Tieteellinen näkemys: Beirutin räjähdyksen piirteet

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Traaginen uutinen valtavasta räjähdyksestä Beirutissa, joka vei ensimmäiset uutislähteet, herättää luonnollisia kysymyksiä: miten tämä saattoi tapahtua, mikä siellä räjähti, mistä tekijöistä tällaiset tapahtumat ovat mahdollisia? Selvittääksemme sen, katsotaanpa tarkemmin ammoniumnitraatin ominaisuuksia ja siihen liittyviä vaaroja.

Mitä tapahtui Beirutissa

Lyhyesti sanottuna tilanne näyttää tältä: kuusi vuotta sitten Rhosus-alus saapui Beirutin satamaan suunnittelemattomaan korjaukseen. Se kuului Habarovskista kotoisin olevan Igor Grechushkinin yritykselle. Satamaviranomaiset eivät vapauttaneet alusta turvajärjestelmien ja lastiasiakirjojen puutteiden vuoksi. Vähitellen ryhmä poistui Rhosuksesta, ja sen lasti, joka koostui 2 750 tonnista ammoniumnitraattia, siirrettiin satamassa olevaan varastoon, jossa sitä säilytettiin seuraavat kuusi vuotta. Säilytysolosuhteet osoittautuivat riittämättömäksi luotettaviksi, joten tähän lastiin pääsyn rajoittamiseksi tehtiin varastossa hitsaustöitä, joiden turvallisuuden epäasianmukaisen järjestämisen vuoksi samaan varastoon varastoitu pyrotekniikka syttyi myöhemmin.

Palo syttyi palamisen ja ilotulituksen tukemana. Jonkin ajan kuluttua varastoitu ammoniumnitraatti räjähti. Tämän räjähdyksen aiheuttama iskuaalto aiheutti suuren vahingollisen vaikutuksen Beirutin ympäröiville alueille: nykyään kuolleita on yli 130, ja heidän määränsä kasvaa jatkuvasti, kun rakennusten ja rakenteiden raunioista löydetään yhä enemmän ruumiita. Yli viisi tuhatta ihmistä loukkaantui.

Kanopus-V-satelliitin ottamia valokuvia avaruudesta. Yllä oleva kuva on päivätty 4.11.2019, ja alla oleva kuva on räjähdyksen jälkeinen päivä. / © Roskosmos.ru

Valtava määrä taloja vaurioitui vaihtelevasti, tuho vaikutti puoleen Beirutin rakennuksista, noin 300 tuhatta asukasta jäi kodittomaksi. Libanonin pääkaupungin kuvernööri Marwan Abboudin mukaan räjähdyksen aiheuttamat vahingot ovat arviolta kolmesta viiteen miljardiin dollariin. Kuvat avaruudesta Beirutin satamasta, jotka on otettu ennen ja jälkeen tragedian, näyttävät jatkuvan tuhoutumisen alueen koko satama-alueen ympärillä. Libanonissa on julistettu kolmen päivän suruaika.

Mikä on ammoniumnitraatti

Ammoniumnitraatti tai ammoniumnitraatti on typpihapon ammoniumsuola, jonka kemiallinen kaava on NH4NO3 ja se koostuu kolmesta kemiallisesta alkuaineesta - typestä, vedystä ja hapesta. Korkea typpipitoisuus (noin kolmasosa painosta) kasveille helposti assimiloituvassa muodossa mahdollistaa ammoniumnitraatin laajan käytön tehokkaana typpilannoitteena maataloudessa.

Sellaisenaan ammoniumnitraattia käytetään sekä puhtaassa muodossa että osana muita monimutkaisia lannoitteita. Suurin osa maailmassa tuotetusta salpetista käytetään juuri tähän tarkoitukseen. Fysikaalisesti ammoniumnitraatti on valkoinen kiteinen aine, teollisessa muodossa erikokoisten rakeiden muodossa.

Se on hygroskooppinen, eli se imee kosteutta hyvin ilmakehästä; varastoinnin aikana on taipumus paakkuuntua, muodostua suuria tiheitä massoja. Siksi sitä varastoidaan ja kuljetetaan ei kiinteän bulkkimassan muodossa, vaan tiiviissä ja kestävissä pusseissa, jotka eivät salli suurien paakkuuntuneiden massojen muodostumista, joita on vaikea irrottaa.

Räjäytystyöt avolouhoksissa käyttäen ammoniumnitraattia osana teollisuusräjähteitä / ©Flickr.com.

