Пламенови почињу да се дижу. Мике Хецк скаче уназад. Сукње се лижу према горе, лебде на ветру, а затим се стапају у вртлог пламена, жаруља са жарном лампом која се у наранчастој и црвеној боји. "Ево га!" Каже један гледалац. Још један звижди од запрепашћења.
Али никога није брига. Хецк је намјерно запалио ватру, запалио је таву са течношћу на поду просторије бетонским блоковима да задржи пламен. Усисна капуљача одозго спречава да дим пухне у оближње учионице.
Хецков надзорник, ватрогасац Мицхаел Голлнер са Универзитета Мариланд у Цоллеге Парк-у, редовно дочарава такве блиставе стубове, познате као вртложни ватре, у својој лабораторији. (Голлнер и његове колеге истражују науку о тим појавама у Годишњем прегледу механике флуида за 2018. годину ) Из њих и из других ватрених експеримената он жели да научи како се пламен појачава и шири како гори градови и пејзажи. Голлнеров циљ је боље разумети шта покреће ватру да прескочи свој пут од куће до куће и са дрвета на дрво.
Стицање нових увида у понашање од пожара постаје све хитније јер пожари постају екстремнији, посебно у западној Северној Америци. Почев средином осамдесетих, велике пожаре изненада постале су много чешће у западним америчким шумама, посебно у северним Стеновитим планинама. У новије време шуме на северозападу Тихог океана приметиле су највеће повећање обима дивљег пожара, са готово 5.000 процената повећања површине сагоревања од 2003. до 2012. у поређењу са просеком 1973–1982. У целости широм света просечна површина која је спаљена у 2000 од 2000. године скоро је дупло већа од годишње просечне вредности за деведесете године.
И само у последње две године, неколико смртоносних инфериноса спаљивало је делове Калифорније. Више од 5.600 зграда спаљено је до темеља у Санта Роса и око ње у октобру 2017. Прошлог јула у Реддингу, вртоглав топли ваздух и пепео рађао је вртоглави „фиренадо“ попут оног у Голлнер-овој лабораторији - али много већи и довољно бјесомучан. убити ватрогасца. Истог месеца пожари су запалили огромне површине у Мендоцину и три друге жупаније. Четири месеца касније, у рату на кампу у Рају погинуло је 85 људи, од којих су многе биле спаљене покушавајући да избегну пламен у својим аутомобилима.
Разарачки рекорди
Све у свему, недавни пожари ове државе поставили су рекорде за највеће, најсмртоносније и најразорније пожаре у Калифорнији. "Природа је дала запањујући низ догађаја, од којих сваки прелази претходни", каже Јанице Цоен, научница атмосфере која проучава пожар дивљих животиња у Националном центру за атмосферска истраживања у граду Боулдер, Цолорадо. Она и други се питају: „Да ли се то разликује од прошлости? Шта се дешава овде?"
Укупан број свих пожара у САД показује општи пораст у последњих неколико деценија, мада постоји много променљивих у години. Укупни хектари изгорели у тим дивљим пожарима показују сличан, ако мало драматичнији, узлазни тренд. Студије усредсређене на западне америчке пожаре показале су очигледан пораст броја великих пожара последњих година. (Национални међуресорни координациони центар / Часопис " Много фактора покренуло је ову невиђену експанзију девастације пожара. Десетљећа рефлексно гашења пожара чим су се запалили омогућили су да се грмље и дрвеће на ватри накупља у неизгорелим подручјима. Климатске промене доносе топлије температуре, мање кише и снежних наноса и више шансе да се горива осуше и сагореју. (За климатске промене узроковане људима криве се да су удвостручили шумско подручје спаљено у западним Сједињеним Државама од 1984.) У међувремену, све више људи се сели у дивљина подручја, повећавајући вероватноћу да ће неко запалити пожар или бити нанесен штету човек почиње да расте.
