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屋外の薪の火
木の削りくずの山の発火と消火
火災マップは、NASAのTerra衛星のMODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)からの観測に基づいて、毎月世界中で活発に燃えている火災の場所を示しています色は、1,000平方キロメートルの領域内で観測された火災の数(サイズではない)に基づいています。白いピクセルは、カウントの上限を示しています。1日あたり1,000平方キロメートルの領域で100回もの火災が発生しています。黄色のピクセルは10回の火災を示し、オレンジは5回の火災を示し、赤い領域は1日あたり1回の火災を示します。

火は、燃焼の発熱化学プロセスにおける材料(燃料の急速な酸化であり、、およびさまざまな反応生成物を放出します[1] [a]分子状酸素O2の弱い重結合が、燃焼生成物である二酸化炭素と水の強い結合に変換されると、エネルギーが放出される ため、火は熱くなります( O2 32gあたり418kJ )。ここでは、燃料の結合エネルギーはわずかな役割しか果たしません。[2] 着火点と呼ばれる燃焼反応のある時点で、炎が発生します。は火の目に見える部分です。炎は主に二酸化炭素、水蒸気、酸素、窒素で構成されています。十分に高温になると、ガスがイオン化してプラズマを生成する可能性があります。[3]降りる物質や外の不純物によって、炎のや火のさが異なります。

最も一般的な形態の火災は大火を引き起こす可能性があり、これは燃焼による物理的損傷を引き起こす可能性があります。火は世界中の生態系に影響を与える重要なプロセスです。火のプラスの効果には、成長の刺激とさまざまな生態系の維持が含まれます。その悪影響には、生命や財産への危険、大気汚染、水質汚染などがあります。[4]火事で保護植生が除去された場合、大雨水による土壌侵食の増加につながる可能性があります。[5]また、植生が燃やされると、その中に含まれる窒素は、次のような要素とは異なり、大気中に放出されます。に残り、すぐに土壌にリサイクルされるカリウムリン。この火災による窒素の喪失は、土壌の肥沃度を長期的に低下させますが、大気中の分子状窒素が「固定」され、などの自然現象によってアンモニアに変換されるため、この繁殖力は潜在的に回復する可能性があります。クローバーエンドウ豆緑豆などの「窒素固定」である肥沃な植物

火は、儀式、農業、土地の開墾、調理、熱と光の生成、信号、推進目的、製錬鍛造廃棄物の焼却、火葬、そして武器や破壊の手段として人間によって使用されてきました。

物理的特性

化学

火の四面体

可燃性または可燃性の物質が、酸素ガスまたは別の酸素に富む化合物などの十分な量の酸化剤と組み合わせて(非酸素酸化剤は存在しますが)、熱源または周囲温度を超える温度にさらされると、火災が発生します。燃料/酸化剤混合物の引火点であり、連鎖反応を引き起こす急速な酸化速度を維持することができます。これは一般に火の四面体と呼ばれます。これらすべての要素が適切な比率で配置されていなければ、火は存在できません。たとえば、可燃性液体は、燃料と酸素が適切な比率である場合にのみ燃焼を開始します。一部の燃料と酸素の混合物には、触媒、添加時に燃焼中の化学反応で消費されないが、反応物がより容易に燃焼することを可能にする物質。

一旦発火すると、連鎖反応が起こらなければならず、それによって、酸化剤と燃料が継続的に供給されている場合、火は燃焼過程で熱エネルギーをさらに放出することによって自身の熱を維持し、伝播する可能性があります。

酸化剤が周囲の空気からの酸素である場合、対流を生成するために重力、または加速によって引き起こされる同様の力の存在が必要です。これにより、燃焼生成物が除去され、火に酸素が供給されます。重力がなければ、火はそれ自体の燃焼生成物と空気からの非酸化性ガスで急速に囲まれ、酸素を排除して火を消します。このため、慣性飛行で惰性走行している場合、宇宙船の火災の危険性はわずかです。[6] [7]これは、熱対流以外のプロセスによって酸素が火に供給される場合には適用されません。

