Vedecký pohľad: Charakteristiky výbuchu v Bejrúte

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 16:15

Tragická správa o obrovskej explózii v Bejrúte, ktorá zasiahla prvé riadky spravodajských zdrojov, vyvoláva prirodzené otázky: ako sa to mohlo stať, čo tam vybuchlo, v dôsledku akých faktorov sú takéto incidenty možné? Aby sme na to prišli, poďme sa bližšie pozrieť na vlastnosti dusičnanu amónneho a s ním spojené nebezpečenstvá.

Čo sa stalo v Bejrúte

Situácia v skratke vyzerá takto: pred šiestimi rokmi vplávala loď Rhosus do námorného prístavu Bejrút na neplánovanú opravu. Patrila spoločnosti Igora Grečuškina, rodáka z Chabarovska. Prístavné orgány neuvoľnili loď pre nedostatky v bezpečnostných systémoch a nákladných dokumentoch. Postupne tím Rhosus opustil a jeho náklad, ktorý tvorilo 2 750 ton dusičnanu amónneho, previezli do skladu v prístave, kde ho uskladnili ďalších šesť rokov. Podmienky skladovania sa ukázali ako nedostatočne spoľahlivé, preto, aby sa obmedzil prístup k tomuto nákladu, boli v sklade vykonané zváracie práce, v dôsledku nesprávnej organizácie bezpečnosti ktorých sa pyrotechnika uložená v tom istom sklade následne vznietila.

Vznikol požiar podporovaný horením a ohňostrojom. Po určitom čase uskladnený dusičnan amónny explodoval. Rázová vlna z tejto explózie mala na okolité oblasti Bejrútu veľký ničivý účinok: dnes je mŕtvych viac ako 130 ľudí a ich počet neustále narastá, pretože pri rozoberaní trosiek budov a stavieb sa objavuje stále viac tiel. Zranenia utrpelo viac ako päťtisíc ľudí.

Fotografie z vesmíru nasnímané satelitom Kanopus-V. Vyššie uvedená fotografia je zo 4. novembra 2019 a fotografia nižšie je deň po výbuchu. / © Roskosmos.ru

Obrovské množstvo domov bolo v rôznej miere poškodených, deštrukcia zasiahla polovicu budov v Bejrúte, asi 300 tisíc obyvateľov zostalo bez domova. Podľa guvernéra libanonského hlavného mesta Marwana Abbouda sa škody spôsobené výbuchom odhadujú na tri až päť miliárd dolárov. Snímky z vesmíru prístavu Bejrút, urobené pred a po tragédii, ukazujú oblasť neustáleho ničenia okolo celej oblasti prístavu. V Libanone vyhlásili trojdňový smútok.

Čo je dusičnan amónny

Dusičnan amónny alebo dusičnan amónny je amónna soľ kyseliny dusičnej, má chemický vzorec NH4NO3 a pozostáva z troch chemických prvkov – dusíka, vodíka a kyslíka. Vysoký obsah dusíka (asi tretina hmotnosti) vo forme ľahko asimilovateľnej rastlinami umožňuje široké využitie dusičnanu amónneho ako účinného dusíkatého hnojiva v poľnohospodárstve.

Dusičnan amónny sa ako taký používa v čistej forme aj ako súčasť iných komplexných hnojív. Prevažná časť ledku vyrobeného vo svete sa používa práve v tejto kapacite. Fyzicky je dusičnan amónny biela kryštalická látka, v priemyselnej forme vo forme granúl rôznych veľkostí.

Je hygroskopický, to znamená, že dobre absorbuje vlhkosť z atmosféry; pri skladovaní má sklon k spekaniu, tvorbe veľkých hustých hmôt. Preto sa skladuje a prepravuje nie vo forme pevnej sypkej hmoty, ale v hustých a odolných vreciach, ktoré neumožňujú vytváranie veľkých pripečených hmôt, ktoré sa ťažko uvoľňujú.

