השקפה מדעית: מאפייני הפיצוץ בביירות

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

הידיעה הטרגית על פיצוץ ענק בביירות, שלקח את השורות הראשונות של משאבי חדשות, מעלה שאלות טבעיות: איך זה יכול היה לקרות, מה התפוצץ שם, בגלל אילו גורמים תקריות כאלה אפשריות? כדי להבין את זה, בואו נסתכל מקרוב על התכונות של אמוניום חנקתי ואת הסכנות הכרוכות בו.

מה קרה בביירות

בקיצור, המצב נראה כך: לפני שש שנים נכנסה האונייה רוסוס לנמל הים של ביירות לצורך תיקון לא מתוכנן. זה היה שייך לחברתו של איגור גרצ'ושקין, יליד חברובסק. רשויות הנמל לא שחררו את הספינה עקב ליקויים במערכות האבטחה ובמסמכי המטען. בהדרגה עזב הצוות את רוסוס, והמטען שלו, שהיה מורכב מ-2,750 טון חנקתי אמוניום, הועבר למחסן בנמל, שם אוחסן במשך שש השנים הבאות. תנאי האחסון התבררו כלא אמינים מספיק, לכן, על מנת להגביל את הגישה למטען זה, בוצעו עבודות ריתוך במחסן, עקב ארגון הבטיחות הבלתי תקין, אשר לאחר מכן התלקחו הפירוטכניקה המאוחסנת באותו מחסן.

שריפה פרצה, נתמכת על ידי בעירה וזיקוקים. לאחר זמן מה התפוצץ החנקתי האמוניום המאוחסן. גל ההלם מהפיצוץ הזה גרם להשפעה מזיקה רבה על אזורי ביירות שמסביב: כיום יש יותר מ-130 הרוגים, ומספרם ממשיך לגדול ככל שמתגלים יותר ויותר גופות תוך כדי פירוק הריסות מבנים ומבנים. יותר מחמשת אלפים בני אדם נפצעו.

תמונות מהחלל שצולמו על ידי הלוויין Kanopus-V. התמונה למעלה היא מתאריך 4 בנובמבר 2019, והתמונה למטה היא היום שלאחר הפיצוץ. / © Roskosmos.ru

מספר עצום של בתים ניזוקו בדרגות שונות, ההרס פגע במחצית מהמבנים בביירות, כ-300 אלף תושבים נותרו ללא קורת גג. לפי מושל בירת לבנון, מרואן עבוד, הנזק מהפיצוץ מוערך בין שלושה לחמישה מיליארד דולר. תמונות מהחלל של נמל ביירות, שצולמו לפני ואחרי הטרגדיה, מציגות אזור הרס מתמשך סביב כל שטח הנמל. שלושה ימי אבל הוכרזו בלבנון.

מהו אמוניום חנקתי

אמוניום חנקתי, או אמוניום חנקתי, הוא מלח אמוניום של חומצה חנקתית, בעל הנוסחה הכימית NH₄NO₃ והוא מורכב משלושה יסודות כימיים - חנקן, מימן וחמצן. תכולת החנקן הגבוהה (כשליש במשקל) בצורה הניתנת להטמעה בצמחים מאפשרת שימוש נרחב באמוניום חנקתי כדשן חנקן יעיל בחקלאות.

ככזה, אמוניום חנקתי משמש הן בצורה טהורה והן כחלק מדשנים מורכבים אחרים. עיקר המלח המיוצר בעולם משמש בדיוק בתפקיד זה. מבחינה פיזית, אמוניום חנקתי הוא חומר גבישי לבן, בצורה תעשייתית בצורת גרגירים בגדלים שונים.

הוא היגרוסקופי, כלומר סופג לחות היטב מהאטמוספירה; במהלך האחסון יש נטייה להתגבשות, היווצרות של מסות צפופות גדולות. לכן הוא מאוחסן ומועבר לא בצורה של מסה בתפזורת מוצקה, אלא בשקיות צפופות ועמידות שאינן מאפשרות היווצרות מסות עוגות גדולות שקשה לשחררן.

פעולות פיצוץ במכרות בורות פתוחים באמצעות אמוניום חנקתי כחלק מחומרי נפץ תעשייתיים / ©Flickr.com.

