Videnskabeligt syn: Træk af eksplosionen i Beirut

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-16 16:01

Den tragiske nyhed om en enorm eksplosion i Beirut, som tog de første linjer af nyhedsressourcer, rejser naturlige spørgsmål: hvordan kunne dette være sket, hvad eksploderede der, på grund af hvilke faktorer er sådanne hændelser mulige? For at finde ud af det, lad os se nærmere på egenskaberne ved ammoniumnitrat og de farer, der er forbundet med det.

Hvad skete der i Beirut

Kort sagt ser situationen sådan ud: For seks år siden anløb skibet Rhosus havnen i Beirut for en uforudset reparation. Det tilhørte selskabet af Igor Grechushkin, en indfødt i Khabarovsk. Havnemyndighederne frigav ikke skibet på grund af mangler i sikkerhedssystemer og lastdokumenter. Efterhånden forlod holdet Rhosus, og dets last, som bestod af 2.750 tons ammoniumnitrat, blev overført til et lager i havnen, hvor det blev opbevaret i de næste seks år. Opbevaringsforholdene viste sig at være utilstrækkeligt pålidelige, derfor blev der for at begrænse adgangen til denne last udført svejsearbejder på lageret, på grund af den forkerte tilrettelæggelse af sikkerheden, som pyroteknik opbevaret i det samme lager efterfølgende antændtes.

En brand startede, understøttet af forbrænding og fyrværkeri. Efter nogen tid detonerede det oplagrede ammoniumnitrat. Chokbølgen fra denne eksplosion påførte en stor skadelig virkning på de omkringliggende områder af Beirut: I dag er der mere end 130 mennesker døde, og deres antal fortsætter med at vokse, efterhånden som flere og flere lig bliver opdaget, mens murbrokkerne af bygninger og strukturer demonteres. Mere end fem tusinde mennesker blev såret.

Fotografier fra rummet taget af Kanopus-V-satellitten. Billedet ovenfor er dateret 4. november 2019, og billedet nedenfor er dagen efter eksplosionen. / © Roskosmos.ru

Et stort antal huse blev beskadiget i varierende grad, ødelæggelsen påvirkede halvdelen af bygningerne i Beirut, omkring 300 tusinde indbyggere blev efterladt hjemløse. Ifølge guvernøren i den libanesiske hovedstad, Marwan Abboud, er skaderne fra eksplosionen anslået til mellem tre og fem milliarder dollars. Billeder fra rummet af havnen i Beirut, taget før og efter tragedien, viser et område med kontinuerlig ødelæggelse omkring hele havneområdet. Tre dages sorg er blevet erklæret i Libanon.

Hvad er ammoniumnitrat

Ammoniumnitrat, eller ammoniumnitrat, er et ammoniumsalt af salpetersyre, har den kemiske formel NH₄NO₃ og består af tre kemiske grundstoffer - nitrogen, brint og oxygen. Det høje nitrogenindhold (ca. en tredjedel efter vægt) i en form, der let kan assimileres af planter, gør det muligt i vid udstrækning at anvende ammoniumnitrat som en effektiv kvælstofgødning i landbruget.

Som sådan bruges ammoniumnitrat både i ren form og som en del af andre komplekse gødninger. Hovedparten af den salpeter, der produceres i verden, bruges netop i denne egenskab. Fysisk er ammoniumnitrat et hvidt krystallinsk stof i industriel form i form af granulat af forskellige størrelser.

Det er hygroskopisk, det vil sige, at det absorberer fugt godt fra atmosfæren; under opbevaring har en tendens til sammenklumpning, dannelsen af store tætte masser. Derfor opbevares og transporteres det ikke i form af en fast bulkmasse, men i tætte og holdbare poser, der ikke tillader dannelsen af store kagede masser, som er svære at løsne.

Sprængningsoperationer i åbne miner med ammoniumnitrat som en del af industrielle sprængstoffer / ©Flickr.com.

Ammoniumnitrat er et stærkt oxidationsmiddel. De tre oxygenatomer, der udgør dets molekyle, udgør 60 procent af massen. Med andre ord er ammoniumnitrat mere end halvdelen ilt, som let frigives fra dets molekyle, når det opvarmes. Termisk nedbrydning af nitrat sker i to hovedformer: ved temperaturer under 200 grader nedbrydes det til nitrogenoxid og vand, og ved temperaturer på omkring 350 grader og derover dannes frit nitrogen og frit ilt samtidigt med vand. Dette adskiller ammoniumnitrat i kategorien stærke oxidanter og forudbestemte dets anvendelse til fremstilling af forskellige sprængstoffer, som kræver et oxidationsmiddel.

Ammoniumnitrat - en komponent i industrielle sprængstoffer

Ammoniumnitrat indgår i mange typer industrielle sprængstoffer og er meget udbredt heri, primært i mineindustrien. Mennesket har endnu ikke opfundet noget mere effektivt end en eksplosion for at ødelægge sten. Derfor er næsten ethvert arbejde med dem baseret på en eksplosion: fra minedrift i miner til åbne udskæringer og stenbrud.

Mineindustrien forbruger en enorm mængde sprængstoffer, og enhver minevirksomhed eller kulmine har altid sit eget anlæg til fremstilling af sprængstoffer, som forbruges i store mængder. Den relative billighed af ammoniumnitrat gør det muligt at bruge det til masseproduktion af forskellige industrielle sprængstoffer.

Og her kan vi bemærke den fantastiske bredde af dannelsen af eksplosive systemer af ammoniumnitrat. Ved at blande nitrat med bogstaveligt talt ethvert brændbart stof, kan du få et eksplosivt system. Blandinger af nitrat med almindeligt aluminiumspulver danner ammonaler, som derfor kaldes AMMONIUMnitrat - ALUMINIUM. 80 % af massen af ammonal er ammoniumnitrat. Ammonaler er meget effektive, de er gode til at sprænge sten, visse varianter kaldes stenammonaler.

Massiv eksplosion under minedrift / © Flickr.com.

Hvis du imprægnerer nitrat med dieselbrændstof, får du en anden klasse af industrielle sprængstoffer - igdanitter, opkaldt efter Institute of Mining, Institute of Mining of the Academy of Sciences of the USSR. Salpeter er i stand til at danne eksplosive blandinger, når det er imprægneret med praktisk talt enhver brændbar væske, fra vegetabilsk olie til brændselsolie. Andre klasser af nitratbaserede sprængstoffer bruger tilsætningsstoffer af forskellige sprængstoffer: for eksempel indeholder ammonitter (disse er ikke kun fossile blæksprutter) TNT eller RDX. I sin rene form er ammoniumnitrat også eksplosivt og kan detonere. Men dens detonation er forskellig fra detonation af industrielle eller militære sprængstoffer. Hvad præcist? Lad os kort huske, hvad detonation er, og hvordan den adskiller sig fra almindelig forbrænding.

Hvad er detonation

For at forbrændingsreaktioner kan begynde i brændbare stoffer, skal atomerne i brændstoffet og oxidationsmidlet frigøres og bringes tættere sammen, indtil der dannes kemiske bindinger mellem dem. At frigøre dem fra molekylerne, hvori de er indeholdt, betyder at ødelægge disse molekyler: dette opvarmer molekylerne til temperaturen for deres nedbrydning. Og den samme opvarmning samler brændstoffets atomer og oxidationsmidlet til dannelsen af en kemisk binding mellem dem - til en kemisk reaktion.

Ved normal forbrænding - kaldet deflagration - opvarmes reaktanterne ved normal varmeoverførsel fra flammefronten. Flammen opvarmer lagene af det brændbare stof, og under påvirkning af denne opvarmning nedbrydes stofferne før starten af kemiske forbrændingsreaktioner. Detonationsmekanismen er anderledes. Heri opvarmes stoffet før starten af kemiske reaktioner på grund af mekanisk kompression af høj grad - som du ved, under kraftig kompression opvarmes et stof.

En sådan kompression giver en chokbølge, der passerer gennem det detonerende stykke sprængstof (eller blot volumenet, hvis en væske, gasblanding eller flerfasesystem detonerer: for eksempel en suspension af kul i luft). Chokbølgen komprimerer og opvarmer stoffet, forårsager kemiske reaktioner i det med frigivelse af en stor mængde varme og fødes selv af denne reaktionsenergi, der frigives direkte ind i det.

Og her er detonationshastigheden meget vigtig – altså hastigheden af stødbølgen, der passerer gennem stoffet. Jo større det er, jo stærkere er det eksplosive, den eksplosive handling. For industrielle og militære sprængstoffer er detonationshastigheden flere kilometer i sekundet - fra omkring 5 km/sek. for ammonaler og ammonitter og 6-7 km/sek. for TNT til 8 km/sek. for RDX og 9 km/sek. for HMX. Jo hurtigere detonationen er, jo højere energitæthed er i stødbølgen, jo stærkere er dens ødelæggende effekt, når den forlader grænserne for sprængstoffet.

Hvis chokbølgen overstiger lydens hastighed i materialet, knuser den det i stykker - det kaldes sprængning. Det er det, der brækker liget af en granat, et projektil og en bombe i fragmenter, knuser sten omkring et borehul eller et borehul fyldt med sprængstoffer.

Med afstand fra et stykke sprængstof falder chokbølgens kraft og hastighed, og fra en vis kort afstand kan den ikke længere knuse det omgivende stof, men kan virke på det med sit tryk, skubbe, krølle, sprede, kaste, kaste. Sådanne presse-, knusnings- og kastehandlinger kaldes højeksplosive.

Funktioner ved detonation af nitrat

Industrielt ammoniumnitrat uden nogen tilsætningsstoffer, der danner sprængstoffer, som vi bemærkede ovenfor, kan også detonere. Dens detonationshastighed, i modsætning til industrielle sprængstoffer, er relativt lav: omkring 1,5-2,5 km/sek. Spredningen af detonationshastigheden afhænger af mange faktorer: i form af hvilke granuler salpeteren er, hvor tæt de er komprimeret, hvad er det aktuelle fugtindhold i salpeteren og mange andre.

Salpeter danner derfor ikke en sprængning - den knuser ikke omgivende materialer. Men den højeksplosive effekt af detonationen af nitrat producerer ganske håndgribelig. Og styrken af en bestemt detonation afhænger af dens mængde. Med store eksplosive masser kan eksplosionens højeksplosive effekt nå destruktivitet på ethvert niveau.

Eftervirkninger af eksplosionen i Beirut / © "Lenta.ru"

Når vi taler om detonation, bemærker vi endnu et vigtigt punkt - hvordan det starter. Faktisk, for at en chokbølge af kompression kan gå gennem eksplosivet, skal den på en eller anden måde lanceres, skabt med noget. Blot at antænde et stykke sprængstof giver ikke den mekaniske kompression, der kræves for at starte detonation.

Så på små stykker af TNT, der er sat i brand med en tændstik, er det meget muligt at koge te i et krus - de brænder med en karakteristisk hvæs, nogle gange ryger, men brænder stille og roligt og uden en eksplosion. (Beskrivelsen er ikke en anbefaling til at lave te! Det er stadig farligt, hvis stykkerne er store eller forurenede.) For at udløse detonationen skal du bruge en detonator - en lille enhed med en speciel sprængladning indsat i hoveddelen af sprængstoffer. Eksplosionen af en detonator, der er tæt indsat i hovedladningen, udløser en chokbølge og detonation i den.

Hvad kunne have forårsaget detonationen

Kan detonation opstå spontant? Måske: almindelig forbrænding er i stand til at blive til detonation, når den accelereres, med en stigning i intensiteten af denne forbrænding. Hvis du antænder en blanding af ilt med brint - en eksplosiv gas - vil den begynde at brænde stille og roligt, men efterhånden som flammefronten accelererer, vil forbrændingen blive til detonation.

Forbrænding af flerfasede gassystemer, såsom alle mulige suspensioner og aerosoler, der bruges i ammunition til en volumetrisk eksplosion, bliver hurtigt til detonation. Forbrænding af drivmiddel kan også blive til detonation, hvis trykket i motoren begynder at stige hurtigt, på en off-design måde. En stigning i tryk, acceleration af forbrænding - det er forudsætningerne for overgangen fra almindelig forbrænding til detonation.

Forbrændingskatalysatorer kan også være forskellige tilsætningsstoffer, forurenende stoffer, urenheder - mere præcist de eller deres komponenter, som vil bidrage til den lokale overgang til detonation. Oxideret, rusten ammunition er mere tilbøjelig til at detonere, hvis sprængstoffet støder op til den oxiderede del af skroget. Der er mange nuancer og punkter i igangsættelsen af detonation, som vi vil udelade, så lad os vende tilbage til spørgsmålet: hvordan kunne salpeteren detonere i lageret?

Og her er det indlysende, at pyroteknik perfekt kunne spille rollen som en detonator. Nej, bare en susende pulverketcher forårsagede næppe detonationen af salpeter med dens røgstyrke med gnister. Men videoen fanger adskillige massive udbrud, der funkler i røgen fra ilden før salpetereksplosionen. Disse er små eksplosioner af en spredning af fyrværkeri pyrotekniske komponenter. De fungerede som en åbenlys detonerende start. Nej, de var ikke industrielle detonatorer.

Men under brandforhold, opvarmning af store overflader af salpeter med en flamme og massivheden af tusindvis af pyrotekniske operationer, der fandt sted, blev disse pyrotekniske raketter sandsynligvis indført i den opvarmede overflade af salpeter med yderligere eksplosioner i varm salpeter. På et tidspunkt opstod dens detonation under et sådant påvirkning - og spredte sig til hele rækken af lagret salpeter.

