物理学告诉你:可怕的野火为何蔓延得如此之快?

“鹰河”大火已经蔓延到1万多英亩的土地上,造成了数千个家庭的搬离,以及数百万美元的财产损失,地形本身需要几十年才能恢复。图片版权:Tristan Fortsch/KATU-TV via AP

【博科园-科学科普】在周六下午3点30分左右(9月2日)凯文·马内尔沿着奥勒冈和华盛顿之间的边境的哥伦比亚峡谷的鹰溪徒步旅行。国家风景名胜区已经被保护了30多年,并包含了唯一可通航的河流经喀斯喀特山脉到达太平洋。在俄勒冈州和华盛顿州,热带雨林和草原已经形成了一个繁荣的生态系统,人类在那里生活了13000年。9月2日下午玛尼尔听到了巨大的砰砰声,就像枪声一般,他很快意识到这比枪声更糟糕,因为附近浓烟滚滚。

从汉密尔顿山的顶端看哥伦比亚河峡谷,从峡谷的华盛顿州一侧往南看。在图片的左边,Bonneville大坝是可见的。图片版权:Snottywang/Wikimedia Commons

两个(至少)十几岁的男孩把烟花扔出悬崖进入峡谷,但其中一个没有成功,在森林里消失了几小时后,鹰溪地区的153名徒步旅行者被困需要被营救和撤离。在24小时内超过3000英亩的土地被大火吞噬。附近的瀑布镇被疏散其他5个城镇也随之撤离。到周二早上一层厚厚的雾霾笼罩了俄勒冈州西部和华盛顿州的大部分地区,空气质量降到了最危险的水平。整个星期二火山灰从波特兰的天空中坠落,在一些地方积累了超过一英寸的面积,因为火势扩大到超过10000英亩的地区,艾伯斯穿过哥伦比亚河大火蔓延到华盛顿州。

烟雾和烟雾弥漫整个山谷向西的瀑布,在俄勒冈州和华盛顿州的大部分地区造成严重的空气污染。图片:NASA

大火继续以惊人的速度向西行驶,在短短16个小时内燃烧了13英里。周一和周二晚上60万孵卵鱼被提前六个月释放,因为这是在面对野火的时候给鱼提供生命的唯一方法。截至周三上午已有超过4500人从家中撤离,大火持续蔓延,截至周三中午已达3万英亩。现在官员们正在考虑是否要下令强制疏散部分地区,可能是整个波特兰,更重要的是要了解为什么森林大火如此危险,以及它们如何传播如此之快。每五次野火中就有四次是由人类活动引起的,而这次的火灾可能是近代史上最严重的一次。

当每年夏天干旱足够长时,华盛顿和俄勒冈州的喀斯喀特山脉西部的所有县都实行焚烧禁令。夏季是野火季节,因为漫长潮湿的冬季和春天经历了大量的树木和灌木丛的生长,过去的一年尤其引人注目。虽然西海岸的大部分地区都出现了长期的干旱情况,但也有创纪录的降雨,无论是在总量上还是在连续几天的降水中。

正如9月5日的照片所显示的,从一个多雨的冬天和春天的“燃料”和一个炎热干燥的夏天,已经造成了几十年来最严重的火灾。它现在威胁到波特兰的撤离。图片:Associated Press

所有这些都为野火季节创造了大量的潜在“燃料”。再加上温暖干燥的夏天太平洋西北地区的经历——今年天气异常暖和燃料很容易燃烧。在这个国家的这个地区氧气从来都不是问题,尤其是哥伦比亚峡谷,因为微风和持续的空气而臭名昭著。这意味着在旱季有很多高度易燃的植物作为燃料,氧气保持燃烧,高温和风来帮助火势蔓延,所需要的只是一些东西来点燃它。在80%的情况下这是一个疏忽或恶意人的行为。