אמוניום חנקתי הוא חומר מחמצן חזק.שלושת אטומי החמצן המרכיבים את המולקולה שלו מהווים 60 אחוז מהמסה. במילים אחרות, אמוניום חנקתי הוא יותר מחצי חמצן, אשר משתחרר בקלות מהמולקולה שלו בעת חימום. פירוק תרמי של חנקה מתרחש בשתי צורות עיקריות: בטמפרטורות מתחת ל-200 מעלות הוא מתפרק לתחמוצת חנקן ומים, ובטמפרטורות של כ-350 מעלות ומעלה נוצרים בו זמנית עם מים חנקן חופשי וחמצן חופשי. זה מפריד אמוניום חנקתי לקטגוריה של חומרי חמצון חזקים וקבע מראש את השימוש בו בייצור חומרי נפץ שונים, הדורשים חומר מחמצן.

אמוניום חנקתי - מרכיב של חומרי נפץ תעשייתיים

אמוניום חנקתי נכלל בסוגים רבים של חומרי נפץ תעשייתיים ונמצא בשימוש נרחב בכך, בעיקר בתעשיית הכרייה. האדם עדיין לא המציא דבר יעיל יותר מפיצוץ להשמדת סלעים. לכן, כמעט כל עבודה איתם מבוססת על פיצוץ: מכרייה במכרות ועד לחתכים פתוחים וחציבה.

תעשיית הכרייה צורכת כמות עצומה של חומרי נפץ, ולכל מפעל כרייה או מכרה פחם יש תמיד מפעל משלו לייצור חומרי נפץ, הנצרכים בכמויות גדולות. הזולות היחסית של אמוניום חנקתי מאפשרת להשתמש בה לייצור המוני של חומרי נפץ תעשייתיים שונים.

וכאן אנו יכולים לציין את הרוחב המדהים של היווצרות מערכות נפץ על ידי אמוניום חנקתי. על ידי ערבוב חנקה עם ממש כל חומר בעירה, אתה יכול לקבל מערכת נפץ. תערובות של חנקה עם אבקת אלומיניום רגילה יוצרות אמונלים, אשר מכונים אפוא AMMONIUM nitrate - ALUMINIUM. 80% ממסת האמוניל היא אמוניום חנקתי. אמונלים יעילים מאוד, הם טובים בפיצוץ סלעים, זנים מסוימים נקראים אמוניות סלע.

פיצוץ אדיר במהלך פעולות כרייה / © Flickr.com.

אם אתה ספוג חנקה עם סולר, אתה מקבל סוג נוסף של חומרי נפץ תעשייתיים - איגדניטים, על שם המכון לכרייה, המכון לכרייה של האקדמיה למדעים של ברית המועצות. Saltpeter מסוגל ליצור תערובות נפץ כאשר הוא ספוג כמעט בכל נוזל דליק, משמן צמחי ועד שמן מזוט. סוגים אחרים של חומרי נפץ על בסיס חנקה משתמשים בתוספים של חומרי נפץ שונים: למשל, אמוניטים (אלו הם לא רק cephalopods מאובנים) מכילים TNT או RDX. בצורתו הטהורה, אמוניום חנקתי הוא גם חומר נפץ ועלול להתפוצץ. אבל הפיצוץ שלו שונה מפיצוץ של חומרי נפץ תעשייתיים או צבאיים. מה בדיוק? הבה נזכיר בקצרה מהי פיצוץ וכיצד הוא שונה מבעירה רגילה.

מה זה פיצוץ

על מנת שתגובות בעירה יתחילו בחומרים דליקים, יש להפוך את האטומים של הדלק והמחמצן לחופשיים ולקרב ביניהם עד שנוצרים ביניהם קשרים כימיים. לשחרר אותן מהמולקולות שבהן הן מכילות פירושו להשמיד את המולקולות הללו: זה עושה את החימום של המולקולות לטמפרטורת הפירוק שלהן. ואותו חימום מפגיש את אטומי הדלק והמחמצן ליצירת קשר כימי ביניהם – לתגובה כימית.

