Pandangan saintifik: Ciri-ciri letupan di Beirut

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 16:12

Berita tragis mengenai letupan besar di Beirut, yang mengambil bahagian pertama sumber berita, menimbulkan persoalan semula jadi: bagaimana ini boleh berlaku, apa yang meletup di sana, disebabkan faktor apakah insiden sedemikian mungkin? Untuk mengetahuinya, mari kita lihat dengan lebih dekat sifat ammonium nitrat dan bahaya yang berkaitan dengannya.

Apa yang berlaku di Beirut

Ringkasnya, keadaannya kelihatan seperti ini: enam tahun lalu, kapal Rhosus memasuki pelabuhan Beirut untuk pembaikan tidak berjadual. Ia adalah milik syarikat Igor Grechushkin, yang berasal dari Khabarovsk. Pihak berkuasa pelabuhan tidak melepaskan kapal kerana kekurangan dalam sistem keselamatan dan dokumen kargo. Secara beransur-ansur, pasukan itu meninggalkan Rhosus, dan kargonya, yang terdiri daripada 2,750 tan ammonium nitrat, dipindahkan ke gudang di pelabuhan, di mana ia disimpan selama enam tahun akan datang. Keadaan penyimpanan ternyata tidak cukup dipercayai, oleh itu, untuk menyekat akses kepada kargo ini, kerja-kerja kimpalan dijalankan di gudang, disebabkan oleh organisasi keselamatan yang tidak betul yang mana piroteknik yang disimpan di gudang yang sama kemudiannya dinyalakan.

Kebakaran bermula, disokong oleh pembakaran dan bunga api. Selepas beberapa lama, ammonium nitrat yang disimpan meletup. Gelombang kejutan daripada letupan ini menyebabkan kesan kerosakan yang besar ke atas kawasan sekitar Beirut: hari ini terdapat lebih daripada 130 orang mati, dan bilangan mereka terus bertambah apabila semakin banyak mayat ditemui semasa membongkar runtuhan bangunan dan struktur. Lebih lima ribu orang cedera.

Gambar dari angkasa lepas diambil oleh satelit Kanopus-V. Foto di atas bertarikh 4 November 2019, dan gambar di bawah adalah sehari selepas letupan. / © Roskosmos.ru

Sebilangan besar rumah rosak pada tahap yang berbeza-beza, kemusnahan menjejaskan separuh daripada bangunan di Beirut, kira-kira 300 ribu penduduk kehilangan tempat tinggal. Menurut gabenor ibu kota Lubnan, Marwan Abboud, kerosakan akibat letupan itu dianggarkan antara tiga hingga lima bilion dolar. Gambar dari ruang angkasa pelabuhan Beirut, diambil sebelum dan selepas tragedi, menunjukkan kawasan kemusnahan berterusan di sekitar seluruh kawasan pelabuhan. Tiga hari berkabung telah diisytiharkan di Lubnan.

Apakah ammonium nitrat

Ammonium nitrat, atau ammonium nitrat, ialah garam ammonium asid nitrik, mempunyai formula kimia NH₄NO₃ dan terdiri daripada tiga unsur kimia - nitrogen, hidrogen dan oksigen. Kandungan nitrogen yang tinggi (kira-kira satu pertiga mengikut berat) dalam bentuk yang mudah diasimilasikan oleh tumbuhan memungkinkan untuk menggunakan ammonium nitrat secara meluas sebagai baja nitrogen yang berkesan dalam pertanian.

Oleh itu, ammonium nitrat digunakan dalam bentuk tulen dan sebagai sebahagian daripada baja kompleks lain. Sebahagian besar garam yang dihasilkan di dunia digunakan dengan tepat dalam kapasiti ini. Secara fizikal, ammonium nitrat adalah bahan kristal putih, dalam bentuk industri dalam bentuk butiran pelbagai saiz.

Ia adalah higroskopik, iaitu, ia menyerap kelembapan dengan baik dari atmosfera; semasa penyimpanan mempunyai kecenderungan untuk bercak, pembentukan jisim padat yang besar. Oleh itu, ia disimpan dan diangkut bukan dalam bentuk jisim pukal pepejal, tetapi dalam beg padat dan tahan lama yang tidak membenarkan pembentukan jisim kek besar yang sukar dilonggarkan.

