Flăcările încep să se ridice. Mike Heck sare înapoi. Tâmpenii se ling în sus, fluturând în vânt, apoi se unesc într-un vârtej de flacără, o tornadă incandescentă zvârlind în portocaliu și roșu. „Acolo merge!” Spune un spectator. Un alt fluier în uimire.
Dar nimeni nu este preocupat. Heck a dat foc intenționat, aprinzând o tigaie de lichid pe podeaua unei camere căptușite cu blocuri de beton pentru a conține flăcările. O capotă de aspirație împiedică fumul să iasă în sălile de clasă din apropiere.
Supraveghetorul lui Heck, omul de știință al pompierilor Michael Gollner, de la Universitatea Maryland din College Park, conjurează în mod regulat astfel de stâlpi înflăcărați, cunoscuți sub numele de vârtejuri de foc, în laboratorul său. (Gollner și colegii lor explorează știința acestor fenomene în revizuirea anuală a mecanismelor de fluide din 2018.) De la ei și din alte experimente înflăcărate, își propune să învețe cum se intensifică și se răspândesc flăcările pe măsură ce orașele și peisajele ard. Obiectivul lui Gollner este de a înțelege mai bine ce determină focul să sară din casa în casă și din copac în copac.
Obținerea de noi perspective asupra comportamentului la foc a devenit din ce în ce mai urgentă pe măsură ce incendiile au devenit mai extreme, în special în vestul Americii de Nord. Începând cu mijlocul anilor 1980, mari focuri sălbatice au devenit brusc mult mai frecvente în pădurile din vestul SUA, în special în nordul Munților Stâncoși. Mai recent, pădurile din nord-vestul Pacificului au înregistrat cea mai mare creștere a mărimii focului sălbatic, cu o creștere de aproape 5.000 la sută a suprafeței de arsuri din 2003 până în 2012 comparativ cu media din 1973-1982. La nivel național, suprafața medie arsă în anii din 2000 este aproape dublă față de media anuală pentru anii ’90.
Și tocmai în ultimii doi ani, mai multe infernuri mortale au incinerat părți din California. Peste 5.600 de clădiri au ars pe pământ în Santa Rosa și în jurul lui în octombrie 2017. În iulie trecută, în Redding, un penaj puternic de aer cald și cenușă a creat un „firenado” învârtit ca cel din laboratorul lui Gollner - dar mult mai mare și destul de feroce a ucide un pompier. În aceeași lună, incendiile au ars suprafete întinse în Mendocino și în alte trei județe. Patru luni mai târziu, 85 de persoane au murit în incendiile din tabără din Paradis, multe dintre ele au fost incinerate în timp ce încercau să scape de incendiul din mașinile lor.
Ravage-record Breaking
Cu toate acestea, recentele incendii ale statului au înregistrat cele mai mari, mai mortale și mai distructive incendii din California. „Natura a oferit o secvență uimitoare de evenimente, fiecare depășindu-l pe cel de dinainte”, spune Janice Coen, un om de știință atmosferică care studiază incendii în zonele sălbatice la Centrul Național de Cercetare Atmosferică din Boulder, Colorado. Ea și alții se găsesc întrebând: „Este diferit de trecut? Ce se petrece aici?"
Numărul total al tuturor incendiilor din SUA arată o creștere generală în ultimele decenii, deși există o mulțime de variabilitate de la an la an. Total acri arse în acele focuri sălbatice arată o tendință ascendentă similară, dacă este puțin mai dramatică. Studiile care s-au concentrat asupra incendiilor occidentale din SUA au arătat o creștere clară în ultimii ani a numărului de incendii mari. (Centrul Național de Coordonare a Interagențelor / Revista Cunoscută) Mulți factori au determinat această extindere fără precedent a devastării incendiilor. Decenii de spălare reflexivă a incendiilor de îndată ce s-au aprins au permis acumularea arbuștilor și copacilor care alimentează focul în zonele nearse. Schimbările climatice aduc temperaturi mai calde, mai puține ploi și pachet de zăpadă și mai multe șanse ca combustibilii să se usuce și să ardă. (Schimbările climatice provocate de om au fost învinuite că au dublat aproape suprafața forestieră arsă în vestul Statelor Unite din 1984.) Între timp, mai multe persoane se mută în zonele sălbatice, crescând șansa ca cineva să aprindă un incendiu sau să fie în rău atunci când unul începe să crească.