בעירה רגילה - הנקראת התפרקות - המגיבים מחוממים על ידי העברת חום רגילה מחזית הלהבה. הלהבה מחממת את שכבות החומר הדליק, ובהשפעת חימום זה החומרים מתפרקים לפני תחילת תגובות בעירה כימיות. מנגנון הפיצוץ שונה. בו החומר מחומם לפני תחילת תגובות כימיות עקב דחיסה מכנית ברמה גבוהה - כידוע, בדחיסה חזקה, חומר מתחמם.

דחיסה כזו נותנת גל הלם העובר דרך פיסת חומר הנפץ המתפוצצת (או פשוט את הנפח, אם נוזל, תערובת גז או מערכת רב-פאזית מתפוצצת: למשל, השעיה של פחם באוויר).גל ההלם דוחס ומחמם את החומר, גורם לתגובות כימיות בו עם שחרור כמות גדולה של חום והוא בעצמו ניזון מאנרגיית תגובה זו המשתחררת ישירות לתוכו.

וכאן חשובה מאוד מהירות הפיצוץ – כלומר מהירות גל ההלם העובר בחומר. ככל שהוא גדול יותר, כך חומר הנפץ חזק יותר, הפעולה הנפיצה. עבור חומרי נפץ תעשייתיים וצבאיים, מהירות הפיצוץ היא מספר קילומטרים לשנייה - מכ-5 ק"מ לשנייה עבור אמוניטים ואמוניטים ו-6-7 ק"מ לשנייה עבור TNT ל-8 ק"מ לשנייה עבור RDX ו-9 ק"מ לשנייה עבור HMX. ככל שהפיצוץ מהיר יותר, צפיפות האנרגיה בגל ההלם גבוהה יותר, כך השפעתו ההרסנית חזקה יותר כאשר הוא עוזב את גבולות פיסת חומר הנפץ.

אם גל ההלם עולה על מהירות הקול בחומר, הוא מרסק אותו לחתיכות - זה נקרא פעולת פיצוץ. הוא זה ששובר לרסיסים גופה של רימון, קליע ופצצה, מועך סלעים סביב חור או קידוח מלא בחומרי נפץ.

עם מרחק מחתיכת חומר נפץ, עוצמתו ומהירותו של גל ההלם יורדים, וממרחק קצר מסוים הוא אינו יכול עוד לרסק את החומר שמסביב, אלא יכול לפעול עליו בלחץ שלו, לדחוף, לקמט, להתפזר, לזרוק, לזרוק. פעולת לחיצה, ריסוק וזריקה כזו נקראת חומר נפץ גבוה.

תכונות של פיצוץ של חנקה

חנקת אמוניום תעשייתית ללא כל תוספים היוצרים חומר נפץ, כפי שציינו לעיל, יכולה גם היא להתפוצץ. מהירות הפיצוץ שלו, בניגוד לחומרי נפץ תעשייתיים, נמוכה יחסית: כ-1.5-2.5 ק מ לשנייה. התפשטות מהירות הפיצוץ תלויה בגורמים רבים: בצורת אילו גרגירים נמצא המלח, עד כמה הם דחוסים, מהי תכולת הלחות הנוכחית של המלח ורבים אחרים.

לכן, המלח אינו יוצר פעולת פיצוץ - הוא אינו מועך חומרים מסביב. אבל ההשפעה הנפיצה הגבוהה של פיצוץ החנקה מייצרת די מוחשית. ועוצמתה של פיצוץ מסוים תלוי בכמותה. עם מסות נפץ גדולות, ההשפעה הנפיצה הגבוהה של הפיצוץ יכולה להגיע להרס בכל רמה.

תוצאות הפיצוץ בביירות / © "Lenta.ru"

אם כבר מדברים על פיצוץ, אנו מציינים נקודה חשובה נוספת - איך היא מתחילה. ואכן, כדי שגל הלם של דחיסה יעבור דרך חומר הנפץ, יש לשגר אותו איכשהו, ליצור עם משהו. עצם הצתת פיסת חומר נפץ אינה מספקת את הדחיסה המכנית הנדרשת להפעלת פיצוץ.

