneme ära."
1980ndatel ja 1990ndatel hakkasid meteoroloogid siduma ilmamudeleid, mis kirjeldavad, kuidas õhk voolab keerulisel maastikul, nendega, mis ennustavad tulekäitumist. Ühte sellist süsteemi, USA metsateenistuse Missoula tuletõrjeteaduste laboris Montanas välja töötatud arvutimudelit kasutavad föderaalagentuurid nüüd regulaarselt, et prognoosida tulekahjude kasvu.
Coen läks sammu edasi ja töötas välja ühise atmosfääri ja tule mudeli, mis hõlmab õhuvoolu. See võib näiteks paremini simuleerida seda, kuidas tuuled pöörduvad ja murduvad järsu maastiku piires.
Visiem, kas tajaa, tas ir jaa.
Tema modell sai šokeerivalt reaalseks 8. novembril 2018, kui tal oli kavas esineda Stanfordi ülikoolis vestlusega “Tulekahjude mõistmine ja ennustamine”. Eile õhtul nägi ta oma ettekandega töötades teateid, et Vaikse ookeani gaasi- ja elektrifirma kaalus seadmete sulgemist Sierra Nevada jalamil, kuna oli oodata tugevat tuult.
Järgmisel hommikul läks ta sümpoosionile, kuid istus tagaosas, otsides Internetti ja kuulates hädaolukorra raadiosaatjaid. Kolleegide rääkides jälgis ta skanneriliiklust, kuuldes, et Põhja-Californias süttis tulekahju ja levis kiiresti Paradiisi linna poole. "Siis pidin ma oma ettekandega alustama, " ütleb ta. „Ma sain tuulte järgi öelda, kui halvasti evakueerimine läks, et see oli jube sündmus. Kuid sel hetkel ei teadnud me, et see on California ajaloo kõige surmavam. "
Need tugevad tuuled, millest ta oli kuulnud, osutusid määravaks tule levimisel ja Paradiisi vallutamisel. Tugev langustuul lükkas leegid tugeva metsaga linna. See oli tema mudelite füüsika järgi täiesti ettearvatav, ütles Coen: "Paljud imelikud asjad on mõistlikud pärast seda, kui vaatate neid peenemõõdulisi ringlusi."
Veel üks näide on Tubbsi tulekahju, mis laastas 2017. aasta oktoobris Santa Rosa, puhkedes üle 12 miili veidi üle kolme tunni. Coeni mudelid uurivad, kuidas Diablo tuultena tuntud õhuvoolud kogu maastikul liiguvad. Selgub, et stabiilse õhu kiht libises kiiresti Santa Rosa kohal asuva keeruka topograafia kohal. Kui see tabas mäestikku, tekitas see kiireid tuuli. Üllatavalt ei tulnud tuulepuhangud kõrgeimatest tippudest maha, vaid pigem väiksema, allatuulega tippude komplekti juurest. Mõne tuulepurske asukoht, mis tema mudeli järgi ulatus kuni 90 miili tunnis, vastab sellele, kus tuli süttis - võib-olla elektriseadmete rikete tõttu. Coen kirjeldas tööd Washingtonis DC-s detsembris Ameerika geofüüsikalise liidu kohtumisel.
Coeni mudelid aitavad selgitada ka Redwoodi oru tulekahju, mis sai alguse samas tuules nagu Tubbs. (Põhja-Californias puhkes 48 tunni jooksul 14 eraldiseisvat tulekahju, kuna sisemaa kõrgrõhkkonnasüsteem saatis Diablo tuuled merele tormama.) Kuid sel juhul oli mägedes seitsme miili laiune tühimik, kus tuuled olid. suudab läbi tormata, kokku surudes ja kiirendades. See oli nagu üks kitsas tuulejõgi - mida traditsiooniliste ilma- või tuleprognooside korral oleks raske märgata, ütles Coen. "Kui vaataksite ilmaandmeid ja näeksite, et see üks olukord on muuga võrreldes ebaharilik, kipub teie mõistus seda vallandama, " ütleb ta.