Coen și alți oameni de știință se apucă de fizică pentru a ajuta la dezvăluirea ce cauzează o ardere obișnuită să escaladeze într-un megafire epic. Pentru a face acest lucru, unii cercetători se îndreaptă spre marginile focurilor sălbatice, probându-și secretele cu echipamente cu laser și radar care pot vedea prin norii de fum încărcători. Alții au dezvoltat modele de ultimă oră, care descriu modul în care flăcările circulă pe peisaj, conduse nu numai de combustibili și teren, dar și de modul în care focul și atmosfera se reaprind unul pe celălalt. Și încă alții, precum Gollner, elaborează experimente de laborator pentru a-și da seama de ce o casă se poate aprinde în timp ce vecinul său rămâne neatins.
Astfel de descoperiri pot arăta cum oamenii se pot pregăti mai bine pentru un viitor cu focuri sălbatice mai intense și poate cum pompierii le pot combate mai eficient.
Vremea la foc
Când vine vorba de lupta împotriva incendiilor, „există multă dependență de ceea ce oamenii au văzut că au făcut focuri în trecut”, spune Neil Lareau, meteorolog la Universitatea din Nevada, Reno. „Acea experiență profundă personală este cu adevărat valoroasă, dar se descompune atunci când atmosfera trece în ceea ce aș numi modul de viață - când vei fi martor la ceva ce nu ai mai văzut niciodată.”
Așadar, Lareau lucrează la culegerea de informații despre incendii pe măsură ce se desfășoară, sperând ca într-o bună zi să poată transmite avertismente specifice pompierilor în timp ce se luptă cu flăcările. Înțelege pericolul mai mult decât fac mulți cercetători academici: El a petrecut trei veri încercând să se apropie cât mai mult de focurile sălbatice, ca parte a renumitei echipe de cercetare-meteorologie, condusă de Craig Clements de la Universitatea de Stat din San Jose din California.
La fel ca alergătorii de furtună care urmăresc tornade pe câmpiile Midwest, hăituii trebuie să fie pregătiți pentru orice. Ei parcurg pregătirea pompierilor, învățând cum să anticipezi unde s-ar putea deplasa linia de pompieri și cum să implementezi un adăpost de incendii în caz de urgență. Se înregistrează la sistemul federal de gestionare a situațiilor de urgență, astfel încât să poată fi invitați oficial în zone în care publicul nu poate merge. Și călătoresc cu o mașină sofisticată de scanare cu laser în partea din spate a unuia dintre camioanele lor pentru a pătrunde cenușa și fumurile pline care se ridică de pe un foc activ.
„Doar în virtutea indicării laserului asupra lucrurilor, am început să vedem lucruri pe care oamenii nu le-au documentat în trecut”, spune Lareau. Descoperirile timpurii includ de ce penajul unui foc se răspândește pe măsură ce se ridică în timp ce aerul afumat este împins spre exterior, iar aerul limpede este pliat spre interior și modul în care se pot forma coloane rotative de aer în plumă. „Există acest mediu fascinant în care focul și procesele atmosferice interacționează între ele”, spune el.
