• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
06.08.2020
Николай Цыгикало
16
80 571

С точки зрения науки: взрыв в Бейруте

5.6

Трагическая новость о взрыве огромной силы в Бейруте, занявшая первые строчки новостных ресурсов, вызывает естественные вопросы: как это могло произойти, что там взорвалось, в силу каких факторов возможны подобные происшествия? Чтобы разобраться, взглянем пристальнее на свойства аммиачной селитры и связанные с ней опасные моменты.

Момент взрыва / ©Sputnik

Что произошло в Бейруте

Если говорить кратко, ситуация выглядит следующим образом: шесть лет назад в морской порт Бейрута зашло судно Rhosus для внеплановой починки. Оно принадлежало компании уроженца Хабаровска Игоря Гречушкина. Власти порта не выпустили судно из-за недостатков в системах безопасности и документах на груз. Постепенно команда покинула Rhosus, а его груз, состоявший из 2750 тонн аммиачной селитры, перегрузили в складское помещение в порту, где он и хранился последующие шесть лет. Условия хранения оказались недостаточно надежными, поэтому для  ограничения доступа к этому грузу на складе проводили сварочные работы, из-за ненадлежащей организации безопасности которых впоследствии воспламенилась пиротехника, хранившаяся в этом же складском помещении.

Начался пожар, поддерживаемый горением и срабатыванием пиротехнических средств. Через какое-то время произошла детонация хранившейся аммиачной селитры. Ударная волна от этого взрыва нанесла большое поражающее действие по окружающим районам Бейрута: на сегодня погибшими числятся более 130 человек, и их число продолжает расти в процессе обнаружения все новых тел при разборе завалов зданий и сооружений. Пострадали более пяти тысяч человек.

Фотографии из космоса, сделанные спутником «Канопус-В». Фотография вверху датируется 4 ноября 2019 года, нижняя — на следующий день после взрыва. / ©Роскосмос.ру
Фотографии из космоса, сделанные спутником «Канопус-В». Фотография вверху датируется 4 ноября 2019 года, нижняя — на следующий день после взрыва. / ©Роскосмос.ру

Огромное количество домов получили повреждения разной степени, разрушения затронули половину зданий Бейрута, около 300 тысяч жителей остались без крова. По оценке губернатора ливанской столицы Марвана Аббуда,  ущерб от взрыва оценивают в сумму от трех до пяти миллиардов долларов.  Снимки из космоса порта Бейрута, сделанные до и после трагедии, показывают зону сплошных разрушений вокруг всей портовой части. В Ливане объявлен трехдневный траур.  

Что представляет собой аммиачная селитра

Аммиачная селитра, или нитрат аммония, представляет собой аммониевую соль азотной кислоты, имеет химическую формулу NH₄NO₃ и состоит из трех химических элементов — азота, водорода и кислорода. Высокое содержание азота (около трети по массе) в легкоусвояемом растениями виде позволяет широко применять аммиачную селитру в качестве эффективного азотного удобрения в сельском хозяйстве. В этом качестве аммиачная селитра применяется и в чистом виде, и в составе других, комплексных удобрений. Основная масса производимой в мире селитры используется именно в этом качестве. Физически аммиачная селитра представляет собой белое кристаллическое вещество, в промышленном виде имеющее вид гранул разного размера. Она гигроскопична, то есть хорошо впитывает влагу из атмосферы; при хранении имеет тенденцию к слеживанию, образованию больших плотных масс. Поэтому ее хранят и транспортируют не в виде сплошной насыпной массы, а в плотных и прочных мешках, не позволяющих образовываться большим слежавшимся массивам, которые трудно поддаются разрыхлению.

Взрывные работы на открытых горных разработках с использованием аммиачной селитры в составе промышленной взрывчатки / © Flickr.com.

