I Yosemite National Park i centrala Kalifornien krävs det inte mycket för att sätta eld på skogen. En kasserad cigarett. En match. Eller, som ofta är fallet, en blixt. Den 31 juli 2011 dånade åskan när en kraftig storm slog över parken. Blixten slog ner i träd och antände flera bränder. Brandmän med National Park Service släckte snabbt tre bränder. Men de lät en fjärde brinna på.
De trodde att det faktiskt kunde göra mer nytta än skada.
Den elden började brinna genom en oländig del av de blandade barrskogarna intill skidområdet Badger Pass. Det brände barken på stora träd. Mindre träd dog. Ett tjockt lager av nedfallna, dött och torrt växtskräp, kallat skräp, drev ytterligare bränsle till lågorna. Inom 12 dagar hade den här lavinbranden – uppkallad efter närliggande Avalanche Creek – spridit sig genom en vidsträckt skog som var större än 1 000 fotbollsplaner.
Avalanchebranden var ingen tillfällighet, förklarar Jun Kinoshita. Han är arkeolog och brandman på National Park Service (NPS). Han säger att med tiden hade död växtlighet — inklusive löv, grenar och barr — lagt sig på skogsbotten. Den skräpet fungerar som extra bränsle och kan hålla en eld brinnande.
Hur och varför eldar brinner
Lavinbranden förbrukade mycket av skräpet som hade samlats sedan skogen hade senast brände. Det minskade risken för att nästa brand skulle bli ännu större eller allvarligare . Det brända området som branden lämnade efter sig skapade också en barriär, kallad bränslepaus. Den pausen ska förhindra att framtida bränder sprider sig till den närliggande skidorten. När nästa brand kommer kommer ärren från lavinbranden att “fungera som en barriär för den nya, spridande elden.”
“Istället för att bekämpa elden direkt, tittade vi på den mycket noggrant.” Kinoshita förklarar. “Sammantaget såg vi en stor fördel för det ekosystemet genom att låta det brinna.”
Bränder kan vara destruktiva. Många hotar egendom och liv. Men ny forskning om brand, dess orsaker och dess beteende hjälper forskare att minska riskerna som bränning utgör.
Varje år i USA dör färre och färre människor i exempelvis husbränder. Forskarna som studerar eld kan vara experter inom kemi, fysik, teknik, arkeologi eller något annat område. Men alla handlar om säkerhet: Att veta hur och varför saker brinner kan hjälpa människor att hitta sätt att förebygga, släcka eller undkomma en eldsvåda.
De här experterna försöker i allt högre grad också identifiera bränder som skulle bättre att låta brinna. Flera decennier av forskning visar varför inte alla bränder är dåliga, säger Kinoshita – särskilt för skogar. Bränder kan skapa öppningar i täta, tjocka trädbestånd. Genom att släppa in mer ljus och minska konkurrensen om vatten och näringsämnen kommer nya växter att hitta en miljö som stimulerar deras tillväxt. Så beroende på förhållandena kan brandmän välja att bara låta några träd brinna.
De bränner allt och allt
Att vara smart med eld kan betyda skillnaden mellan liv och död. National Fire Protection Agency uppskattar att 2012 dödade amerikanska bränder 2 855 människor och skadade mer än 16 000. Det årliga antalet dödsfall i brand har sjunkit med mer än hälften under de senaste 35 åren. Även om det är goda nyheter, dör fortfarande alltför många människor i onödan av eldsvådor. Och problemet: Nästan allt kommer att brinna, konstaterar Matthew Blais. Han leder brandteknisk forskning vid Southwest Research Institute i San Antonio, Texas. Varje år bränner, låter forskare där glöda, smälter, spränger eller på annat sätt förbränner tusentals föremål, stora som små. Deras mål: brandsäkerhet.
Om de lämnas oövervakade och okontrollerade kan bränder förstöra liv och egendom. En eldsvåda sprider föroreningar. En tillräckligt stor eld kan till och med påverka väder och klimat.
För att förstå alla dessa saker studerar Blais och hans team hur saker brinner. De arbetar i ett vidsträckt komplex av 10 byggnader som rymmer enheter som kan testa även stora eldsvådor. Det är faktiskt en av de största brandforskningsanläggningarna i världen.
