הסורק שמגלה את
האש הנסתרת

שנת 2020 היא אחת השנים הקשות ביותר כבר זמן רב  בכל הנוגע לשריפות יער. שטחים עצומים באוסטרליה, באזור האמזונס, בסיביר ובמערב ארצות הברית עלו באש במהלך השנה האחרונה, ובחלק מהאזורים שיא הלהבות לפנינו. התחזית לשנים הבאות אינה מעודדת: שריפות חסרות תקדים, בתדירות גדלה והולכת, צפויות ללוות את חיינו מעתה ועד העתיד הרחוק, בעקבות שינויי האקלים והעלייה בטמפרטורות על פני כדור הארץ.

אך לצד הנזק הרב והאובדן, ייתכן שגם נלמד להתמודד עם השריפות טוב יותר, ולמתן את ההרס שלהן. צעד חשוב בכיוון הזה מציע מחקר שנעשה באוניברסיטת סטנפורד בארצות הברית. קבוצת חוקרים בחנה בשיטה חדשנית את אחד משלבי הבעירה המשמעותיים אך הסמויים מהעין, שמאפיינים שריפות טבעיות: בעירה באש רוחשת (Smoldering)

אש רוחשת היא תהליך שריפה שבו חמצן מגיב ישירות עם פני השטח של חומר מוצק, בלי שתיווצר להבה. התופעה מוכרת היטב לכל מי שצפה בגחלים הלוחשות הנותרות בסופה של מדורה וממשיכות להתאכל אט-אט ולפלוט עשן גם ללא אש נראית לעין.

תופעת האש הרוחשת נראית לרובנו שולית לעומת ההרס המהיר והמיידי שמחוללות להבות משתוללות. אך למעשה, מחצית מכלל החומר האורגני שנאכל בשריפות טבעיות נשרף בתהליך כזה. בנוסף, גחלים עשויות להמשיך לבעור בסתר במשך ימים רבים, כאשר צוותי הכיבוי סבורים שהשריפה כבר כובתה. במקרים מסוימים הרוח אף עלולה לשאת את הגחלים הלוחשות ולהבעיר שטחים חדשים, הרחק ממוקדי השריפה המקוריים.

מחצית מכלל החומר האורגני שנאכל בשריפות טבעיות נשרף בתהליך של בעירה באש רוחשת, ללא להבה. עצים שרופים מעלים עשן ללא אש נראית לעין | Shutterstock, By Natalya Kalyatina

מעקב בזמן אמת

את התגובות הכימיות הבסיסיות שמתרחשות במהלך בעירה המדענים מבינים היטב, אך ידיעותינו על הקצב שבו הן מתרחשות ועל אופי ההתפשטות שלהן במרחב עדיין חלקיות מאוד. הקושי בחקר תופעת הבעירה נובע מהמבנה המורכב של חזית הבעירה, אותו "וילון" דו-ממדי שמתקדם אל לב הגוף הבוער ומפריד בין החומר שנשרף לזה שעוד לא. 

חזית הבעירה מורכבת מכמה שכבות, שבכל אחת מהן מתרחשת תגובה כימית נפרדת. המבנה הזה מקשה לעקוב אחריהן באמצעים אופטיים בזמן אמת. עד כה תופעת הבעירה באש רוחשת נחקרה בעיקר על ידי בחינת חומרים לפני שעלו באש, ושוב במצבם השרוף. דרך אחרת הייתה לעקוב אחרי תהליך השריפה של ספוג מטבח פשוט, חומר סינתטי בעל צפיפות נמוכה, שמאפשרת גישה של אמצעי מדידה לתוך הספוג עצמו. אלא שספוג כזה אינו מדמה היטב חומרים טבעיים דחוסים.

כעת, בזכות ההתקדמות שהושגה בשנים האחרונות בטכנולוגיית הדימות באמצעות טומוגרפיה ממוחשבת (CT), הצליחו חוקרים לעקוב אחרי גוף מוצק במהלך תהליך הבעירה שלו. השיטה מאפשרת ליצור תמונה תלת-ממדית של גופים מוצקים באמצעות קרני רנטגן, כך שאזורים בצפיפות שונה ייוצגו בה על ידי גוונים שונים. השיטה נמצאת בשימוש רב בעולם הרפואה, שם היא מאפשרת לבחון את  המבנה של איברים ורקמות פנימיות רכות בלי צורך בניתוח פולשני. כמו כן היא מאפשרת למדוד את הטמפרטורה של כל נקודה בתוך הגוף המוצק.

החוקרים הצליחו כעת, באמצעות ה-CT, לעקוב לראשונה אחרי ההתקדמות של חזית הבעירה בתוך גוף מוצק. לצורך הניסוי הם הציתו קוביית עץ אלון וסרקו אותה כל דקה וחצי כדי ליצור רצף של תמונות תלת-ממדיות מפורטות, ברמת דיוק של כעשירית המילימטר. תוצאות הסריקה חשפו לראשונה איך מבנה הסיבים של העץ, הייחודי לכל אחד ממיני העצים, משפיע על אופן התקדמות השריפה על ידי יצירת שלוחות מקומיות (אִצבֹּוּע) של חזית הבעירה אל תוך קוביית העץ. בנוסף זיהו החוקרים איך מתפתחים סדקים זעירים באזורים שזה עתה נחרכו. הסדקים האלה האיצו את קצב השריפה באופן מקומי, על ידי הגדלת שטח הפנים של העץ ועל ידי הגדלת כמות החמצן שמצליחה לחדור אל חלקיו הפנימיים ולהזין את הלהבות.

על בסיס הנתונים שנאספו מסריקת תהליך הבעירה לאורך זמן של עץ האלון, יצרו החוקרים מודל מתמטי המחשב את קצב התקדמות הבעירה בתוכו. בהמשך הם הרחיבו את המודל המתמטי למודל גיאוגרפי, שלטענתם מסוגל לחזות את מהירות התפשטות הבעירה דרך שטח מסוים, בהסתמך גם על נתונים סביבתיים כגון אחוז הלחות באוויר וכיוון הרוח.

סימולציה של התפשטות שריפה ביערות באזור סטנפורד, בהתבסס על המודל הגיאוגרפי שפתחו החוקרים | Matt Bonanni

כעת החוקרים שוקדים לאסוף דוגמאות של עצים מסוגים שונים וחומרים נוספים ברחבי העולם. כך הם מקווים להרחיב את מאגר הנתונים ולעדכן את המודל הגיאוגרפי באופן שיתחשב בסוגי הצמחייה המאפיינים כל מקום ובאופיה. החוקרים מקווים כי המודל שפיתחו יסייע בעתיד לכוחות הכיבוי להשתלט על שריפות טבעיות: בעזרתו הם יוכלו לאמוד כהלכה את יעילות פעולותיהם בכל אזור, ואף לדעת מתי השריפה עשויה לצאת משליטה ולסכן את חיי הכבאים.