Аммиачная селитра — сильный окислитель. Три атома кислорода, входящие в ее молекулу, составляют 60 процентов массы. Другими словами, аммиачная селитра — более чем наполовину кислород, который легко высвобождается из ее молекулы при нагревании. А термическое разложение селитры происходит в двух основных формах: при температуре ниже 200 градусов она разлагается на оксид азота и воду, а при температуре порядка 350 градусов и выше одновременно с водой образуется свободный азот и свободный кислород. Это выделяет аммиачную селитру в разряд сильных окислителей и предопределило ее использование в производстве различных взрывчатых веществ, в составе которых требуется окислитель.

Аммиачная селитра — компонент промышленной взрывчатки

Аммиачная селитра входит во множество видов промышленных взрывчаток и широко используется в этом, в основном в горнодобывающей промышленности. Человек для разрушения горных пород пока не придумал ничего эффективнее взрыва. Поэтому практически любые работы с ними строятся на основе взрыва: от добычи в шахтах до открытых разрезов и карьерных разработок. Горная промышленность потребляет огромное количество взрывчатки, и на каждом добывающем горнорудном предприятии или угольном разрезе всегда есть свой завод по производству взрывчатых веществ, которые расходуются в больших количествах. Относительная дешевизна аммиачной селитры позволяет использовать ее для массового производства различной промышленной взрывчатки.

И здесь можно отметить удивительную широту образования аммиачной селитрой взрывчатых систем. Смешав селитру буквально с любым горючим веществом, можно получить взрывчатую систему. Смеси селитры с обыкновенным алюминиевым порошком образуют аммоналы, которые потому так и называются — АММОНия нитрат — АЛюминий.  80% массы аммонала составляет аммиачная селитра. Аммоналы очень эффективны, ими хорошо взрывать скальные породы, определенные разновидности так и называются скальными аммоналами.

Массовый взрыв при производстве горных работ / © Flickr.com.

Если пропитать селитру дизельным топливом, получится другой класс промышленных взрывчаток — игданиты, названные так в честь ИГД, Института горного дела АН СССР. Селитра способна образовывать взрывчатые смеси при пропитке практически любыми горючими жидкостями, от растительного масла до мазута. Другие классы взрывчаток на основе селитры используют добавки различных взрывчатых веществ: например, аммониты (это не только ископаемые головоногие) содержат тротил или гексоген. В чистом виде аммиачная селитра тоже взрывоопасна и может детонировать. Но ее детонация отличается от детонации промышленных или боевых взрывчаток. Чем именно? Кратко вспомним, что такое детонация и чем она отличается от обычного горения.

Что такое детонация

Для того, чтобы в горючих веществах начались реакции горения, атомы горючего и окислителя надо сделать свободными и сблизить до образования между ними химических связей. Освободить их из молекул, в которых они содержатся, — значит, разрушить эти молекулы: это делает нагревание молекул до температуры их разложения. И то же нагревание сближает атомы горючего и окислителя до образования между ними химической связи — до химической реакции.

При обычном горении — оно называется дефлаграцией — реагирующие вещества нагреваются за счет обычной теплопередачи от фронта пламени. Пламя нагревает слои горючего вещества, и под действием этого нагрева вещества разлагаются до начала химических реакций горения. Детонационный механизм другой. В нем вещество нагревается до начала химических реакций за счет механического сжатия высокой степени — как известно, при сильном сжатии вещество нагревается. Такое сжатие дает ударная волна, проходящая по детонирующему куску взрывчатки (или просто объему, если детонирует жидкость, газовая смесь или многофазная система: например, взвесь угля в воздухе). Ударная волна сжимает и нагревает вещество, вызывает в нем химические реакции с выделением большого количества тепла и сама же подпитывается этой выделяющейся прямо в нее энергией реагирования. 