火の四面体の要素のいずれかを削除することにより、火を消すことができます。ストーブトップバーナーなどの天然ガスの炎を考えてみましょう。火は次のいずれかによって消火することができます:

  • 燃料源を取り除くガス供給をオフにする。
  • 炎を完全に覆い、燃焼が利用可能な酸化剤(空気中の酸素)を使用し、炎の周囲からCO 2で移動させるため、炎を窒息させます。
  • 火が生成するよりも速く火から熱を取り除く水の適用(同様に、炎を強く吹くと、現在燃焼しているガスの熱が燃料源から同じ端に移動します)、または
  • ハロンなどの遅延化学物質を炎に適用します。これにより、燃焼速度が遅くなり連鎖反応を維持できなくなるまで化学反応自体が遅延します。

対照的に、全体的な燃焼速度を上げると、火災が激しくなります。これを行う方法には、燃料と酸化剤の投入量を化学量論的比率にバランスさせる、このバランスの取れた混合物で燃料と酸化剤の投入量を増やす、周囲温度を上げて火自体の熱が燃焼をよりよく維持できるようにする、または触媒を提供する、燃料と酸化剤がより容易に反応できる反応媒体。

火炎

カナダ北西部のクラウン火災実験
1/4000秒の露出で撮影された火災の写真
火は重力の影響を受けます。左:地球上の炎。右:ISSの炎

炎は、可視、赤外線、場合によっては紫外線を放出する反応ガスと固体の混合物であり、その周波数スペクトルは、燃焼物質と中間反応生成物の化学組成に依存します。木材などの有機物の燃焼やガスの不完全燃焼など、多くの場合、煤と呼ばれる白熱の固体粒子が、おなじみの「火」の赤橙色の輝きを生み出します。この光は連続スペクトルを持っていますガスの完全燃焼は、炎の中で形成された励起分子のさまざまな電子遷移からの単一波長放射の放出により、薄暗い青色になります。通常、酸素が関与しますが、塩素中で水素を燃焼させると炎が発生し、塩化水素(HCl)が生成されます。多くの中で、炎を生成する他の可能な組み合わせは、フッ素水素、およびヒドラジン四酸化二窒素です。水素とヒドラジン/ UDMHの炎も同様に淡い青色ですが、ホウ素とその化合物を燃焼させ、20世紀半ばジェットエンジンとロケットエンジンは、強い緑色の炎を発し、「グリーンドラゴン」という非公式のニックネームになります。

炎の輝きは複雑です。黒体放射は、煤、ガス、および燃料粒子から放出されますが、煤粒子は小さすぎて完全な黒体のように動作できません。ガス中の脱励起された原子分子による光子放出もあります。放射線の多くは、可視および赤外線帯域で放出されます。色は、黒体放射の温度と、発光スペクトルの化学的構成に依存します炎の主な色は温度によって変化します。カナダの森林火災の写真は、この変化の優れた例です。ほとんどの燃焼が発生している地面の近くでは、火は白、一般的に有機物で可能な限り最も熱い色、または黄色です。黄色の領域の上では、色がより涼しいオレンジに変わり、次にさらに涼しい赤に変わります。赤い領域の上では、燃焼は発生しなくなり、未燃焼の炭素粒子は黒いとして見えます。

通常の重力状態でのろうそくのように、煤が一般的な炎の上部に上昇して黄色になる傾向があるため、通常の重力状態での炎の一般的な分布は対流に依存します。宇宙空間の環境などの微小重力無重力[8]では、対流が起こらなくなり、炎が球形になり、より青く効率的になる傾向があります(ただし、着実に動かないと消える可能性がありますが、 CO2として燃焼によるものは微小重力では容易に分散せず、炎を窒息させる傾向があります)。この違いにはいくつかの考えられる説明がありますが、最も可能性が高いのは、温度が十分に均一に分布しているため、煤が形成されず、完全燃焼が発生することです。[9] NASAによる実験では、微小重力での拡散火炎は、通常の重力条件と比較した場合に微小重力で異なる動作をする一連のメカニズムのために、地球上の拡散火炎よりも生成後に完全に酸化される煤を多く許容することが明らかになっています。[10]これらの発見は、応用科学および産業、特に燃費