Dess forskare undersöker allmänna aspekter av brand. Detta inkluderar hastigheten och temperaturerna vid vilka olika material brinner. Forskare från Southwest Research Institute undersöker också kemikalier som släpps ut i en brands rök. De förlitar sig på en mängd högteknologiska instrument, från infraröda kameror och termometrar till spektrometrar (som identifierar dessa kemikalier i rök).
1937, Hindenburg, ett tyskt luftskepp med vätgas, exploderade. Studier vid ett brandlabb i Texas tyder på att en gnista från statisk elektricitet antände bränslet ombord. Gus Pasquerella/Wikimedia Commons ”Mitt labb har förmågan att titta på olika storlekar av material , från mycket liten till mycket stor, säger Blais. I ett experiment 2012 återskapade hans team en av de mest kända bränderna i historien: Hindenburg katastrof . Den 245 meter (ungefär 800 fot) långa luftblåsan hade fyllts med mycket brandfarlig vätgas. 1937, när det anlände till USA från Tyskland, exploderade luftskeppet och brann. Trettiosex personer dog, alla utom en passagerare och besättning.
Forskare från Southwest Research Institute byggde – och förstörde – tre kopior av Hindenburg. Vissa konspirationsteoretiker har föreslagit att luftskeppet hade bombats. Men tester från Blais team finner det nu mer sannolikt att en elektrisk gnista nära baksidan av fartyget orsakade branden.
”Vårt samhälle uppfinner ständigt nya material, och vi behöver veta hur dessa material beter sig i brandmiljöer”, konstaterar Blais. Många nya enheter – från elbilar till bärbara datorer – drivs till exempel på batterier. Många är litiumjonbatterier, som packar enorma mängder kraft i en liten volym. Under de senaste 10 åren har tillverkare av bärbara datorer återkallat tusentals av dessa batterier. Varför? Batterierna brinner ibland i lågor.
När dessa batterier brinner, brinner de varma — upp till 540 grader Celsius (1 000 grader Fahrenheit). I november 2013 utreddes elbilsföretaget Tesla efter att batteripaketen i tre av dess bilar fattat eld inom loppet av bara sex veckor. Tidigare samma år var Boeing Co. tvungen att designa om, packa om och testa om litiumjonbatterierna som användes på deras nya 787 Dreamliner passagerarjet. Anledningen: oro för att batterierna överhettas och orsakar bränder.
“Batterisäkerhet har blivit mycket populärt på sistone”, konstaterar Blais. Batterier lagrar energi. När de tar eld frigör en kemisk reaktion den energin – och ibland även giftiga gaser. Så ingenjörer försöker bättre förstå hur saker brinner och vad som hamnar i röken.
Deras mål, konstaterar Blais, är designen av produkter som kommer att utgöra färre risker om de någonsin brinner.
Undvika en “Hindenburg”-olycka i garaget
Bland bränslen som skapar några problem: väte. Bilföretag har studerat den brandfarliga gasen för användning i bränsleceller. Bränsleceller producerar el som kan driva elfordon. Innan vätgas används i större utsträckning i bilar, lastbilar och bussar vill forskare veta mer om bränslets explosiva risker.
Antändning av vätgas som har läckt in i ett stängt garage kan utlösa en explosion, som fångas på den här bilden av ett kontrollerat test. Forskare vid Southwest Research Institute undersöker säkerhetsriskerna med väte när det används i bilar som drivs av bränsleceller. Med tillstånd av Matthew Blais, Southwest Research Institute
Förra året undersökte Blais och hans medarbetare säkerheten för ett vätgasfordon som stod parkerat i ett garage. De ville testa effekterna av en väteläcka – en som antändes.
Först byggde experterna ett fullstort garage med två bilar. För att simulera en läcka släppte Blais och hans team en uppmätt mängd väte för att blandas med luften i garaget. Sedan antände de gasblandningen och filmade resultatet. Forskarna upprepade experimentet med olika koncentrationer av väte. De upprepade också experimentet med och utan bilar parkerade inne. “Vi sprängde faktiskt garaget 18 gånger”, säger Blais.
