Когда пламя атакует

«Определенное поведение пламени может предупредить о вероятности возникновения извержений», — сказал научный сотрудник-постдок Джером Фокс. «Во время лесного пожара такое поведение может побудить пожарных держаться на расстоянии».

Фото: Викимедиа Creative Commons

Питер РойэллШтатный писатель Гарварда

Дата2 апреля 2015 г.

Борьба с лесными пожарами сопряжена с множеством опасностей, и, пожалуй, самым пугающим является тот факт, что медленные пожары могут внезапно перерасти в быстрые и смертоносные пожары. Это момент, которого боятся пожарные, и который кажется почти невозможным предсказать.

Джером Фокс не уверен, что это невозможно.

Постдокторант лаборатории Джорджа Уайтсайдса, профессора Университета Вудфорда Л. и Энн А. Флауэрс, Фокс является автором нового исследования, в котором исследователи смогли предсказать, когда испытательное пламя в лаборатории может переключиться с медленного режима. к быстрому перемещению. Их усилия в конечном итоге могут открыть путь к аналогичным прогнозам лесных пожаров. Исследование описано в статье, недавно опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

«На данный момент эти резкие переходы в темпах распространения считаются непредсказуемыми», — сказал Фокс. «Результаты наших экспериментов показывают, что это может быть неправдой. … Определенное поведение пламени может предупреждать о вероятности возникновения извержений. Во время лесного пожара такое поведение может побудить пожарных держаться на расстоянии».

Конечно, невозможно перенести лесной пожар в лабораторию, поэтому, чтобы понять, как пламя распространяется в сложных средах, Фокс разработал модельную систему: зажженную полоску нитроцеллюлозы.

При зажигании полоски горели, но не всегда одинаково. В некоторых случаях пламя медленно перемещалось по полосам, принимая четкие формы. В других случаях пламя двигалось быстро, образуя нечеткие, почти беспорядочные структуры.

«При одних и тех же условиях существуют два стабильных государства», — сказал Фокс. «Используя эту модельную систему, мы стремились выявить закономерности в динамике пламени (движениях пламени), которые могли бы предупредить нас, когда медленно движущееся пламя может перерасти в быстро движущееся пламя. Мы их нашли».

Фокс сказал, что пламя демонстрирует поведение, известное как «критическое замедление».

«В условиях, когда переходы к быстро движущемуся пламени становились более вероятными, система медленнее восстанавливалась после возмущений», — сказал Фокс. «Мы нарушили работу системы, поместив складку на полоску нитроцеллюлозы. При столкновении со складкой медленно движущееся пламя в некоторых случаях переходило в быстро движущееся пламя; в других случаях они выздоравливают без перехода. В последнем случае мы измерили, сколько времени потребовалось этому пламени на восстановление. В условиях, когда переход от медленного к быстрому был более вероятен, время восстановления было намного дольше. Это само определение критического замедления».

Однако возмущения возникают не только из-за препятствий, созданных исследователями.

«Естественно, пламя подвергается так называемым стохастическим возмущениям», — сказал Фокс. «Это возмущения, вызванные небольшими движениями воздуха и другими случайными событиями. Эти тонкие изменения окружающей среды могут вызвать мерцание пламени. Наблюдая за этими вспышками с помощью высокоскоростной камеры, мы смогли увидеть то же замедление, которое мы наблюдали при выходе пламени из складок полосы».

Хотя другие исследователи предположили, что естественные колебания во всем, от финансовых рынков до климата, могут проявлять симптомы критического замедления, Фокс сказал, что новое исследование является первым, которое продемонстрировало это явление при пожаре.

«Вы можете себе представить, что трудно возмутить что-то вроде климата, но ученые могут отслеживать колебания концентрации CO2 и искать признаки критического замедления, которые могут предупреждать о надвигающихся климатических сдвигах», — сказал он.

Однако Фокс предупредил, что необходимо провести дополнительную работу, прежде чем ученые смогут точно сказать, проявляют ли лесные пожары симптомы критического замедления, аналогичные тем, которые проявляются при пожарах в их модельной системе.