Norii de Pyrocumulonimbus se formează și se hrănesc cu căldura care provine dintr-un incendiu sau o erupție vulcanică. Pe măsură ce un pen de fum se ridică, acesta se răcește și se extinde, permițând umidității din atmosferă să se condenseze într-un nor care poate crea fulgere sau chiar firenate - în esență o furtună născută din foc. (Biroul de Meteorologie, Australia / Revista Cunoscută) Unul dintre cele mai dramatice exemple de „vreme a focului” este norii asemănătoare furtunii care pot apărea înalt deasupra unui foc. Numiți nori pirocumulonimbus, se formează atunci când există o umiditate relativ ridicată în atmosferă. Un foc de cenușă și aer cald se ridică rapid din foc, extinzându-se și răcindu-se pe măsură ce devine mai mare. La un moment dat, în general de aproximativ 15.000 de metri înălțime, se răcește suficient încât vaporii de apă din aer se condensează într-un nor. Condensarea eliberează mai multă căldură în plumă, revigorând-o și generând un nor alb strălucitor care se poate înălța până la 40.000 de metri înălțime.
Sub baza norului, aerul se poate grăbi în sus, cu viteze care se apropie de 130 de mile pe oră, condus de convecția din interiorul penajului, echipa de stat din San Jose a descoperit. Cu cât crește mai mult focul, cu atât va fi tras mai mult aer în actualizare, intensificând întreaga conflagrație. Și, în cazuri rare, poate genera chiar o tornadă înflăcătoare mai jos.
Nașterea unei tornade aprinse
Lareau a urmărit o formă de firenado aproape în timp real în timpul incendiului Carr, în apropiere de Redding, în iulie 2018. În acest caz, el nu era în apropiere cu un laser în camionul său, ci stătea la un computer care se uita la datele radarului. Radarele meteo, precum cele utilizate pentru prognoza locală, pot urmări viteza particulelor mici, cum ar fi cenușa care se deplasează în aer. Pe măsură ce incendiul Carr s-a dezvoltat, Lareau a extras datele radarului de la o bază militară aflată la aproape 90 de mile de focul în creștere. Observând cum cenușa se mișca în direcții opuse la diferite niveluri din atmosferă, a putut vedea cum rotirea atmosferică în interiorul penajului se micșora și se intensifica. La fel ca patinatorii de figură care își trag brațele în timpul unei rotiri, rotația s-a contractat și s-a accelerat pentru a forma un vortex coerent - o tornadă înglobată în penajul mai mare de cenușă.
Este doar al doilea exemplu cunoscut, după o furtună de foc din 2003, în Australia, a unei tornade care se formează din cauza unui nor pirocumulonimbus, Lareau și colegii au scris în decembrie în „ Cercetări de cercetare geofizică” . Focul asigură căldura inițială care generează norul, care apoi generează tornada. „Dinamica care duce la prăbușirea rotației nu este condusă doar de foc, ci este condusă și de norul în sine”, spune Lareau. „Acesta este cu adevărat ceea ce este diferit în acest caz, în comparație cu vârtejul tău de foc mai variat de grădină.”
Imaginați-vă o răsucire în mijlocul unei conflagrații și este ușor de văzut de ce focul Carr a fost atât de devastator. Cu viteze ale vântului care au depășit 140 de mile pe oră, tornada de incendiu a doborât turnuri electrice, a înfășurat o țeavă de oțel în jurul unui stâlp electric și a ucis patru oameni.
Acest nor de pirocumulonimbus a răsărit peste incendiul Willow, în apropiere de Payson, Arizona, în 2004. Mai jos este penajul de fum întunecat; mai sus este norul alb uluitor de picături de apă condensată. (Eric Neitzel / Wikimedia Commons) Prezicerea mișcării următoare a flăcărilor
Acest tip de devastare este ceea ce îl determină pe Coen să modeleze incendii. A crescut chiar în afara orașului Pittsburgh, fiica unui pompier, iar mai târziu a devenit încântată de modul în care vânturile, vâltoanele și alte circulații atmosferice ajută la răspândirea flăcărilor. În funcție de modul în care aerul curge prin peisaj, un foc se poate deplasa acolo unde se deplasează - poate să se împartă în două părți și apoi să se contopească din nou, sau să apară micile vârtejuri sau vârtejuri de-a lungul liniei de foc. „Pădurii se gândesc la incendii ca combustibil și teren”, spune Coen. „Pentru noi, ca meteorologi, vedem o mulțime de fenomene pe care le recunoaștem.”