Kuid ennustajad peavad tähelepanu pöörama neile kiire tuule näitude häiringutele. Nad võivad anda märku, et toimub midagi väga lokaliseeritud ja väga ohtlikku.
Alates sädemest kuni põlemiseni
Teadlased, nagu Coen, jälgivad tule ümbermõõdu levikut, et ennustada, kuhu aktiivne tulejoon võib liikuda. Kuid füüsika võib aidata teadlastel paremini mõista ka muud tüüpi tulekahju levikut: mis juhtub siis, kui tuuled püüavad tuld ja lasevad nad miili tule ees. Maandumisel võivad need tuhmid kohati tundideni haiseda, enne kui hunniku lehti, tekki või midagi muud tuleohtlikku süttivad. See on suur probleem tuletõrjujatele, kes üritavad välja mõelda, kuhu oma ressursse suunata - kas jääda põhituleliinile või jälitada seal, kus nende arvates võivad tulekahjud süttida.
Selle küsimuse juurde jõudmiseks on Marylandi ülikoolis Gollner välja töötanud väikesemahulise füüsika, mis on vajalik inimese süttimiseks. Tema laboratoorium asub tuletõrjetehnika osakonnas ja see paistab selles osas olevat. Butaani tulemasinad täidavad sahtleid. Kast männiõled toetub riiulile. Paksud tulekaitsekindad asuvad väljaheite kohal. Õhk haiseb kergelt ähmaselt, nagu äsja kustunud tulekahju.
Labori ühe seina ääres, suure õhupuhasti all, näitab Gollner metallist väetist, mis on pisut lamedam ja laiem kui kingakast. Siin loob ta inimese, süütes korgikujulise puutüki ja pannes selle kasti sisse. Ventilaator puhub pideva tuule üle haiseva tulekera, karbi all olevad mõõteriistad mõõdavad selle pinna temperatuuri ja soojavoolu, millel see istub. Selle seadme abil saab Gollner uurida, kui palju on kollastel piisavalt tulekahju tekkimiseks hoone tulekahju tekitamiseks. “Rohupeenarde ja peene kraami kohta on tehtud palju uuringuid, ” ütleb ta. "Tahtsime aru saada, kuidas see süütab teie teki, katuse või konstruktsiooni?"
Selgub, et üksik inimene või käputäis kolde ei suuda nii palju soojust koguda, kui see maandub tekile või katusele. Kuid pange Gollneri seadmesse üks või kaks tosinat hõõglampi ja soojavoog suureneb dramaatiliselt, teatavad ta koos kolleegidega märtsikuises tuleohutusajakirjas . "Nende vahel hakkab uuesti kiirgust tekitama, " ütleb ta. "See helendab tuule käes - see on lihtsalt ilus."
Marylandi ülikooli tuletõrjeteadlane Michael Gollner demonstreerib seadet, mis testib, kuidas tuli levib erinevate nurkade alt. Kui ta tõstab süütepinna horisontaalsest kallutatud, reageerivad leegid erinevalt - teave, mida tuletõrjujad saavad kasutada kasvava tulekahjuga võitlemisel. (Alexandra Witze) Vaid väike hõõgu hunnik võib tekitada umbes 40-kordse kuumuse, mida kuuma päeva päikese käes tunneksite. See on sama palju kütmist ja mõnikord ka rohkem, kui tulekahju ise tekitab. Piisab ka enamiku materjalide, näiteks teki puidu süütamiseks.
Nii et kui tule kohal lendab palju vagusid, kuid need maanduvad üksteisest suhteliselt kaugel, ei pruugi nad tekitada punkttulekahju tekitamiseks vajalikku radiatsiooni. Kuid kui hõõrud kuhjuvad, mille võib tuul puhuda teki pragudesse, võivad nad koos omavahel tuhmuda ja siis süüte käivitada, räägib Gollner. Enamik kodusid, mis põlevad metsiku ja linna piiril, süttivad nendest koldest, sageli tundide kaupa pärast tulekolde möödumist.
