**غزال زیاری** – در هفتههای اخیر، وقوع چندین انفجار در داخل کشور موجب پیدایش سؤالات و ابهامهای علمی و نگرانیهای عمومی در فضای رسانهای شده است.
از جمله موارد عمده، مشاهده ستونهای دود و غبار پس از انفجارها است که در برخی موارد به فرمهای نیمدایرهای یا به اصطلاح “قارچی” در آسمان جلوهگر میشوند. این موضوع ما را بر آن داشت تا به منظور افزایش سطح آگاهی عمومی و با استفاده از اصول فیزیک، به کاهش ترس در میان مردم اقدام کنیم.
با وجود تصور غالب که افراد این پدیده را به انفجارهای اتمی ربط میدهند، باید گفت که شکلگیری ابر قارچی پس از انفجارها، یک پدیده شناختهشده در مکانیک سیالات است که تحت شرایط خاص انرژی در هر انفجار بزرگ و حتی پدیدههای طبیعی قابل مشاهده است.
در یک تحلیل ویژه که به رد درخشان موشکها در آسمان پرداخته بود، تأکید شد که پدیدههای بصری در آسمان معمولاً نتیجه ترکیبی از آثار شیمیایی و آیرودینامیکی هستند. در حالی که رد موشکها ناشی از تخلیه سوخت در ارتفاعات بالا است، ابر قارچی که نزدیک سطح زمین و در تروپوسفر ظاهر میشود، به شکل مستقیم ناشی از تعامل گازهای گرم با جو است.
### فیزیک ناپایداری رایلی-تیلور (RTI)
شکلگیری ساختار قارچی در نتیجه پدیدهای به نام ناپایداری رایلی-تیلور رخ میدهد. این ناپایداری زمانی اتفاق میافتد که یک سیال با چگالی کمتر (مثل گازهای داغ ناشی از انفجار) به یک سیال با چگالی بیشتر (هوای عادی) فشار وارد میکند یا آن را جابهجا میسازد. در لحظه انفجار، دمای بالا باعث تولید مقدار زیادی گاز با چگالی کم میشود که تمایل دارند به سمت بالا بروند.
### مراحل توسعه ناپایداری
توسعه این ناپایداری به چهار مرحله اصلی تقسیم میشود که در هر یک فیزیک حاکم بر سیال تغییر میکند.
– **مرحله اول:** در این مرحله، اختلالاتی کوچک در رابط بین دو سیال شکل میگیرد که به صورت لرزشهای جزئی نمایان میشوند.
– **مرحله دوم:** ساختارهایی شبیه به انگشت یا حباب در اینجا شکل میگیرند که باعث ایجاد ساقه ابر قارچی و برآمدگی اولیه آن میشوند.
**مرحله برهم کنش:** در مرحله سوم، حبابهای کوچک با یکدیگر ادغام شده و منجر به تشکیل حبابهای بزرگتری میشوند که، در نهایت، کلاهک ابر قارچی را تشکیل میدهند.
### کالبدشکافی ابر قارچی
یک ابر قارچی از سه بخش اصلی تشکیل شده است که هر یک ناشی از فرآیندهای فیزیکی متفاوت هستند:
– **گوی آتشین و صعود اولیه:** بلافاصله پس از انفجار، یک گوی آتشین تولید میشود که شامل هوای داغ و بقایای تبخیر شده است. این گوی به دلیل نیروی شناوری به سمت بالا میرود و در حین حرکت، هوای اطراف را به عقب میراند که سبب سرد شدن لایههای بیرونی میشود.
– **تشکیل گردابه حلقوی:** مهمترین بخش آیرودینامیکی ابر قارچی، شکلگیری یک گردابه حلقوی در کلاهک آن است که بر اثر اصطکاک با هوای محیط، لبههای گوی آتشین به سمت پایین و داخل خم میشوند.
این تحلیل علمی به شفافسازی پدیدههای بصری مرتبط با انفجارها کمک میکند و با ایجاد آگاهی بیشتر، میتواند به کاهش نگرانیهای عمومی منجر شود.### شکلگیری ابر قارچی و اثرات آن
حرکت چرخشی گازها در یک انفجار موجب ایجاد ساختاری شبیه به پیراشکی میشود که در آن گازها از مرکز بالا رفته و از لبهها به سمت پایین میچرخند. این گردابه حلقوی به پایدار ماندن ابر در حین صعود کمک کرده و به آن امکان میدهد که مسافت زیادی را در جو طی کند.
#### ساقه و اثر دودکشی
همزمان با صعود کلاهک ابر، در پشت آن ناحیهای کمفشار شکل میگیرد که باعث میشود هوای غبارآلود و دود از سطح زمین به سمت بالا کشیده شود. جریانهای هوایی که به این پدیده پسوزش گفته میشود، ساقه عمودی مشابهی را به وجود آورند. اگر انفجار در ارتفاع زیاد رخ دهد، این ساقه ممکن است ضعیف یا نامرئی به نظر برسد چرا که فاصله از زمین مانع از مکش مقادیر زیاد خاک و غبار میشود.
### تمایز بین انفجارهای هستهای و شیمیایی
یکی از چالشهای کلیدی در تحلیل انفجارهای شهری، توانایی تمایز بین انفجارهای معمولی و هستهای است که میتواند به کاهش استرس عمومی کمک کند. ابر قارچی به تنهایی نمیتواند نشانهای از وقوع انفجار هستهای باشد؛ بلکه تنها نشاندهنده انرژی گرمایی بالا در یک فضای محدود است.
### تشخیص از طریق رنگ ابر
تشخیص نوع انفجار از طریق رنگ ابر یکی از سریع ترین و موثرترین روشهاست:
– **ابر قرمز تیره یا نارنجی:** ناشی از انفجارهای شیمیایی مانند نیترات آمونیوم و به دلیل وجود دیاکسید نیتروژن به عنوان محصول جانبی است.
– **ابر سفید درخشان:** اگر ابر قارچی پس از مرحله اولیه سفید درخشان باشد، احتمال وقوع انفجار هستهای وجود دارد که دلیل آن میعان سریع بخار آب است.
– **ابر سیاه یا خاکستری تیره:** وجود این نوع ابر به وقوع انفجارهای صنعتی یا سوخت اشاره دارد و علت آن دوده و کربن تولید شده از احتراق ناقص هیدروکربنهاست.
به عنوان نمونه، انفجار بیروت در سال ۲۰۲۰ با رنگ نارنجی ابر قارچی، به وضوح نشاندهنده نقش نیترات آمونیوم بود.
### علت شکلگیری ابر قارچی در تهران
تهران به دلیل موقعیت جغرافیایی خاص و وجود لایهبندی دمایی در جو، هنگامی که انفجار بزرگی رخ میدهد، گازهای داغ به سرعت صعود کرده و با لایههای پایدار جو روبهرو میشوند. این برخورد باعث میشود کلاهک ابر به شکل پهنتری درآید.
### منابع
– scienceline
– ucs
– britannica
– lanl
این بررسیها نشاندهنده پیچیدگیهای موجود در تحلیل انفجارها و اثرات ناشی از آنها میباشد.