Ammoniumnitraatti on voimakas hapetin. Kolme happiatomia, jotka muodostavat sen molekyylin, muodostavat 60 prosenttia massasta. Toisin sanoen ammoniumnitraatti on yli puolet hapesta, joka vapautuu helposti molekyylistään kuumennettaessa. Nitraatin lämpöhajoaminen tapahtuu kahdessa päämuodossa: alle 200 asteen lämpötiloissa se hajoaa typen oksidiksi ja vedeksi, ja noin 350 asteen ja sitä korkeammissa lämpötiloissa muodostuu vapaata typpeä ja vapaata happea samanaikaisesti veden kanssa. Tämä erottaa ammoniumnitraatin vahvojen hapettimien luokkaan ja määrää sen käytön erilaisten räjähteiden valmistuksessa, jotka vaativat hapettavaa ainetta.

Ammoniumnitraatti - teollisuusräjähteiden komponentti

Ammoniumnitraattia sisältyy monenlaisiin teollisiin räjähdysaineisiin, ja sitä käytetään niissä laajalti, pääasiassa kaivosteollisuudessa. Ihminen ei ole vielä keksinyt mitään tehokkaampaa kuin räjähdys kivien tuhoamiseksi. Siksi melkein kaikki työ heidän kanssaan perustuu räjähdykseen: kaivoksissa tapahtuvasta louhinnasta avolouhintaan ja louhintaan.

Kaivosteollisuus kuluttaa valtavasti räjähteitä, ja jokaisella kaivosyrityksellä tai hiilikaivoksella on aina oma laitos räjähteiden tuotantoa varten, joita kulutetaan suuria määriä. Ammoniumnitraatin suhteellinen halpa mahdollistaa sen käytön erilaisten teollisten räjähteiden massatuotantoon.

Ja tässä voimme huomata ammoniumnitraatin aiheuttamien räjähteiden muodostumisen hämmästyttävän laajuuden. Sekoittamalla nitraattia kirjaimellisesti mihin tahansa palavaan aineeseen, saat räjähdysvaaran. Nitraattiseokset tavallisen alumiinijauheen kanssa muodostavat ammonaaleja, joita siksi kutsutaan AMMONIUMnitraatiksi - ALUMIINIksi. 80 % ammonaalin massasta on ammoniumnitraattia. Ammonaalit ovat erittäin tehokkaita, ne ovat hyviä räjäyttämään kiviä, tiettyjä lajikkeita kutsutaan kiviammonaaleiksi.

Massiivinen räjähdys kaivostoiminnan aikana / © Flickr.com.

Jos kyllästät nitraattia dieselpolttoaineella, saat toisen luokan teollisia räjähteitä - igdaniitteja, jotka on nimetty Kaivosinstituutin, Neuvostoliiton tiedeakatemian kaivosinstituutin mukaan. Salpeter pystyy muodostamaan räjähtäviä seoksia, kun se on kyllästetty käytännössä millä tahansa syttyvällä nesteellä kasviöljystä polttoöljyyn. Muissa nitraattipohjaisissa räjähdysaineluokissa käytetään erilaisten räjähteiden lisäaineita: esimerkiksi ammoniitit (nämä eivät ole vain fossiiliset pääjalkaiset) sisältävät TNT:tä tai RDX:ää. Puhtaassa muodossaan ammoniumnitraatti on myös räjähdysherkkä ja voi räjähtää. Mutta sen räjäytys eroaa teollisuus- tai sotilasräjähteiden räjäytyksestä. Mitä tarkalleen? Muistutetaanpa lyhyesti, mitä räjähdys on ja miten se eroaa tavallisesta palamisesta.

Mikä on räjähdys

Palamisreaktioiden alkamiseksi palavissa aineissa on polttoaineen ja hapettimen atomit vapautettava ja lähetettävä toisiaan, kunnes niiden välille muodostuu kemiallisia sidoksia. Niiden vapauttaminen molekyyleistä, joissa ne ovat, tarkoittaa näiden molekyylien tuhoamista: tämä lämmittää molekyylit niiden hajoamislämpötilaan. Ja sama lämmitys kokoaa yhteen polttoaineen ja hapettimen atomit muodostaen kemiallisen sidoksen niiden välille - kemialliseen reaktioon.

