Bekämpfe Feuer mit Feuer und lass das Feuer nirgendwo hingehen

Was fällt Ihnen als Erstes ein, wenn Sie an Waldbrände denken?

Ist es der Waldbrand in Kalifornien, der zehn Bundesstaaten im Bundesstaat New York niederbrannte und einen Rekord für die verbrannte Fläche aufstellte? Oder die monatelangen Waldbrände in Australien, die die Heimat unzähliger Tiere zerstörten?

Koalas aus Buschfeuern gerettet

(Fotoquelle: Huanqiu.com)

Waldbrände waren in den letzten Jahren ein häufiges Thema in den Nachrichten. Im August dieses Jahres brachen in vielen Orten Chongqings nacheinander Waldbrände aus. Mehr als 20.000 Feuerwehrleute brauchten einen halben Monat, um die Waldbrände schließlich zu löschen. „Spontane Waldbrände aufgrund extrem hoher Temperaturen sind ein wichtiger Faktor für die jüngsten häufigen Waldbrände in Chongqing“, sagte Bai Ye, Professor und stellvertretender Direktor des Waldbrandforschungszentrums der China Fire and Rescue Academy.

Tatsächlich sind Waldbrände in riesigen Wäldern ein unvermeidliches Phänomen und eine Möglichkeit für die Natur, sich selbst zu regulieren. Da die Menschen immer näher an die Wälder heranrücken, stellen Waldbrände eine zunehmende Bedrohung für Menschenleben und Eigentum dar und die Anforderungen an die Brandbekämpfungsfähigkeiten der Menschen werden immer höher.

Es ist sehr schwierig, die Auswirkungen vieler Einflussfaktoren wie Wind, Temperatur, Vegetation, Gelände, menschliche Aktivitäten usw. auf Waldbrände grundsätzlich zu verstehen. Aus wissenschaftlicher Sicht sind Waldbrände unvorhersehbar und ihre Ausbreitung bleibt ein Rätsel. Der gefährlichste Brennstoff für Waldbrände sind beispielsweise nicht abgestorbene Äste, abgefallene Blätter oder Heu, sondern grüne Nadeln. Das Prinzip dahinter gibt den Wissenschaftlern noch immer Rätsel auf.

Um zu verhindern, dass sich solche Tragödien wiederholen, haben Physiker einige scheinbar unglaubliche Methoden zur Vorbeugung und Löschung von Waldbränden gefunden.

Starke Winde fördern Brände, schwache Winde behindern sie

Wie wir alle wissen, trägt Wind zur Feuerentstehung bei und dieses Phänomen ist in der Physik gut erforscht. Tatsächlich ist die Beziehung zwischen den beiden nicht einfach. Wind wird mit Feuer geboren und Wind hilft dem Feuer. Es besteht eine positive Rückkopplungsbeziehung zwischen Feuer und Wind, was ein schwieriges Problem in der physikalischen Forschung darstellt.

Wenn ein Feuer heftig brennt, setzt es Energie frei und erwärmt die Luft. Die Luft steigt auf und die Luft von unten wird ergänzt, um das Feuer zu schüren. Genau wie beim Lehmofen auf dem Land wird die Luft nach dem Erhitzen aus dem Schornstein abgeleitet, wodurch Luft in den Ofen gelangt und die heiße Luft wieder aufgefüllt wird, wodurch das Feuer am Boden des Ofens stärker brennt. Die Wechselwirkung zwischen aufsteigender Luft und Wind bestimmt die Geschwindigkeit, mit der sich die Vegetation erwärmt. Erst ab einer bestimmten Temperatur kann sich die Vegetation entzünden, was wiederum die Geschwindigkeit der Brandausbreitung bestimmt.

Die wichtigsten Brennmaterialien bei Waldbränden sind trockenes Gras, Blätter, Äste usw. Bei vielen Waldbränden brennen nicht einmal die Baumstämme. Warum ist das so?

Es stellte sich heraus, dass der winzige Brennstoff eine große Oberfläche hat, wodurch er leicht Energie aus der heißen Luft aufnehmen kann, wodurch die Temperatur über den Zündpunkt steigt, den Zündpunkt erreicht und schnell verbrennt .