אז, על חתיכות קטנות של TNT, מוצתות עם גפרור, בהחלט אפשרי להרתיח תה בספל - הן נשרפות בשריקה אופיינית, לפעמים מעשנים, אבל בוערות בשקט וללא פיצוץ. (התיאור אינו המלצה להכנת תה! זה עדיין מסוכן אם החתיכות גדולות או מזוהמות.) כדי להפעיל את הפיצוץ יש צורך בפיצוץ - מכשיר קטן עם מטען נפץ מיוחד המוחדר לגוף העיקרי של חומרי הנפץ. פיצוץ של נפץ, המוחדר בחוזקה למטען הראשי, משגר גל הלם ופיצוץ בו.

מה יכול היה לגרום לפיצוץ

האם פיצוץ יכול להתרחש באופן ספונטני? אולי: בעירה רגילה מסוגלת להפוך לפיצוץ כשהיא מואצת, עם עלייה בעוצמת הבעירה הזו. אם תצית תערובת חמצן עם מימן - גז נפיץ - הוא יתחיל לבעור בשקט, אך ככל שחזית הלהבה תאיץ, הבעירה תהפוך לפיצוץ.

שריפה של מערכות גז רב-פאזיות, כמו כל מיני מתלים ואירוסולים, המשמשים בתחמושת לפיצוץ נפחי, הופכת במהירות לפיצוץ. גם בעירה של חומר הנעה יכולה להפוך לפיצוץ אם הלחץ במנוע מתחיל לעלות במהירות, באופן לא מתוכנן. עלייה בלחץ, האצת בעירה - אלו הם התנאים המוקדמים למעבר מבעירה רגילה לפיצוץ.

כמו כן, זרזי בעירה יכולים להיות תוספים שונים, מזהמים, זיהומים - ליתר דיוק, הם או מרכיביהם, אשר יתרמו למעבר המקומי לפיצוץ.תחמושת מחומצנת וחלודה נוטה יותר להתפוצץ אם חומר הנפץ נמצא בסמוך לחלק המחומצן של גוף הספינה. יש הרבה ניואנסים ונקודות בהתחלת הפיצוץ שנשמיט, אז נחזור לשאלה: איך יכול היה המלח להתפוצץ במחסן?

וכאן ברור שהפירוטכניקה יכולה לשחק בצורה מושלמת את התפקיד של נפץ. לא, רק מחבט אבקה שורק כמעט ולא גרם לפיצוץ של מלפטר עם כוח העשן שלו עם ניצוצות. אבל הסרטון לוכד התפרצויות מסיביות רבות הנוצצות בעשן השריפה לפני פיצוץ המלח. אלו הם פיצוצים קטנים של פיזור רכיבים פירוטכניים של זיקוקים. הם שימשו התחלה מפוצצת ברורה. לא, הם לא היו מפוצצים תעשייתיים.

אבל בתנאי אש, חימום של משטחים גדולים של מלח בלהבה ומסיביות של אלפי פעולות פירוטכניות המתרחשות, הרקטות הפירוטכניות הללו ככל הנראה הוכנסו למשטח המחומם של המלח עם פיצוצים נוספים במלח חם. בשלב מסוים, הפיצוץ שלו תחת פגיעה כזו התרחש - והתפשט לכל מערך המלח המאוחסן.

קשה לנתח אירועים נוספים בפירוט ללא מידע מפורט ולימוד של אתר הפיצוץ. לא ידוע באיזו מידה פוצצו כל 2750 הטונות. פיצוץ הוא לא איזו התחלה מוחלטת שמתרחשת תמיד כפי שהיא כתובה על הנייר. קורה שבריקט ה-TNT שנערמו יחד מפוצצים לא כולם: חלקם פשוט מתפזרים לצדדים, אם לא ננקטים אמצעים אמינים להעברת הפיצוץ ביניהם.

לאחר פיצוצים מאסיביים של סלעים, כאשר מאות ואלפי בארות מלאות בחומרי נפץ מפוצצים (ניתן לצייד אותם בחומר נפץ במשך חודש שלם), לאחר שקיעת ענן אבק, רק מומחים תמיד נכנסים קודם כל לאזור הפיצוץ ובודקים מה התפוצץ. ומה לא התפוצץ. הם גם אוספים חומרי נפץ שלא התפוצצו. כך גם במלח במחסן בנמל ביירות: קשה לקבוע את שלמות הפיצוץ של כל מסת החנקה, אבל ברור שהיא הייתה גדולה למדי.