Operasi letupan di lombong lubang terbuka menggunakan ammonium nitrat sebagai sebahagian daripada bahan letupan industri / ©Flickr.com.

Ammonium nitrat adalah agen pengoksidaan yang kuat. Tiga atom oksigen yang membentuk molekulnya membentuk 60 peratus jisim. Dalam erti kata lain, ammonium nitrat adalah lebih daripada separuh oksigen, yang mudah dibebaskan daripada molekulnya apabila dipanaskan. Penguraian terma nitrat berlaku dalam dua bentuk utama: pada suhu di bawah 200 darjah, ia terurai menjadi nitrogen oksida dan air, dan pada suhu kira-kira 350 darjah dan ke atas, nitrogen bebas dan oksigen bebas terbentuk serentak dengan air. Ini memisahkan ammonium nitrat ke dalam kategori oksidan kuat dan menentukan penggunaannya dalam pengeluaran pelbagai bahan letupan, yang memerlukan agen pengoksidaan.

Ammonium nitrat - komponen bahan letupan industri

Ammonium nitrat termasuk dalam pelbagai jenis bahan letupan industri dan digunakan secara meluas dalam hal ini, terutamanya dalam industri perlombongan. Manusia belum lagi mencipta sesuatu yang lebih berkesan daripada letupan untuk memusnahkan batu. Oleh itu, hampir semua kerja dengan mereka adalah berdasarkan letupan: dari perlombongan di lombong kepada pemotongan terbuka dan penggalian.

Industri perlombongan menggunakan sejumlah besar bahan letupan, dan setiap perusahaan perlombongan atau lombong arang batu sentiasa mempunyai kilang sendiri untuk pengeluaran bahan letupan, yang digunakan dalam kuantiti yang banyak. Kemurahan relatif ammonium nitrat memungkinkan untuk menggunakannya untuk pengeluaran besar-besaran pelbagai bahan letupan industri.

Dan di sini kita boleh perhatikan keluasan menakjubkan pembentukan sistem letupan oleh ammonium nitrat. Dengan mencampurkan nitrat dengan sebarang bahan mudah terbakar, anda boleh mendapatkan sistem letupan. Campuran nitrat dengan serbuk aluminium biasa membentuk ammonal, yang oleh itu dipanggil AMMONIUM nitrat - ALUMINIUM. 80% daripada jisim ammonia ialah ammonium nitrat. Ammonal sangat berkesan, mereka pandai meletupkan batu, jenis tertentu dipanggil ammonal batu.

Letupan Besar Semasa Operasi Perlombongan / © Flickr.com.

Jika anda menghamili nitrat dengan bahan api diesel, anda akan mendapat satu lagi kelas bahan letupan industri - igdanit, dinamakan sempena Institut Perlombongan, Institut Perlombongan Akademi Sains USSR. Saltpeter mampu membentuk campuran mudah letupan apabila diresapi dengan hampir semua cecair mudah terbakar, daripada minyak sayuran kepada minyak bahan api. Kelas lain bahan letupan berasaskan nitrat menggunakan bahan tambahan pelbagai bahan letupan: contohnya, ammonit (ini bukan sahaja fosil cephalopod) mengandungi TNT atau RDX. Dalam bentuk tulennya, ammonium nitrat juga mudah meletup dan boleh meletup. Tetapi letupannya berbeza dengan letupan bahan letupan industri atau tentera. Apa sebenarnya? Mari kita ingat secara ringkas apa itu letupan dan bagaimana ia berbeza daripada pembakaran biasa.

Apa itu letupan

Agar tindak balas pembakaran bermula dalam bahan mudah terbakar, atom bahan api dan pengoksida mesti dibebaskan dan dirapatkan sehingga ikatan kimia terbentuk di antara mereka. Untuk melepaskan mereka daripada molekul di mana ia terkandung bermakna untuk memusnahkan molekul ini: ini melakukan pemanasan molekul kepada suhu penguraian mereka. Dan pemanasan yang sama menyatukan atom bahan api dan pengoksida kepada pembentukan ikatan kimia di antara mereka - kepada tindak balas kimia.