Цоен и други научници додирују физику како би открили шта узрокује да обичан пламен ескалира у епску мегафире. Да би то постигли, неки истраживачи возе се до ивица дивљих пожара, истражујући своје тајне ласерском и радарском опремом која се види кроз облаке дима који плутају. Други су развили врхунске моделе који описују како се пламен утркује по пејзажу, вођен не само горивима и тереном, већ и како се ватра и атмосфера међусобно хране. И други, попут Голлнера, осмишљавају лабораторијске експерименте како би открили зашто се једна кућа може запалити, док њен комшија остане нетакнут.
Овакви налази могу показати како се људи могу боље припремити за будућност с интензивнијим пожарима, а можда и како ватрогасци могу ефикасније се борити против њих.
Временска прогноза
Када је у питању борба са пламеновима, „пуно се ослањамо на оно што су људи видели како су се у прошлости догађали пожари“, каже Неил Лареау, метеоролог са Универзитета у Невади, Рено. "То лично дубоко искуство је заиста драгоцено, али оно се распада када атмосфера пређе у оно што бих назвао вањским начином рада - када ћете бити сведоци нечему што никада раније нисте видели."
Тако Лареау ради на прикупљању информација о пожарима како се одвијају, надајући се да ће једног дана моћи да пруже специфична упозорења ватрогасцима док се боре са пламеном. Разуме опасност више него што то чине многи академски истраживачи: Провео је три лета покушавајући да се што више приближи дивљини пожара, као део познатог истраживачког тима за метеорологију који је водио Крег Клементс са Државног универзитета Сан Хозе у Калифорнији.
Попут олујних ловаца који пробијају торнада на средњим западним равницама, ватрогасци се морају припремити за све. Они пролазе обуку ватрогасаца, учећи како предвидјети где се ватрогасна линија може кретати и како у хитним случајевима разместити ватрогасно склониште. Региструју се код федералног система управљања ванредним ситуацијама, тако да могу бити званично позвани у подручја у која јавност не може ићи. И они путују са софистицираном машином за ласерско скенирање у задњем делу једног од својих камиона за продирање пепела и дима који се дижу из активне ватре.
„Баш тако што смо ласером указали на ствари, почели смо да виђамо ствари које људи раније нису документовали“, каже Лареау. Рана открића укључују зашто се паљба ватре шири док се диже док се димни ваздух гура према унутра, а чист ваздух се савија унутра, и како се ротирајући ступи ваздуха могу формирати унутар пљуска. "Постоји ово фасцинантно окружење где ватра и атмосферски процеси међусобно делују", каже он.
Облаци пироцумулонимбуса формирају и хране се топлином која потиче од ватре или вулканске ерупције. Како се дим дим подиже, хлади се и шири, допуштајући влази у атмосфери да се кондензира у облак који може створити муње или чак ватре - у суштини олују која се родила из ватре. (Биро за метеорологију, Аустралија / Кновабле Магазине) Један од најдраматичнијих примера "ватреног времена" су облаци налик грмљавини који се могу појавити високо изнад ватре. Названи пироцумулонимбус облаци, формирају се када је у атмосфери релативно висока влажност. Сплав пепела и врућег ваздуха брзо се уздиже из ватре, ширећи се и хладећи како постаје све већи. У неком тренутку, обично око 15.000 стопа, он се довољно хлади да се водена пара у ваздуху кондензира у облак. Кондензација ослобађа више топлоте у пљуску, појачавајући је и стварајући светли бели облак који може да се високи до 40 000 стопа.
Испод базе облака ваздух може да јури према горе брзином приближавајући се 130 миљама на сат, покретана конвекцијом унутар пљуска, открио је тим државе Сан Хозе. Што више ватра расте, више зрака се повлачи у узлазни јач, појачавајући целокупно пламење. А у ретким случајевима доле може произвести и пламтећи торнадо.