Kleine Kraftstoffpartikel sind jedoch manchmal nicht förderlich für die Verbrennung. Wenn die umgebende Luft kühler ist als der Kraftstoff, neigt die Luft dazu, den Kraftstoff abzukühlen . Mit anderen Worten: Der durch das Feuer verursachte Luftstrom behindert tatsächlich dessen Ausbreitung. So ist beispielsweise das Gras außerhalb der Feuerstelle zwar lange der Hitzestrahlung des Feuers ausgesetzt, der kühle Luftstrom verhindert jedoch wirkungsvoll, dass es den Verbrennungspunkt erreicht.

Das Feuer bringt kühle Luft herein, die verhindert, dass das umliegende Heu verbrennt.

(Bildquelle: wiggly wisdom)

Die Ausbreitung eines Waldbrandes wird oft als eine vorrückende Feuerwand betrachtet, die durch den Wind nach vorne geneigt wird und brennbares Material vor ihr entzündet. Obwohl dieses Modell einfach ist, ist es falsch, da die kühlende Wirkung des Luftstroms den Fortschritt der Firewall behindert.

Dies scheint nicht mit der Lebenserfahrung vereinbar zu sein. Wir haben nur gesehen, dass Wind zur Ausbreitung von Feuer beiträgt, aber wie kann er die Ausbreitung von Feuer verringern?

Dies liegt daran, dass der Wind relativ stark sein muss, um das Feuer zu fördern, sodass die Flammen kippen und unverbrannte Brennstoffe berühren können. Bei relativ schwachem Wind sorgen die aufsteigenden heißen Luftströme dafür, dass die Flammen aufrecht stehen und die Ausbreitung der Brandmauer behindern.

Daher fördern starke Winde die Entstehung von Bränden, während schwache Winde sie behindern.

Wenn Sie in Richtung eines sich ausbreitenden Waldbrandes blicken, sehen Sie keine Feuerwand, sondern einzelne Feuertürme, wie im Bild unten gezeigt. Solche Feuertürme entstehen durch aufsteigende Luftströmungen. Die aus den Feuertürmen aufsteigenden Flammen waren spektakulär, aber es waren die Lücken zwischen den Feuertürmen, die die Ausbreitung des Feuers vorantrieben.

Es gibt keine durchgehende Feuerwand, sondern eher Feuertürme.

(Bildnachweis: Silva Junior)

Der Wind bläst durch die Lücken in der brennenden Vegetation und wird zu heißer Luft, die nicht nur den Feuerturm mit neuer Luft versorgt und ihn dadurch kräftiger macht, sondern auch vor das Feuer strömt, sodass dieses keine kühle Luft mehr anziehen kann, um die brennbaren Materialien wie Gras und Blätter davor abzukühlen, wodurch diese sich entzünden.

Die Form der sich ausbreitenden Feuerfront beeinflusst die Windrichtung, die wiederum die Ausbreitungsgeschwindigkeit beeinflusst. Der sich am schnellsten bewegende Teil des Feuers hat normalerweise die Form eines Hufeisens. Je schmaler das Hufeisen, desto stärker wird der Wind auf die Flanken des Hufeisens gelenkt, der Wind an der Vorderseite des Feuers wird abgeschwächt und die Ausbreitung erfolgt langsamer.

Auch die Verteilung der Vegetation auf dem Boden beeinflusst, wie schnell sich ein Waldbrand ausbreitet . Stehen die Bäume weiter auseinander, ist die Wahrscheinlichkeit geringer, dass sich ein Waldbrand von der Krone eines Baumes auf einen anderen ausbreitet. Zudem ist für eine schnelle Ausbreitung mehr Windunterstützung erforderlich. Daher ist das Fällen von Bäumen eine gängige Praxis, um das Waldbrandrisiko zu verringern. Allerdings führt diese Vorgehensweise zu einer verstärkten Ausbreitung von Oberflächenbränden. Es stimmt, dass eine Nadel nicht an beiden Enden scharf sein kann, und wenn man ein Ende verliert, gewinnt man ein anderes.

Feuer legen, um Brände zu verhindern und Feuer mit Feuer bekämpfen

Eine Möglichkeit, das Risiko von Waldbränden zu verringern, besteht darin, Feuer zu legen, um abgestorbene Blätter und Äste vom Boden zu entfernen. Diese Maßnahme wird als vorgeschriebenes Abbrennen oder kontrolliertes Abbrennen bezeichnet . Durch strategisches Abbrennen wird nicht nur der Brennstoff für Waldbrände reduziert und das Risiko von Waldbrandausbrüchen verringert, sondern es fördert auch die Keimung bestimmter Baumarten, erhöht den Nährstoffgehalt des Bodens und erhält das ökologische Gleichgewicht.