Dalam pembakaran biasa - dipanggil deflagrasi - bahan tindak balas dipanaskan oleh pemindahan haba biasa dari hadapan nyalaan. Nyalaan memanaskan lapisan bahan mudah terbakar, dan di bawah pengaruh pemanasan ini, bahan terurai sebelum permulaan tindak balas pembakaran kimia. Mekanisme letupan adalah berbeza. Di dalamnya, bahan itu dipanaskan sebelum permulaan tindak balas kimia disebabkan oleh pemampatan mekanikal tahap tinggi - seperti yang anda ketahui, di bawah pemampatan yang kuat, bahan menjadi panas.

Mampatan sedemikian memberikan gelombang kejutan yang melalui cebisan bahan letupan yang meletup (atau hanya isipadu, jika cecair, campuran gas atau sistem berbilang fasa meletup: contohnya, penggantungan arang batu di udara). Gelombang kejutan memampatkan dan memanaskan bahan, menyebabkan tindak balas kimia di dalamnya dengan pembebasan sejumlah besar haba dan dengan sendirinya disuap oleh tenaga tindak balas yang dilepaskan terus ke dalamnya.

Dan di sini kelajuan letupan adalah sangat penting - iaitu, kelajuan gelombang kejutan yang melalui bahan. Lebih besar ia, lebih kuat bahan letupan, tindakan letupan. Untuk bahan letupan industri dan ketenteraan, kelajuan letupan adalah beberapa kilometer sesaat - dari kira-kira 5 km / saat untuk ammonal dan ammonit dan 6-7 km / saat untuk TNT hingga 8 km / saat untuk RDX dan 9 km / saat untuk HMX. Lebih cepat letupan, lebih tinggi ketumpatan tenaga dalam gelombang kejutan, lebih kuat kesan pemusnahannya apabila ia meninggalkan sempadan kepingan bahan letupan.

Jika gelombang kejutan melebihi kelajuan bunyi dalam bahan, ia menghancurkannya menjadi kepingan - ini dipanggil tindakan letupan. Ialah yang memecahkan badan bom tangan, peluru dan bom menjadi serpihan, menghancurkan batu di sekeliling lubang gerudi atau lubang gerudi yang dipenuhi bahan letupan.

Dengan jarak dari sekeping bahan letupan, kuasa dan kelajuan gelombang kejutan berkurangan, dan dari jarak dekat tertentu ia tidak lagi dapat menghancurkan bahan di sekelilingnya, tetapi boleh bertindak ke atasnya dengan tekanan, tolak, renyuk, tersebar, lontaran, melontar. Tindakan menekan, menghancurkan dan membaling sedemikian dipanggil letupan tinggi.

Ciri-ciri letupan nitrat

Ammonium nitrat industri tanpa sebarang bahan tambahan yang membentuk bahan letupan, seperti yang kami nyatakan di atas, juga boleh meletup. Kelajuan letupannya, berbeza dengan bahan letupan industri, agak rendah: kira-kira 1.5-2.5 km / saat. Penyebaran kelajuan letupan bergantung kepada banyak faktor: dalam bentuk butiran mana saltpeter, seberapa ketat ia dimampatkan, apakah kandungan lembapan semasa saltpeter dan banyak lagi.

Oleh itu, saltpeter tidak membentuk tindakan letupan - ia tidak menghancurkan bahan sekeliling. Tetapi kesan letupan tinggi daripada letupan nitrat menghasilkan agak ketara. Dan kuasa letupan tertentu bergantung pada kuantitinya. Dengan jisim letupan yang besar, kesan letupan tinggi letupan boleh mencapai kemusnahan pada mana-mana tahap.

Selepas letupan di Beirut / © "Lenta.ru"

Bercakap tentang letupan, kami perhatikan satu lagi perkara penting - bagaimana ia bermula. Sesungguhnya, untuk membolehkan gelombang kejutan mampatan melalui bahan letupan, ia mesti dilancarkan entah bagaimana, dicipta dengan sesuatu. Hanya menyalakan sekeping bahan letupan tidak memberikan pemampatan mekanikal yang diperlukan untuk memulakan letupan.

