ไฟ ภัยพิบัติที่น่ากลัว
สำรับมนุษย์แล้ว “ไฟ” เป็นทั้งเพื่อนและศัตรู ทาสและเจ้านาย “ไฟ”เป็นพลังธรรมชาติ ซึ่งได้ถูกมนุษย์นำมาใช้ประโยชน์ตั้งแต่หลายร้อยพันปีก่อน จนท้ายสุดมนุษย์ก็รู้จักที่จะ “สร้าง”ไฟขึ้นเอง การควบคุมและการใช้ประโยชน์ไฟได้กลายเป็นปัจจัยหนึ่งของการวิวัฒนาการของมนุษยชาติ การควบคุมไฟเพื่อสร้างความอบอุ่นผลักดันให้เกิดการย้ายถิ่นฐานไปสู่พื้นที่ที่มีภูมิอากาศหนาวเย็น และสามารถก่อร่างสร้างความเจริญในพื้นที่นั้นๆ ได้ การใช้ไฟเพื่อการประกอบอาหารทำให้เพิ่มประเภทของอาหาร รสชาติ ความสะดวกในส่วนของการย่อยอาหาร โภชนาการ สุขอนามัยและการรักษาอาหาร ไฟได้ถูกใช้เป็นสิ่งเร้าความน่าสนใจ ตื่นเต้นของเกมส์มานานแล้ว ไม่ว่าจะเป็นการไล่ล่าสัตว์ การขับไล่สัตว์ร้ายไม่ให้เข้ามารบกวนในช่วงเวลากลางคืน ไฟมีส่วนช่วยในการเกษตรกรรม โดยปราบพื้นที่เป็นพื้นที่เกษตร และเถ้าถ่านจากการนี้ยังกลายเป็นปุ๋ยเพิ่มความสมบูรณ์ให้กับที่ดินดังกล่าวด้วย
มีความเป็นไปได้อีกด้วยว่า ไฟสามารถก่อให้เกิดความคิดสร้างสรร ค์ ซึ่งมีผลให้เกิดการกระจายการพัฒนาของมนุษยชาติ สิ่งผลิตหนึ่งตามด้วยสิ่งผลิตใหม่ๆ ตามกันมา การใช้ไฟเพื่อทำให้เนื้อของวัสดุมีความแข็งขึ้น ทำให้เกิดเครื่องใช้ที่ทำจากดินเผา เครื่องครัว อาวุธ และอื่นๆ อีกมาก และด้วยความสามารถในการผลิตของใช้จากความร้อนที่เพิ่มขึ้น ทำให้เกิดอุปกรณ์และเครื่องใช้ประเภทโลหะขึ้น การใช้ไฟเพื่อการรักษาความสะอาดโดยการฆ่าเชื้อ ทำให้เกิดความก้าวหน้าของวิทยาการด้านสุขภาพเป็นอย่างมาก ความร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้ของน้ำมัน ถ่านหิน และก๊าซธรรมชาติ เปลี่ยนแปลงรูปแบบไปสู่พลังงานไฟฟ้าและพลังงานจักรกล ซึ่งกลายเป็นแหล่งพลังงานของกิจกรรมภาคอุตสาหกรรม แสงสว่างและความร้อนสำหรับบ้านอยู่อาศัย และส่งผลให้เราสามารถเดินทางจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งในโลกได้อย่างรวดเร็ว จากการประมาณการคร่าวๆ ถึงผลประโยชน์ที่เกิดขึ้นจากไฟ คนอเมริกันในปัจจุบันได้มีพลังงานเพื่อใช้ในกิจกรรมต่างๆ ในชีวิตแต่ละคน เทียบเท่ากับที่ได้รับจากใช้ทาส ถึง 100 คนในอดีต
การใช้ไฟไปในทางทำลาย มีการเปลี่ยนแปลงไปจากการใช้ไฟเพื่อควบคุมสัตว์ป่า ไปสู่การมีอำนาจเหนือเผ่าพันธ์มนุษย์อื่น วิวัฒนาการของไฟ เปลี่ยนจากการการสร้างคบไฟกลายเป็นวิธีการเพื่อนำไปใช้ในการทำลายเมืองทั้งเมืองให้ย่อยยับลง ตัวอย่างเช่น การเผาเมืองทรอย
การใช้ไฟไปในทางทำลายอีกอย่างหนึ่งก็เพื่อไม่ให้ศัตรูได้รับรางวัลของการชนะ เช่น เมื่อไม่อาจป้องกันเมืองจากการครอบครองของศัตรูได้ ก็เผาเมืองของตนเสียเพื่อทำลายความสมบูรณ์และความสวยงานของเมืองลงเสีย ดังตัวอย่างการสู้รบระหว่างนโปเลียนและกองทัพฝรั่งเศสกับรัสเซีย