内燃機関では、炎を消すためにさまざまな手順が実行されます。方法は主に、燃料が石油、木材、またはジェット燃料などの高エネルギー燃料であるかどうかによって異なります。

典型的な断熱温度

特定の燃料と酸化剤のペアの断熱火炎温度は、ガスが安定した燃焼を達成する温度です。

火の科学と生態学

すべての自然の生態系には独自の火災体制があり、それらの生態系の生物はその火災体制に適応しているか、それに依存しています。火は、それぞれが遷移の異なる段階にある、異なる生息地パッチのモザイクを作成します[12]さまざまな種類の植物、動物、微生物が特定の段階の利用に特化しており、これらのさまざまな種類のパッチを作成することで、火はより多くの種を風景の中に存在させることができます。

火の科学は、火の振る舞い、ダイナミクス、および燃焼を含む物理科学の一分野です。火災科学のアプリケーションには、防火火災調査、および山火事管理が含まれます。

化石記録

火の化石の記録は、 4 億7000万年前オルドビス紀中期陸上植物相が確立されたときに最初に現れます[ 13]。廃棄物として出してください。この濃度が13%を超えると、山火事の可能性があります[14] 山火事は、4億2000万年前のシルル紀後期の化石記録に、木炭化された植物の化石によって最初 記録まし[15] [16]デボン紀後期の物議を醸すギャップは別として、それ以来木炭が存在しています。[16]大気中の酸素のレベルは、木炭の蔓延と密接に関連しています。明らかに、酸素は山火事の豊富さの重要な要素です。[17]約600万年から700万年前 に、草が放射されて多くの生態系の主要な構成要素になったときも、火はより豊富になりました[18]このキンドリングは火口を提供、火のより急速な広がりを可能にしました。[17] これらの広範囲にわたる火災は、正のフィードバックプロセスを開始した可能性があり、それによって、火災をより助長する、より暖かく、より乾燥した気候を生み出しました。[17]

人間による制御

初期の人間による制御

ナミビアで火事を起こしたブッシュマン
試合の点火のプロセス

を制御する能力は、初期の人間の習慣の劇的な変化でした。を起こして熱と光を発生させることで、人々は食べ物を調理することが可能になり、同時に栄養素の多様性と利用可能性を高め、食べ物の中の有機体を殺すことによって病気を減らしました。[19]生成された熱はまた、人々が寒い気候で暖かくとどまるのを助け、彼らがより涼しい気候で生きることを可能にするでしょう。火はまた夜行性の捕食者を寄せ付けませんでした。調理済み食品の証拠は100万年前から発見されて ますが[20]おそらく40万年前まで火は制御された方法で使用されていませんでした。[21]約100万年前に火が制御された方法で使用された可能性があるといういくつかの証拠があります。[22] [23]証拠は約5万年から10万年前に広まり、この時からの定期的な使用を示唆している。興味深いことに、大気汚染への耐性は、同様の時点で人間の集団で進化し始めました。[21] 火の使用は次第に洗練され、木炭を作り、数万年前から野生生物を防除するために使用されました。[21]

火は何世紀にもわたって拷問と処刑の方法として使用されてきました。これは、火刑や、水、、さらにはで満たされ、開いた場所で加熱される可能性のある鉄のブーツなどの拷問装置によって証明されています。着用者の苦痛に火をつける。