Normaalissa palamisessa - jota kutsutaan deflagraatioksi - reagoivat aineet kuumenevat normaalilla lämmönsiirrolla liekin etupuolelta. Liekki lämmittää palavan aineen kerrokset, ja tämän kuumennuksen vaikutuksesta aineet hajoavat ennen kemiallisten palamisreaktioiden alkamista. Räjähdysmekanismi on erilainen. Siinä aine kuumennetaan ennen kemiallisten reaktioiden alkamista korkean mekaanisen puristuksen vuoksi - kuten tiedätte, voimakkaassa puristuksessa aine lämpenee.

Tällainen puristus antaa iskuaallon, joka kulkee räjähtävän räjähteen (tai yksinkertaisesti tilavuuden, jos neste, kaasuseos tai monifaasijärjestelmä räjähtää: esimerkiksi hiilen suspensio ilmassa) läpi. Iskuaalto puristaa ja lämmittää ainetta, aiheuttaa siinä kemiallisia reaktioita vapauttaen suuren lämpömäärän ja itse syötetään tästä suoraan siihen vapautuvasta reaktioenergiasta.

Ja tässä räjähdysnopeus on erittäin tärkeä - eli aineen läpi kulkevan iskuaallon nopeus. Mitä suurempi se on, sitä voimakkaampi räjähdysaine, räjähtävä toiminta. Teollisten ja sotilaallisten räjähteiden räjähdysnopeus on useita kilometrejä sekunnissa - noin 5 km/s ammonaaleissa ja ammoniiteissa ja 6-7 km/s TNT:ssä 8 km/s RDX:lle ja 9 km/s HMX:lle. Mitä nopeampi räjähdys, sitä suurempi on energiatiheys iskuaallossa, sitä voimakkaampi on sen tuhoava vaikutus, kun se poistuu räjähdyskappaleen rajoista.

Jos iskuaalto ylittää materiaalissa olevan äänen nopeuden, se murskaa sen palasiksi - tätä kutsutaan räjäytystoiminnaksi. Se rikkoo kranaatin, ammuksen ja pommin rungon sirpaleiksi, murskaa kiviä räjähteillä täytetyn porausreiän tai reiän ympärillä.

Etäisyyden myötä räjähdysaineesta iskuaallon teho ja nopeus pienenevät, ja tietyltä lyhyeltä etäisyydeltä se ei enää voi murskata ympäröivää ainetta, vaan voi vaikuttaa siihen paineella, työntää, rypistää, hajottaa, heittää, heittää. Tällaista puristus-, murskaus- ja heittotoimintaa kutsutaan voimakkaaksi räjähteeksi.

Nitraatin räjähdyksen ominaisuudet

Teollinen ammoniumnitraatti ilman räjähteitä muodostavia lisäaineita, kuten edellä totesimme, voi myös räjähtää. Sen räjähdysnopeus, toisin kuin teollisissa räjähteissä, on suhteellisen alhainen: noin 1,5-2,5 km/s. Räjähdysnopeuden leviäminen riippuu monista tekijöistä: minkä rakeiden muodossa salpetari on, kuinka tiiviisti ne puristetaan, mikä on salpeterin nykyinen kosteuspitoisuus ja monista muista.

Siksi salpeteri ei muodosta räjäytysvaikutusta - se ei murskaa ympäröiviä materiaaleja. Mutta nitraatin räjähdyksen voimakas räjähdysvaikutus tuottaa varsin konkreettisia. Ja tietyn räjähdyksen voima riippuu sen määrästä. Suurilla räjähdysmassoilla räjähdyksen voimakas räjähdysvaikutus voi saavuttaa minkä tahansa tason tuhoisuuden.

Beirutin räjähdyksen jälkiseuraukset / © "Lenta.ru"

Räjäyttämisestä puhuttaessa huomaamme vielä yhden tärkeän asian - kuinka se alkaa. Todellakin, jotta puristusiskuaalto voisi mennä räjähteen läpi, se on käynnistettävä jotenkin, luotava jollakin. Pelkästään räjähteen sytytys ei tuota mekaanista puristusta, joka tarvitaan räjähdyksen käynnistämiseen.

Joten pienillä TNT-paloilla, jotka on sytytetty tuleen tulitikulla, on täysin mahdollista keittää teetä mukissa - ne palavat tyypillisellä suhinalla, joskus savuavat, mutta palavat hiljaa ja ilman räjähdystä. (Kuvaus ei ole suositus teen keittämiseen! On silti vaarallista, jos palat ovat suuria tai saastuneita.) Räjähdyksen laukaisemiseksi tarvitaan sytytin - pieni laite, jossa on erityinen räjähdyspanos, joka on asetettu räjähteiden päärunkoon. Pääpanoksessa tiukasti työnnetyn nallittimen räjähdys laukaisee paineaallon ja räjähdyksen siihen.

