Ο ξυλάνθρακας ως δείκτης για διαφορετικές συνθήκες πυρκαγιάς
Από RemoteSensing Wiki
Η παραγωγή ξυλάνθρακα αποτελεί μέρος της ανθρώπινης ζωής από τις απαρχές της. Στην παρούσα έρευνα στόχος είναι η αξιολόγηση του βαθμού στον οποίο οι χημικές υπογραφές του άνθρακα μπορούν να χρησιμεύσουν ως ένα δακτυλικό αποτύπωμα στις συνθήκες πυρκαγιάς. Μετά από την μελέτη της βιβλιογραφίας σχετικά με την φωτιά, επελέγησαν τρεις τυπικές μορφές πυρκαγιάς [γρασίδι και δασικό έδαφος (285 ± 143oC), θάμνος (503 ± 211oC) και αστικές πυρκαγιές (797 ± 165oC)] και τρεις κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν τον σχηματισμό άνθρακα: την διάρκεια της απανθράκωσης, την θερμοκρασία και το καύσιμο υλικό. Για την βαθμονόμηση των δακτυλικών αποτυπωμάτων και για την επικύρωση, τυπική καύσιμη ύλη από προϊστορικά γεγονότα καύσης (ξύλο και γρασίδι) απανθρακώθηκε υπό εργαστηριακές συνθήκες (300-700oC, ποικίλης διάρκειας) και υπεβλήθη σε σύγκριση με τα υπολείμματα από φυσικές πυρκαγιές της ΝΑ Ευρώπης. Η ανάλυση περιελάμβανε αξιολόγηση των οξέων πολυκαρβοξυλικού βενζολίου (BPCAs), της περιεκτικότητας σε οργανικό άνθρακα (Corg), της περιεκτικότητας σε άζωτο, τον δείκτη οξυγόνου (ΟΙ, CO2/Corg) και τον δείκτη του υδρογόνου (HI, HC/Corg), την μέγιστη θερμοκρασία θέρμανσης (Tmax) και την ημι-υπέρυθρη φασματοσκοπία (MIRS). Όλες οι παράμετροι, συμπεριλαμβανομένης της απώλειας της μάζας, αυξήθηκαν με την αύξηση της θερμοκρασίας καύσης, αλλά δεν επηρεάστηκαν από την διάρκεια της απανθράκωση. Εν ολίγοις, φαίνεται ότι είναι δυνατόν να ανακατασκευαστούν οι συνθήκες πυρκαγιάς μέσω της ευαισθησίας στην θερμοκρασία των μοτίβων BPCA, της Tmax, του OI και των αρωματικών και αλειφατικών σημάτων MIRS, όπου η ανάθεση της πηγής της καύσιμης ύλης ήταν λιγότερο αξιόπιστη.
Δεδομένου ότι διάφοροι παράγοντες ελέγχουν την εκδήλωση μιας πυρκαγιάς, η απόσπαση των πιο σημαντικών ιδιοτήτων της πυρκαγιάς είναι απαραίτητη για την γεωχημική διαφοροποίηση των συνθηκών πυρκαγιάς. Στην παρούσα εργασία το επίκεντρο αποτέλεσε η διάρκεια της πυρκαγιάς, η θερμοκρασία και το είδος της καύσιμης ύλης και η ανάλυση του κάρβουνου ως το κύριο υπόλειμμα της πυρκαγιάς. Δεν λήφθηκαν υπόψη η ποσότητα της παροχής O2 και η ταχύτητα του ανέμου, υποθέτοντας ότι η επίδραση αυτών των παραγόντων συμπεριλαμβάνονταν στην διάρκεια της πυρκαγιάς και την θερμοκρασία. Οι Smith και Sparling (1966) για παράδειγμα, βρήκαν ότι η υψηλότερη ταχύτητα ανέμου (>2 m s-1) μπορεί να ασκήσει ένα «φαινόμενο ψύξης» στην πυρκαγιά. Αντίθετα, οι Fahnestock και Hare (1964) διαπίστωσαν ότι η ξυλώδης βλάστηση καίει για περισσότερο χρόνο από ότι η ποώδης βλάστηση, αλλά η κεφαλή των δασικών πυρκαγιών καίει πολύ περισσότερο και πιο θερμά, γιατί οι φλόγες αναρριπίζονται από τον άνεμο (Hare, 1961). Η μετρούμενη θερμοκρασία καύσης ενσωματώνει αυτά τα αποτελέσματα. Οι αστικές πυρκαγιές είναι συνήθως θερμότερες από ότι οι πυρκαγιές στο γρασίδι και οι πυρκαγιές σε δασικό έδαφος (Cohen - Ofri et al., 2006; Braadbaart και Poole, 2008; Maggetti et al., 2011) και αυτό αντικατοπτρίζεται επίσης στα δεδομένα της παρούσας έρευνας: βρέθηκαν περισσότερα B6CA ως αποτέλεσμα της υψηλότερης θερμοκρασίας της πυρκαγιάς στο φυσικό κάρβουνο που συλλέχθηκε από τις αστικές πυρκαγιές σε σχέση με το κάρβουνο που συλλέχθηκε από τις πυρκαγιές του εδάφους (π.χ. γρασίδι και δάσος, βλέπε Σχήμα 2α) καθώς και μία απώλεια των αλειφατικών ομάδων στα φάσματα MIR (Σχήμα 2β).
Έτσι λοιπόν, με βάση την αξιολόγηση των βιβλιογραφικών δεδομένων και την χημική ανάλυση του κάρβουνου κατέστη δυνατή η ανακατασκευή της θερμοκρασίας της πυρκαγιάς ως δείκτης για διαφορετικές συνθήκες πυρκαγιάς. Σε γενικές γραμμές, η θερμοκρασία της πυρκαγιάς είναι ετερογενής, π.χ. στις δασικές πυρκαγιές οι κορυφές καίνε στους 800oC (Pyne et al., 1996; Alexis et al., 2007), αλλά το έδαφος παρουσιάζει χαμηλότερες θερμοκρασίες (Scott, 2000). Έτσι, ήταν λογικό να εντοπιστεί κάποια μεταβλητότητα στα χαρακτηριστικά του κάρβουνου και συστήνεται κάθε ανακατασκευή συνθηκών πυρκαγιάς για λόγους έρευνας να διεξάγεται σε ένα φάσμα δειγμάτων κάρβουνου.
