مثلث النار

يُعد مثلث النار أو مثلث الاحتراق نموذجًا بسيطًا لفهم المكونات الضرورية لمعظم الحرائق . ^{[ 1 ]}

يوضح المثلث العناصر الثلاثة اللازمة لاشتعال النار: الحرارة ، والوقود ، وعامل مؤكسد (عادةً الأكسجين ). ^{[ 2 ]} يندلع الحريق بشكل طبيعي عند وجود هذه العناصر وتفاعلها بالنسب الصحيحة. ^{[ 3 ]} يمكن منع الحريق أو إخماده بإزالة أي عنصر من عناصر مثلث الحريق. على سبيل المثال، تغطية النار ببطانية مقاومة للحريق يحجب الأكسجين، مما يؤدي إلى إخمادها. في الحرائق الكبيرة التي تستدعي تدخل رجال الإطفاء، لا يُعد تقليل كمية الأكسجين خيارًا متاحًا عادةً، لعدم وجود طريقة فعالة لتحقيق ذلك في منطقة واسعة. ^{[ 4 ]}

يمثل رباعي الأوجه الناري إضافة تفاعل السلسلة الكيميائية إلى التفاعلات الثلاثة الموجودة بالفعل في مثلث النار.

الاحتراق هو تفاعل كيميائي يغذي النار بمزيد من الحرارة ويسمح لها بالاستمرار. بمجرد اندلاع النار، يستمر التفاعل المتسلسل الطارد للحرارة الناتج في إشعالها واستمرارها حتى يتم منع أحد عناصرها على الأقل.

• يمكن استخدام الرغوة لمنع وصول الأكسجين اللازم إلى النار
• يمكن استخدام الماء لخفض درجة حرارة الوقود إلى ما دون نقطة الاشتعال، أو لإزالة الوقود أو تشتيته.
• يمكن استخدام الهالون لإزالة الجذور الحرة وإنشاء حاجز من الغاز الخامل في هجوم مباشر على التفاعل الكيميائي المسؤول عن الحريق.
• ثاني أكسيد الكربون ، لكونه أكثر كثافة من الهواء، يمكنه إزاحة الأكسجين بعيدًا عن النار ^{[ 5 ]}

عندما يشمل الحريق معادن محترقة مثل الليثيوم والمغنيسيوم والتيتانيوم ، [ ^{6 ] وغيرها} (المعروفة باسم حريق من الفئة د ) ، يصبح من الأهمية بمكان مراعاة الطاقة المنبعثة. ولأن المعادن تتفاعل مع الماء أسرع من تفاعلها مع الأكسجين، وبالتالي تنبعث منها طاقة أكبر، فإن استخدام الماء لإخماد مثل هذا الحريق يؤدي إلى ازدياد حرارته أو حتى انفجاره . ولا تُجدي طفايات ثاني أكسيد الكربون نفعًا ضد بعض المعادن مثل التيتانيوم. ^{[ 6 ]} لذلك، يجب استخدام مواد خاملة (مثل الرمل الجاف) لكسر سلسلة تفاعلات الاحتراق المعدني.

وبالمثل، بمجرد إزالة أحد العناصر الأربعة للهرم الرباعي (بالكامل)، يتوقف الاحتراق.

المؤكسد هو المتفاعل الآخر في التفاعل الكيميائي. في معظم الحالات، يكون هو الهواء المحيط، وتحديدًا أحد مكوناته، وهو الأكسجين (O₂ ₎ . يمكن إخماد حريق عادي بحجب الهواء عنه، كما هو الحال عند تغطية لهب شمعة صغيرة بكوب فارغ. على النقيض من ذلك، إذا تم نفخ الهواء فوق نار الحطب (كما هو الحال مع المنفاخ )، فإن النار تشتعل بإدخال المزيد من الهواء.

بعض المواد الكيميائية، مثل غاز الفلور وأملاح البيركلورات كبيركلورات الأمونيوم أو ثلاثي فلوريد الكلور ، تعمل كمؤكسدات، وأحيانًا تكون أقوى من الأكسجين نفسه. يصعب إخماد حريق ناتج عن تفاعل مع هذه المؤكسدات حتى ينفد المؤكسد؛ إذ لا يمكن كسر هذا الضلع من مثلث الحريق بالوسائل العادية (أي أن حرمانه من الهواء لا يُخمده).

في بعض الحالات مثل بعض المتفجرات، يكون المؤكسد والقابل للاحتراق هما نفس الشيء (على سبيل المثال، النيتروجليسرين، وهو جزيء غير مستقر يحتوي على أجزاء مؤكسدة في نفس الجزيء مثل الأجزاء القابلة للأكسدة).