И здесь очень важна скорость детонации — то есть скорость прохождения ударной волны по веществу.  Чем она больше, тем мощнее взрывчатка, взрывчатое действие. У промышленных и боевых взрывчатых веществ скорость детонации составляет несколько километров в секунду — от порядка 5 км/сек у аммоналов и аммонитов и  6-7 км/сек у тротила до 8 км/сек у гексогена и 9 км/сек у октогена. Чем быстрее детонация, тем больше плотность энергии в ударной волне, тем сильнее ее разрушающее воздействие при выходе за пределы куска взрывчатки. Если ударная волна превосходит скорость звука в материале, она дробит его на куски — это называется бризантным действием. Именно оно разрывает на осколки корпус гранаты, снаряда и бомбы,  дробит скальные породы вокруг начиненного взрывчаткой шпура или скважины. С удалением от куска взрывчатки мощность и скорость ударной волны падают, и с некоторого короткого расстояния она уже не может дробить окружающее вещество, но может на него воздействовать своим давлением, толкать, сминать, разгонять, бросать, метать. Такое давящее, сминающее и метательное действие называется фугасным.

Особенности детонации селитры

Промышленная аммиачная селитра безо всяких добавок, образующих взрывчатку, как мы уже отметили выше, тоже может детонировать. Ее скорость детонации, в отличие от промышленных взрывчатых веществ,  относительно невелика: порядка 1,5-2,5 км/сек. Разброс скорости детонации зависит от многих факторов: в виде каких гранул находится селитра, как плотно они спрессованы, какая текущая влажность селитры и многих других. Поэтому селитра не образует бризантного действия — она не дробит окружающие материалы. Но фугасное действие детонация селитры производит вполне ощутимое. И мощность конкретного подрыва зависит от ее количества. При больших взрывающихся массах фугасное действие взрыва может достигать разрушительности любых уровней.

Последствия взрыва в Бейруте / © «Лента.ру»

Говоря о детонации, отметим еще один важный момент — как она начинается. Ведь для того, чтобы по взрывчатке пошла ударная волна сжатия, ее нужно как-то запустить, чем-то создать. Простое поджигание куска взрывчатки не дает механического сжатия, необходимого для запуска детонации. Так, на небольших кусочках тротила, подожженных спичкой, вполне можно вскипятить чай в кружке — они горят с характерным шипением, иногда коптят, но сгорают спокойно и без взрыва. (Описание не является рекомендацией к приготовлению чая! Это все же опасно, если куски окажутся большими или загрязненными.) Для запуска детонации необходим детонатор — небольшое устройство с зарядом специального взрывчатого вещества, вставляемое в основной массив взрывчатки. Взрыв детонатора, плотно вставленного в основной заряд,  запускает в нем ударную волну и детонацию.

Что могло вызвать детонацию

Может ли детонация произойти самопроизвольно? Может: обычное горение способно переходить в детонацию при его ускорении, при росте интенсивности этого горения. Если поджечь смесь кислорода с водородом — гремучий газ, — то он начнет гореть спокойно, но по мере разгона фронта пламени горение перейдет в детонацию. В детонацию быстро переходит горение многофазных газовых систем вроде всяких взвесей и аэрозолей, что используется в боеприпасах объемного взрыва. В детонацию может перейти и горение ракетного топлива, если давление в двигателе начнет быстро, нерасчетным образом расти. Рост давления, ускорение горения — вот предпосылки перехода обычного горения в детонацию.

Также катализаторами горения могут выступать различные добавки, загрязнения, примеси — точнее, они или их компоненты, которые поспособствуют местному переходу к детонированию. Окисленные, ржавые боеприпасы могут с большей вероятностью сдетонировать, если взрывчатое вещество примыкает к окисленному участку корпуса. В инициации детонирования есть много всяких нюансов и моментов, которые мы опустим, так что вернемся к вопросу: как могла сдетонировать селитра на складе? 

И здесь очевидно, что роль детонатора могла прекрасно сыграть пиротехника. Нет, просто шипящая пороховая ракетка вряд ли вызвала детонацию селитры своим форсом дыма с искрами. Но на видео запечатлены многочисленные массовые вспышки, сверкающие в дыму пожара до взрыва селитры. Это маленькие взрывы разброса салютных пиротехнических компонентов. Они и послужили очевидным детонирующим началом. Нет, они не были промышленными детонаторами. Но в условиях пожара, нагрева больших поверхностей селитры пламенем и массовостью тысяч происходящих пиротехнических срабатываний наверняка имели место внедрения этих пиротехнических ракет в нагретую поверхность селитры с дальнейшими подрывами в горячей селитре. В какой-то момент ее детонация под таким воздействием произошла — и распространилась на весь массив хранящейся селитры.