Trhacie práce v povrchových baniach s použitím dusičnanu amónneho ako súčasti priemyselných trhavín / ©Flickr.com.

Dusičnan amónny je silné oxidačné činidlo. Tri atómy kyslíka, ktoré tvoria jeho molekulu, tvoria 60 percent hmotnosti. Inými slovami, dusičnan amónny je viac ako polovica kyslíka, ktorý sa pri zahrievaní ľahko uvoľňuje z jeho molekuly. Tepelný rozklad dusičnanu prebieha v dvoch hlavných formách: pri teplotách pod 200 stupňov sa rozkladá na oxid dusíka a vodu a pri teplotách okolo 350 stupňov a vyšších súčasne s vodou vzniká voľný dusík a voľný kyslík. To vyčleňuje dusičnan amónny do kategórie silných oxidantov a predurčuje jeho použitie pri výrobe rôznych výbušnín, ktoré vyžadujú oxidačné činidlo.

Dusičnan amónny – zložka priemyselných trhavín

Dusičnan amónny je obsiahnutý v mnohých typoch priemyselných trhavín a je v nich široko používaný, najmä v ťažobnom priemysle. Človek ešte nevynašiel nič účinnejšie ako výbuch na ničenie skál. Preto je takmer každá práca s nimi založená na výbuchu: od ťažby v baniach až po otvorené zárezy a lomy.

Ťažobný priemysel spotrebuje obrovské množstvo výbušnín a každý banský podnik či uhoľná baňa má vždy svoj závod na výrobu výbušnín, ktorých sa spotrebuje veľké množstvo. Relatívna lacnosť dusičnanu amónneho umožňuje jeho použitie na hromadnú výrobu rôznych priemyselných výbušnín.

A tu si môžeme všimnúť úžasnú šírku tvorby výbušných systémov dusičnanom amónnym. Zmiešaním dusičnanov s doslova akoukoľvek horľavou látkou môžete získať výbušný systém. Zmesi dusičnanov s obyčajným hliníkovým práškom tvoria amonáky, ktoré sa preto nazývajú dusičnan AMÓNNY – ALUMINIUM. 80% hmotnosti amoniaku je dusičnan amónny. Amonáky sú veľmi účinné, sú dobré na odstreľovanie kameňov, niektoré druhy sa nazývajú skalné amonáky.

Masívny výbuch počas ťažby / © Flickr.com.

Ak impregnujete dusičnany motorovou naftou, získate ďalšiu triedu priemyselných trhavín - igdanity, pomenované podľa Baníckeho ústavu, Baníckeho ústavu Akadémie vied ZSSR. Saltpeter je schopný vytvárať výbušné zmesi, keď je impregnovaný prakticky akoukoľvek horľavou kvapalinou, od rastlinného oleja až po vykurovací olej. Iné triedy výbušnín na báze dusičnanov používajú prísady rôznych výbušnín: napríklad amonity (nie sú to len fosílne hlavonožce) obsahujú TNT alebo RDX. Vo svojej čistej forme je dusičnan amónny tiež výbušný a môže explodovať. Jeho detonácia sa však líši od detonácie priemyselných alebo vojenských výbušnín. Čo presne? V krátkosti si pripomeňme, čo je detonácia a ako sa líši od bežného spaľovania.

Čo je detonácia

Aby sa spaľovacie reakcie v horľavých látkach začali, musia sa atómy paliva a okysličovadla uvoľniť a priblížiť k sebe, kým sa medzi nimi nevytvoria chemické väzby. Uvoľniť ich z molekúl, v ktorých sú obsiahnuté, znamená zničiť tieto molekuly: to znamená zahriatie molekúl na teplotu ich rozkladu. A rovnaké zahrievanie spája atómy paliva a okysličovadla k vytvoreniu chemickej väzby medzi nimi - k chemickej reakcii.