การใช้ไฟเพื่อการทำลายในรูปแบบใหม่ๆ ขึ้นอยู่กับเวลาและนวัตกรรมทางเทคโนโลยี ในช่วงศตวรรษที่ 21 ไฟได้ถูจัดเก็บไว้ในลักษณะของลูกระเบิด ที่สามารถโปรยลงสู่พื้นที่ที่ต้องการได้จากเครื่องบินรบ ในสงครามโลก ครั้งที่ 2 เมืองหลายแห่งถูกเผาจากการทิ้งระเบิดที่สร้างขึ้นเพื่อเป็นต้นเหตุของการเกิด พายุไฟ ซึ่งได้ฆ่าคนไปกว่าหมื่นในแต่ละเมืองที่ถูกถล่ม เช่นที่เกิดขึ้นในเมือง Humburg และ Dresden
ไฟ มีบทบาทสำคัญในโลกของธรรมชาติ เช่น ในช่วงเวลา 1 ชม. นั้น มีพายุฟ้าคะนองกว่า 1,800 ลูกเกิดขึ้นทั่วโลก และหลายครั้งที่(สาย) ฟ้าแลบก่อให้เกิดเพลิงไหม้ขึ้น มนุษย์เป็นผู้นำไฟจากโลกธรรมชาติมาเพิ่มบทบาทในชีวิตของตนยิ่งขึ้น มนุษยควบคุมไฟเพื่อการใช้ประโยชน์ แต่มนุษย์ก็ต้องชดใช้ค่าเสียหายทุกครั้งที่เกิดการสูญเสียการควบคุมไป ปัจจุบัน ในประเทศสหรัฐ เพลิงไหม้ที่เกิดจากฟ้าแลบเกิดขึ้นในอัตราที่น้อยกว่า 15 เปอร์เซ็นต์ของการเกิดเพลิงไหม้ทั้งหมด มนุษย์เป็นต้นเหตุหลักของการก่อให้เกิดเพลิงไหม้ในประเทศสหรัฐและประเทศอื่นทั่วโลก ความสูญเสียที่เกิดจากการใช้ไฟในกิจกรรมต่างๆ ของมนุษย์
ไฟคืออะไร
ไฟเป็นการผสมผสานที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วของก๊าซอ็อกซิเจนกับก๊าซคาร์บอน ก๊าซไฮโดรเจน และส่วนประกอบทางอินทรีย์วัตถุ ปฏิกิริยาดังกล่าวก่อให้เกิดเปลวไฟ (Flame) ความร้อน (heat) และแสงสว่าง (light) จริงๆแล้ว ไฟก็คือขบวนการสังเคราะห์ของแสง (Photosynthesis) นั่นเอง
ในขบวนการการสังเคราะห์ของแสง พืชจะรับเอาน้ำและก๊าซคาร์บอนไดอ๊อกไซด์ไว้ ในขณะที่ใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ในการสร้างอินทรีย์วัตถุ หรือเนื้อเยื่อของพืชนั่นเอง ก๊าซอ็อกซิเจนจะถูกขับหรือปล่อยออกมาในลักษณะของผลผลิตเสริมของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น อะตอมของโมเลกุลของพืชจะผูกโยงกันไว้ด้วยตัวเชื่อมทางเคมี (chemical bonds) ตัวเชื่อมนี้จะกักเก็บความร้อนที่มีต้นกำเนิดจากดวงอาทิตย์ไว้เป็นเสมือน “พลังงานที่สำคัญ” ตัวอย่างของขบวนการการสังเคราะห์ของแสง คือ
6 CO2 + 6 H2O + ความร้อน (ที่มีต้นกำเนิดมาจากดวงอาทิตย์) -> C6H12O6 + 6 O2
อินทรีย์โมเลกุล (C6H12O6 + 6 O2) ในสมการนี้ ก็คือ กลูโคส ส่วนที่สร้างเนื้อเยื่อของพืชนั้นเอง ซึ่งกลูโคสนี้เป็นส่วนประกอบหลักของไม้