Jadi, pada kepingan kecil TNT, dibakar dengan mancis, agak mungkin untuk merebus teh dalam cawan - mereka membakar dengan desisan ciri, kadang-kadang asap, tetapi terbakar dengan senyap dan tanpa letupan. (Penerangan bukan cadangan untuk membuat teh! Ia masih berbahaya jika kepingannya besar atau tercemar.) Untuk mencetuskan letupan, anda memerlukan peledak - peranti kecil dengan cas letupan khas yang dimasukkan ke dalam badan utama bahan letupan. Letupan detonator, dimasukkan dengan ketat ke dalam cas utama, melancarkan gelombang kejutan dan letupan di dalamnya.

Apa yang boleh menyebabkan letupan itu

Bolehkah letupan berlaku secara spontan? Mungkin: pembakaran biasa mampu berubah menjadi letupan apabila ia dipercepatkan, dengan peningkatan dalam keamatan pembakaran ini. Jika anda menyalakan campuran oksigen dengan hidrogen - gas letupan - ia akan mula terbakar dengan senyap, tetapi apabila bahagian depan nyalaan dipercepatkan, pembakaran akan bertukar menjadi letupan.

Pembakaran sistem gas berbilang fasa, seperti semua jenis ampaian dan aerosol, yang digunakan dalam peluru untuk letupan volumetrik, dengan cepat bertukar menjadi letupan. Pembakaran propelan juga boleh bertukar menjadi letupan jika tekanan dalam enjin mula meningkat dengan cepat, dalam cara yang tidak direka bentuk. Peningkatan tekanan, pecutan pembakaran - ini adalah prasyarat untuk peralihan daripada pembakaran biasa kepada letupan.

Juga, pemangkin pembakaran boleh menjadi pelbagai bahan tambahan, bahan cemar, kekotoran - lebih tepat lagi, mereka atau komponennya, yang akan menyumbang kepada peralihan tempatan kepada letupan. Peluru teroksida dan berkarat lebih berkemungkinan meletup jika bahan letupan itu bersebelahan dengan bahagian teroksida badan kapal. Terdapat banyak nuansa dan titik dalam permulaan letupan yang akan kita tinggalkan, jadi mari kita kembali kepada soalan: bagaimana pemukul garam boleh meletup di gudang?

Dan di sini adalah jelas bahawa piroteknik boleh memainkan peranan sebagai detonator dengan sempurna. Tidak, hanya raket serbuk mendesis hampir tidak menyebabkan letupan garam dengan kekuatan asap dengan percikan api. Tetapi video itu merakamkan banyak wabak besar yang berkilauan dalam asap api sebelum letupan garam. Ini adalah letupan kecil taburan komponen piroteknik bunga api. Mereka bertindak sebagai permulaan letupan yang jelas. Tidak, mereka bukan peledak industri.

Tetapi dalam keadaan kebakaran, pemanasan permukaan besar peter garam dengan nyalaan dan ketumpatan ribuan operasi piroteknik yang berlaku, roket piroteknik ini mungkin telah dimasukkan ke dalam permukaan peter garam yang dipanaskan dengan letupan selanjutnya dalam peter garam panas. Pada satu ketika, letupannya di bawah hentaman sedemikian berlaku - dan merebak ke seluruh susunan alat garam yang disimpan.

Sukar untuk menganalisis peristiwa selanjutnya secara terperinci tanpa maklumat terperinci dan kajian tapak letupan. Tidak diketahui sejauh mana kesemua 2750 tan itu diletupkan. Letupan bukanlah permulaan mutlak yang selalu berlaku seperti yang tertulis di atas kertas. Ia berlaku bahawa briket TNT yang disusun bersama tidak meletupkan semua: sesetengah daripadanya hanya berselerak ke tepi, jika langkah yang boleh dipercayai tidak diambil untuk memindahkan letupan di antara mereka.

Selepas letupan besar batu, apabila beratus-ratus dan beribu-ribu telaga yang dipenuhi dengan bahan letupan diletupkan (mereka boleh dilengkapi dengan bahan letupan selama sebulan penuh), selepas awan habuk mendap, hanya pakar terlebih dahulu yang selalu memasuki zon letupan dan memeriksa apa yang meletup dan apa yang tidak meletup. Mereka juga mengumpul bahan letupan yang tidak meletup. Begitu juga dengan saltpeter di sebuah gudang di pelabuhan Beirut: kesempurnaan letupan letupan keseluruhan jisim nitrat adalah sukar untuk ditentukan, tetapi jelas bahawa ia agak besar.