Strategische Brandbekämpfung im Gange

(Bildquelle: Wikipedia)

Es klingt einfach, aber in der Praxis ist Feuer schwer zu kontrollieren. Daher ist strategisches Abbrennen immer noch sehr schwierig und erfordert eine sorgfältige Planung und Kontrolle.

Im Jahr 2000 führte der National Park Service in Los Alamos in New Mexico eine strategische Brandbekämpfungsaktion durch, doch das Feuer geriet außer Kontrolle und zerstörte 200 Häuser. Das Feuer breitete sich über eine Fläche von 190 Quadratkilometern aus und brannte auch einige Gebäude des Los Alamos National Laboratory nieder, wodurch die dort gelagerten nuklearen Materialien gefährdet wurden. Die Vereinigten Staaten brauchten dreieinhalb Monate, um das Feuer zu löschen.

Durch strategisches Abbrennen wird im Allgemeinen eine Feuerlinie, normalerweise mehrere Feuerlinien, entzündet, und der durch eine Feuerlinie verursachte Luftstrom wirkt sich auf andere Feuerlinien aus . Beispielsweise kann die Feuerlinie bei mäßigen Windgeschwindigkeiten außer Kontrolle geraten. Durch das Anzünden einer weiteren Feuerlinie auf der windzugewandten Seite kann jedoch die Windstärke verringert werden, die die windabgewandte Feuerlinie erreicht. Dadurch wird die Intensität der Feuerlinie abgeschwächt und ihre Kontrolle erleichtert. Die Feuerlinie von der Luvseite brannte bis zu dem Bereich auf der Leeseite, der bereits abgebrannt war, und als nichts mehr brennen konnte, wurde das Feuer gelöscht.

Strategische Brandschutzbeauftragte können außerdem den Luftstrom zwischen den Brandschneisen anhand von Faktoren wie Windgeschwindigkeit, Windrichtung und Entfernung zwischen den Brandschneisen manipulieren, sodass mehrere Brandschneisen schnell zusammengeführt und gelöscht werden können.

Das Prinzip des strategischen Abbrennens kann sogar zum Löschen von Bränden eingesetzt werden, wodurch der Effekt der Feuerbekämpfung mit Feuer erzielt wird . Diese Methode wurde bei der Löschung des Waldbrands in Chongqing angewendet. Feuerwehrleute haben in Windrichtung des Waldbrands eine neue Feuerlinie angelegt. Die durch den Waldbrand verursachte Luftverwirbelung führte dazu, dass die Feuerlinie in Windrichtung gegen den Wind brannte, wodurch der Brennstoff vor dem Waldbrand entfernt und der Waldbrand am Vordringen gehindert wurde.

Allerdings muss dieser Vorgang mit äußerster Vorsicht durchgeführt werden und die Intensität der vom Waldbrand angezogenen Luft muss genau gemessen werden, da es sonst zu einer neuen Waldbrandkatastrophe kommt.

Abschluss

Derzeit versuchen Wissenschaftler, die grundlegenden Prinzipien zum Thema Waldbrände und Luft zu ermitteln. Da die experimentellen Bedingungen in der Waldbrandforschung jedoch schwer zu kontrollieren und zu wiederholen sind, ist es keineswegs einfach, dieses Ziel zu erreichen. Wir sind jedoch optimistisch, dass Durchbrüche in der grundlegenden Waldbrandforschung unsere Fähigkeit verbessern, das Verhalten von Waldbränden unter verschiedenen Bedingungen vorherzusagen und unsere Strategien zur Brandbekämpfung zu verbessern.

Natürlich sollten Wissenschaftler gezielt Waldbrände erforschen. Als normale Menschen können wir mit kleinen Dingen beginnen, beispielsweise indem wir auf Reisen kein Feuer in die Berge mitnehmen, und unseren eigenen Beitrag zur Verhinderung von Waldbränden leisten!

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Qu Lijian (Hochschule für Katastrophenschutzwissenschaft und -technologie)

Hersteller: China Science Expo