Проанализировать дальнейшие события в деталях трудно без подробной информации и изучения места взрыва. Насколько полно сдетонировали все 2750 тонн, не известно. Детонация не есть некое абсолютное начало, всегда происходящее так, как написано на бумаге. Бывает, и сложенные вместе брикеты тротила детонируют не все: часть их просто разбрасывает в стороны, если не предприняты надежные меры по передаче детонации между ними. После массовых взрывов горных пород, когда взрывают сотни и тысячи скважин, набитых взрывчаткой (их могут снаряжать взрывчаткой целый месяц), — после оседания облака пыли в зону взрыва сначала всегда входят только специалисты и осматривают, что взорвалось, а что не взорвалось. Они же собирают невзорвавшуюся взрывчатку. Так и с селитрой на складе в порту Бейрута: полноту детонации взрыва всей массы селитры определить сложно, но понятно, что она была достаточно большой.

Особенности взрыва в Бейруте

Сама картина взрыва хорошо соответствует подрыву селитры. Большой столб дыма красно-бурого цвета после взрыва — типичная окраска облака окислами азота, имеющими красный цвет и выделяющимися в больших количествах при разложении селитры во взрыве. Из-за низкой скорости детонации селитры не произошло массового дробящего действия. Поэтому на месте взрыва не образовалась большая воронка: материалы пирсов и бетонные грунтовые покрытия складов не были подроблены, поэтому не были выброшены. В силу этого же не было бомбардировки города кусками, разлетающимися из области взрыва, и над местом взрыва не поднялось высокого султана разлетающихся кусков и  фрагментов, образованных взрывом.

Столб дыма, окрашенный выделениями окислов азота при разложении аммиачной селитры / © dnpr.com.ua.

Вместе с тем обильное выделение газообразных продуктов сгорания — водяного пара, окислов азота — придало картине взрыва черты объемного взрыва. Помимо быстро прошедшей ударной волны, достаточно мощной и видимой как быстрая туманная стена, на съемке видно надвигающуюся стену расширяющихся газов взрыва, смешанных с пылью и вздымающихся вверх от поверхности земли при стремительном приближении. Это характерно для взрывов больших объемов с невысокой скоростью детонации. Характер повреждений зданий с высокой вероятностью покажет, что к ним было приложено  воздействие не только самой по себе ударной волны — мощное, но краткосрочное, — но и более длительное воздействие расширяющегося газо-воздушного потока, разлетавшегося из области взрыва.

Взрывы селитры до Бейрута

Взрывы удобрений на основе солей азотной кислоты происходили и раньше, они хорошо известны, таких случаев в истории достаточно много. Так, 1 сентября 2001 года в Тулузе, на заводе удобрений  компании Grande Paroisse, взорвался ангар, в котором сдетонировали 300 тонн аммиачной селитры. Погибли около 30 человек, пострадавших тысячи. Многие здания Тулузы были повреждены.

Ранее, 16 апреля 1947 года, произошел взрыв 2100 тонн аммиачной селитры на борту судна «Гранкан» в порту города Тексас-Сити, США. Ему предшествовал пожар на судне — схожие ситуация и последовательность событий. Взрыв вызвал пожары и подрывы на кораблях и нефтехранилищах поблизости. Погибли около 600 человек, сотни пропали без вести, более пяти тысяч пострадали.

21 сентября 1921 года взорвались 12 тысяч тонн смеси сульфата аммония и аммиачной селитры на химическом предприятии компании BASF возле городка Оппау в Баварии. Взрыв такой мощности образовал огромную воронку, с лица земли были стерты две ближайших деревни, а город Оппау — разрушен.