Pri normálnom spaľovaní - nazývanom deflagrácia - sa reaktanty zahrievajú normálnym prenosom tepla z čela plameňa. Plameň ohrieva vrstvy horľavej látky a pod vplyvom tohto ohrevu sa látky rozkladajú ešte pred spustením chemických spaľovacích reakcií. Mechanizmus detonácie je iný. V ňom sa látka zahrieva pred začiatkom chemických reakcií v dôsledku mechanického stlačenia vysokého stupňa - ako viete, pri silnom stlačení sa látka zahrieva.

Takáto kompresia dáva rázovú vlnu prechádzajúcu cez detonujúci kus výbušniny (alebo jednoducho objem, ak exploduje kvapalina, zmes plynov alebo viacfázový systém: napríklad suspenzia uhlia vo vzduchu). Rázová vlna látku stláča a ohrieva, vyvoláva v nej chemické reakcie s uvoľnením veľkého množstva tepla a sama je napájaná touto reakčnou energiou uvoľnenou priamo do nej.

A tu je veľmi dôležitá detonačná rýchlosť – teda rýchlosť prechodu rázovej vlny látkou. Čím je väčšia, tým silnejšia je výbušnina, výbušná akcia. Pre priemyselné a vojenské výbušniny je detonačná rýchlosť niekoľko kilometrov za sekundu – od približne 5 km/s pre amonity a amonity a 6-7 km/s pre TNT do 8 km/s pre RDX a 9 km/s pre HMX. Čím rýchlejšia je detonácia, tým vyššia je hustota energie v rázovej vlne, tým silnejší je jej deštruktívny účinok, keď opustí hranice výbušniny.

Ak rázová vlna presiahne rýchlosť zvuku v materiáli, rozdrví ho na kusy - nazýva sa to trhací účinok. Práve ona rozbíja telo granátu, projektilu a bomby na úlomky, drví skaly okolo vrtu alebo vrtu naplneného výbušninami.

So vzdialenosťou od kusu výbušniny sa sila a rýchlosť rázovej vlny zmenšuje a od určitej krátkej vzdialenosti už nedokáže rozdrviť okolitú látku, ale môže na ňu pôsobiť svojim tlakom, tlačiť, krčiť, rozptyľovať, hádzať, hodiť. Takéto stláčanie, drvenie a hádzanie sa nazýva vysokovýbušné.

Vlastnosti detonácie dusičnanov

Priemyselný dusičnan amónny bez akýchkoľvek prísad, ktoré tvoria výbušniny, ako sme uviedli vyššie, môže tiež vybuchnúť. Jeho detonačná rýchlosť, na rozdiel od priemyselných výbušnín, je relatívne nízka: asi 1,5-2,5 km / s. Rozpätie detonačnej rýchlosti závisí od mnohých faktorov: v akej forme granúl je ledok, ako pevne sú stlačené, aká je aktuálna vlhkosť ledku a mnoho ďalších.

Preto ľadok nevytvára tryskanie - nedrví okolité materiály. Ale vysoko výbušný účinok detonácie dusičnanov je celkom hmatateľný. A sila konkrétnej detonácie závisí od jej množstva. Pri veľkých výbušných masách môže vysoko výbušný účinok výbuchu dosiahnuť deštruktívnosť akejkoľvek úrovne.

Následky výbuchu v Bejrúte / © "Lenta.ru"

Keď už hovoríme o detonácii, všimneme si ešte jeden dôležitý bod - ako to začína. Vskutku, aby rázová vlna kompresie prešla cez výbušninu, musí byť nejako spustená, niečím vytvorená. Jednoduché zapálenie kúska výbušniny neposkytuje mechanické stlačenie potrebné na spustenie detonácie.

Takže na malých kúskoch TNT zapálených zápalkou je celkom možné uvariť čaj v hrnčeku - horia charakteristickým syčaním, niekedy dymia, ale horia ticho a bez výbuchu. (Popis nie je odporúčaním na prípravu čaju! Stále je nebezpečné, ak sú kúsky veľké alebo kontaminované.) Na spustenie detonácie potrebujete rozbušku - malé zariadenie so špeciálnou výbušnou náplňou vloženou do hlavného telesa výbušniny. Výbuch rozbušky, tesne zasunutej do hlavnej nálože, spustí rázovú vlnu a detonáciu v nej.