ในขบวนการของการเกิดไฟ วัสดุจากพืชจะถูกทำให้เกิดความร้อนในระดับที่สูงกว่าจุด(การ)สันดาป ของมัน และก๊าซออกซิเจนเข้าทำปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วกับอินทรีย์วัตถุ ความสัมพันธ์ของตัวเชื่อมเดิมระหว่างก๊าซคาร์บอนกับก๊าซไฮโดรเจนถูกทำลาย ความสัมพันธ์ตัวใหม่เกิดขึ้นระหว่างก๊าซคาร์บอนกับออกซิเจน และระหว่างก๊าซไฮโดรเจนกับออกซิเจน พร้อมกับที่พลังงานที่เก็บกักไว้จะถูกคายออกมาเป็นความร้อนในระหว่างการเผาไหม้ สมการการเกิดของไฟจะคล้ายคลึงกับสมการขบวนการการสังเคราะห์ของแสง ยกเว้นแต่ว่าเป็นสมการที่มีทิศทางการเกิดเป็นไปในทิศทางที่ย้อนศรหรือตรงข้ามกันเท่านั้น คือ
C6H12O6 + 6 O2 -> 6 CO2 + 6 H2O + ความร้อนที่ปล่อยออกมา
ในทางปฏิบัติแล้ว พลังงานแสงอาทิตย์ที่พืชทำการเก็บกักไว้ในระหว่างการเจริยเติบโตของมันจะถูกคายกลับคืนสู่ชั้นบรรยากาศในระหว่างการเกิดเพลิง(ไหม้) นั่นเอง
ระยะของการก่อตัวของไฟ
ระยะของ preheating หรือระยะของการติดไฟ เกิดขึ้นเมื่อพืช ไม้ และวัสดุที่เป็นเชื้อเพลิงเกิดภาวะน้ำที่สะสมอยู่ในวัสดุเหล่านี้ถูกขับออกมา ไม่ว่าจะเป็นเพราะวัสดุเหล่านี้ตั้งอยู่ใกล้กับจุดของกำเนิดของเปลวเพลิง ภาวะแห้งแล้ง หรือแม้แต่จากภาวะของฤดูกาล น้ำที่สะสมอยู่ในไม้สดมีความสามารถอย่างสูงในการดูดซึมความร้อน ซึ่งส่งผลให้ไม้นั้นติดไฟยาก ในการเผาไม้นั้น นอกจากไม้จะต้องแห้งแล้ว อุณหภูมิของการเผาไหม้จะต้องถูกทำให้สูงขึ้นในระดับที่เหมาะสมด้วย ยกตัวอย่างเช่น เนื้อเยื่อของไม้จะคงภาวะปกติอยู่แม้ในอุณหภูมิที่สูงถึง 250 องศาเซลเซียส (480 องศาฟาเร็นไฮท์) จนที่อุณหภูมิ 325 องศาเซลเซียส (615 องศาฟาเร็นไฮท์) ภาวะปกติจะถูกทำลายลงอย่างรวดเร็ว และจะมีการปลดปล่อยก๊าซที่ทำให้เกิดเพลิง(ไหม้)เป็นจำนวนมากออกมา
สภาวะการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของไม้ เป็นไปตามขั้นตอนของการเผาไหม้ (pyrolysis) โครงสร้างทางเคมีของไม้เนื้อแข็งจะถูกทำลายและปล่อยก๊าซติดไฟต่างๆ ออกมาพร้อมกับที่ปลดปล่อยน้ำ เถ้า(ถ่าน) และซากอินทรีย์ที่คงเหลือ ในขณะที่เกิดอุณหภูมิขึ้นสูง หากมีก๊าซออกซิเจนเข้ามา ก๊าซจากการเผาไม้จะทำให้เกิดการจุดติดของไฟและเกิดการสันดาปขึ้น
ระยะที่ 2 ของการเกิดเพลิง คือ ระยะของการลุกไหม้ของเปลวเพลิง หรือ Flaming combustion คือ ระยะของการเผาไม้ในส่วนพื้นผิวส่วนนอกของไม้ เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและร้อน ระยะของการเกิดเพลิง(ไหม้) นี้จะมีระยะที่มีการปลดปล่อยพลังงานออกมาเป็นจำนวนมาก ความร้อนที่ได้รับการปลดปล่อยนี้จะทำให้บริเวณพื้นผิวหน้าของไม้มีอุณหภูมิสูงขึ้นเป็นลำดับจากสภาวะของการเป็นสื่อให้เกิดเพลิง (conduction) ภาวะการแพร่กระจายของเพลิง (diffusion) และภาวะของการขยายตัวของเพลิง (radiation) และภาวะการณ์ที่ความร้อนจะไหลเข้าแทนที่อากาศในพื้นที่ที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า (convection)