Катастрофические взрывы аммиачной селитры с большими разрушениями и многочисленными жертвами случались в 2004 году в северокорейском городе Рёнчхон; в 2013 году в городе Уэст  в Техасе, США; в 2015 году в портовом городе Тяньцзинь в Китае. И этот список можно продолжать. К сожалению, аммиачная селитра при всех огромных плюсах, которые она приносит человеку, остается опасным объектом, требующим соблюдения ряда требований безопасности в обращении. И невнимательность или небрежность может стать причиной новых трагедий, предотвращение которых требует как ужесточения правил обращения с селитрой, так и повышения ответственности за их соблюдение и выполнение.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 08:39
Михаил Орлов

Глобальные изменения климата сказываются как на природе, так и на населении Земли. Среди последствий потепления — волны жары и увеличение числа жарких дней, которые напрямую влияют на здоровье людей и повседневную жизнь. Российские ученые из Высшей школы экономики и Института географии РАН спрогнозировали, как летний зной будет влиять на жителей России в ближайшие десятилетия. Они назвали регионы РФ, которые могут пострадать от жары сильнее всего, и выявили ведущие факторы таких изменений.

6 часов назад
Игорь Байдов

Грузовой самолет будут использовать для перевозки 90-метровых лопастей ветряных турбин, которые невозможно доставить по суше из-за размеров. Предполагается, что этот аппарат произведет революцию в сфере возобновляемых источников энергии.

15 марта
Юлия Трепалина

Рассмотрев опыт ферм по выращиванию крупных питонов в Азии, ученые пришли к выводу, что это один из эффективных, но в то же время наименее вредных для экологии видов животноводства. По мнению исследователей, людям стоит всерьез задуматься о его внедрении в массовых масштабах.

Вчера, 08:39
Михаил Орлов

Глобальные изменения климата сказываются как на природе, так и на населении Земли. Среди последствий потепления — волны жары и увеличение числа жарких дней, которые напрямую влияют на здоровье людей и повседневную жизнь. Российские ученые из Высшей школы экономики и Института географии РАН спрогнозировали, как летний зной будет влиять на жителей России в ближайшие десятилетия. Они назвали регионы РФ, которые могут пострадать от жары сильнее всего, и выявили ведущие факторы таких изменений.

15 марта
Юлия Трепалина

Рассмотрев опыт ферм по выращиванию крупных питонов в Азии, ученые пришли к выводу, что это один из эффективных, но в то же время наименее вредных для экологии видов животноводства. По мнению исследователей, людям стоит всерьез задуматься о его внедрении в массовых масштабах.

15 марта
Полина

Субтитры в видео на иностранном языке помогают понимать речь на слух, а не отвлекают, вопреки распространенному мнению. Таковы результаты исследования, которое провели специалисты из США.

11 марта
Игорь Байдов

Американская компания Stratolaunch сообщила об успешном завершении летных испытаний прототипа гиперзвукового аппарата Talon-A, оснащенного ракетным двигателем. Во время беспилотного полета планер развил сверхзвуковую скорость.

13 марта
Алиса Гаджиева

Древние переселенцы из Анатолии не только устроили геноцид в Скандинавии, но и одарили выживших новыми болезнями.

20 февраля
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

[miniorange_social_login]