Čo mohlo spôsobiť detonáciu

Môže detonácia nastať spontánne? Možno: bežné spaľovanie sa pri zrýchlení môže zmeniť na detonáciu so zvyšovaním intenzity tohto spaľovania. Ak zapálite zmes kyslíka s vodíkom – výbušný plyn – začne ticho horieť, no pri zrýchlení čela plameňa sa horenie zmení na detonáciu.

Spaľovanie viacfázových plynových systémov, ako sú všetky druhy suspenzií a aerosólov, ktoré sa používajú v munícii na objemový výbuch, rýchlo prechádza do detonácie. Spaľovanie hnacej látky sa môže zmeniť aj na detonáciu, ak tlak v motore začne rýchlo stúpať, a to spôsobom, ktorý nie je navrhnutý. Zvýšenie tlaku, zrýchlenie horenia - to sú predpoklady prechodu z bežného horenia na detonáciu.

Katalyzátory spaľovania môžu byť tiež rôzne prísady, kontaminanty, nečistoty - presnejšie oni alebo ich zložky, ktoré prispejú k lokálnemu prechodu k detonácii. Oxidovaná, hrdzavá munícia s väčšou pravdepodobnosťou vybuchne, ak výbušnina susedí so zoxidovanou časťou trupu. V iniciácii detonácie je veľa odtieňov a bodov, ktoré vynecháme, takže sa vráťme k otázke: ako by mohol vybuchnúť ľadok v sklade?

A tu je zrejmé, že pyrotechnika by dokonale zvládla úlohu rozbušky. Nie, len syčiaca raketa s práškom sotva spôsobila detonáciu ľadku svojou silou dymu s iskrami. Video však zachytáva početné masívne ohniská šumiace v dyme ohňa pred výbuchom ledku. Ide o malé výbuchy rozptylu pyrotechnických komponentov zábavnej pyrotechniky. Slúžili ako zjavný detonačný štart. Nie, neboli to priemyselné rozbušky.

Ale v podmienkach požiaru, ohrievania veľkých plôch ľadku plameňom a masívnosti tisícov prebiehajúcich pyrotechnických operácií boli tieto pyrotechnické rakety pravdepodobne zavedené do rozpáleného povrchu ľadku s ďalšími výbuchmi horúceho ledku. V určitom okamihu pri takomto náraze došlo k jeho detonácii - a rozšírila sa na celý rad uskladnených liadkov.

Bez podrobných informácií a štúdia miesta výbuchu je ťažké podrobne analyzovať ďalšie udalosti. Nie je známe, nakoľko bolo odpálených všetkých 2750 ton. Detonácia nie je nejaký absolútny začiatok, ktorý sa vždy stane tak, ako je napísaný na papieri. Stáva sa, že brikety TNT naskladané spolu nevybuchnú všetky: niektoré z nich sa jednoducho rozptýlia do strán, ak sa neprijmú spoľahlivé opatrenia na prenos detonácie medzi nimi.

Po mohutných explóziách hornín, kedy sa vyhodia do vzduchu stovky a tisíce studní naplnených trhavinou (možno ich vybaviť trhavinou na celý mesiac), po usadení oblaku prachu vždy najskôr vstúpia do zóny výbuchu len špecialisti a prezerajú, čo vybuchlo. a čo nevybuchlo. Zbierajú aj nevybuchnuté výbušniny. Tak je to aj s ľadkom v sklade v prístave Bejrút: úplnosť detonácie výbuchu celej masy dusičnanov je ťažké určiť, ale je jasné, že bola dosť veľká.