Beroende på mängden väte i luften spreds en låga genom garaget från antändningspunkten på allt från 0,6 meter (2). fot) till 3,5 meter (11,4 fot) per sekund. Video från ett test visade att frontväggen, garageporten och taket splittrades och flög av byggnadens grund. Southwest Research Institute-gruppen rapporterade sina resultat i ett novembernummer 2012 av International Journal of Hydrogen Energy. Även om väteläckor som kan leda till sådana bränder är osannolika, är de definitivt möjliga, avslutade teamet. Deras data förstärker att bilföretag, statliga myndigheter och konsumenter bör ägna extra stor uppmärksamhet åt säkerheten om vätgasdrivna bilar någonsin blir vanliga.
Institutets forskare genomför tusentals experiment varje år, från att testa olika sätt att lagra fyrverkerier för att identifiera brandhämmande byggmaterial. De undersöker till och med partiklarna i röken för att hitta giftiga molekyler och andra föroreningar som kan vara svåra att mäta. Deras mål: att förstå eld på alla nivåer, från interaktioner mellan atomer till potentialen för fruktansvärda skador.
“Vi designar hela tiden bättre teknik och system för att undertrycka eld,” säger Blais, ” och att göra material mer brandsäkert.”
Boende med eld
Eld är en del av naturen, säger Kinoshita, från NPS. Och, tillägger han, det är inte alltid dåligt. Under de senaste decennierna har forskare insett att bränder ibland kan gynna naturområden.
Skogar har “anpassat sig till bränder”, säger Kinoshita. “Och där vi kan, försöker vi tillåta elden att spela sin naturliga roll i ekosystemet.”
En del av hans jobb som brandarkeolog är att identifiera vilka bränder som har potential att vara hjälpsam. Både bränder och brandbekämpning kan förstöra arkeologiska platser, konstaterar han. På samma sätt kan vissa bränder skada livsmiljön för utrotningshotade arter medan andra bränder erbjuder fördelar för den livsmiljön. Så när en naturlig brand bryter ut hjälper Kinoshita till att bedöma om den hotar miljön med mer skada än nytta. (NPS brandmän måste alltid bekämpa en brand som orsakats av människor.) Om en naturlig brand utgör ett verkligt hot, säger han, så flyttar brandmän för att släcka den snabbt.
Självklart, när något genomgår förbränning – eller brännskador – det finns ingen avbränning. Och även om människor har levt med eld under en stor del av vår historia, har forskare fortfarande många frågor om hur och varför saker brinner. Att hitta svar kommer att hjälpa människor att samexistera säkrare med eld.
Sara McAllister studerar bränningens fysik vid Missoula Fire Sciences Laboratory. (Fysik involverar studier av materia och energi.) US Forest Service driver detta speciella labb, baserat i Missoula, Mont., för att lära sig mer om skogsbränder. Bränder slutar aldrig att överraska McAllister. “Ju mer vi tittar på hur bränder sprider sig, desto mer inser vi hur lite vi vet”, säger hon. Och det gäller särskilt för skogsbränder, som “gör riktigt dåliga studieämnen. Du kan inte riktigt förutsäga när och var de kommer att börja.”
Vid ett statligt brandlabb i Montana simulerar forskare skogsbränder inomhus. NOAATemperatur, luftfuktighet och vind påverkar alla skogsbränder. De gör också det mycket svårt att förutsäga brandbeteende. Forskare vid forskningscentret Missoula genomför experiment inomhus för att simulera skogsbränder på ett kontrollerat sätt. Deras laboratorieverktyg inkl de en vindtunnel och en stor brännkammare utrustad med luftfacklor. (“De är i grunden galna, förstärkta hårtorkar”, förklarar McAllister.)
Att lösa stora, obesvarade frågor driver hennes labbs forskning. Dess forskare vill till exempel koppla beteendet hos en vidsträckt eldsvåda med vad som händer i skalan av kemiskt interagerande atomer.
