منظر علمي: ملامح الانفجار في بيروت

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

الأنباء المأساوية عن انفجار ضخم في بيروت ، استولت على الخطوط الأولى من مصادر الأخبار ، تثير تساؤلات طبيعية: كيف حدث هذا ، وماذا انفجر هناك ، بسبب ما هي العوامل التي تجعل مثل هذه الحوادث ممكنة؟ لمعرفة ذلك ، دعونا نلقي نظرة فاحصة على خصائص نترات الأمونيوم والمخاطر المرتبطة بها.

ما حدث في بيروت

باختصار ، يبدو الوضع كالتالي: قبل ست سنوات ، دخلت السفينة "روسوس" ميناء بيروت لإصلاحها بشكل مفاجئ. وهي مملوكة لشركة إيغور جريتشوشكين ، وهو مواطن من خاباروفسك. ولم تفرج سلطات الميناء عن السفينة لوجود خلل في أنظمة الأمن ووثائق الشحن. تدريجيًا ، غادر الفريق Rhosus ، وتم نقل حمولته ، التي تتكون من 2750 طنًا من نترات الأمونيوم ، إلى مستودع في الميناء ، حيث تم تخزينه على مدار السنوات الست المقبلة. تبين أن ظروف التخزين غير موثوقة بما فيه الكفاية ، لذلك ، من أجل تقييد الوصول إلى هذه الشحنة ، تم تنفيذ أعمال اللحام في المستودع ، بسبب التنظيم غير السليم للسلامة ، حيث اشتعلت الألعاب النارية المخزنة في نفس المستودع لاحقًا.

اندلع حريق مدعوم بالاحتراق والألعاب النارية. بعد مرور بعض الوقت ، انفجرت نترات الأمونيوم المخزنة. أحدثت موجة الصدمة من هذا الانفجار أثرًا مدمرًا كبيرًا على المناطق المحيطة ببيروت: اليوم هناك أكثر من 130 قتيلًا ، وعددهم في ازدياد مستمر مع اكتشاف المزيد والمزيد من الجثث أثناء تفكيك أنقاض المباني والمنشآت. أصيب أكثر من خمسة آلاف شخص.

صور من الفضاء التقطها القمر الصناعي Kanopus-V. الصورة أعلاه بتاريخ 4 نوفمبر / تشرين الثاني 2019 ، والصورة أدناه هي اليوم التالي للانفجار. / © Roskosmos.ru

وتضرر عدد كبير من المنازل بدرجات متفاوتة ، وطال الدمار نصف المباني في بيروت ، وشرد حوالي 300 ألف ساكن. وبحسب محافظ العاصمة اللبنانية مروان عبود ، فإن أضرار الانفجار تقدر بما يتراوح بين ثلاثة وخمسة مليارات دولار. تظهر الصور الملتقطة من فضاء ميناء بيروت قبل وبعد المأساة منطقة دمار مستمر حول منطقة المرفأ بأكملها. وأعلن الحداد ثلاثة أيام في لبنان.

ما هي نترات الأمونيوم

نترات الأمونيوم ، أو نترات الأمونيوم ، هو ملح أمونيوم لحمض النيتريك ، له الصيغة الكيميائية NH₄NO₃ ويتكون من ثلاثة عناصر كيميائية - النيتروجين والهيدروجين والأكسجين. إن المحتوى العالي من النيتروجين (حوالي الثلث بالوزن) في صورة يمكن استيعابها بسهولة بواسطة النباتات يجعل من الممكن استخدام نترات الأمونيوم على نطاق واسع كسماد نيتروجين فعال في الزراعة.

على هذا النحو ، يتم استخدام نترات الأمونيوم في شكل نقي وكجزء من الأسمدة المعقدة الأخرى. يتم استخدام الجزء الأكبر من الملح الصخري المنتج في العالم على وجه التحديد بهذه السعة. نترات الأمونيوم هي مادة بلورية بيضاء ، في شكل صناعي على شكل حبيبات بأحجام مختلفة.

إنه استرطابي ، أي أنه يمتص الرطوبة جيدًا من الغلاف الجوي ؛ أثناء التخزين لديه ميل إلى التكتل ، وتشكيل كتل كثيفة كبيرة. لذلك ، لا يتم تخزينها ونقلها في شكل كتلة صلبة صلبة ، ولكن في أكياس كثيفة ومتينة لا تسمح بتكوين كتل كبيرة متكتلة يصعب فكها.

عمليات التفجير في المناجم المكشوفة باستخدام نترات الأمونيوم كجزء من المتفجرات الصناعية / ©Flickr.com.

نترات الأمونيوم عامل مؤكسد قوي.تشكل ذرات الأكسجين الثلاث التي يتكون منها الجزيء 60 بالمائة من الكتلة. بمعنى آخر ، نترات الأمونيوم هي أكثر من نصف أكسجين ، والذي يتحرر بسهولة من جزيئه عند تسخينه. يحدث التحلل الحراري للنترات في شكلين رئيسيين: عند درجات حرارة أقل من 200 درجة ، يتحلل إلى أكسيد النيتروجين والماء ، وعند درجات حرارة تبلغ حوالي 350 درجة وما فوق ، يتشكل النيتروجين الحر والأكسجين الحر في وقت واحد مع الماء. يؤدي هذا إلى فصل نترات الأمونيوم إلى فئة المؤكسدات القوية وتحديد استخدامها مسبقًا في إنتاج المتفجرات المختلفة التي تتطلب عامل مؤكسد.

نترات الأمونيوم - أحد مكونات المتفجرات الصناعية

يتم تضمين نترات الأمونيوم في العديد من أنواع المتفجرات الصناعية وتستخدم على نطاق واسع في هذا ، وخاصة في صناعة التعدين. لم يخترع الإنسان بعد أي شيء أكثر فاعلية من انفجار لتدمير الصخور. لذلك ، يعتمد أي عمل معهم تقريبًا على الانفجار: من التعدين في المناجم إلى عمليات القطع المفتوحة والمحاجر.

تستهلك صناعة التعدين كمية هائلة من المتفجرات ، ولكل مؤسسة تعدين أو منجم فحم دائمًا مصنعًا خاصًا به لإنتاج المتفجرات التي يتم استهلاكها بكميات كبيرة. إن الرخص النسبي لنترات الأمونيوم يجعل من الممكن استخدامها لإنتاج كميات كبيرة من المتفجرات الصناعية المختلفة.

وهنا يمكننا ملاحظة الاتساع المذهل لتكوين الأنظمة المتفجرة بواسطة نترات الأمونيوم. عن طريق خلط النترات مع أي مادة قابلة للاحتراق ، يمكنك الحصول على نظام متفجر. تشكل مخاليط النترات مع مسحوق الألمنيوم العادي أمونيا ، والتي تسمى بالتالي نترات الأمونيوم - الألومنيوم. 80٪ من كتلة الأمونيوم هي نترات الأمونيوم. الأمونيا فعالة للغاية ، فهي جيدة في نسف الصخور ، وتسمى أنواع معينة من الأمونيا الصخرية.

انفجار هائل أثناء عمليات التعدين / © Flickr.com.

إذا قمت بتلقيح النترات بوقود الديزل ، فستحصل على فئة أخرى من المتفجرات الصناعية - igdanites ، سميت على اسم معهد التعدين ، معهد التعدين التابع لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. الملح الصخري قادر على تكوين مخاليط متفجرة عند تشريبه عمليا بأي سائل قابل للاشتعال ، من الزيت النباتي إلى زيت الوقود. تستخدم فئات أخرى من المتفجرات القائمة على النترات مواد مضافة لمتفجرات مختلفة: على سبيل المثال ، الأمونيت (هذه ليست فقط رأسيات الأرجل الأحفورية) تحتوي على مادة تي إن تي أو آر دي إكس. نترات الأمونيوم في شكلها النقي هي أيضا مادة متفجرة ويمكن أن تنفجر. لكن تفجيرها يختلف عن تفجير متفجرات صناعية أو عسكرية. ماذا بالضبط؟ لنتذكر بإيجاز ما هو التفجير وكيف يختلف عن الاحتراق العادي.

ما هو التفجير

لكي تبدأ تفاعلات الاحتراق في المواد القابلة للاحتراق ، يجب أن تكون ذرات الوقود والمؤكسد حرة وتقريبًا حتى تتشكل روابط كيميائية بينهما. إن إطلاقها من الجزيئات التي تحتوي عليها يعني تدمير هذه الجزيئات: وهذا يؤدي إلى تسخين الجزيئات إلى درجة حرارة تحللها. ويجمع التسخين نفسه ذرات الوقود والمؤكسد معًا لتكوين رابطة كيميائية بينهما - لتفاعل كيميائي.

في الاحتراق العادي - يسمى الاحتراق - يتم تسخين المواد المتفاعلة عن طريق النقل الطبيعي للحرارة من مقدمة اللهب. يقوم اللهب بتسخين طبقات المادة القابلة للاحتراق ، وتحت تأثير هذه التسخين ، تتحلل المواد قبل بدء تفاعلات الاحتراق الكيميائي. آلية التفجير مختلفة. في ذلك ، يتم تسخين المادة قبل بدء التفاعلات الكيميائية بسبب الضغط الميكانيكي بدرجة عالية - كما تعلم ، تحت ضغط قوي ، تسخن المادة.

يعطي هذا الانضغاط موجة صدمة تمر عبر القطعة المتفجرة المتفجرة (أو ببساطة الحجم ، إذا انفجر سائل أو خليط غازي أو نظام متعدد الأطوار: على سبيل المثال ، تعليق الفحم في الهواء).تقوم موجة الصدمة بضغط المادة وتسخينها ، وتسبب تفاعلات كيميائية فيها مع إطلاق كمية كبيرة من الحرارة ويتم تغذيتها من خلال طاقة التفاعل هذه التي يتم إطلاقها مباشرة فيها.

وهنا سرعة التفجير مهمة للغاية - أي سرعة موجة الصدمة التي تمر عبر المادة. كلما كان الانفجار أكبر ، كلما زادت قوة التفجير. بالنسبة للمتفجرات الصناعية والعسكرية ، تبلغ سرعة التفجير عدة كيلومترات في الثانية - من حوالي 5 كم / ثانية للأمونيت والأمونيت و 6-7 كم / ثانية لـ TNT إلى 8 كم / ثانية لـ RDX و 9 كم / ثانية لـ HMX. كلما زادت سرعة التفجير ، زادت كثافة الطاقة في موجة الصدمة ، كلما كان تأثيرها المدمر أقوى عندما تترك حدود القطعة المتفجرة.

إذا تجاوزت موجة الصدمة سرعة الصوت في المادة ، فإنها تسحقها إلى قطع - وهذا ما يسمى حركة التفجير. إنه الذي يكسر جسم القنبلة اليدوية والقذيفة والقنبلة إلى شظايا ، ويسحق الصخور حول بئر أو بئر مليء بالمتفجرات.

مع المسافة من قطعة المتفجرات ، تنخفض قوة وسرعة موجة الصدمة ، ومن مسافة قصيرة معينة لم يعد بإمكانها سحق المادة المحيطة ، ولكن يمكنها العمل عليها بضغطها ، ودفعها ، وتجعدها ، وتفريقها ، ورميها ، رمي. تسمى عملية الضغط والسحق والرمي شديدة الانفجار.

ملامح تفجير النترات

يمكن أن تنفجر نترات الأمونيوم الصناعية بدون أي مواد مضافة تشكل متفجرات ، كما أشرنا أعلاه. سرعة تفجيره ، على عكس المتفجرات الصناعية ، منخفضة نسبيًا: حوالي 1.5-2.5 كم / ثانية. يعتمد انتشار سرعة التفجير على العديد من العوامل: في شكل حبيبات الملح الصخري ، ومدى إحكام ضغطها ، وما هو محتوى الرطوبة الحالي في الملح الصخري والعديد من العوامل الأخرى.

لذلك ، لا يشكل الملح الصخري عملية تفجير - فهو لا يسحق المواد المحيطة. لكن التأثير شديد الانفجار لتفجير النترات ينتج بشكل ملموس. وتعتمد قوة تفجير معين على كميته. مع الكتل المتفجرة الكبيرة ، يمكن أن يصل التأثير شديد الانفجار للانفجار إلى درجة التدمير من أي مستوى.

بعد الانفجار في بيروت / © "Lenta.ru"

عند الحديث عن التفجير ، نلاحظ نقطة واحدة أكثر أهمية - كيف يبدأ. في الواقع ، لكي تمر موجة صدمة من الضغط عبر المتفجرات ، يجب إطلاقها بطريقة ما ، وإنشاء شيء ما. إن مجرد إشعال قطعة من المتفجرات لا يوفر الضغط الميكانيكي المطلوب لبدء التفجير.

لذلك ، على قطع صغيرة من مادة تي إن تي ، يتم إشعال النار فيها بمباراة ، من الممكن تمامًا غلي الشاي في كوب - يحترقون بهسيس مميز ، وأحيانًا يدخنون ، لكنهم يحترقون بهدوء وبدون انفجار. (الوصف ليس توصية لصنع الشاي! لا يزال من الخطير إذا كانت القطع كبيرة أو ملوثة.) لبدء التفجير ، تحتاج إلى مفجر - جهاز صغير به شحنة متفجرة خاصة يتم إدخالها في الجسم الرئيسي للمتفجرات. يؤدي انفجار مفجر ، تم إدخاله بإحكام في الشحنة الرئيسية ، إلى إطلاق موجة اهتزاز وانفجار فيه.

ما الذي يمكن أن يكون سبب الانفجار

هل يمكن أن يحدث التفجير بشكل عفوي؟ ربما: يمكن أن يتحول الاحتراق العادي إلى انفجار عند تسارعه ، مع زيادة شدة هذا الاحتراق. إذا قمت بإشعال خليط من الأكسجين مع الهيدروجين - وهو غاز متفجر - فسوف يبدأ في الاحتراق بهدوء ، ولكن مع تسارع مقدمة اللهب ، سيتحول الاحتراق إلى انفجار.

يتحول احتراق أنظمة الغاز متعددة الأطوار ، مثل جميع أنواع المعلقات والهباء الجوي ، التي تُستخدم في الذخيرة للانفجار الحجمي ، بسرعة إلى تفجير. يمكن أن يتحول احتراق الوقود الدافع أيضًا إلى انفجار إذا بدأ الضغط في المحرك في الارتفاع بسرعة ، بطريقة خارجة عن التصميم. زيادة الضغط وتسريع الاحتراق - هذه هي المتطلبات الأساسية للانتقال من الاحتراق العادي إلى التفجير.

أيضًا ، يمكن أن تكون محفزات الاحتراق عبارة عن مواد مضافة وملوثات وشوائب مختلفة - بشكل أكثر دقة ، هي أو مكوناتها ، والتي ستساهم في الانتقال المحلي إلى التفجير.من المرجح أن تنفجر الذخيرة المؤكسدة والصدئة إذا كانت المتفجرات مجاورة للقسم المؤكسد من الهيكل. هناك العديد من الفروق الدقيقة والنقاط في بدء التفجير التي سنحذفها ، لذا دعنا نعود إلى السؤال: كيف يمكن أن ينفجر الملح الصخري في المستودع؟

ومن الواضح هنا أن الألعاب النارية يمكن أن تلعب دور المفجر بشكل مثالي. لا ، مجرد مضرب مسحوق هسيس بالكاد تسبب في انفجار الملح الصخري بقوة دخانه مع الشرر. لكن مقطع الفيديو صور العديد من الفاشيات الهائلة المتلألئة في دخان النار قبل انفجار الملح الصخري. هذه انفجارات صغيرة من نثر مكونات الألعاب النارية النارية. لقد كانت بمثابة بداية تفجير واضحة. لا ، لم تكن صواعق صناعية.

ولكن في ظروف الحريق ، وتسخين الأسطح الكبيرة من الملح الصخري باللهب وكثرة الآلاف من عمليات الألعاب النارية التي تحدث ، ربما تم إدخال هذه الصواريخ النارية في السطح الساخن من الملح الصخري مع مزيد من الانفجارات في الملح الصخري الساخن. في مرحلة ما ، حدث انفجاره تحت تأثير مثل هذا - وانتشر إلى مجموعة كاملة من الملح الصخري المخزن.

من الصعب تحليل المزيد من الأحداث بالتفصيل دون معلومات مفصلة ودراسة موقع الانفجار. ومن غير المعروف كيف تم تفجير 2750 طنا بالكامل. التفجير ليس بداية مطلقة تحدث دائمًا كما هو مكتوب على الورق. يحدث أن قوالب TNT المكدسة معًا لا تنفجر كلها: بعضها ينتشر ببساطة على الجانبين ، إذا لم يتم اتخاذ تدابير موثوقة لنقل التفجير بينها.

بعد الانفجارات الهائلة في الصخور ، عندما يتم تفجير مئات وآلاف الآبار المليئة بالمتفجرات (يمكن تجهيزها بالمتفجرات لمدة شهر كامل) ، بعد أن تستقر سحابة من الغبار ، يدخل المتخصصون أولاً أولاً منطقة الانفجار ويفحصون ما انفجر. وما لم ينفجر. كما يقومون بجمع المتفجرات غير المنفجرة. هذا هو الحال مع الملح الصخري في مستودع في مرفأ بيروت: يصعب تحديد اكتمال تفجير كتلة النترات بأكملها ، لكن من الواضح أنها كانت كبيرة جدًا.

ملامح الانفجار في بيروت

تتوافق صورة الانفجار ذاتها جيدًا مع انفجار النترات. عمود كبير من الدخان البني المحمر بعد الانفجار هو لون نموذجي للسحابة مع أكاسيد النيتروجين الحمراء ، والتي يتم إطلاقها بكميات كبيرة أثناء تحلل النترات في الانفجار. نظرًا لسرعة تفجير النترات المنخفضة ، لم تحدث أي عملية تكسير ضخمة.

لذلك ، لم تتشكل حفرة كبيرة في موقع الانفجار: لم يتم تفصيل مواد الأرصفة والغطاء الأرضي الخرساني للمستودعات ، وبالتالي لم يتم التخلص منها. نتيجة لذلك لم يكن هناك قصف للمدينة بالقطع المتطايرة من منطقة الانفجار ، والسلطان العالي من القطع المتطايرة والشظايا المتكونة من الانفجار لم يرتفع فوق مكان الانفجار.

عمود دخان ملون بانبعاثات أكاسيد النيتروجين أثناء تحلل نترات الأمونيوم / © dnpr.com.ua.

في الوقت نفسه ، أعطى الإطلاق الوفير لمنتجات الاحتراق الغازي - بخار الماء وأكاسيد النيتروجين - صورة الانفجار ملامح الانفجار الحجمي. بالإضافة إلى موجة الصدمة العابرة بسرعة ، والتي تكون قوية بدرجة كافية ومرئية كجدار ضبابي سريع ، يُظهر التصوير جدارًا يقترب من غازات الانفجار المتوسعة ، الممزوجة بالغبار وتتصاعد من سطح الأرض في اقتراب سريع. هذا هو الحال بالنسبة للانفجارات ذات الأحجام الكبيرة ذات سرعة التفجير المنخفضة.

ستظهر طبيعة الأضرار التي لحقت بالمباني ذات الاحتمالية العالية أنها تأثرت ليس فقط بموجة الصدمة نفسها - القوية ، ولكن قصيرة المدى - ولكن أيضًا بتعرض أطول لتيار الهواء الغازي المنتشر من منطقة الانفجار.

انفجارات النترات لبيروت

حدثت انفجارات في الأسمدة القائمة على أملاح حمض النيتريك من قبل ، ومن المعروف جيدًا ، وهناك الكثير من هذه الحالات في التاريخ. لذلك ، في 1 سبتمبر 2001 ، في تولوز ، في مصنع الأسمدة التابع لشركة Grande Paroisse ، انفجر حظيرة الطائرات ، حيث تم تفجير 300 طن من نترات الأمونيوم.توفي حوالي 30 شخصًا ، وأصيب الآلاف. تضررت العديد من المباني في تولوز.

وفي وقت سابق ، في 16 أبريل 1947 ، حدث انفجار بمقدار 2100 طن من نترات الأمونيوم على متن السفينة "جرانكان" في ميناء تكساس سيتي بالولايات المتحدة الأمريكية. وقد سبقه حريق في السفينة - وهو وضع مماثل وتسلسل للأحداث. وتسبب الانفجار في اندلاع حرائق وانفجارات في السفن ومنشآت تخزين النفط القريبة. قُتل حوالي 600 شخص ، وفقد المئات ، وأصيب أكثر من خمسة آلاف.

في 21 سبتمبر 1921 ، انفجر 12 ألف طن من خليط من كبريتات الأمونيوم ونترات الأمونيوم في مصنع الكيماويات BASF بالقرب من بلدة أوباو في بافاريا. شكل انفجار بهذه القوة حفرة ضخمة ، وتم القضاء على أقرب قريتين من على وجه الأرض ، ودمرت مدينة أوباو.

وقعت انفجارات كارثية لنترات الأمونيوم مع دمار كبير والعديد من الضحايا في عام 2004 في مدينة ريونغ تشون الكورية الشمالية ؛ عام 2013 في مدينة ويست بولاية تكساس بالولايات المتحدة الأمريكية ؛ في عام 2015 في مدينة تيانجين الساحلية في الصين. والقائمة تطول.

لسوء الحظ ، تظل نترات الأمونيوم ، مع كل المزايا الهائلة التي تجلبها للإنسان ، شيئًا خطيرًا يتطلب الامتثال لعدد من متطلبات السلامة في المناولة. ويمكن أن يتسبب الإهمال أو الإهمال في حدوث مآسي جديدة تتطلب الوقاية منها تشديد قواعد التعامل مع النترات وزيادة المسؤولية عن الالتزام بها وتنفيذها.