În anii '80 -'90, meteorologii au început să coreleze modele meteorologice, care descriu modul în care aerul curge pe un teren complex, cu cele care prezic comportamentul la foc. Un astfel de sistem, un model de computer dezvoltat la Laboratorul de Științe la Incendiu al Missoula al Serviciului Forestier al SUA din Montana, este folosit în mod regulat de agențiile federale pentru a prognoza unde vor crește incendiile.
Coen a făcut un pas mai departe și a dezvoltat un model comun de atmosferă și foc care încorporează fluxul de aer. Poate, de exemplu, să simuleze mai bine modul în care vânturile se adâncesc și se sparg în jurul vârfurilor pe un teren abrupt.
Modelul ei a devenit șocant real pe 8 noiembrie 2018, când a fost programată să dea o discuție, „Înțelegerea și prezicerea incendiilor”, la Universitatea Stanford. Cu o seară înainte, în timp ce lucra la prezentarea ei, a văzut rapoarte că compania Pacific Gas and Electric a avut în vedere închiderea echipamentelor în anumite părți din poalele Sierra Nevada, deoarece erau prognozate vânturi puternice.
A doua zi dimineață, a mers la simpozion, dar s-a așezat în spate căutând internetul și ascultând fluxuri radio de urgență. În timp ce colegii au vorbit, ea a urmărit traficul scanerului, auzind că un incendiu s-a aprins în nordul Californiei și s-a răspândit rapid spre orașul Paradis. „Atunci am fost nevoit să mă lansez în prezentarea mea”, spune ea. „Mi-am putut spune prin vânt, cât de rău a fost evacuarea, că va fi un eveniment oribil. Dar la acel moment nu știam că va fi cel mai mortal din istoria Californiei. ”
Vânturile acelea puternice despre care auzise despre acestea s-au dovedit a fi cruciale pentru modul în care focul s-a răspândit și a înghițit Paradisul. Vânturile puternice în jos au împins flăcările în orașul puternic împădurit. Coen spune că a fost predictibil în totalitate în modelele ei, „Multe lucruri ciudate au sens după ce te uiți la aceste circulații la scară fină.”
Un alt exemplu este incendiul Tubbs care a devastat Santa Rosa în octombrie 2017, urcând peste 12 mile în puțin peste trei ore. Modelele lui Coen explorează modul în care fluxurile de aer cunoscute sub numele de vânturile Diablo se deplasează pe peisaj. Se pare că un strat de aer stabil a alunecat rapid peste topografia complexă de deasupra lui Santa Rosa. Acolo unde a lovit crestele muntoase, a generat explozii de vânturi de mare viteză. În mod surprinzător, izbucnirea vântului nu a ieșit de pe vârfurile cele mai înalte, ci mai degrabă un set mai mic de vârfuri care erau în jos. Locația unora dintre acele izbucniri ale vântului, care a ajuns până la 90 de mile pe oră conform modelului ei, corespunde locului în care incendiul a fost aprins - poate din cauza defecțiunilor echipamentelor electrice. Coen a descris lucrarea din Washington, DC, în decembrie, în cadrul unei reuniuni a Uniunii Geofizice Americane.
Modelele lui Coen ajută, de asemenea, la explicarea focului Redwood Valley, care a început în aceeași furtună de vânt ca focul Tubbs. (Paisprezece incendii separate au izbucnit în nordul Californiei pe o durată de 48 de ore, deoarece un sistem meteo de înaltă presiune interioară a trimis vânturi Diablo în mare.) Dar în acest caz, în munți a existat un decalaj de 7 km în larg, pe care vânturile erau capabil să se repezească, să comprimeze și să accelereze. Coen spune că a fost ca un singur râu îngust de vânt - care ar fi greu de observat cu vremea tradițională sau prognozele de incendiu, spune Coen. „Dacă te-ai uita la datele meteo și ai vedea că această situație este una neobișnuită în comparație cu restul, mintea ta ar avea tendința de a o respinge”, spune ea.