מאפייני הפיצוץ בביירות

עצם התמונה של הפיצוץ תואמת היטב את פיצוץ החנקה. עמוד גדול של עשן חום-אדמדם לאחר הפיצוץ הוא צבע אופייני לענן עם תחמוצות חנקן אדומות, המשתחררות בכמויות גדולות במהלך פירוק החנקה בפיצוץ. בשל מהירות הפיצוץ הנמוכה של החנקה, לא התרחשה פעולת ריסוק מסיבית.

לכן לא נוצר מכתש גדול במקום הפיצוץ: לא פורטו חומרי המזחים וכיסוי הבטון של המחסנים, ולכן לא הושלכו. בשל כך, לא הייתה הפצצה של העיר בחלקים שעפו מאזור הפיצוץ, והסולטן הגבוה של חלקים ושברים מעופפים שנוצרו מהפיצוץ לא התרומם מעל מקום הפיצוץ.

עמוד עשן, שצבעו על ידי פליטת תחמוצות חנקן במהלך פירוק אמוניום חנקתי / © dnpr.com.ua.

במקביל, השחרור הרב של תוצרי בעירה גזים - אדי מים, תחמוצות חנקן - העניק לתמונת הפיצוץ תכונות של פיצוץ נפחי. בנוסף לגל הלם שעובר במהירות, חזק מספיק ונראה כקיר ערפילי מהיר, הירי מראה קיר מתקרב של גזי פיצוץ מתרחבים, מעורבב באבק ומתנשא מעל פני כדור הארץ בהתקרבות מהירה. זה אופייני לפיצוצים של נפחים גדולים עם מהירות פיצוץ נמוכה.

אופי הנזק למבנים בסבירות גבוהה יראה שהם הושפעו לא רק מגל ההלם עצמו - עוצמתי, אך קצר טווח - אלא גם מחשיפה ארוכה יותר לזרם הגז-אוויר המתרחב שהתפזר מאזור הפיצוץ.

פיצוצי חנקה לביירות

פיצוצים של דשנים על בסיס מלחי חומצה חנקתית התרחשו בעבר, הם ידועים, יש הרבה מקרים כאלה בהיסטוריה. אז, ב-1 בספטמבר 2001, בטולוז, במפעל הדשנים של חברת גראנד פארואה, התפוצץ האנגר, שבו פוצצו 300 טונות של אמוניום חנקתי.כ-30 בני אדם מתו, אלפים נפצעו. מבנים רבים בטולוז ניזוקו.

מוקדם יותר, ב-16 באפריל 1947, אירע פיצוץ של 2,100 טון חנקתי אמוניום על סיפון הספינה "גראנקן" בנמל טקסס סיטי, ארה"ב. קדמה לה שריפה על הספינה - מצב דומה ורצף אירועים. הפיצוץ גרם לשריפות ופיצוצים בספינות ובמתקני אחסון נפט בקרבת מקום. כ-600 בני אדם נהרגו, מאות נעדרים, יותר מחמשת אלפים נפצעו.

ב-21 בספטמבר 1921, 12 אלף טונות של תערובת של אמוניום גופרתי ואמוניום חנקתי התפוצצו במפעל הכימי BASF ליד העיירה אופאו בבוואריה. פיצוץ של כוח כזה יצר מכתש ענק, שני כפרים הקרובים ביותר נמחקו מעל פני האדמה, והעיר אופאו נהרסה.

פיצוצים קטסטרופליים של אמוניום חנקתי עם הרס רב וקורבנות רבים התרחשו בשנת 2004 בעיר ריונגצ'ון שבצפון קוריאה; בשנת 2013 בעיר ווסט בטקסס, ארה ב; בשנת 2015 בעיר הנמל טיאנג'ין בסין. והרשימה עוד ארוכה.

למרבה הצער, אמוניום חנקתי, עם כל היתרונות העצומים שהוא מביא לאדם, נותר חפץ מסוכן הדורש עמידה במספר דרישות בטיחות בטיפול. וחוסר זהירות או רשלנות עלולים לגרום לטרגדיות חדשות, שמניעתן מחייבת הן החמרה של הכללים לטיפול בחנקה והן הגברת האחריות לקיום וביצועם.