Mikä olisi voinut aiheuttaa räjähdyksen

Voiko räjähdys tapahtua spontaanisti? Ehkä: tavallinen palaminen voi muuttua räjähdykseksi, kun sitä kiihdytetään, kun tämän palamisen intensiteetti kasvaa. Jos sytytät happiseoksen vedyn - räjähtävän kaasun - kanssa, se alkaa palaa hiljaa, mutta liekin eturintaman kiihtyessä palaminen muuttuu räjähdykseksi.

Monivaiheisten kaasujärjestelmien, kuten kaikenlaisten suspensioiden ja aerosolien, polttaminen, joita käytetään tilavuusräjähdyksen ammuksissa, muuttuu nopeasti räjähdykseksi. Ponneaineen palaminen voi myös muuttua räjähdykseksi, jos paine moottorissa alkaa nousta nopeasti, epämääräisellä tavalla. Paineen nousu, palamisen kiihtyminen - nämä ovat edellytyksiä siirtymiselle tavallisesta palamisesta räjäytykseen.

Polttokatalyytit voivat myös olla erilaisia lisäaineita, epäpuhtauksia, epäpuhtauksia - tarkemmin sanoen niitä tai niiden komponentteja, jotka edistävät paikallista siirtymistä räjäytykseen. Hapetuneet, ruosteiset ammukset räjähtävät todennäköisemmin, jos räjähdysaine on rungon hapettuneen osan vieressä. Räjäytyksen syttymisessä on monia vivahteita ja kohtia, jotka jätämme pois, joten palataan kysymykseen: kuinka salpietari saattoi räjähtää varastossa?

Ja tässä on ilmeistä, että pyrotekniikka voisi olla täydellisesti sytytin. Ei, vain suhiseva ruutimaila tuskin aiheutti salpeterin räjähdystä savuvoimallaan kipinöineen. Mutta video tallentaa lukuisia massiivisia taudinpurkauksia tulipalon savussa ennen salpetterin räjähdystä. Nämä ovat ilotulitteiden pyroteknisten osien pieniä räjähdyksiä. Ne toimivat ilmeisenä räjähtävänä alkuna. Ei, ne eivät olleet teollisuusnallit.

Mutta tulipalo-olosuhteissa, suurten suolapintoja kuumennettaessa liekillä ja tuhansien pyroteknisten operaatioiden massiivisuuden vallitessa nämä pyrotekniset raketit on todennäköisesti viety salpetterin kuumennettuun pintaan lisäräjähdyksillä kuumassa salpetissa. Jossain vaiheessa sen räjähdys tällaisessa törmäyksessä tapahtui - ja levisi koko varastoitujen salaattien joukkoon.

Muita tapahtumia on vaikea analysoida yksityiskohtaisesti ilman yksityiskohtaista tietoa ja räjähdyspaikan tutkimusta. Ei tiedetä, kuinka täysin kaikki 2750 tonnia räjäytettiin. Räjähdys ei ole mikään absoluuttinen alku, joka tapahtuu aina niin kuin se on kirjoitettu paperille. Tapahtuu, että yhteen pinotut TNT-briketit eivät räjäytä kaikkia: osa niistä yksinkertaisesti hajoaa sivuille, jos luotettavia toimenpiteitä ei ryhdytä räjähdyksen siirtämiseen niiden välillä.

Massiivisten kiviräjähdysten jälkeen, kun satoja ja tuhansia räjähteillä täytettyjä kaivoja räjäytetään (ne voidaan varustaa räjähteillä koko kuukauden ajan), pölypilven laskeutumisen jälkeen vain asiantuntijat tulevat aina ensin räjähdysalueelle ja tarkastamaan, mikä räjähti. ja mikä ei räjähtänyt. He myös keräävät räjähtämättömiä räjähteitä. Näin on Beirutin sataman varastossa olevan salpeterin kanssa: koko nitraattimassan räjähdyksen täydellisyyttä on vaikea määrittää, mutta on selvää, että se oli melko suuri.