Charakteristiky výbuchu v Bejrúte

Samotný obraz výbuchu dobre zodpovedá výbuchu dusičnanu. Veľký stĺp červenohnedého dymu po výbuchu je typickou farbou oblaku s červenými oxidmi dusíka, ktoré sa vo veľkom množstve uvoľňujú pri rozklade dusičnanov pri výbuchu. Vzhľadom na nízku detonačnú rýchlosť dusičnanov nedošlo k žiadnemu masívnemu rozdrveniu.

Preto sa na mieste výbuchu nevytvoril veľký kráter: materiály mól a betónový kryt skladov neboli podrobne opísané, preto neboli vyhodené. Vďaka tomu nedošlo k bombardovaniu mesta kusmi letiacimi z oblasti výbuchu a vysoký sultán letiacich kusov a úlomkov vytvorených výbuchom sa nevzniesol nad miesto výbuchu.

Stĺpec dymu, zafarbený emisiami oxidov dusíka pri rozklade dusičnanu amónneho / © dnpr.com.ua.

Zároveň hojné uvoľňovanie plynných produktov spaľovania - vodnej pary, oxidov dusíka - dávalo obrazu výbuchu črty objemového výbuchu. Okrem rýchlo prechádzajúcej rázovej vlny, dostatočne silnej a viditeľnej ako rýchla hmlistá stena, záber ukazuje približujúcu sa stenu expandujúcich výbuchových plynov zmiešaných s prachom a vznášajúcich sa z povrchu zeme pri rýchlom priblížení. To je typické pre výbuchy veľkých objemov s nízkou detonačnou rýchlosťou.

Charakter poškodenia budov s vysokou pravdepodobnosťou ukáže, že boli ovplyvnené nielen samotnou rázovou vlnou - mohutnou, ale krátkodobou - ale aj dlhším pôsobením expandujúceho prúdu plynu a vzduchu rozptýleného z priestoru výbuchu.

Výbuchy dusičnanov do Bejrútu

Výbuchy hnojív na báze solí kyseliny dusičnej sa vyskytli už skôr, sú známe, takýchto prípadov je v histórii veľa. A tak 1. septembra 2001 v Toulouse v závode na výrobu hnojív spoločnosti Grande Paroisse vybuchol hangár, v ktorom bolo odpálených 300 ton dusičnanu amónneho. Zomrelo asi 30 ľudí, tisíce utrpeli zranenia. Mnoho budov v Toulouse bolo poškodených.

Ešte predtým, 16. apríla 1947, došlo na palube lode „Grancan“v prístave Texas City v USA k výbuchu 2 100 ton dusičnanu amónneho. Predchádzal tomu požiar na lodi – podobná situácia a sled udalostí. Explózia spôsobila požiare a výbuchy na lodiach a v neďalekých skladoch ropy. Zahynulo okolo 600 ľudí, stovky nezvestných, vyše päťtisíc bolo zranených.

21. septembra 1921 vybuchlo v chemickom závode BASF pri meste Oppau v Bavorsku 12 tisíc ton zmesi síranu amónneho a dusičnanu amónneho. Výbuch takejto sily vytvoril obrovský kráter, dve najbližšie dediny boli vymazané z povrchu zeme a mesto Oppau bolo zničené.

Katastrofálne výbuchy dusičnanu amónneho s veľkou deštrukciou a početnými obeťami nastali v roku 2004 v severokórejskom meste Ryongcheon; v roku 2013 v meste West v Texase, USA; v roku 2015 v prístavnom meste Tianjin v Číne. A zoznam pokračuje.

Žiaľ, dusičnan amónny so všetkými obrovskými výhodami, ktoré človeku prináša, zostáva nebezpečným predmetom, ktorý si vyžaduje dodržiavanie množstva bezpečnostných požiadaviek pri manipulácii. A neopatrnosť či nedbalosť môžu spôsobiť nové tragédie, ktorých predchádzanie si vyžaduje jednak sprísnenie pravidiel nakladania s dusičnanmi, ako aj zvýšenie zodpovednosti za ich dodržiavanie a implementáciu.