ขั้นตอนของการเกิดเพลิง(ไหม้)นั้นเป็นที่คุ้นเคยเป็นอย่างดีของผู้ที่เคยพยายามการเผาขอนไม้เพื่อก่อกองไฟในการออกแค้มป์ ระยะของการติดไฟจะสำเร็จลงได้หรือมีการจุดหนังสือพิมพ์หรือวัสดุติดไฟหรือเชื้อเพลิงอื่นๆ ด้วยไม้ขีด ทั้งนี้เพื่อให้ไม้แห้งและเพื่อเพิ่มอุณหภูมิบริเวณพื้นผิวของมันให้สูงขึ้น เมื่อวัสดุติดไฟเกิดการเผาไหม้อยู่ด้านล่างของกองไม้และถูกสนับสนุนด้วยการไหลของอากาศและออกซิเจนที่พอเหมาะ เนื้อเยื่อของไม้จะถูกเผาไหม้และปลดปล่อยก๊าซต่างๆ ตามขั้นตอนของเผาไหม้ เมื่อขอนไม้ถูกทำให้ร้อน ระดับความร้อนจะสูงขึ้น รูปแบบของการกระจายความร้อนจะเปลี่ยนแปลงไปซึ่งจะปล่อยก๊าซต่างๆ ออกมาหล่อเลี้ยงเปลวเพลิงให้ลุกโชติช่วง
จากการที่ไม้เป็นวัสดุที่เป็นสื่อที่ไม่ดีของความร้อน บริเวณชั้นในของขอนไม้จะมีอุณหภมิต่ำกว่าจุดสันดาป ในขณะที่ส่วนพื้นผิวหน้าของขอนไม้นั้นติดไฟอยู่ หากจะให้ขอนไม้นั้นเผาไหม้ทั้งหมดอย่างแท้จริง จำเป็นจะต้องได้รับความร้อนจากภายนอกในระดับที่เหมาะสม ทั้งนี้เพื่อให้ขั้นตอนการเผาไหม้คงอยู่ ขั้นตอนการขยายตัวของเพลิงและการไหลเพลิงไปสู่บริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า จะทำให้ท่อนไม้ร้อนเพียงพอและเป็นไปอย่างต่อเนื่องจนทำให้กองไฟสร้างความอบอุ่นแก่เมนุษย์
ในธรรมชาติ ภาวะของการลุกไหม้จะเกี่ยวข้องกับเปลวเพลิง ส่วนหน้าที่ผ่านไปและก่อให้เกิดการขยายตัวของเพลิง (glowing combustion) ในเตาผิง เปลวเพลิงได้มอดลง แต่พื้นผิวของขอนไม้ยังคงลุกไหม้อยู่ ขอนไม้จะลุกไหม้อย่างช้าๆ และที่อุณหภูมิที่ต่ำกว่าในขณะเดียวกับที่ไฟจะค่อยๆ เผาไหม้ตัวเนื้อไม้แทนการลุกไหม้ของก๊าซต่างๆ เช่นในช่วงแรก ขั้นตอนนี้เป็นขั้นตอนของการสันดาปของเชื้อไฟที่ช้าลงกว่าเดิม
การแพร่กระจายของไฟ
รูปแบบของการเกิดเพลิง(ไหม้) มีอยู่ 4 แบบ คือ
1) กระจายลุกไหม้และตัวอย่างช้าๆ ปรกคลุมอยู่เหนือพื้นดิน
2) ก่อตัวในลักษณะของกำแพงไฟ และ
3) เปลวเพลิงลุกไหม้อยู่เหนือยอดไม้ กระโจนจากต้นไม้หนึ่งไปยังต้นไม้อื่น
การแพร่กระจายของเพลิง ขึ้นอยู่กับปัจจัย 4 ประการ คือ
1) ประเภทของเชื้อเพลิง
2) ความแรงของลม
3) รูปทรงหรือลักษณะทางภูมิศาสตร์ของพื้นที่
4) พฤติกรรมเฉพาะตัวของเพลิง(ไหม้)
พลังความร้อนที่เกิดจากการลุกไหม้ของเพลิงที่เกิดขึ้น ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีของเชื้อไฟว่าเป็นพืช หรือเถ้าของอินทรีย์วัตถุ ความแรงของลมมีผลโดยตรงกับความรุนแรงของเพลิงไหม้ เนื่องจากลมเป็นตัวสนับสนุนออกซิเจน เป็นตัวเร้าให้เกิดการกระจายความร้อน ส่งเสริมการลุกไหม้ และสนับสนุนให้เกิดการติดเพลิงของพืชหรือไม้ที่อยู่ในสภาวะของการติดไฟ ใขณะที่รูปแบบหรือลักษณะทางภูมิศาสตร์มีผลต่อการกระจายตัวของเพิงไหม้อย่างมาก ในส่วนของการเปลี่ยนแปลงความรุนแรงหรือความรวดเร็วในการกระจายตัวของเพลิง เช่น ไฟจะกระจายตัวได้อย่างรวดเร็ว ในพื้นที่ที่มีความลาดชั้น
ลักษณะเฉพาะของไฟเองก็มีผลต่อการแพร่กระจายของเพลิงไหม้ ปริมาณของความร้อนที่ขับออกมาทำให้เกิดสภาวะอากาศที่ไม่แน่นอน การกระจายของอากาศร้อนอันเนื่องจากไฟจะมีความหนาแน่นต่ำ ซึ่งมีผลต่อรูปแบบของเปลวเพลิงที่จะพุ่งขึ้นในแนวตั้ง เป็นต้น
ภูมิอากาศของไฟ
ความรุนแรงของไฟจะเกิดขึ้นในภูมิภาคที่มีความแตกต่างอย่างมากระหว่างฤดูที่แห้งแล้งและฤดูที่เปียกชื้น ปัญหาเกิดขึ้นเมื่อ ฤดูฝนซึ่งเป็นฤดูที่พืชเจริญเติบโตอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดการเติบโตอินทรีย์ชีวะต่างๆ อย่างมากมาย ซึ่งสนับสนุนให้เกิดการทอดยาวของระยะแห้งแล้ออกไปจากที่ควรจะเป็น ความแห้งแล้งทำให้เกิดการระเหยของน้ำในพืช ทั้งที่มีชีวิตและที่ไม่มีชีวิตอีกแล้ว ทำให้พวกมันเป็นเชื้อที่ง่ายต่อการติดไฟ ในช่วงฤดูแล้ง หากมีลมแรง(ที่มีความชื้นสัมพัทธ์ต่ำ) เพียงเปลวไฟเล็กๆ ที่เกิดขึ้นอาจเกิดแพร่ขยายกลายเป็นเพลิงไหม้ที่รุนแรงได้ นอกจากนั้น มักมีผลต่อเนื่องตามมาด้วย รูปแบบของสภาพอากาศที่แห้งและมีลมแรงมีผลกระทบต่อภูมิภาคใหญ่ๆ และไฟขนาดใหญ่จะแตกออกเป็นสาขาแพร่กระจายออกไป กว่า 90 เปอร์เซ็นต์ของพื้นที่ที่ถูกเพลิงไหม้ มีต้นเหตุของเพลิงไหม้เพียง 3 เปอร์เซ็นต์ของพื้นที่เท่านั้น ดังที่บทความได้เสนอตัวอย่างของกรณีการเพลิงไหม้ใหญ่ๆ ในหลายภูมิภาค
ความคล้ายคลึงของไฟกับน้ำท่วม
ไฟและน้ำท่วมมีคุณลักษณะทั่วไปที่คล้ายคลึงกันอย่างมาก กล่าวคือ ไฟและน้ำท่วมเกี่ยวพันใกล้ชิดกับภูมิอากาศ การปกครองของพืช และลักษณะทางภูมิศาสตร์ ไฟและน้ำท่วมจะมีความรุนแรงมากน้อยเพียงใดขึ้นกับเงื่อนไขของชั้นบรรยากาศ ลมแรงที่พัดกระหน่ำอย่างรวดเร็วจะเป็นตัวเร่งให้เกิดเพลิงไหม้ ในขณะที่ฝนตกอย่างหนักทำให้เกิดน้ำท่วม และพฤติกรรมของมนุษย์มีความสัมพันธ์กับความรุนแรงของทั้งไฟและน้ำท่วม
สรุป
ไฟ เกิดจากการรวมตัวของออกซิเจนกับก๊าซคาร์บอนด์ ไฮโดรเจน และอินทรีย์วัตถุอย่างอื่น ในปฏิกิริยาอย่างหนึ่งที่ทำให้เกิดเปลวไฟ ความร้อนและแสงสว่าง ในทางปฏิบัติและไฟคือปฏิกิริยาของการสังเคราะห์ของแสงที่กลับทิศทางจากสมการเดิม
ไฟไม่อาจป้องกันได้ เพียงแต่หลีกเลี่ยงไม่ให้เกิดขึ้นได้ ไม่ว่าทางใดทางหนึ่ง มนุษย์ต้องลงทุนในการหยุดยั้งไฟ ทางเลือกก็คือ จะจัดการกับไฟขนาดเล็กหรือจะจัดการกับพายุเพลิงขนาดใหญ่