Ciri-ciri letupan di Beirut

Gambaran letupan sangat sesuai dengan letupan nitrat. Lajur besar asap coklat kemerahan selepas letupan adalah warna biasa awan dengan oksida nitrogen merah, yang dibebaskan dalam kuantiti yang banyak semasa penguraian nitrat dalam letupan. Disebabkan oleh halaju letupan rendah nitrat, tiada tindakan penghancuran besar-besaran berlaku.

Oleh itu, kawah besar tidak terbentuk di tapak letupan: bahan tiang dan penutup tanah konkrit gudang tidak terperinci, oleh itu mereka tidak dibuang. Disebabkan ini, tidak ada pengeboman bandar dengan kepingan terbang dari kawasan letupan, dan sultan tinggi kepingan terbang dan serpihan yang terbentuk oleh letupan tidak naik di atas tempat letupan.

Lajur asap, diwarnai oleh pelepasan nitrogen oksida semasa penguraian ammonium nitrat / © dnpr.com.ua.

Pada masa yang sama, pelepasan produk pembakaran gas yang banyak - wap air, nitrogen oksida - memberikan gambaran letupan ciri-ciri letupan volumetrik. Sebagai tambahan kepada gelombang kejutan yang pantas, cukup kuat dan kelihatan seperti dinding berkabus laju, tangkapan itu menunjukkan dinding gas letupan yang semakin menghampiri, bercampur dengan habuk dan mengepul naik dari permukaan bumi pada pendekatan yang pantas. Ini adalah tipikal untuk letupan volum besar dengan halaju letupan yang rendah.

Sifat kerosakan pada bangunan dengan kebarangkalian yang tinggi akan menunjukkan bahawa mereka terjejas bukan sahaja oleh gelombang kejutan itu sendiri - kuat, tetapi jangka pendek - tetapi juga pendedahan yang lebih lama kepada aliran gas-udara yang berkembang yang bertaburan dari kawasan letupan.

Letupan nitrat ke Beirut

Letupan baja berasaskan garam asid nitrik telah berlaku sebelum ini, mereka terkenal, terdapat banyak kes sedemikian dalam sejarah. Jadi, pada 1 September 2001, di Toulouse, di kilang baja syarikat Grande Paroisse, sebuah hangar meletup, di mana 300 tan ammonium nitrat diletupkan. Kira-kira 30 orang maut, beribu-ribu cedera. Banyak bangunan di Toulouse telah rosak.

Terdahulu, pada 16 April 1947, berlaku letupan sebanyak 2,100 tan ammonium nitrat di atas kapal "Grancan" di pelabuhan Texas City, Amerika Syarikat. Ia didahului oleh kebakaran di atas kapal - situasi dan urutan peristiwa yang sama. Letupan itu menyebabkan kebakaran dan letupan pada kapal dan kemudahan penyimpanan minyak berhampiran. Kira-kira 600 orang terbunuh, ratusan hilang, lebih lima ribu cedera.

Pada 21 September 1921, 12 ribu tan campuran ammonium sulfat dan ammonium nitrat meletup di loji kimia BASF berhampiran bandar Oppau di Bavaria. Letupan kuasa sedemikian membentuk kawah besar, dua kampung terdekat telah dihapuskan dari muka bumi, dan bandar Oppau telah musnah.

Letupan malapetaka ammonium nitrat dengan kemusnahan besar dan banyak mangsa berlaku pada tahun 2004 di bandar Ryongcheon, Korea Utara; pada 2013 di bandar West di Texas, Amerika Syarikat; pada tahun 2015 di bandar pelabuhan Tianjin di China. Dan senarai itu diteruskan.

Malangnya, ammonium nitrat, dengan semua kelebihan besar yang dibawanya kepada seseorang, kekal sebagai objek berbahaya yang memerlukan pematuhan beberapa keperluan keselamatan dalam pengendalian. Dan kecuaian atau kecuaian boleh menyebabkan tragedi baru, yang pencegahannya memerlukan kedua-dua memperkukuh peraturan untuk mengendalikan nitrat dan meningkatkan tanggungjawab untuk pematuhan dan pelaksanaannya.