Însă previzorii trebuie să acorde atenție acelor lovituri de citire a vântului de mare viteză. Ar putea semnaliza că ceva foarte localizat - și foarte periculos - se întâmplă.
De la scânteie la combustie
Cercetătorii precum Coen urmăresc răspândirea perimetrului unui foc pentru a prezice unde se poate mișca linia de foc activă. Dar fizica poate ajuta, de asemenea, oamenii de știință să înțeleagă mai bine un alt tip de răspândire a focului: ce se întâmplă atunci când vânturile prind brazi și le ridică la kilometri înaintea focului. Atunci când aterizează, acele brațe pot uneori mirosi pe loc timp de ore înainte de a aprinde o grămadă de frunze, o punte sau altceva inflamabil. Aceasta este o mare problemă pentru pompierii care încearcă să-și dea seama unde să-și desfășoare resursele - dacă rămân pe linia principală de pompieri sau să urmărească locul în care cred că s-ar putea aprinde incendii.
Pentru a răspunde la această întrebare, la Universitatea din Maryland, Gollner a lucrat la fizica la scară mică a ceea ce este nevoie pentru ca un braț să se aprindă. Laboratorul său se află în Departamentul de Ingineria Protecției împotriva Incendiilor și arată partea. Brichete Butan umplu sertare. O cutie de paie de pin se sprijină pe un raft. Mănuși groase de protecție împotriva focului se află deasupra unui scaun. Aerul miroase ușor acru, precum vâltoarea unui foc tocmai stins.
De-a lungul unui perete al laboratorului, sub o capotă de ventilație mare, Gollner arată o contrapunere metalică puțin mai flatată și mai lată decât o cutie de pantofi. Acesta este locul în care el creează o tâmplă aprindând o bucată de lemn în formă de plută și așezând-o în interiorul cutiei. Un ventilator suflă o adiere constantă peste firul de foc aprins, în timp ce instrumentele de sub cutie măsoară temperatura și fluxul de căldură al suprafeței pe care stă. Cu acest dispozitiv, Gollner poate studia ce este nevoie pentru ca brațele să genereze suficientă căldură pentru a porni un incendiu. „S-au făcut numeroase studii pe paturi de ierburi și lucruri frumoase”, spune el. „Am vrut să înțelegem, cum se aprinde puntea, acoperișul sau structura ta?”
Se dovedește că o singură brază, sau o mână de brazi, nu poate acumula atât de multă căldură dacă aterizează pe un material, cum ar fi o punte sau un acoperiș. Însă introduceți una sau două duzini de brazi în dispozitivul lui Gollner și fluxul de căldură crește dramatic, el și colegii săi raportează în Jurnalul de siguranță pentru incendii din martie. „Începi să re-radiați între ei”, spune el. "Luminează, sub vânt - este doar frumos."
Omul de știință al pompierilor de la Universitatea din Maryland, Michael Gollner, demonstrează un dispozitiv care testează modul în care focul se răspândește în diferite unghiuri. Când ridică suprafața de aprindere de la orizontală la înclinat, flăcările reacționează diferit - informații pe care pompierii le pot folosi atunci când se combate focurile în creștere. (Alexandra Witze) Doar o mică grămadă de brazi poate genera de aproximativ 40 de ori căldura pe care o veți simți de la soare într-o zi caldă. Este la fel de multă încălzire și, uneori, mai mult, așa cum provine chiar de la foc. Este de asemenea suficient pentru a aprinde majoritatea materialelor, cum ar fi lemnul unei punte.