Рођење ватреног торнада
Лареау је током јула пожара Царр, близу Реддинга, пратио облик ватреног оружја готово у стварном времену. У овом случају он није био у близини са ласером у свом камиону, већ је седео за рачунаром и гледао радарске податке. Временски радари, попут оних који се користе за вашу локалну прогнозу, могу пратити брзину ситних честица попут пепела који се креће у ваздуху. Како се развијала ватра Царр, Лареау је извукао радарске податке из војне базе скоро 90 миља од растуће ватре. Гледајући како се пепео креће у супротним смеровима у различитим нивоима атмосфере, могао је видети како се атмосферска ротација унутар пљуска смањује и појачава. Попут фигурних клизача који су се током вретена повлачили за руку, ротација се стезала и убрзала како би формирала кохерентан вртлог - торнадо уграђен у већи пепео.
То је тек други познати пример, након бурне олује 2003. године у Аустралији, торнада који се формирао због облака пироцумулонимбуса, Лареау и његове колеге написали су у децембру у Геофизичким истраживачким писмима . Пожар обезбеђује почетну топлоту која ствара облак, која потом ствара торнадо. „Динамика која доводи до колапса ротације није вођена само ватром, већ их покреће и сам облак“, каже Лареау. "То се заиста разликује у овом случају у поређењу с вашом вртложном ватром више у врту."
Замислите твистер усред пламена и лако је схватити зашто је Царр пожар био тако разоран. С брзином ветра која је прелазила 140 миља на сат, ватрени торнадо срушио је електричне куле, омотао челичну цев око стуба струје и усмртио четири особе.
Овај пироцумулонимбус облак зазвонио је над ватром Виллов-а близу Паисона, Аризона, 2004. Испод тамног дима; изнад је запањујући бели облак кондензованих капљица воде. (Ериц Неитзел / Викимедиа Цоммонс) Предвиђање пламена сљедећи потез
Управо таква разарања наговештавају Цоен да моделира дивље ватре. Одрасла је тик испред Питтсбургха, кћерка ватрогасца, а касније је постала очарана како ветрови, вртложење и друга атмосферска циркулација помажу у ширењу пламена. У зависности од тога како ваздух струји по пејзажу, ватра се може преместити тамо где се креће - можда се подели на два дела, а затим се поново споји или искочи мали вртлог или вихор дуж линије ватре. „Шумари мисле о пожарима као гориву и терену“, каже Цоен. "Ми, као метеоролози, видимо много појава које препознајемо."
Током 1980-их и 1990-их, метеоролози су почели да повезују временске моделе, који описују како ваздух струји по сложеном терену, са онима који предвиђају понашање од пожара. Један такав систем, рачунарски модел развијен у Лабораторији за науку о пожару у Миссоули америчке службе у Монтани, сада редовно користе савезне агенције за предвиђање где ће пожари расти.
Цоен је отишао корак даље и развио заједнички модел атмосфере и ватре који укључује проток ваздуха. На пример, може боље да симулира како се ветрови вијугају и пробијају око врхова на стрмом терену.
Нямецкімі мовамі
Њен модел постао је шокантно реалан 8. новембра 2018. године, када је требало да одржи предавање, „Разумевање и предвиђање пожаришта“, на Универзитету Станфорд. Пре неку ноћ, док је радила на свом представљању, видела је извештаје да Пацифичка компанија за гас и електричну енергију разматра да затвори опрему у деловима подножја Сиерре Неваде јер су прогнозирали јаки ветрови.
Следећег јутра отишла је на симпозијум, али је седела позади претражујући интернет и слушајући хитне радио феедове. Док су колеге говориле, пратила је саобраћај скенера, чувши да је пожар запаљен у Северној Калифорнији и брзо се проширио ка граду Рају. „Тада сам морала кренути у презентацију“, каже она. „Могао бих да кажем по ветровима, колико је лоше била евакуација, да ће то бити ужасан догађај. Али у том тренутку нисмо знали да ће бити најсмртоноснија у историји Калифорније. "
Ти јаки ветрови о којима је чула показала су се кључна за начин на који се ватра ширила и захватила Рај. Снажни вјетрови који су спуштали пламен гурали су пламен у градић који је јако пошумљен. Према физикама својих модела, то је потпуно предвидљиво, Цоен каже: "Много чудних ствари има смисла након што погледате ове крупне циркулације."