يبدأ التفاعل بطاقة تنشيطية، وهي في أغلب الأحيان حرارة. ومن الأمثلة على ذلك الاحتكاك، كما في حالة أعواد الثقاب، وتسخين الأسلاك الكهربائية، واللهب (انتشار النار)، والشرارة (من ولاعة أو أي جهاز كهربائي آخر). وهناك طرق أخرى عديدة لتوفير طاقة التنشيط الكافية، كالكهرباء والإشعاع والضغط، وكلها تؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة. في معظم الحالات، يُمكّن إنتاج الحرارة التفاعل من الاستمرار ذاتيًا، ويُتيح نمو التفاعل المتسلسل. تُسمى درجة الحرارة التي يُنتج عندها سائل ما كمية كافية من البخار لتكوين خليط قابل للاشتعال مع احتراق ذاتي مستدام بنقطة الوميض.

لإيقاف تفاعل الاحتراق، يجب إزالة أحد العناصر الثلاثة لمثلث النار.

بدون حرارة كافية، لا يمكن أن يبدأ الحريق ولا يستمر. يمكن إزالة الحرارة باستخدام مادة تقلل من كمية الحرارة المتاحة لتفاعل الحريق. غالبًا ما تكون هذه المادة هي الماء، الذي يمتص الحرارة اللازمة لتحوله من الحالة السائلة إلى بخار. كما أن إضافة كميات وأنواع كافية من المساحيق أو الغازات إلى اللهب تقلل من كمية الحرارة المتاحة لتفاعل الحريق بنفس الطريقة. كشط الجمر من المبنى المحترق يزيل مصدر الحرارة أيضًا. فصل التيار الكهربائي في حالة الحريق الكهربائي يزيل مصدر الاشتعال.

بدون وقود، ينطفئ الحريق. يمكن إزالة الوقود بشكل طبيعي، كما في حالة استهلاك الحريق لجميع المواد القابلة للاحتراق، أو يدويًا، عن طريق إزالته ميكانيكيًا أو كيميائيًا. يُعد فصل الوقود عاملًا مهمًا في إخماد حرائق الغابات ، وهو أساس معظم التكتيكات الرئيسية، مثل الحرق المُتحكم فيه . ينطفئ الحريق لأن انخفاض تركيز بخار الوقود في اللهب يؤدي إلى انخفاض الطاقة المنبعثة وانخفاض درجة الحرارة. وبالتالي، فإن إزالة الوقود تُقلل من الحرارة.

بدون كمية كافية من الأكسجين، لا يمكن أن يبدأ الحريق ولا يستمر. ومع انخفاض تركيز الأكسجين، تتباطأ عملية الاحتراق. ويمكن منع وصول الأكسجين إلى الحريق باستخدام مطفأة حريق تعمل بثاني أكسيد الكربون ، أو بطانية إطفاء ، أو الماء.

يمكن أن يؤدي الماء دورين مختلفين. ففي حالة المواد الصلبة القابلة للاحتراق، ينتج الوقود الصلب نواتج تحلل حراري تحت تأثير الحرارة، وعادةً ما تكون إشعاعًا. ويتوقف هذا التفاعل عند إضافة الماء، لأن الماء يتبخر بسهولة أكبر من تحلل الوقود حراريًا. وبذلك، تُسحب الطاقة من سطح الوقود، فيبرد، ويتوقف التحلل الحراري ، مما يقطع إمداد الوقود عن اللهب. وفي مكافحة الحرائق، يُشار إلى هذه العملية بتبريد السطح.

في الحالة الغازية، أي في اللهب أو الدخان، لا يمكن فصل المادة القابلة للاحتراق عن المؤكسد، والحل الوحيد الممكن هو التبريد. في هذه الحالة، تتبخر قطرات الماء في الحالة الغازية، مما يخفض درجة الحرارة ويضيف بخار الماء، فيجعل الخليط الغازي غير قابل للاحتراق. يتطلب هذا قطرات بحجم أقل من 0.2  مم تقريبًا. في مكافحة الحرائق، يُشار إلى هذه العملية بتبريد الغاز أو تبريد الدخان.

توجد حالات لا يكون فيها عامل الاشتعال هو طاقة التنشيط. على سبيل المثال، يُعد انفجار الدخان احتراقًا عنيفًا للغاية للغازات غير المحترقة الموجودة في الدخان الناتج عن دخول مفاجئ للهواء النقي (مؤكسد). وتُحدَّد الفترة الزمنية التي يمكن أن يحترق فيها خليط الهواء والغاز بحدود قابلية الهواء للاشتعال. وقد تكون هذه الفترة قصيرة جدًا (الكيروسين) أو طويلة (الأسيتيلين).