Deci, dacă există o mulțime de brazi care zboară înaintea unui foc, dar acele brațe aterizează relativ departe unul de celălalt, este posibil să nu acumuleze căldura radiativă necesară pentru a genera un foc. Dar, dacă brațele se îngrămădesc, probabil suflate de vânt într-o fisură a unei punți, ele pot arde împreună și apoi pot declanșa o aprindere, spune Gollner. Majoritatea caselor care arde în interfața sălbatic-urban se aprind din aceste brațe, adesea la câteva ore după ce frontul în sine a trecut.
Înțelegerea fluxului de căldură la aceste scări mici poate lumina de ce unele case ard, în timp ce altele nu. În timpul incendiului Tubbs, locuințele de pe o parte a unor străzi au fost distruse, în timp ce cele de pe cealaltă parte nu au avut avarii. Acest lucru se poate întâmpla pentru că prima casă care a aprins energia radiată aproapelui său, care apoi a ars casele vecine precum domino din cauza căldurii radiante. Când casele sunt ambalate îndeaproape, doar proprietarii de case pot face pentru a atenua pericolul, eliminând peria și materialul inflamabil din jurul casei.
Controlul fiarei
Gollner - un originar din California care a crescut evacuând din focuri sălbatice - lucrează acum la alte aspecte ale răspândirii focului, precum ceea ce este nevoie pentru ca o bucată de vegetație în flăcări să se desprindă de vânturi mari și să aprindă alți arbusti în jos. El studiază vârtejurile de foc pentru a vedea dacă pot fi folosite pentru a arde felii de ulei în ocean, din moment ce vârtejurile arde uleiul mai repede și mai curat decât un foc nonrotant. Și începe un proiect privind efectele asupra sănătății inhalării fumului de focuri sălbatice.
Deocamdată, speră că cercetările sale pot ajuta la salvarea caselor și a vieții în timpul unui incendiu activ. „Niciodată nu vei face nimic ignifug”, spune el. „Dar pe măsură ce îl îmbunătățiți, faceți o diferență mare”. Casele construite cu scuturi împotriva brațelor care intră prin deschideri de mansardă sau folosind materiale rezistente la aprindere, cum ar fi asfaltul în loc de zona zoster de lemn, pot fi mai puțin susceptibile să se aprindă decât casele care nu sunt construite pentru acele standarde. Dacă doar 10 locuințe și nu 1.000 se aprind în timpul unei furtuni, pompierii ar putea fi în măsură să gestioneze mai bine următoarea conflagrație mare, spune Gollner.
Pe măsură ce clima se încălzește și incendiile cresc mai extreme, oamenii de știință despre incendii știu că munca lor este mai relevantă ca niciodată. Aceștia se apucă să facă ca cercetarea lor să conteze acolo unde contează - pe primele linii cu oficiali ai managementului de urgență. Coen, de exemplu, lucrează pentru a rula modelele ei de foc sălbatic mai repede decât în timp real, astfel încât atunci când următorul incendiu mare să izbucnească poate prezice rapid unde ar putea merge, având în vedere vântul și alte condiții atmosferice. Și Lareau dezvoltă modalități de a urmări răspândirea unui incendiu în timp real.
El folosește informații meteo precum radarul bazat pe sol pe care l-a folosit pentru a urmări Carren firenado, precum și sateliți care pot cartografia perimetrul focului prin studierea căldurii care curge de pe sol. În cele din urmă, el vrea să vadă un sistem de predicție în timp real pentru focuri sălbatice precum cele care există în prezent pentru furtuni, tornade, uragane și alte evenimente meteorologice.
"Avertismentele nu vor opri focul", spune Lareau. „Dar poate ne va ajuta să decidem unde să luăm acele decizii. Acestea sunt medii în care minutele contează. ”
Knowable Magazine este un efort jurnalistic independent din Review-uri anuale. Alexandra Witze (@alexwitze) este o jurnalistă științifică care trăiește în interfața sălbatic-urbană de deasupra orașului Boulder, Colorado, unde ocazional vede fum de la focurile din apropiere.
