它们是怎么工作的(彩图精装)
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野火是怎样形成并迅速蔓延的?

在几秒之内,一个火星甚至只是阳光散发的热量,都能使一片干燥的森林变成人间地狱。野火迅速蔓延,吞没了茂密而干燥的植物以及其他的一切。周围上万公顷的土地变成了一片火海,威胁着附近的房屋和许多人的生命。

每年,美国平均有200万公顷的土地发生火灾,造成了上千万美元的财产损失。一旦起火,火势会以最快23千米/小时的速度蔓延,把一切吞没在火海中。当火势蔓延到灌木和树林时,野火像获得生命一般,努力寻找求生之道,余火飞溅,会造成许多新的火情。

起火的条件

起火和燃烧需要具备3个条件。起火需要具备的条件有:可以燃烧的燃料、提供氧气的空气以及把燃料加热至起火点的热源。热源、氧气和燃料构成了起火3要素。如果能够去掉3要素中的任何一个,消防员就能控制火势并最终灭火。

许多物质都有一个起火温度,这个温度被称为该物质的“燃点”。木头的燃点为300℃。当木头被加热至该温度时,就会与氧气混合,释放出碳氢气体。碳氢气体就会燃烧起火。

当燃烧发生后,有3个因素决定了火势的蔓延方式:燃料、天气和地形。根据这些因素的不同,火可能会很快熄灭,也可能会变成熊熊大火,把上万公顷的土地变成火海。

蜡烛燃烧与野火所需的条件是一样的。

添加燃料

野火蔓延的速度取决于周围燃料的类型和数量。燃料包括树木、林下灌木丛、干燥的草地和房屋等许多物体。火灾发生区域内可燃物体的数量被称为“可燃物载量”。可燃物载量是根据单位区域内可获得的燃料数量来计算的,通常按每平方米多少千克来计量。如果可燃物载量小,火灾燃烧和蔓延速度就慢,密度就低。如果可获得的燃料数量巨大,火势则较为猛烈,蔓延速度也较快。这样,火将其周围物体加热的速度也变得更快,这些物体燃烧的速度也就变快了。燃料的干燥程度也会影响火势。如果燃料非常干燥,燃烧就会非常快,火势就会很难得到控制。

燃料的基本特征包括它的大小、形状、分布和含水量,这些因素决定了燃料影响火灾的方式。

瞬间燃料,是指干草、松针、干树叶、树枝和其他枯死的灌木丛等小型燃料。这些燃料比大型圆木或木桩燃烧速度要快,这就是为什么用它们而不用圆木来点火的原因。从化学上看,有些燃料比另一些需要更长的时间来点燃。就野火而言,大多数的燃料是同一种材料,决定点火时间的主要变量是燃料表面积的总和与体积之间的比率。由于树枝的表面积与其体积相差不大,因此就会快速点燃。而一棵树的表面积要比其体积小得多,因此在点燃前需要加热很长时间。

随着火势的蔓延,火已经将其正前方的物质燃烧殆尽,火势在向潜在燃料靠近时产生的热量和浓烟使燃料中的湿气蒸发。这样,当火最终到达燃料时,燃料就很容易被点燃。彼此有一定距离的燃料比那些紧挨在一起的燃料更容易变得干燥,因为它们可以获得更多的氧气。那些彼此靠得很近的燃料会保留更多的湿气,因此点燃的速度较慢。

知识档案

通常我们只是强调野火的破坏性,其实有些野火也是有益于人类的。有些野火焚烧了森林中的林下灌木丛,阻止了因灌木丛长期肆意生长而可能引起的更大火灾的发生。同时,野火减少了疾病的传播,把营养物质从被燃烧的植物释放到地面,有利于新作物的生长。这样说来,野火对植物的生长起到了有益的作用。

温度、风和雨

在野火的起火、蔓延和熄灭的过程中,天气扮演了重要的角色。有3个天气因素会对野火产生影响:温度、风和湿度。干旱和高温是野火蔓延的有利条件,同时风也会加强火势。在一定天气状况的影响下,火势蔓延会更为迅速,吞没更多的土地,也会使灭火工作变得更加困难。

◎ 温度

温度会直接影响野火的燃烧,因为热源是起火3要素之一。地面上的木棍、树木和林下灌木丛吸收了太阳的热量,将潜在燃料加热并使其变得干燥。暖和的天气使燃料点燃和燃烧的速度更快,也使野火蔓延的速度更快。因此,在温度较高的下午很容易发生野火。

野火

◎风

在野火的蔓延过程中,风的作用可能最大。同时,风也是最不可预测的因素。风可以为火提供更多的氧气,加快潜在燃料干燥的速度,也会使火势蔓延的速度更快。

美国国家大气研究中心的资深科学家特里·克拉克博士发现,不仅风会影响火的走向,火自身也会形成一定的风向。当火形成自己的风向时,风就会对火产生反作用,从而控制火的走向。规模大且燃烧猛烈的野火能够生成“火旋风”。火旋风正如龙卷风一样,是由火发出的热量产生的旋涡生成的。当旋涡由水平方向变为垂直方向时,火旋风就产生了。火旋风的威力惊人,它能将正在燃烧的圆木和物体的残骸抛出很远的距离。

风力越强劲,火势蔓延的速度就越快。火自己产生的风要比周围的风快10倍。这种风甚至能将余火抛入空中,造成新的火情,这个过程被称为“飞火蔓延”。风也能改变火的方向,一阵强风可以使地面火蔓延到树顶,形成树冠火。

◎ 湿度

风可以帮助火势蔓延,而湿度则会起到相反的作用。以湿气和降水形式表现出来的湿度可以延缓火的蔓延并降低火的强度。如果潜在燃料湿度很大,就很难被点燃,因为湿气会吸收火的热量。初始湿度越高,燃料就越难干燥和点燃。

由于湿度可以降低野火燃烧的概率,降水非常有助于灭火。雨及其他降水都可以提高燃料中的湿气含量,防止野火的发生。

山火

除燃料和天气外,影响野火火情的第三大因素是土地的起伏形态,即地形。尽管地形长期保持不变,但与燃料和天气不同,地形对火势可能起推动作用,也可能起阻碍作用。地形中最重要的因素就是坡度。

和我们人类不同,对火而言,上山速度比下山速度快。坡度越陡峭,火势蔓延就越快。周围的风通常向山上吹,火与风的方向一致。由于浓烟和热量也是朝着同一方向蔓延,火就可以提前将前方的燃料加热。相反,一旦火已蔓延至山顶,火就必须寻找退路,此时火已无法像上山时那样提前将山下的燃料预热。

森林大火

除了在燃烧时带来的危害外,火还会带给我们更多的灾害性影响,这些影响直到火熄灭后的若干时间才能被我们感知到。火不仅烧毁了山上的植物,也破坏了土壤中的有机物,阻止了水分的渗透。这样导致的后果之一就是造成了严重的水土流失。