Экология/6.Экологический мониторинг

Погорелова О.А., Козаченко М.А.

Саратовский государственный аграрный университет, Россия

Особенности горения в надпочвенном покрове при низовых лесных пожарах в условиях Саратовской области.

Лесная подстилка - напочвенное образование, формирующееся под пологом леса из продуктов опада надземных ярусов лесного биоценоза. Это не только продукт леса и его компонентов, но и один из видов горючих материалов, являющийся первичным проводником горения. Влажность подстилки обычно бывает высокой, но при наступлении засушливой погоды во второй половине лета подстилка становиться пожароопасной. Лесная подстилка чаще всего горит без пламени. Тление по ней распространяется очень медленно и сохраняется на пожарище в течение нескольких дней.

Сухой травостой также является основным проводником горения от источника загорания к другим видам горючих материалов.

Лесные горючие материалы имеют следующий элементарный химический состав: С (углерод) - около 50%; Н (водород) – 5…6%; О (кислород) – 35% (в хвойных)…45% (в лиственных). Лесные материалы имеют в своём составе кислород, то есть, в значительной степени окислены.

В процессе реакции углерода и водорода с кислородом возникают новые химические вещества – углекислый газ и вода, выделяется тепло.

Растения накапливают энергию солнечной радиации (Q_в) в процессе роста и развития; при горении они выделяют энергию в атмосферу и почву.

Пиролиз или тепловое разложение древесины происходит при 180…280⁰С. Начавшийся процесс горения поддерживает сам себя за счёт выделяющегося тепла, если его рассеивание оказывается меньше, чем выделение. Равновесие устанавливается при температуре 700…1200⁰С, горение приобретает устойчивый характер.

Выделяют виды горения: гомогенное (однородное, чистое) и гетерогенное (неоднородное, смешанное). ЛГМ свойственно горение второго вида, так как есть пламя и тление углей.

Тепло выделяющееся при горении расходуется по двум основным направлениям: нагревание продуктов сгорания и рассеивание в окружающую среду. При горении на открытом воздухе температура не поднимается выше 1200⁰С. Как только образуется очаг огня, тепло от него рассеивается в пространство. В результате устанавливается температурный режим, определяемый динамическим равновесием между выделением и рассеиванием тепла. При лесных пожарах реальные температуры:

· пламя белого цвета – 1100⁰С

· красного – 800⁰С

· ярко горящие угли – 800…1100⁰С

· тусклые угли – 550…700⁰С.

Горение лесных материалов происходит в открытой атмосфере. На процесс значительно влияют:

· состав лесных материалов

· структура ЛГМ

· влажность ЛГМ

· показатели погоды в момент горения.

Устойчивость процесса горения определяется балансом между его выделением от химической реакции горючего с кислородом (А_пр) и рассеиванием тепла в окружающее пространство (А_р). Как только создался нагретый очаг от горения материалов, сразу возникает рассеивание тепла тремя путями: излучение (радиация), конвекция и теплопроводностью.

При А_пр>А_р – горение устойчивое, процесс поддерживает сам себя; характерно для горения сухих горючих материалов. Равенство между А_пр и А_р устанавливается при 800…1100⁰С.

При А_пр=А_р – горение неустойчивое, характерно для догорающих и увлажнённых лесных материалов.

При А_пр<А_р горение материалов, вызванное посторонним источником, прекращается самопроизвольно. Характерно для сырых материалов.

Общим условием процесса горения является наличие в материалах углерода, водорода и других элементов в не окисленном или не полностью окисленном состоянии и наличие кислорода.

В процессе горения лесные материалы отдают тепловую энергию, накопленную в процессе фотосинтеза. Процесс горения ЛГМ осложняется влажностью ЛГМ и неполнотой сгорания. Следует учитывать, что все лесные материалы в естественном состоянии содержат воду; их влажность не опускается меньше 7% и в нормальных условиях колеблется в пределах 30…70%. Часть тепла источника загорания расходуется на испарение воды, препятствующей окислению. Горение материала невозможно до того момента, пока вся вода не будет испарена из ближайших к огню слоёв горючего. В процессе испарения воды температура горючего не превысит 100⁰С. Это делает невозможным процесс пиролиза, так как он начинается при 180⁰С.

Горение надземного лесного пожара начинается в напочвенном покрове – от источника загораются легковоспламеняющиеся ЛГМ (сухая трава, листва, опад). Эти виды ЛГМ быстро сгорают не принося значительных повреждений насаждениям.

Активно, горящий материал представлен хвоёй, тонкими ветками до 10 мм в диаметре и сухими сучьями до 2 см. Живые ветви и хвоя содержат много воды и прежде, чем окажутся способны гореть должны быть подсушены. Последнее происходит за счёт тепла низового пожара – горения напочвенного покрова и подстилки. Температура над средним низовым пожаром 900…1000 градусов; на высоте 10 м – 40…50; на 20 м – 18…20.

При толстом слое подстилки и мохового покрова, засушливой погоде, при наличии куртин высокого подроста, интенсивность горения возрастает, высота пламени увеличивается на 4…5 метров. Газы не успевают охладиться до крон первого яруса, подогревают и просушивают листву, хвою, ветви верхнего полога, затем происходит воспламенение живой кроны. Таким образом низовой пожар переходит в верховой. Вследствие одновременного горения напочвенного покрова и живых крон деревьев, выделение тепла в минуту при верховых пожарах возрастает в 4…10 раз.

Тепловыделение с 1 м фронта верхового пожара достигает 300 тыс. ккал/мин, температура 1100 градусов. Над большим пожаром создаётся мощная турбулентная колонна.

Рассеивание тепла от горячего источника происходит тремя путями:

1. излучение – 18…20%

2. конвекция и излучение вверх – 70…80%

3. теплопроводностью в почву – 3…4%.

В лесах из-за опавших листьев, хвои, сучьев, травы в засушливый год пожары принимают опасные формы и наносят большой ущерб и имеют склонность к быстрому распространению на большие территории.

Литература:

1.Воронков Н.А. Экология общая, социальная, прикладная: Учебник для студентов высших учебных заведений. Пособие для учителей. - М.: Агар, 1999. - 424 с.

2.Горшенин Н.М., Швиденко А.И. Лесоводство. - Львов: Вища школа, 1977. - 304 с.

3.Карташев А.Г. Введение в экологию: Учебное пособие. - Томск: Водолей, 1998. - 384 с.

4.Мелехов И.С. Лесоведение: Учебник для вузов. - М.:МГУЛ, 2002. -398с.

5.Набатов Н.М. Лесоводство: Учебное пособие. 2-е изд., испр. и дополн. - М.: МГУЛ, 2002. - 192 с.

6.Основы лесоводства: Учебное пособие для студентов вузов/ З.В. Ерохина, Н.П. Гордина, П.М. Матвеев, Е.О. Бакшеева / - Красноярск: СибГТУ, 2004. - 240 с.

7.Погребняк П.С. Общее лесоводство. - М.: Колос, 1968. - 440 с.