En av de viktigaste obesvarade frågorna: Varför gör kronorna, eller topparna, på levande träd brinner? Döda träd brinner lätt nog eftersom de är torra. Levande träd innehåller fukt. En eld måste avdunsta och driva bort den fukten innan växter brinner. Ändå brinner fuktbelastade levande träd “bra” och ger ofta det mesta av bränslet för en skogsbrand, konstaterar McAllister.
“Vi förstår inte varför levande bränslen brinner”, konstaterar hon. “Det kan vara den kemiska skillnaden mellan levande bränslen och döda bränslen.” Med andra ord, något med hur atomer sätts ihop i levande träd kan göra dem bättre i stånd att brinna, trots eventuell fukt.
Brandforskare vill bättre förstå hur bränder sprids, inklusive varför en brands klättring uppför kommer att ändra dess hastighet. De vill också veta hur en brand reagerar på vindar som blåser i en eller annan riktning — eller på skiftande vindriktningar.
Fjällbaggens spridning över Klippiga bergen och västra USA oroar dessa vetenskapsmän också. Skalbaggarna dödar miljontals träd varje år. Forskare misstänker att detta kommer att göra det lättare för drabbade skogar att brinna. Men det vet de inte säkert. En studie från 2012 publicerad i tidskriften PLOS ONE påpekar komplikationerna. Dess författare rapporterade att när en extrem brand träffar en skog som drabbas av skalbaggar, kanske elden inte beter sig mycket annorlunda än den skulle göra i ett bestånd av friska gröna träd.
The Rim Fire började i Kalifornien i augusti 2013 och brände hundratals miljoner kvadratmeter skog. NOAA Earth Observatory
Forskare vill också veta varför vissa trädslag brinner snabbare eller varmare än andra under vissa situationer. Experter undersöker till och med hur klimatförändringar kan påverka hur ofta skogsbränder inträffar. En studie från 2012 av NASA-forskare tyder till exempel på att när den globala uppvärmningen torkar ut vissa regioner kommer skogsbränder att bli vanligare.
Vad många kanske inte uppskattar är hur många olika typer av vetenskapsmän som krävs för att förstå bränder. “Jag arbetar med skogsbrukare, ekologer, kemister, elektroingenjörer och människor från andra områden”, säger McAllister. ”Många människor måste gå samman för att forskningen ska fungera. Du kan komma till det från vilken synvinkel som helst.” Tillsammans fokuserar de på att hitta sätt att hantera de destruktiva bränder som hotar människor.
Forskare som Kinoshita visste att lavinbranden kunde göra mer nytta än skada. Men i augusti 2013 bröt en helt annan brand ut nära Yosemite National Park. Den kallades Rim Fire och spred sig snabbt in i parken.
Naturliga barriärer som floder och berghällar påverkade brandens gång; så även höjd och olika typer av vegetation, som fungerade som bränsle. I vissa parkområden brände elden ett mosaikmönster. Det betyder att det lämnade vissa områden orörda samtidigt som det brände andra. Sammanlagt förstörde den mer än 1 000 kvadratkilometer (eller cirka 390 kvadratkilometer) skog.
Brandmän bekämpade elden i månader. Oroväckande hotade branden skogen runt Hetch Hetchy Reservoir. En sådan brand kan förorena denna stora källa till dricksvatten för San Francisco och andra städer i Kalifornien. Branden invaderade till och med bostadsområden och förstörde hundratals byggnader, inklusive 11 hem. Kaliforniens Department of Forestry and Fire Protection uppskattade kostnaden för att kontrollera denna långvariga brand till cirka 127 miljoner dollar.
Men rasande jättar som Rim Fire är undantaget, inte regeln, säger nationalparken Tjänstens Kinoshita. “Vi tenderar att tänka på en löpeld som de 100 fot långa lågorna du ser på CNN,” noterar han. “Men den stora majoriteten av bränderna vi ser har lågor på en eller två fot.”
Att känna till skillnaden mellan farliga och fördelaktiga eldsvådor – och bättre förstå vetenskapen bakom dem – är avgörande för att säkert samexistera med eld.
Ordsökning (klicka här för att förstora för utskrift )
Leave a Reply