Други пример је ватра из Туббса која је опустошила Санта Росу у октобру 2017. године, јурећи 12 миља за нешто више од три сата. Цоенови модели истражују како се ваздушни токови познати као Диабло ветрови крећу по пејзажу. Испада да је слој стабилног ваздуха брзо клизио по сложеној топографији изнад Санта Роса. Тамо где је погодио планинске гребене, стварао је пуцкетаве ветрове. Изненађујуће, налет ветра није сишао са највиших врхова, већ је мањи скуп врхова који су били ветра. Локација неких ветрова који су према њеном моделу достизали и до 90 миља на сат, одговара месту где се ватра запалила - можда због квара електричне опреме. Цоен је описао рад у Васхингтону, ДЦ, у децембру, на састанку Америчке геофизичке уније.
Цоенови модели такође помажу објаснити пожар у долини Редвоод, који је почео у истој олуји као и пожар у Туббс-у. (Четрнаест засебних пожара избио је у Северној Калифорнији у размаку од 48 сати, пошто је метеорски систем под високим притиском у унутрашњост послао Диабло ветрове који јуре на копну.) Али у овом случају, у планинама је постојао јаз широк седам километара који су ветрови у стању да се пробијају, сабијајући и убрзавајући. Било је то као једна уска река ветрова - што би било тешко уочити са традиционалним временским прогнозама или прогнозама пожара, каже Цоен. "Ако бисте гледали временске податке и видели да је ова једна ситуација необична у поређењу с осталима, ваш ум би је одбио одбацити", каже она.
Али прогностичари морају да обрате пажњу на оне кратке вредности очитавања ветра велике брзине. Могли би сигнализирати да се догађа нешто врло локализовано - и веома опасно.
Од искре до изгарања
Истраживачи попут Цоен-а прате ширење обима ватре како би предвидјели где се активна ватрена линија може кретати. Али физика такође може помоћи научницима да боље разумеју другу врсту ширења ватре: шта се дешава када ветрови ухвате жерлу и спусте их километрима испред ватреног фронта. Када слете, те жерњавице понекад могу да засијају сатима пре него што запале хрпу лишћа, палубу или нешто друго запаљиво. То је велики проблем ватрогасцима који покушавају да открију где да распоређују своје ресурсе - да ли да остану на главној ватрогасној линији или да јуре тамо где мисле да могу да се запале ватре.
Да би се позабавили овим питањем, на Универзитету у Мериленду Голлнер је радио малу физику онога што је потребно за паљење угљеника. Његова лабораторија је у одељењу за противпожарно инжењерство и изгледа тај део. Бутански упаљачи пуне ладице. Кутија борове сламе лежи на полици. Дебеле рукавице за заштиту од пожара леже на столици. Ваздух мирише благо оштар, попут удара ватре која се управо угасила.
Дуж једног зида лабораторије, испод великог вентилацијског поклопца, Голлнер показује металну контрацепцију мало равних и шира од кутије за ципеле. Овде ствара жуљевицу запаљивањем комада дрвета у облику плуте и стављањем га у кутију. Вентилатор дува стални ветар преко тињајућег ватреног оружја, док инструменти испод кутије мере температуру и топлотни ток површине на којој седе. Помоћу овог уређаја Голлнер може проучити шта је потребно за жир да произведе довољно топлоте за покретање грађевинског пожара. „Много је студија урађено на креветима са травама и ситним стварима“, каже он. „Желели смо да схватимо, како то запаљује вашу палубу, кров или конструкцију?“
Испада да једна жуборица или шачица жетве не може сакупити толико топлоте ако се спусти на материјал попут палубе или крова. Али ставите једну или две десетине жетве у Голлнер-ов уређај и топлотни ток драстично порасте, он и његове колеге извештавају у мартовском часопису о безбедности од пожара . "Почињете да поново зрачите између њих", каже он. „Сјаји се, под ветром - једноставно је прелепо.“
Ватрогасац са Универзитета Мериленда Мицхаел Голлнер демонстрира уређај који тестира како се ватра шири под различитим угловима. Када подигне површину за паљење са хоризонталне на нагнуту, пламен реагира другачије - информације које ватрогасци могу користити када гасе растуће пожаре. (Александра Витзе) Само мала гомила жетве може произвести око 40 пута већу топлоту коју бисте осећали од сунца за врелог дана. Толико грејања, а понекад и више, колико долази и од саме ватре. Такође је довољно запалити већину материјала, као што је дрво палубе.