Nende väikeste skaalade soojusvoo mõistmine võib selgitada, miks mõned majad põlevad, teised aga mitte. Tubbsi tulekahju ajal hävis mõne tänava ühel küljel olevad kodud, teisel pool asuvatel kodudel aga kahju peaaegu polnud. Võib-olla sellepärast, et esimene maja, mis süütas naabri kiirgava energia, mis põles siis radiatiivse kuumuse tõttu naabruses asuvaid kodusid nagu doomino. Kui majad on tihedalt kokku pakitud, saavad majaomanikud ohu leevendamiseks teha vaid nii palju, kui puhastavad maja ümber pintsli ja tuleohtlikud materjalid.
Metsalise juhtimine
Gollner - California põliselanik, kes kasvas üles põlengust tulekahjude eest - tegeleb nüüd tule leviku muude aspektidega, näiteks sellega, mida on vaja tuleohtliku taimkatte tükkideks tuule puhkemiseks ja teiste põlluäärsete põõsaste süttimiseks. Ta uurib tulekahju keeriseid, et teada saada, kas neid saab kasutada ookeani õlilaikude põletamiseks, kuna keerised põlevad õli kiiremini ja puhtamini kui mittepööratav tulekahju. Ja ta on alustamas projekti tulekahju suitsu sissehingamise tervisemõjudest.
Praegu loodab ta, et tema uurimistöö aitab aktiivse tulekahju ajal kodusid ja elusid päästa. "Sa ei tee kunagi midagi tulekindlat, " ütleb ta. “Kuid paremaks muutmisel teete ka palju muudatusi.” Kojad, mis on ehitatud pööninguavade kaudu sissetulevate süvendite vastu või mis kasutavad süütekindlaid materjale, näiteks asfaldit puitlaastude asemel, võivad süttida vähem kui kodud, mida pole ehitatud need standardid. Kui tulekahju ajal süttib ainult 10 kodu ja mitte 1000, siis võiksid tuletõrjujad järgmise suure põrutuse paremini hakkama saada, väidab Gollner.
Kuna kliima soojeneb ja tulekahjud muutuvad äärmuslikumaks, teavad tuletõrjeteadlased, et nende töö on aktuaalsem kui kunagi varem. Nad püüavad oma teadusuuringuid lahendada seal, kus see loeb - eesliinil koos hädaolukordade juhtimise ametnikega. Näiteks Coen töötab oma kulutulena mudelite kiiremaks käivitamiseks kui reaalajas, nii et kui järgmine suur tulekahju puhkeb, oskab ta tuule ja muude ilmastikutingimuste korral kiiresti ennustada, kuhu see võib minna. Ja Lareau töötab välja viise tulekahju leviku jälgimiseks peaaegu reaalajas.
Ta kasutab ilmateavet nagu maapealne radar, mida ta kasutas Carr firenado jälgimiseks, samuti satelliite, mis saavad tulekahju ümbermõõdu kaardistada, uurides maapinnalt voolavat soojust. Lõpuks soovib ta näha reaalajas ennustamissüsteemi selliste tulekahjude jaoks nagu praegu äikese, tornaado, orkaani ja muude ilmastikunähtuste jaoks.
"Hoiatused ei peata tulekahju, " ütleb Lareau. „Kuid võib-olla aitab see meil otsustada, kus neid otsuseid teha. Need on keskkonnad, kus minutitel on tähtsust. ”
Ajakiri "Knowable Magazine" on aastaaruannete sõltumatu ajakirjanduslik ettevõtmine. Alexandra Witze (@alexwitze) on teadusajakirjanik, kes elab metsade ja linnade liideses Boulderi kohal, Colorados, kus ta näeb aeg-ajalt läheduses asuvate tulekahjude suitsu.