لا يمكن استخدام الماء لإطفاء أنواع معينة من الحرائق:

• الحرائق التي تندلع في أماكن وجود الكهرباء الحية – لأن الماء موصل للكهرباء، فإنه يشكل خطر الصعق بالكهرباء.
• حرائق الهيدروكربونات - حيث أن إضافة الماء ستؤدي فقط إلى انتشار الحريق بسبب اختلاف الكثافة/ كراهية الماء . على سبيل المثال، إضافة الماء إلى حريق يحتوي على مصدر نفطي سيؤدي إلى انتشار النفط، لأن النفط والماء لا يمتزجان . ومع ذلك، فإن استخدام مزيج من الرغوة والماء في طريقة تطبيق محددة أمر مقبول.
• حرائق المعادن - حيث تنتج هذه الحرائق كميات هائلة من الطاقة (تصل إلى 7550 سعر حراري / كجم للألمنيوم ) ويمكن أن يتسبب الماء أيضًا في حدوث تفاعلات كيميائية عنيفة مع المعدن المحترق (ربما يعمل كعامل مؤكسد إضافي).

وبما أن هذه التفاعلات مفهومة جيداً، فقد أصبح من الممكن ابتكار إضافات محددة للماء تسمح بما يلي:

• يتميز بامتصاص أفضل للحرارة وكثافة أعلى من الماء.
• حمل مواد مضادة للجذور الحرة على النار.
• تحتوي على عوامل رغوية لتمكين الماء من البقاء على سطح النار السائلة ومنع انطلاق الغاز.
• يحمل مواد تفاعلية محددة ستتفاعل وتغير طبيعة المادة المحترقة.

تم تصميم إضافات الماء بشكل عام لتكون فعالة في عدة فئات من الحرائق (الفئة أ + الفئة ب أو حتى الفئة أ + الفئة ب + الفئة و [الفئة ك في أمريكا الشمالية])، مما يعني أداءً عالميًا أفضل وسهولة استخدام مطفأة حريق واحدة في العديد من أنواع الحرائق المختلفة (أو الحرائق التي تشمل عدة فئات مختلفة من المواد).

في سياق حرائق الغابات، يمكن توسيع نطاق مثلث النار ليشمل انتشار الحرائق على مساحات شاسعة (على مدى أيام وعدة كيلومترات) وتكرارها على مر الزمن (على مدى عقود ومئات الكيلومترات). ^{[ 7 ]} وبالتالي، فبينما تُعدّ الحرارة ضرورية لإشعال اللهب، تُعدّ التضاريس مهمة في تسهيل انتشار الحريق، لا سيما من خلال تسخين المواد القابلة للاشتعال في المناطق المرتفعة، كما تُعدّ مصادر الاشتعال مهمة لتفسير تكرار الحرائق على مدى فترات زمنية أطول. وبالمثل، فبينما يُعدّ الأكسجين ضروريًا لاستمرار اللهب، فإنّ الطقس والرياح المصاحبة له تُغذّي الحريق المنتشر بالأكسجين، ويُمكن تلخيص النمط المناخي طويل المدى في المناخ. وأخيرًا، يُستخدم مصطلح "الوقود" لوصف المواد التي تحترق في لهب واحد، وصولًا إلى نطاق المواد التي تحترق في حريق غابات منتشر، إلا أنّ أنواع الوقود تختلف على نطاقات مكانية وزمنية أوسع فيما يُعرف بالغطاء النباتي .

على أصغر نطاق، وهو مثلث احتراق النار، تشتعل جزيئات الوقود الفردية مرة واحدة عند درجة حرارة حرجة، وينقل الحريق الطاقة إلى أقرب محيط. تتراوح مدة أحداث الاحتراق من بضع ثوانٍ إلى بضعة أيام، ويتم رصد آثارها على مستوى الربع. أما النطاق الأكبر، فيصف مفهوم نظام الحريق . يؤثر تغير المناخ العالمي على العديد من العوامل المتضمنة في مثلثي "حرائق الغابات" و"نظام الحريق". فعلى سبيل المثال، فيما يتعلق بنظام الحريق، يدعم نوع معين من الغطاء النباتي حريقًا مميزًا من حيث التكرار والشدة والموسمية والآثار البيولوجية؛ وسيؤدي أي تغيير في نوع الغطاء النباتي إلى تغيير نظام الحريق.

• مسرد مصطلحات مكافحة الحرائق
• دروس النار

• أساسيات مكافحة الحرائق وعمليات إدارة الإطفاء ( الطبعة الخامسة). الرابطة الدولية لتدريب خدمات الإطفاء . 2008.