Forskare som studerar stora virvlar av eld i labbet har oväntat snubblat över något nytt. Det är en liten, blå, eldig virvel. Denna lilla tromb av lågor brinner otroligt varmt och producerar väldigt lite sot. Om dessa bränder kan skapas på ett tillförlitligt sätt – och kontrolleras – kan de erbjuda en rad fördelar. De kan till exempel städa upp oljespill i vattnet. Och en dag kan de till och med spela en stor roll i ren förbränning av bränsle i enheter som ugnar eller varmvattenberedare.
Förklarare: Hur och varför brinner bränder
Bränder kan vara förödande. De tenderar också att vara till stor del oförutsägbara. Det är bara två anledningar till att många forskare studerar dem. Om forskare kan ta reda på hur bränder beter sig kan de bättre förutsäga var och hur snabbt bränder kan spridas. Det kan rädda liv och förhindra skador på egendom.
En av de mer fascinerande aspekterna av skogsbränder är de eldiga virvelvindarna som plötsligt vaknar till liv inom vad som verkar vara en normal vägg av lågor. Dessa eldvirvlar – även känd som “firenadoes” – kan växa dussintals meter (yards) höga, konstaterar Elaine Oran. Hon är flygforskare vid University of Maryland i College Park. Eldvirvlar är särskilt farliga, konstaterar hon: De kan lyfta små bitar av brinnande material högt upp i luften. Därifrån kan materialet flyga iväg till avlägsna platser och utlösa nya bränder. Så dessa eldiga virvlar är ett ämne för intensiva studier i Orans labb.
Hon och hennes lagkamrater skapar eldcyklonerna på flera sätt. I en uppsättning pumpar de ett flytande bränsle på ytan av en liten vattenpöl. Det bränslet, som kallas heptan (HEP-tayn), är en komponent i bensin. När det är tänd avdunstar detta bränsle och blandas med luft.
En del av lagets utrustning leder luft in i en cylinder med öppen topp som omger den flytande bränsleklumpen. Denna cylinder fungerar som en skorsten. Inkommande luft skapar en långsamt virvlande virvel inuti cylindern. När de brinnande ångorna virvlar och stiger drar de in mer luft i cylindern. Detta förstärker virvlingen. Snart, istället för en dånande eld, finns det ett virvlande firenado. I labbet kan dessa eldiga cykloner bli cirka 1 meter (cirka 3 fot) höga. Forskarna håller firenado i den storleken eller mindre genom att kontrollera bränsletillförseln, noterar Oran. Om den blev mycket större kan de snabbt tappa kontrollen över den.
Både den ursprungliga elden och firenado som följer är högljudda. Det är ett tecken på att luftflödet inuti elden är turbulent, eller kaotiskt, säger Oran. Men under ett experiment krympte lagets firenado och utvecklades till en blå virvel av lågor bara några centimeter (ett par tum) hög. “Vi har aldrig sett det förut”, konstaterar hon. Visst, tillägger hon, “Vi förväntade oss det inte.”
Den lilla blå virveln var väldigt tyst. Och det var en ledtråd om att luften som flödade inuti lågan var jämn, inte turbulent. Dess blå nyans signalerade också att denna låga var mycket varmare än normalt, kanske ett par tusen grader Celsius (några tusen grader Fahrenheit) snarare än några hundra. Det betyder också att förbränningen inuti virveln inte skapade sot — det svarta, oljiga kolet som vanligtvis ger en låga en gul nyans.
Efter att lågan var borta försökte teamet tända vattenytan igen, där bränslet hade varit. Men inget hände. Detta signalerade att allt bränsle var borta. Eventuella rester hade brunnit bort, avdunstat eller sjunkit.
Flytande oljeutsläpp orsakar enorma problem, konstaterar William Roberts. Han är en rymdingenjör som inte ingick i forskargruppen. Roberts arbetar vid King Abdullah University of Science and Technology i Thuwal, Saudiarabien. Oljan från ett spill kan skölja iland för att förgifta stränder och belägga fåglar, konstaterar han. Lättare gaser eller vätskor i oljan kan avdunsta och förorena luften. De tyngre delarna som lämnas kvar kommer att sjunka och smutsa ner havsbotten.
Dessutom är det riktigt svårt att återvinna utspilld olja. Även där den kan samlas in går den oftast inte att använda, konstaterar Roberts. Om människor kunde hitta ett sätt att skapa och kontrollera blå virvlar, “kan det vara ett sätt att bränna spilld olja rent”, säger han.
Teamets upptäckt visar vikten av att göra labbstudier av komplicerade fenomen som brand, tillägger Roberts. “Det är den sortens utseende som får dig att hitta saker” som blå virvlar, konstaterar han. “Det här är något riktigt coolt. Låt oss nu ta reda på varför det fungerar och hur vi kan utnyttja det.”
José Torero är expert på brandsäkerhet vid University of Queensland i St. Lucia, Australien. Bränder av alla slag, vare sig de är konstgjorda eller naturliga, är väldigt komplicerade, säger han. Inom lågor sker alla möjliga komplexa kemiska reaktioner. Det finns också många sätt för bränder och luftströmmar att interagera och påverka varandra. “Det pågår grundläggande fysiska processer i och runt bränder som vi inte förstår”, påpekar han. “Om vi förstod dem bättre skulle vi bättre kunna förutse hur bränder skulle bete sig.”
Tills den dagen kommer måste folk fortsätta studera bränder i labbet – och kanske snubbla över nya och oväntade saker som blå virvlar.