新石器革命によって、穀物ベースの農業の導入中[要出典]、世界中の人々が景観管理のツールとして火を使用しました。これらの火災は通常、土壌に損傷を与える制御されていない「高温の火災」とは対照に、制御された火傷または「低温の火災」でした。熱い火は植物や動物を破壊し、コミュニティを危険にさらします。これは、材木作物の成長を促進するために伝統的な燃焼が妨げられている今日の森林では特に問題です。涼しい火は一般的に春と秋に行われます。それらは下草を取り除き、バイオマスを燃やします密度が高くなりすぎると、高温の火災が発生する可能性があります。それらはより多様な環境を提供し、ゲームと植物の多様性を促進します。人間にとって、それらは密集した、通行不能な森林を横断可能にします。景観管理に関する火のもう1つの人間の用途は、農業用の土地を開墾するための用途です。焼畑農業は、熱帯アフリカ、アジア、南アメリカの多くで今でも一般的です。地球研究所の環境研究保全センターの生態学者であるミゲル・ピネド・バスケス氏は、「小規模農家にとっては、生い茂った地域をきれいにし、立っている植生から栄養分を土壌に放出するのに便利な方法です」と述べています。[24]ただし、この有用な戦略にも問題があります。人口の増加、森林の断片化、気候の温暖化により、地表はますます大規模な火災から逃れる可能性が高くなっています。これらは生態系と人間のインフラストラクチャに害を及ぼし、健康上の問題を引き起こし、大気のさらなる温暖化を促進する可能性のある炭素と煤の渦巻きを送り出し、したがってより多くの火事にフィードバックします。今日、世界的には、500万平方キロメートル(米国の半分以上の面積)が特定の年に燃えています。[24]

後で人間の制御

火の多くの現代的なアプリケーションがあります。その最も広い意味では、火は地球上のほぼすべての人間によって、制御された環境で毎日使用されています。内燃機関車のユーザーは、運転するたびに火を使います。火力発電所は、石炭石油天然ガスなどの燃料に点火し、その熱を利用して水を蒸気に沸騰させ、タービンを駆動することで、人類の大部分に電力を供給しています

1943年7月に4回の焼夷弾攻撃が行われ、推定5万人が死亡した後のハンブルク[ 25]

戦争での火の使用には長い歴史があります。火はすべての初期の熱兵器の基礎でした。ホメロスは、トロイア戦争中にトロイを燃やすために木製の馬に隠れたギリシャの兵士による火の使用について詳しく述べたその後、ビザンチン艦隊はギリシャの火を使って船と人を攻撃しました。一次世界大戦では、最初の近代的な火炎放射器が歩兵によって使用され、第二次世界大戦では装甲車両にうまく搭載されました。後者の戦争では、焼夷弾がアクシス同盟国によって使用されました同様に、特に東京、ロッテルダム、ロンドン、ハンブルク、そして有名なドレスデンで。後者の2つのケースでは、各都市を取り巻く火の輪[要出典]が中央の火の集まりによって引き起こされた上昇気流によって内側に引き寄せられた火災が故意に引き起こされました。米陸軍空軍はまた、戦争の後半に日本の標的に対して焼夷弾を広範に使用し、主に木造住宅と紙製住宅で建設された都市全体を壊滅させました。ナパーム弾の使用は、第二次世界大戦の終わりに向けて、1944年7月に採用されました[26]ベトナム戦争まで、その使用は世間の注目を集めなかったが[26] モロトフカクテルも使用されました。

エネルギーの生産的な使用

2004年の住民10万人あたりの火災の障害調整生存年[27]
  データなし
  50未満
  50〜100
  100〜150
  150〜200
  200〜250
  250〜300
  300〜350
  350〜400
  400〜450
  450〜500
  500〜600
  600以上

燃料の炎を設定すると、使用可能なエネルギーが放出されます。木材先史時代の燃料であり、今日でも実行可能です。石油天然ガス石炭などの化石燃料発電所で使用することで、今日の世界の電力の大部分が供給されています。国際エネルギー機関は、2002年に世界の電力の80%近くがこれらの電力源から供給されたと述べています。[28]発電所の火は水を加熱し、タービンを駆動する蒸気を生成するために使用されます。次に、タービンは発電機を回転させます電気を生成します。火は、外部燃焼エンジンと内燃エンジンの両方で、機械的な仕事を直接提供するためにも使用されます

