Остановить огонь

Interfax-Russia.ru — Томские ученые разработали технологию раннего обнаружения степных пожаров.

© РИА Новости. Евгений Епанчинцев

Ученые механико-математического факультета Томского госуниверситета (ММФ ТГУ) и Института оптики атмосферы СО РАН исследовали, как степные пожары влияют на метеорологические параметры атмосферы и на содержание в ней разных соединений (продуктов горения — оксиды азота, углерода, серы и прочих). На основании полученных данных специалисты разработали методику, которая поможет находить и отслеживать степные пожары на расстоянии.

"Мы провели полунатурный эксперимент: под строгим контролем воссоздали степной пожар на небольшой территории, 40 на 15 метров, и исследовали основные характеристики для этого участка — влажность, температуру, давление, воздушные потоки и содержание различных веществ в воздухе", — рассказал руководитель проекта, заведующий учебной лабораторией кафедры физической и вычислительной механики ММФ ТГУ Денис Касымов.

Для этого, по его словам, ученые использовали различные приборы: инфракрасные термографы, ультразвуковые метеостанции и устройства для регистрации парниковых и окислительных газов на специальной станции. Самые интересные результаты получились при анализе данных для воздушных потоков.

"Поскольку на участке выделялось очень много тепла (максимальная температура оказалась выше 900 градусов Цельсия), то нагретый воздух поднимался вверх, тем самым усиливая вклад вертикальной составляющей ветра, который также влияет на огонь. Получился своего рода насос, закачивающий кислород из окружения, — пожар сам себя снабжает топливом, горение ускоряется", — сообщили в пресс-службе Российского научного фонда.

Упоминания о подобном явлении — "собственный ветер" — встречаются в научной литературе с конца прошлого века, однако реальные (экспериментальные) доказательства его существования появились только сейчас.

Кроме того, как отмечают исследователи, нагрев вносит хаос в естественные потоки: ровные, не перемешивающиеся (ламинарные) струи воздуха становятся вихрями. Это не только способствует распространению пожара на новые территории, но и нарушает атмосферные режимы — например, дождевые тучи разгоняются, и осадки, которые могли бы потушить огонь, просто не выпадают.

"Наши эксперименты показали, что даже небольшой пожар способствует выбросу в атмосферу значительного количества загрязняющих веществ. Кроме оксидов, это еще и метан, но мы пока не можем объяснить, откуда он берется. В любом случае, хотя из-за воздушных потоков на нашу станцию газы попали не сразу, мы смогли их зарегистрировать. Значит, такой подход позволяет засечь возгорание на ранних этапах — пока не наступили катастрофические последствия — и вовремя его потушить", — добавил Касымов.

Исследование проводилось в рамках гранта президентской программы Российского научного фонда. Результаты опубликованы в научном журнале Atmosphere. Эксперимент стал первым этапом на пути разработки соответствующих систем.

"Если мы сможем понять, какие процессы происходят непосредственно в горящей зоне, то сможем не только эффективнее бороться и контролировать эти опасные ситуации, но и вовсе предотвращать их", — уверен заведующий учебной лабораторией кафедры физической и вычислительной механики ММФ ТГУ.

Тем временем, ученые Сибирского федерального университета (СФУ, Красноярск) выяснили, как можно ускорить тушение природных пожаров.

В этом, по его словам, помогут углеводородные наночастицы. Ученые выяснили, что, если добавить их в воду, скорость ее нагрева повысится.

"Наночастицы обладают меньшей теплоемкостью и большей теплопроводностью, чем вода. Из-за более низкой теплоемкости наножидкость быстрее нагревается до температуры испарения, а ее высокая теплопроводность в свою очередь обеспечивает быстрое распределение тепла по капле", — пояснил специалист.

По данным СФУ, наилучший результат во время эксперимента показали именно черные углеродистые частицы размером 50-500 микрометров. При этом времени на прогрев и полное испарение капель, "заряженных" ими, потребовалось примерно в два раза меньше по сравнению с простой водой.

В то же время, как отмечают ученые, технологически создать "облако капель", каждая из которых содержит крупную микрочастицу, в настоящее время достаточно проблематично. В связи с этим они предлагают использовать наночастицы размерами от нескольких десятков до нескольких сотен нанометров. По словам Лобасова, оптимальная концентрация таких частиц в воде — 0,1-1%. Благодаря малому размеру углеродные наночастицы равномерно распределяются в жидкости, длительное время не выпадают в осадок и не вызывают ее расслоение.

"Для создания наножидкостей необходимо закупать наночастицы, которые стоят порядка 20-30 тыс. рублей за килограмм. Для тушения лесных пожаров используют авиацию, вместительность баков чаще всего применяемого для этой цели самолета Бе-200ЧС — 12 тонн воды. Но если вода может быть и бесплатной, то такой же объем наножидкости с концентрацией частиц 0,1% будет стоить порядка 240-360 тыс. рублей", — сказал ученый.

Использовать более высокие концентрации, по мнению специалиста, экономически нецелесообразно, потому что при существенном увеличении стоимости соответственного прироста в скорости испарения не будет.

"Однако если время тушения снизится, то и стоимость использования самолетов-танкеров уменьшится", — добавил исследователь.

Также в настоящее время в Сибири создается межрегиональный центр по защите лесов от пожаров. Базироваться его структуры будут в Красноярске и в аэропорту Черемшанка.

"Мы понимали, что необходимо увеличивать штат лесопожарных служб, что есть целесообразность развития авиационных служб регионального и федерального уровня. Поэтому решено создать межрегиональный лесопожарный центр, который поможет кратно увеличить авиационное патрулирование и тушение лесных пожаров на удаленных территориях", — сообщал в конце 2020 года начальник управления охраны и защиты лесов Рослесхоза Михаил Козлов.

Межрегиональный центр станет подразделением Авиалесоохраны.

"Анализ ежегодной горимости в регионах страны, географического расположения, наличия транспортной инфраструктуры, кадровых ресурсов авиационного и технического персонала показал, что оптимальным вариантом размещения центра является Красноярск. Базовым аэропортом станет Черемшанка, с которого наиболее оперативно можно перебазировать воздушные суда и доставлять парашютно-десантную службу к местам пожаров в регионах Сибири и Дальнего Востока", — пояснили в краевом правительстве.

Соответствующее решение было озвучено во время видеосовещания Рослехоза с руководством субъектов Сибирского федерального округа, в котором приняли участие представители Авиалесоохраны, Рослесозащиты, а также департамента лесного хозяйства по СФО.

Ранее о необходимости создания такого центра для защиты лесов от пожаров в серверных территориях заявлял губернатор Красноярского края Александр Усс, после чего соответствующее поручение правительству РФ сделал президент России Владимир Путин.