Комментарии

16 Комментариев

RealMachins
09.08.2020
-
-1
+
Вы писали : Смешав селитру буквально с любым горючим веществом, можно получить взрывчатую систему. Сама по себе она не взрывается. Много тонн селитры с коробкой петард не даст такого взрыва. Идёт новостное обдуривание - 100% теракт.
Dmitry Rybchenko
09.08.2020
-
0
+
Бла бла бла Как именно протекает реакция при взрыве чистой селитры?
-
0
+
Не знаю кто такой Александр Б. но раз все пишут, тоже напишу, что это его статья, его стиль.
Olmer .
06.08.2020
-
0
+
Берёзин? )
    Николай
    06.08.2020
    -
    0
    +
    Комментарий удален пользователям или модератором...
    +
      ещё комментарии
      Olmer
      06.08.2020
      -
      0
      +
      Я не читал ещё и это просто догадка. Он любит на актуальные темы в любой области и имени автора нету вдобавок, что как бы намекает, ну и просто стало любопытно )
        Николай
        06.08.2020
        -
        0
        +
        Мне нравится добросовестность Александра. Когда-то, много лет назад, на Лайфньюс было два "ракетчика" - Березин Александр и Михаил Котов. Я тогда был, надо сказать, немного излишне категоричен в комментариях. Поправлял ракетные ошибки у того и у другого. Александр признавал, говорил - ну, не знал, буду знать. А Михаил просто стирал мои замечания на его ошибки и блокировал мой аккаунт. Не снисходя до какого-то читателя и в принципе лишая меня голоса за поправки. Тогда я отметил себе полемическую честность Александра. Теперь Михаил Котов появляется на N+1, Александр обосновался здесь. Я с ним контрольно пополемизировал - да, Александр тот же, отвечает, защищает свою позицию, не сливается. )) это, на мой взгляд, хорошо . Я бы тоже к нему примкнул, но тут надо самому выкладывать текст на сайт, а я этого не умею. (((( Хотя статью о баллистических казусах недавнего запуска к Марсу уже подготовил, просто захотелось, раз глаз отметил их в телеметрических данных. А статья да, похожа на Александра по стилю.) Как прочтете - скажите, плз, он или не он.)
          Olmer
          06.08.2020
          -
          0
          +
          Почитал - хорошая статья, имхо. Отличное разъяснение процессов. Не уверен всё-таки, что это Александр. Его стиль мне чудится только в части "Особенности взрыва в Бейруте".
            Николай
            06.08.2020
            -
            0
            +
            Немного недописаны некоторые детали, на мой вкус. Я бы чуть больше расписал про детонаторы. Чисто функционально. И можно было бы рассказать внешнюю визуальную картину - почему ударная волна такая белая, почему это белое полотно так быстро исчезает, почему исчезает вообще, а не тянется бесконечно, и тому подобную динамику ударной волны. Это не причина взрыва, конечно, но дополнило бы понимание. Ну и пару практических случаев каких-нибудь развернуть, с хорошей иллюстративностью. Сдается мне, у автора просто не было на это времени. Какой-нибудь цейтнот помешал. Писалось это вчера рано утром, попутно ко всяким делам. Жизнь сейчас у многих, знаете, напряжённая, многое делается на бегу.
    Александр
    06.08.2020
    -
    0
    +
    Вы знаете. нет. Не Березин. Не писал, не редактировал.
    +
      ещё комментарии
      Olmer
      06.08.2020
      -
      0
      +
      Прошу не воспринимать негативно, я ничего такого не имел в виду. Просто догадка, основанная на заголовке и оформлении, не более того )
Автор забыл упомянуть ещё геофизразведку, которая тоже потребляет кучу взрывчатки; одна экспедиция может за сезон тонн сто взорвать. И это вечная головная боль: чем ее везти в поле. Железной дорогой с охраной, а потом начинается головоломка, если летних дорог нет, грунты раскисшие, техника проваливается. Вертолетом дорого. " В детонацию может перейти и горение ракетного топлива" - можно добавить, что в ракетных топливах иногда используется октоген, причем в приличных количествах, процентов до 10-12, в качестве горючего. Но условия горения выдерживаются так, чтобы не было перехода в детонацию, да и октоген в виде примеси совсем не то же самое, чем октоген в основном виде. А так в целом с изложением согласен. Вроде все верно написано. А вот была бы там не селитра, а огнестойкая взрывчатка - и тогда пожар был бы не страшен. Но увы, ее в таких количествах не производят, применяют только в специальных пожаропасных ситуациях, типа боеголовок баллистических ракет, стоящих в шахтах - на случай пожара в шахте или в последней ступени ракеты.

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: