Quando le fiamme attaccano

"Alcuni comportamenti delle fiamme possono avvisare quando è probabile che si verifichino transizioni eruttive", ha detto il ricercatore postdoc Jerome Fox. "In un incendio boschivo, questi comportamenti potrebbero avvisare i vigili del fuoco di mantenere le distanze."

Credito: Wikimedia Creative Commons

Di Peter ReuellScrittore dello staff di Harvard

Data2 aprile 2015

La lotta agli incendi boschivi è piena di pericoli, e forse la cosa più spaventosa è il fatto che gli incendi lenti possono improvvisamente trasformarsi in incendi mortali e rapidi. È un momento temuto dai vigili del fuoco e che sembra quasi impossibile da prevedere.

Jerome Fox non è così sicuro che sia impossibile.

Fox, ricercatore post-dottorato nel laboratorio di George Whitesides, professore alla Woodford L. e Ann A. Flowers University, è l'autore di un nuovo studio in cui i ricercatori sono stati in grado di prevedere quando le fiamme di prova in laboratorio sarebbero probabilmente passate da lente a al rapido movimento. I loro sforzi alla fine potrebbero aprire la strada a previsioni simili per gli incendi boschivi. Lo studio è descritto in un articolo recentemente pubblicato negli Atti della National Academy of Sciences.

“Al momento, queste brusche transizioni nei tassi di spread sono considerate imprevedibili”, ha affermato Fox. “I nostri risultati sperimentali suggeriscono che potrebbe non essere vero. … Alcuni comportamenti della fiamma possono avvisare quando è probabile che si verifichino transizioni eruttive. In un incendio boschivo, questi comportamenti potrebbero avvisare i vigili del fuoco di mantenere le distanze”.

Naturalmente è impossibile portare un incendio boschivo in laboratorio, quindi per capire come si propagano le fiamme in ambienti complessi, Fox ha sviluppato un sistema modello: una striscia di nitrocellulosa accesa.

Quando erano accese, le strisce bruciavano, ma non sempre nello stesso modo. In alcuni casi le fiamme si muovevano lentamente lungo i listelli, assumendo forme ben definite. In altri casi le fiamme si sono mosse rapidamente con strutture poco definite, quasi tumultuose.

“Nelle stesse condizioni, ci sono due stati stabili”, ha detto Fox. “Utilizzando questo sistema modello, abbiamo cercato di identificare modelli nella dinamica della fiamma (i movimenti della fiamma) che potrebbero avvisarci quando una fiamma che si muove lentamente potrebbe esplodere in una fiamma che si muove rapidamente. Li abbiamo trovati.

Fox ha affermato che le fiamme hanno mostrato un comportamento noto come “rallentamento critico”.

"In condizioni in cui le transizioni verso la fiamma in rapido movimento diventavano più probabili, il sistema si riprendeva più lentamente dalle perturbazioni", ha detto Fox. “Abbiamo perturbato il sistema posizionando una piega nella striscia di nitrocellulosa. Dopo aver incontrato la piega, le fiamme che si muovono lentamente, in alcuni casi, passano a fiamme che si muovono rapidamente; in altri casi, si riprenderebbero senza alcuna transizione. Abbiamo misurato quanto tempo hanno impiegato queste fiamme, in quest’ultimo caso, a riprendersi. In condizioni in cui le transizioni da lente a veloci erano più probabili, i tempi di recupero erano molto più lunghi. Questa è la definizione stessa di rallentamento critico”.

Le perturbazioni, tuttavia, non provengono solo dagli ostacoli creati dai ricercatori.

"Naturalmente, la fiamma è soggetta a quelle che vengono chiamate perturbazioni stocastiche", ha detto Fox. “Si tratta di perturbazioni causate da piccoli movimenti d'aria e altri eventi casuali. Questi sottili cambiamenti ambientali possono causare lo sfarfallio delle fiamme. Mentre osservavamo questi sfarfallii con una telecamera ad alta velocità, siamo stati in grado di vedere lo stesso rallentamento che abbiamo osservato con le fiamme che si riprendevano dalle pieghe della striscia”.

Sebbene altri ricercatori abbiano ipotizzato che le fluttuazioni naturali in tutto, dai mercati finanziari al clima, potrebbero mostrare sintomi di rallentamento critico, Fox ha affermato che il nuovo studio è il primo a dimostrare il fenomeno degli incendi.

"Potete immaginare che sia difficile perturbare qualcosa come il clima, ma gli scienziati possono monitorare le fluttuazioni nella concentrazione di CO2 e cercare segnali di rallentamento critico che potrebbero avvisare di imminenti cambiamenti climatici", ha detto.

Fox ha avvertito, tuttavia, che è necessario ulteriore lavoro prima che gli scienziati possano dire con certezza se gli incendi boschivi presentano sintomi di rallentamento critico simili a quelli mostrati dalle fiamme nel loro sistema modello.