Vedere științifică: Caracteristici ale exploziei de la Beirut

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-16 16:15

Vestea tragică a unei uriașe explozii la Beirut, care a luat primele rânduri ale resurselor de știri, ridică întrebări firești: cum s-ar fi putut întâmpla asta, ce a explodat acolo, din ce cauză sunt posibile astfel de incidente? Pentru a ne da seama, haideți să aruncăm o privire mai atentă asupra proprietăților nitratului de amoniu și a pericolelor asociate cu acesta.

Ce s-a întâmplat în Beirut

Pe scurt, situația arată așa: în urmă cu șase ani, nava Rhosus a intrat în portul maritim Beirut pentru o reparație neprogramată. A aparținut companiei lui Igor Grechushkin, originar din Khabarovsk. Autoritățile portuare nu au eliberat nava din cauza deficiențelor sistemelor de securitate și ale documentelor de marfă. Treptat, echipa a părăsit Rhosus, iar marfa acestuia, care consta din 2.750 de tone de azotat de amoniu, a fost transferată într-un depozit din port, unde a fost depozitată în următorii șase ani. Condițiile de depozitare s-au dovedit a fi insuficient de fiabile, prin urmare, pentru a restricționa accesul la această marfă, la depozit s-au efectuat lucrări de sudare, din cauza organizării necorespunzătoare a siguranței, pirotehnica depozitată în același depozit s-a aprins ulterior.

A început un incendiu, susținut de ardere și artificii. După ceva timp, nitratul de amoniu stocat a detonat. Unda de șoc de la această explozie a provocat un mare efect dăunător zonelor înconjurătoare ale Beirutului: astăzi sunt peste 130 de oameni morți, iar numărul acestora continuă să crească pe măsură ce sunt descoperite tot mai multe cadavre în timp ce se demontează molozul clădirilor și structurilor. Peste cinci mii de persoane au fost rănite.

Fotografii din spațiu făcute de satelitul Kanopus-V. Fotografia de mai sus este datată 4 noiembrie 2019, iar fotografia de mai jos este a doua zi după explozie. / © Roskosmos.ru

Un număr mare de case au fost avariate în diferite grade, distrugerea a afectat jumătate din clădirile din Beirut, aproximativ 300 de mii de locuitori au rămas fără adăpost. Potrivit guvernatorului capitalei libaneze, Marwan Abboud, pagubele cauzate de explozie sunt estimate între trei și cinci miliarde de dolari. Imaginile din spațiu ale portului Beirut, făcute înainte și după tragedie, arată o zonă de distrugere continuă în jurul întregii zone portuare. Trei zile de doliu au fost declarate în Liban.

Ce este nitratul de amoniu

Azotatul de amoniu, sau nitratul de amoniu, este o sare de amoniu a acidului azotic, are formula chimică NH₄NO₃ și este format din trei elemente chimice - azot, hidrogen și oxigen. Conținutul ridicat de azot (aproximativ o treime din greutate) într-o formă ușor asimilabilă de către plante face posibilă utilizarea pe scară largă a azotatului de amoniu ca îngrășământ eficient cu azot în agricultură.

Ca atare, azotatul de amoniu este utilizat atât sub formă pură, cât și ca parte a altor îngrășăminte complexe. Cea mai mare parte a salitrului produs în lume este folosită tocmai în această calitate. Din punct de vedere fizic, azotatul de amoniu este o substanță cristalină albă, sub formă industrială sub formă de granule de diferite dimensiuni.

Este higroscopic, adică absoarbe bine umezeala din atmosferă; în timpul depozitării are tendința de aglomerare, formarea de mase mari dense. Prin urmare, este depozitat și transportat nu sub forma unei mase solide în vrac, ci în saci denși și durabili, care nu permit formarea de mase mari aglomerate care sunt greu de slăbit.

Operațiuni de sablare în minele cu cariere deschise folosind azotat de amoniu ca parte a explozibililor industriali / ©Flickr.com.

Nitratul de amoniu este un agent oxidant puternic. Cei trei atomi de oxigen care alcătuiesc molecula sa reprezintă 60% din masă. Cu alte cuvinte, azotatul de amoniu este mai mult de jumătate din oxigen, care este ușor eliberat din molecula sa atunci când este încălzit. Descompunerea termică a nitratului are loc în două forme principale: la temperaturi sub 200 de grade, se descompune în oxid de azot și apă, iar la temperaturi de aproximativ 350 de grade și peste, azotul liber și oxigenul liber se formează simultan cu apa. Acest lucru separă azotatul de amoniu în categoria oxidanților puternici și a predeterminat utilizarea sa în producția de diverși explozivi, care necesită un agent oxidant.

Nitrat de amoniu - o componentă a explozibililor industriali

Azotatul de amoniu este inclus în multe tipuri de explozivi industriali și este utilizat pe scară largă în aceasta, în principal în industria minieră. Omul nu a inventat încă nimic mai eficient decât o explozie pentru distrugerea pietrelor. Prin urmare, aproape orice lucru cu ei se bazează pe o explozie: de la minerit în mine până la tăieturi deschise și exploatare.

Industria minieră consumă o cantitate imensă de explozibili, iar fiecare întreprindere minieră sau mină de cărbune are întotdeauna propria ei fabrică pentru producția de explozibili, care sunt consumați în cantități mari. Ieftinitatea relativă a azotatului de amoniu face posibilă utilizarea acestuia pentru producția în masă a diverșilor explozivi industriali.

Și aici putem observa amploarea uimitoare a formării sistemelor explozive prin nitrat de amoniu. Amestecând nitratul cu orice substanță combustibilă, puteți obține un sistem exploziv. Amestecurile de nitrat cu pulbere obișnuită de aluminiu formează amoniali, care sunt, prin urmare, numiți nitrat de AMONIU - ALUMINIU. 80% din masa amoniului este azotat de amoniu. Amoniale sunt foarte eficiente, sunt buni la sablare cu roci, anumite soiuri sunt numite amonial de rocă.

Explozie masivă în timpul operațiunilor miniere / © Flickr.com.

Dacă impregnezi nitrați cu motorină, obțineți o altă clasă de explozivi industriali - igdaniți, denumite după Institutul de Mine, Institutul de Mine al Academiei de Științe a URSS. Salpetrul este capabil să formeze amestecuri explozive atunci când este impregnat cu aproape orice lichid inflamabil, de la ulei vegetal la păcură. Alte clase de explozivi pe bază de nitrați folosesc aditivi ai diferiților explozivi: de exemplu, amoniții (acestea nu sunt doar cefalopode fosile) conțin TNT sau RDX. În forma sa pură, azotatul de amoniu este, de asemenea, exploziv și poate detona. Dar detonarea sa este diferită de detonarea explozibililor industriali sau militari. Ce anume? Să ne amintim pe scurt ce este detonarea și cum diferă ea de arderea obișnuită.

Ce este detonația

Pentru ca reacțiile de ardere să înceapă în substanțele combustibile, atomii combustibilului și ai oxidantului trebuie eliberați și apropiați până când se formează legături chimice între ei. A le elibera din moleculele în care sunt conținute înseamnă a distruge aceste molecule: aceasta face încălzirea moleculelor la temperatura de descompunere a acestora. Și aceeași încălzire reunește atomii combustibilului și ai oxidantului la formarea unei legături chimice între ei - la o reacție chimică.

În arderea normală - numită deflagrație - reactanții sunt încălziți prin transferul normal de căldură de pe frontul de flăcări. Flacăra încălzește straturile substanței combustibile, iar sub influența acestei încălziri, substanțele se descompun înainte de începerea reacțiilor chimice de ardere. Mecanismul de detonare este diferit. În ea, substanța este încălzită înainte de începerea reacțiilor chimice din cauza comprimării mecanice de un grad ridicat - după cum știți, sub o comprimare puternică, o substanță se încălzește.

O astfel de compresie dă o undă de șoc care trece prin piesa detonantă a explozivului (sau pur și simplu volumul, dacă detonează un lichid, un amestec de gaz sau un sistem multifazic: de exemplu, o suspensie de cărbune în aer). Unda de șoc comprimă și încălzește substanța, provoacă reacții chimice în ea cu eliberarea unei cantități mari de căldură și este ea însăși alimentată de această energie de reacție eliberată direct în ea.

Și aici viteza de detonare este foarte importantă - adică viteza undei de șoc care trece prin substanță. Cu cât este mai mare, cu atât explozivul este mai puternic, acțiunea explozivă. Pentru explozivii industriali și militari, viteza de detonare este de câțiva kilometri pe secundă - de la aproximativ 5 km/sec pentru amoniți și amoniți și 6-7 km/sec pentru TNT la 8 km/sec pentru RDX și 9 km/sec pentru HMX. Cu cât detonația este mai rapidă, cu atât este mai mare densitatea de energie în unda de șoc, cu atât efectul său distructiv este mai puternic atunci când părăsește limitele piesei de exploziv.

Dacă unda de șoc depășește viteza sunetului în material, o zdrobește în bucăți - aceasta se numește acțiune de explozie. Acesta este cel care sparge corpul unei grenade, un proiectil și o bombă în fragmente, zdrobește pietre în jurul unui foraj sau al unui foraj umplut cu explozibili.

Odată cu distanța față de o bucată de explozibil, puterea și viteza undei de șoc scad, iar de la o anumită distanță scurtă nu mai poate zdrobi substanța din jur, ci poate acționa asupra ei cu presiunea ei, împinge, mototolește, împrăștie, aruncă, arunca. O astfel de acțiune de presare, zdrobire și aruncare se numește puternic explozivă.

Caracteristicile detonării nitratului

Azotatul de amoniu industrial fără aditivi care formează explozivi, așa cum am menționat mai sus, poate detona și el. Viteza sa de detonare, spre deosebire de explozivii industriali, este relativ scăzută: aproximativ 1,5-2,5 km/sec. Răspândirea vitezei de detonare depinde de mulți factori: în ce granule se află salitrul, cât de strâns sunt comprimate, care este conținutul actual de umiditate al salitrului și mulți alții.

Prin urmare, salitrul nu formează o acțiune de sablare - nu zdrobește materialele din jur. Dar efectul puternic exploziv al detonării nitratului produce destul de tangibil. Și puterea unei anumite detonații depinde de cantitatea acesteia. Cu mase explozive mari, efectul de mare explozie al exploziei poate atinge orice nivel de distructivitate.

Urmările exploziei de la Beirut / © "Lenta.ru"

Vorbind despre detonare, observăm încă un punct important - cum începe. Într-adevăr, pentru ca o undă de șoc de compresie să treacă prin exploziv, trebuie să fie lansată cumva, creată cu ceva. Simpla aprindere a unei bucăți de exploziv nu asigură compresia mecanică necesară pentru a iniția detonarea.

Deci, pe bucăți mici de TNT, incendiate cu un chibrit, este foarte posibil să fierbeți ceaiul într-o cană - ard cu un șuierat caracteristic, uneori fumează, dar ard în liniște și fără explozie. (Descrierea nu este o recomandare pentru prepararea ceaiului! Este totuși periculos dacă piesele sunt mari sau contaminate.) Pentru a declanșa detonarea, aveți nevoie de un detonator - un dispozitiv mic cu o încărcătură explozivă specială introdusă în corpul principal al explozivilor. Explozia unui detonator, strâns introdus în încărcătura principală, lansează o undă de șoc și detonație în ea.

Ce ar fi putut cauza detonarea

Poate detona să apară spontan? Poate: arderea obișnuită este capabilă să se transforme în detonare atunci când este accelerată, cu creșterea intensității acestei arderi. Dacă aprindeți un amestec de oxigen cu hidrogen - un gaz exploziv - acesta va începe să ardă liniștit, dar pe măsură ce frontul de flăcări se accelerează, arderea se va transforma în detonare.

Arderea sistemelor cu gaz multifazic, cum ar fi tot felul de suspensii și aerosoli, care sunt utilizate în muniție pentru o explozie volumetrică, se transformă rapid în detonare. Arderea propulsorului se poate transforma și în detonare dacă presiunea din motor începe să crească rapid, într-o manieră neconcepută. Creșterea presiunii, accelerarea arderii - acestea sunt condițiile prealabile pentru trecerea de la arderea obișnuită la detonare.

De asemenea, catalizatorii de ardere pot fi diverși aditivi, contaminanți, impurități - mai precis, ei sau componentele lor, care vor contribui la trecerea locală la detonare. Muniția oxidată, ruginită este mai probabil să detoneze dacă explozivul este adiacent secțiunii oxidate a carcasei. Există multe nuanțe și puncte în inițierea detonației pe care le vom omite, așa că să revenim la întrebarea: cum ar putea detona salitrul în depozit?

Și aici este evident că pirotehnica ar putea juca perfect rolul unui detonator. Nu, doar un șuierat de pulbere a provocat cu greu detonarea salitrului cu forța sa de fum cu scântei. Însă videoclipul surprinde numeroase focare masive care scânteie în fumul incendiului înainte de explozia salitrului. Acestea sunt mici explozii ale unor componente pirotehnice de artificii. Au servit ca un start detonant evident. Nu, nu erau detonatoare industriale.

Dar în condiții de incendiu, de încălzire a suprafețelor mari de salnitru cu o flacără și de masivitatea a mii de operațiuni pirotehnice care au loc, aceste rachete pirotehnice au fost probabil introduse pe suprafața încălzită a salitrului cu explozii ulterioare în salitrul fierbinte. La un moment dat, a avut loc detonarea sa sub un astfel de impact - și s-a răspândit la întreaga gamă de salitre stocate.

Este dificil de analizat în detaliu alte evenimente fără informații detaliate și studiul locului exploziei. Nu se știe cât de complet au fost detonate toate cele 2750 de tone. Detonația nu este un început absolut care se întâmplă întotdeauna așa cum este scris pe hârtie. Se întâmplă că brichetele TNT stivuite împreună nu detonează pe toate: unele dintre ele pur și simplu se împrăștie în lateral, dacă nu se iau măsuri fiabile pentru a transfera detonația între ele.

După exploziile masive de roci, când sute și mii de puțuri pline cu explozibili sunt aruncate în aer (pot fi echipate cu explozibili pentru o lună întreagă), după ce se instalează un nor de praf, doar specialiștii intră întotdeauna mai întâi în zona de explozie și inspectează ceea ce a explodat. si ce nu a explodat. Ei colectează și explozibili neexplodați. Așa este și cu salitrul într-un depozit din portul Beirut: caracterul complet al detonării exploziei întregii mase de nitrat este greu de determinat, dar este clar că a fost destul de mare.

Caracteristicile exploziei de la Beirut

Chiar imaginea exploziei corespunde bine cu detonarea nitratului. O coloană mare de fum brun-roșcat după explozie este o culoare tipică a norului cu oxizi de azot roșii, care sunt eliberați în cantități mari în timpul descompunerii nitratului în explozie. Datorită vitezei scăzute de detonare a nitratului, nu a avut loc nicio acțiune masivă de strivire.

Prin urmare, la locul exploziei nu s-a format un crater mare: materialele pilonilor și acoperirea solului din beton al depozitelor nu au fost detaliate, prin urmare nu au fost aruncate. Din această cauză, nu a existat niciun bombardament al orașului cu piese zburând din zona exploziei, iar înaltul sultan al bucăților și fragmentelor zburătoare formate prin explozie nu s-a ridicat deasupra locului exploziei.

O coloană de fum, colorată prin emisiile de oxizi de azot în timpul descompunerii azotatului de amoniu / © dnpr.com.ua.

În același timp, eliberarea abundentă de produse de combustie gazoasă - vapori de apă, oxizi de azot - a dat imaginii exploziei caracteristicile unei explozii volumetrice. Pe lângă o undă de șoc care trece rapid, suficient de puternică și vizibilă ca un zid de ceață rapidă, filmarea arată un zid care se apropie de gaze de explozie în expansiune, amestecate cu praf și care se ridică de la suprafața pământului la o apropiere rapidă. Acest lucru este tipic pentru explozii de volume mari cu o viteză mică de detonare.

Natura deteriorării clădirilor cu o mare probabilitate va arăta că acestea au fost afectate nu numai de unda de șoc în sine - puternică, dar pe termen scurt - ci și de o expunere mai lungă la fluxul de gaz-aer în expansiune împrăștiat din zona exploziei.

Explozii de nitrați în Beirut

Au mai avut loc explozii de îngrășăminte pe bază de săruri de acid azotic, sunt bine cunoscute, există o mulțime de astfel de cazuri în istorie. Așadar, la 1 septembrie 2001, la Toulouse, la uzina de îngrășăminte a companiei Grande Paroisse, a explodat un hangar, în care au detonat 300 de tone de azotat de amoniu. Aproximativ 30 de persoane au murit, mii au fost rănite. Multe clădiri din Toulouse au fost avariate.

Anterior, pe 16 aprilie 1947, a avut loc o explozie de 2.100 de tone de azotat de amoniu la bordul navei „Grancan” în portul Texas City, SUA. A fost precedat de un incendiu pe navă - o situație și o succesiune de evenimente similare. Explozia a provocat incendii și explozii pe nave și depozitele de petrol din apropiere. Aproximativ 600 de persoane au fost ucise, sute au fost date dispărute, peste cinci mii au fost rănite.

La 21 septembrie 1921, 12 mii de tone de amestec de sulfat de amoniu și azotat de amoniu au explodat la uzina chimică BASF de lângă orașul Oppau din Bavaria. O explozie a unei astfel de puteri a format un crater imens, două sate cele mai apropiate au fost șterse de pe fața pământului, iar orașul Oppau a fost distrus.

Explozii catastrofale de nitrat de amoniu cu mare distrugere și numeroase victime au avut loc în 2004 în orașul nord-coreean Ryongcheon; în 2013 în orașul West din Texas, SUA; în 2015 în orașul-port Tianjin din China. Și lista continuă.

Din păcate, azotatul de amoniu, cu toate avantajele uriașe pe care le aduce unei persoane, rămâne un obiect periculos care necesită respectarea unei serii de cerințe de siguranță în manipulare. Iar nepăsarea sau neglijența pot provoca noi tragedii, a căror prevenire necesită atât înăsprirea regulilor de manipulare a nitraților, cât și creșterea responsabilității pentru respectarea și implementarea acestora.