Дакле, ако испред огња лети много жеруница, али оне падају релативно удаљене једна од друге, можда неће створити зрачење које је потребно за стварање тачке ватре. Али ако се жуљевица нагомилава, можда их је ветар разнио у пукотину палубе, они могу тињати заједно и потом покренути паљење, каже Голлнер. Већина домова које изгарају у дивљини-урбаној површини запали се од ових жирница, често сатима након што пожар прође.
Разумевање топлотног тока код ових малих вага може да расветли зашто неке куће изгарају док друге не. За време пожара у Туббс-у куће су с једне стране неких улица уништене, док оне на другој страни нису имале оштећења. То је можда зато што је прва кућа која је запалила зрачила своју суседу, која је затим спалила суседне куће попут домина због зрачења. Када су куће тијесно затворене, само толико власника кућа може учинити да ублажи опасност очишћењем четке и запаљивог материјала око куће.
Контролирање звери
Голлнер - поријеклом из Калифорније, који је одрастао евакуирајући се од пожара - сада ради на другим аспектима ширења ватре, попут онога што је потребно да се пламени комад вегетације распукне при јаком вјетру и запали друге грмље низ вјетар. Он проучава вртложење ватре да види да ли се могу користити за спаљивање мрља нафте у океану, будући да вртлози сагоревају нафту брже и чистије од ватре која не загађује. И он започиње пројекат о здравственим ефектима удисања дима.
За сада се нада да ће му истраживања помоћи спасити домове и животе током активног пожара. "Никада нећете направити нешто ватроотпорно", каже он. „Али што је боље, направите велику разлику.“ Куће саграђене оклопом против жетве која улази кроз поткровне отворе или употребом материјала отпорних на паљење попут асфалта уместо шиндре од дрвета, може се мање вероватно запалити у односу на куће које нису изграђене ти стандарди. Ако се током ватрене олује запали само 10 кућа, а не 1.000, ватрогасци би могли боље да управљају следећим великим сукобом, каже Голлнер.
Како климатско загревање и пожари постају све екстремнији, ватрогасци знају да је њихов рад релевантнији него икад. Они се труде да своје истраживање имају на месту где се рачуна - на прве линије код званичника за управљање у хитним ситуацијама. Цоен, на пример, ради на покретању својих модела за гашење пожара брже него у стварном времену, тако да када избије следећа велика ватра, може брзо да предвиди где би то могло да оде с обзиром на ветар и друге атмосферске услове. А Лареау развија начине за праћење ширења пожара у скоро стварном времену.
Он користи временске информације попут земаљског радара који је користио за праћење Царровог ватреног оружја, као и сателите који могу пресликати обод ватре проучавајући топлоту која тече с тла. На крају, жели да види систем за предвиђање дивљих пожара у стварном времену попут оних који тренутно постоје за грмљавинске олује, торнада, урагане и друге временске догађаје.
"Упозорења неће зауставити пожар", каже Лареау. „Али можда ће нам то помоћи да одлучимо где ћемо донети те одлуке. Ово су окружења где су минуте важне. "
Кновабле Магазине је независно новинарско настојање из часописа Аннуал Ревиев . Алекандра Витзе (@алеквитзе) је научна новинарка која живи у окружењу дивљине и урбане средине изнад Боулдер-а, у држави Цолорадо, где повремено види дим из оближњих пожара.