火事の後に残った不燃性の固形物は、融点が火炎温度より低い場合はクリンカーと呼ばれ融点火炎温度より低い場合は溶融して固化し、融点が火炎温度より高い場合は 灰になります。

火災管理

サイズ、形状、強度を最適化するために火を巧みに制御することは、一般に火の管理と呼ばれ、熟練した料理人、鍛冶屋鉄工などによって伝統的に(そして時には今でも)実践されているように、より高度な形式の火は非常に熟練した活動ですそれらには、燃焼する木材、木炭、または鉱物炭の種類を選択するための知識が含まれています。燃料の配置方法; 初期段階と保守段階の両方でどのように火を燃やすか。目的の用途に合わせて、熱、炎、煙の量を調整する方法。後で復活させるために火を貯めるのに最適な方法。薪ストーブ、石炭ストーブ、ベーカリーオーブン、および工業炉を選択、設計、または変更する方法; 等々。火災管理の詳細な説明は、鍛冶、熟練したキャンプ軍事偵察、および前世紀 の家政学に関するさまざまな本で入手できます。

保護と予防

世界中の山火事防止プログラムでは、山火事の使用や処方または野焼きなどの技術を採用している場合あります[29] [30] 荒野での火災の使用とは、監視されているが燃えることが許されている自然の原因によるあらゆる火災を指します。野焼きは、危険性の低い気象条件の下で政府機関によって発火する火災です。[31]

ほとんどの開発地域では、制御されていない火災を消火または封じ込めるために消火サービスが提供されています訓練を受けた消防士は、消防装置水道本管消火栓などの給水資源を使用するか、火を供給するものに応じてAおよびBクラスの泡を使用する場合があります。

防火は発火源を減らすことを目的としています。防火には、火災の発生を防ぐ方法を人々に教えるための教育も含まれます。[32]建物、特に学校や高層ビルは、建物の火災にどのように対応するかを市民に知らせ、準備するために、しばしば避難訓練を実施します。意図的に破壊的な火災を開始することは放火を構成し、ほとんどの法域で犯罪です。[33]

モデル建築基準法では、火災による損傷を最小限に抑えるために、耐火性能能動防火システムが必要です。防火性能の最も一般的な形式は、スプリンクラーです。建物の耐火性能を最大化するために、ほとんどの先進国の建築材料と備品は、耐火性、可燃性、および可燃性についてテストされています。車両や船舶に使用される室内装飾品カーペットプラスチックもテストされます。

防火と防火が被害を防ぐことができなかった場合、火災保険は経済的影響を軽減することができます。[34]

この視覚化は、2002年7月から2011年7月までに米国で検出された火災を示しています。西部の州と南東部で毎年確実に燃える火災を探してください。

復元

解体を待っている火事で被害を受けたレストラン

発生した火災被害の種類に応じて、さまざまな復旧方法と対策が使用されます。火災による損傷後の復旧は、資産管理チーム、建物の保守要員、または住宅所有者自身が行うことができます。ただし、認定された専門の火災被害復旧スペシャリストに連絡することは、彼らのトレーニングと豊富な経験により、火災被害を受けた資産を復旧するための最も安全な方法と見なされることがよくあります。[35]ほとんどは通常「火と水の回復」の下にリストされており、個人の住宅所有者であろうと最大規模の施設であろうと、修理を迅速化するのに役立ちます。[36]

消防および水復旧会社は、適切な州の消費者問題局(通常は州の請負業者ライセンス委員会)によって規制されています。カリフォルニアでは、すべての消防および水修復会社は、カリフォルニア請負業者の州ライセンス委員会に登録する必要があります。[37]現在、California Contractors State License Boardには、「水および火災による損傷の回復」に関する特定の分類はありません。したがって、請負業者の州ライセンス委員会は、火災と水の回復作業を実行するために、アスベスト認証(ASB)と解体分類(C-21)の両方を必要とします。[38]

も参照してください

参考文献

ノート

  1. ^ 錆び消化などの遅い酸化プロセスは、この定義には含まれていません。

引用

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ソース

外部リンク