Beirutin räjähdyksen piirteet

Itse kuva räjähdyksestä vastaa hyvin nitraatin räjähdystä. Suuri punaruskea savupatsas räjähdyksen jälkeen on tyypillinen pilven väri punaisilla typen oksideilla, joita vapautuu suuria määriä nitraatin hajoamisen aikana räjähdyksessä. Nitraatin alhaisesta räjähdysnopeudesta johtuen massiivista murskaustoimintaa ei tapahtunut.

Siksi räjähdyspaikalle ei muodostunut suurta kraatteria: laiturien materiaaleja ja varastojen betonipohjaista pintaa ei kuvattu yksityiskohtaisesti, joten niitä ei heitetty pois. Tästä johtuen kaupunkia ei pommitettu räjähdysalueelta lentävillä kappaleilla, eikä räjähdyksen muodostama lentävien kappaleiden ja sirpaleiden korkea sulttaani noussut räjähdyspaikan yläpuolelle.

Savupatsas, jota värjäävät typen oksidien päästöt ammoniumnitraatin hajoamisen aikana / © dnpr.com.ua.

Samalla kaasumaisten palamistuotteiden - vesihöyryn, typen oksidien - runsas vapautuminen antoi kuvan räjähdyksestä tilavuusräjähdyksen piirteet. Nopeasti ohimenevän, riittävän voimakkaan ja nopeana sumuisena seinänä näkyvän shokkiaallon lisäksi kuvauksessa näkyy lähestyvä seinä, jossa on laajenevia räjähdyskaasuja, jotka ovat sekoittuneet pölyyn ja nousevat nopeasti maan pinnalta. Tämä on tyypillistä suurikokoisille räjähdyksille, joilla on alhainen räjähdysnopeus.

Rakennusten vaurioiden luonne suurella todennäköisyydellä osoittaa, että niihin ei vaikuttanut pelkästään itse iskuaalto - voimakas, mutta lyhytaikainen - vaan myös pidempi altistuminen räjähdysalueelta hajallaan olevalle laajenevalle kaasu-ilmavirralle.

Nitraattiräjähdyksiä Beirutissa

Typpihapposuoloihin perustuvien lannoitteiden räjähdyksiä on tapahtunut ennenkin, ne tunnetaan hyvin, tällaisia tapauksia on historiassa paljon. Joten 1. syyskuuta 2001 Toulousessa, Grande Paroisse -yrityksen lannoitetehtaalla, räjähti hangaari, jossa räjäytettiin 300 tonnia ammoniumnitraattia. Noin 30 ihmistä kuoli, tuhansia loukkaantui. Monet rakennukset Toulousessa vaurioituivat.

Aiemmin, 16. huhtikuuta 1947, tapahtui 2 100 tonnin ammoniumnitraatin räjähdys "Grancan"-aluksella Texas Cityn satamassa Yhdysvalloissa. Sitä edelsi tulipalo laivalla - samanlainen tilanne ja tapahtumasarja. Räjähdys aiheutti tulipaloja ja räjähdyksiä laivoissa ja lähellä olevissa öljyvarastoissa. Noin 600 ihmistä kuoli, satoja katosi, yli viisi tuhatta loukkaantui.

Syyskuun 21. päivänä 1921 12 tuhatta tonnia ammoniumsulfaatin ja ammoniumnitraatin seosta räjähti BASF:n kemiantehtaalla lähellä Oppaun kaupunkia Baijerissa. Tällaisen voiman räjähdys muodosti valtavan kraatterin, kaksi lähintä kylää pyyhittiin pois maan pinnalta ja Oppaun kaupunki tuhoutui.

Vuonna 2004 Pohjois-Korean Ryongcheonin kaupungissa tapahtui katastrofaalisia ammoniumnitraatin räjähdyksiä, jotka aiheuttivat suurta tuhoa ja lukuisia uhreja; vuonna 2013 Westin kaupungissa Texasissa, Yhdysvalloissa; vuonna 2015 Tianjinin satamakaupungissa Kiinassa. Ja lista jatkuu.

Valitettavasti ammoniumnitraatti kaikilla sen ihmiselle tuomilla valtavilla eduilla on edelleen vaarallinen esine, jonka käsittelyssä on noudatettava useita turvallisuusvaatimuksia. Ja huolimattomuus tai huolimattomuus voi aiheuttaa uusia tragedioita, joiden ehkäiseminen edellyttää sekä nitraattien käsittelysääntöjen tiukentamista että vastuun lisäämistä niiden noudattamisesta ja toimeenpanosta.