火可以迅速蔓延,但额外的10度的坡度足以使火势蔓延的速度加倍。在哥伦比亚峡谷的某些地方的坡度是这个值的三倍。图片版权:Country Fire Authority (CFA) / Victoria State Government, Australia

火可以迅速传播:在森林里每小时可以达到6英里每小时,在草原上每小时可以达到14英里。如果你在地形上有一个向上的坡度,火焰就会飞得更快,额外的10度坡度将使你的火的速度加倍。这就是为什么如果火灾发生在哥伦比亚峡谷的底部,那只是一小段时间,它会蔓延并吞没整个山谷。

当一棵被点燃的树的余烬燃烧树叶、树皮或树枝时可以通过风向房屋、其他易燃地区,甚至河流穿越。如果燃烧的碎片足够高,风足够大的话,灰烬的攻击甚至可以穿越设置的防火装置。图片版权:Country Fire Authority (CFA) / Victoria State Government, Australia

大火还可以蔓延到房屋,跳过甚至是像河流这样的区域天然的火灾屏障,因为所谓的“灰烬袭击”,当高大的植物(如树木)着火时,燃烧的树枝、树叶和碎片可以被风吹到很远的地方,在经过几十甚至几百英尺的空气后仍然燃烧着。”任何细小的,干燥的,容易燃烧的东西,它的接触都可以很容易地着火,从另一棵树上的叶子,穿过一层水到一所房子的雨水槽里的干松针。如果火势离大城市太近,那么救援和疏散民众的问题就会比拯救家园和防止财产损失更重要。就在几个月前葡萄牙发生了一场野火,造成62人死亡。

雷击和人类活动是地球上野火的两个主要原因,这通常会在每一个火灾季节蔓延数千英亩。图片版权:National Wildfire Coordinating Group

虽然20%的火灾有自然原因,大部分是雷击,但剩下的部分也就是绝大多数,都是由人类活动引起的。在华盛顿和俄勒冈州已经有两个月的燃烧禁令,但所有这些都是燃烧燃烧反应的火花,而干燥的,易燃的植物群可以把它变成一场灾难。虽然媒体可能会把火初学者称为“白痴青少年”,但他们也可能是也是纵火犯,他们故意在俄勒冈州几十年来见过的受保护的(和人口密集的)地区引发了最严重的火灾之一。

正如Alex Berezow为美国科学与健康理事会所写的:所有这些都是完全可以预防的。所有这些都是可以预见的,即使是青少年也明白他们行为的后果。但他们根本不在乎,他们不关心森林火灾不仅会摧毁一个真正的天然宝藏,还会威胁到成千上万人的生命,并造成数百万美元的损失。

俄勒冈州从史蒂文森附近看到的一场野火,在哥伦比亚河对岸的哥伦比亚河峡谷,在喀斯喀特洛克附近的邦尼维尔大坝上。图片版权:Tristan Fortsch/KATU-TV via A

然而有两个好消息:

1、随着气温下降,风吹得很慢,大火很可能会减缓它的蔓延速度。预计本周晚些时候将会有降雨。

2、作为温带雨林生态系统的哥伦比亚峡谷将很快恢复。灌木和灌木将在12个月内恢复;年轻的道格拉斯·菲尔斯将在十年内重新覆盖植被。在大约30年的时间里对于徒步旅行者、路人、野生动物甚至护林员来说,没有什么证据能证明这里曾经发生过火灾(当然除了现在的历史记录)。

这样的火灾是可以避免的,但我们都要对此负责,一个邪恶或疏忽的行为,即使是一个小的也会变成一场不受控制的灾难:摧毁数千英亩的土地,导致成千上万人受灾,造成数百万美元的损失,甚至可能威胁要烧毁一个主要城市,然后一切都结束了。熊可能会说“只有你才能阻止森林火灾”,但事实是每个人都必须加入。这取决于我们所有人。这不仅仅是我们“可以”做的事,而是我们“必须”做的事!


作者:Ethan Siegel(天体物理学家)

来自:Forbes science

编译:完美的球

审校:博科园