Det er vanskeligt at analysere yderligere begivenheder i detaljer uden detaljerede oplysninger og undersøgelse af eksplosionsstedet. Det vides ikke, hvor fuldt ud alle 2750 tons blev detoneret. Detonation er ikke en absolut begyndelse, der altid sker, som den er skrevet på papir. Det sker, at TNT-briketterne stablet sammen detonerer ikke alle: nogle af dem spredes simpelthen til siderne, hvis der ikke træffes pålidelige foranstaltninger for at overføre detonationen mellem dem.

Efter massive eksplosioner af sten, når hundreder og tusinder af brønde fyldt med sprængstoffer sprænges (de kan udstyres med sprængstof i en hel måned), efter at en sky af støv har lagt sig, er det kun specialister, der først altid går ind i eksplosionszonen og inspicerer, hvad der eksploderede og hvad der ikke eksploderede. De indsamler også ueksploderede sprængstoffer. Sådan er det med salpeter i et lager i Beiruts havn: fuldstændigheden af detonationen af eksplosionen af hele nitratmassen er svær at bestemme, men det er klart, at den var ret stor.

Træk af eksplosionen i Beirut

Selve billedet af eksplosionen svarer godt til detonationen af nitrat. En stor søjle af rødbrun røg efter eksplosionen er en typisk farve på skyen med røde nitrogenoxider, som frigives i store mængder under nedbrydningen af nitrat i eksplosionen. På grund af nitrats lave detonationshastighed skete der ingen massiv knusning.

Derfor blev der ikke dannet et stort krater på eksplosionsstedet: materialerne i molerne og betonbunddækket på lagrene var ikke detaljerede, derfor blev de ikke smidt væk. På grund af dette var der ingen bombardement af byen med stykker, der fløj fra eksplosionsområdet, og den høje sultan af flyvende stykker og fragmenter dannet af eksplosionen steg ikke over eksplosionsstedet.

En røgsøjle, farvet af emissioner af nitrogenoxider under nedbrydning af ammoniumnitrat / © dnpr.com.ua.

Samtidig gav den rigelige frigivelse af gasformige forbrændingsprodukter - vanddamp, nitrogenoxider - billedet af eksplosionen træk ved en volumetrisk eksplosion. Udover en hurtigt forbipasserende chokbølge, kraftig nok og synlig som en hurtigt tåget væg, viser skyderiet en nærgående væg af ekspanderende eksplosionsgasser, blandet med støv og bølger op fra jordens overflade ved en hurtig tilgang. Dette er typisk for eksplosioner af store volumener med lav detonationshastighed.

Karakteren af skaderne på bygninger med stor sandsynlighed vil vise, at de ikke kun blev påvirket af selve chokbølgen - kraftig, men kortvarig - men også en længere eksponering for den ekspanderende gas-luftstrøm spredt fra eksplosionsområdet.

Nitrateksplosioner til Beirut

Eksplosioner af gødning baseret på salpetersyresalte har fundet sted før, de er velkendte, der er mange sådanne tilfælde i historien. Så den 1. september 2001 eksploderede en hangar i Toulouse på gødningsfabrikken i Grande Paroisse-firmaet, hvor 300 tons ammoniumnitrat blev detoneret. Omkring 30 mennesker døde, tusinder blev såret. Mange bygninger i Toulouse blev beskadiget.

Tidligere, den 16. april 1947, var der en eksplosion på 2.100 tons ammoniumnitrat ombord på skibet "Grancan" i havnen i Texas City, USA. Det var forudgået af en brand på skibet - en lignende situation og hændelsesforløb. Eksplosionen forårsagede brande og eksplosioner på skibe og olielagre i nærheden. Omkring 600 mennesker blev dræbt, hundredvis var savnet, mere end fem tusinde blev såret.

Den 21. september 1921 eksploderede 12 tusinde tons af en blanding af ammoniumsulfat og ammoniumnitrat på BASF kemiske fabrik nær byen Oppau i Bayern. En eksplosion af en sådan kraft dannede et enormt krater, to nærmeste landsbyer blev udslettet fra jordens overflade, og byen Oppau blev ødelagt.

Katastrofale eksplosioner af ammoniumnitrat med store ødelæggelser og talrige ofre fandt sted i 2004 i den nordkoreanske by Ryongcheon; i 2013 i byen West i Texas, USA; i 2015 i havnebyen Tianjin i Kina. Og listen fortsætter.

Desværre forbliver ammoniumnitrat, med alle de enorme fordele, det giver en person, et farligt objekt, der kræver overholdelse af en række sikkerhedskrav ved håndtering. Og skødesløshed eller uagtsomhed kan forårsage nye tragedier, hvis forebyggelse kræver både skærpelse af reglerne for håndtering af nitrat og øget ansvar for deres overholdelse og implementering.