Prvi izvještaji o eksploziji otkrili su da su se u građevini iz koje je krenula erupcija možda skladištile ogromne količine amonijeva nitrata, zapaljive hemikalije koja se nalazi u bezopasnom umjetnom gnojivu, ali koja se isto tako koristi u eksperimentima kao raketno gorivo.


Dana 4. augusta 2020. godine ogromna eksplozija prouzrokovala je smrtonosne talase u cijelom centru Beiruta. Nedugo nakon toga, snimak vatrene kugle proširio se svijetom gotovo jednakom brzinom. Detalji eksplozije koja je krenula iz skladišta vatrometa koje se nalazilo u luci Beirut, dolaze do nas dok svijet čeka vijesti o konačnom broju povrijeđenih, umrlih te razmjere uništenja. Svijet već sada, na neki način, ima predstavu o tome šta da očekuje, obzirom da su se slične eksplozije već dešavale u prošlosti.

Meni kao biomedicinskom inžinjeru sa doktoratom na temu obrazaca povreda i trauma koje nastaju uslijed eksplozija, sakupljanje informacija iz slučajnih eksplozija predstavlja dio svakodnevnog posla. Iako su eksplozije sa kojima se obično susrećemo rijetko ove razmjere, za sve se primjenjuju ista načela fizike i hemije. Zahvaljujući nauci kao i nekolicini slučajeva koji su se desili u prošlosti, došla sam do preliminarnih proračuna koji su mi pomogli da odgonetnem i ovu eksploziju.

Katastrofa koja je nastala nakon slučajne detonacije oko 2,7 miliona kilograma visoko eksplozivne mješavine u luci u Halifaxu u Novoj Škotskoj 1917. godine, sve do prošlog utorka prestavljala je najveću nenuklearnu eksploziju uzrokovanu ljudskim faktorom. Kako sve više saznajemo o eksploziji u Beirutu, koja bi mogla sustići prethodni rekord, priča o Halifaxu ukazuje nam na to šta bismo mogli doznati o traumama koje proizilaze nakon eksplozije, dok nam video snimci, zajedno sa saznanjima iz fizike eksplozije do kojih su naučnici došli u proteklom stoljeću, otkrivaju zašto su se obrasci povreda dešavali na način na koji su se dešavali.


O energičnoj hemiji amonijevog nitrata

Svaka vatra je preraspodjela molekula, a eksplozija je u suštini vatra koja prelazi u hiperenergetsko bjesnilo. Nestabilne strukture međusobno razmjenjuju atome sve do trenutka kad, zadovoljne preraspodjelom, blaženo dospijevaju u opuštenija stanja niže energije, slično kamenju koje se konačno otkotrljalo do dna brda. Međutim, višak energije mora negdje otići. U slučaju logorske vatre, gdje su hemijske reakcije potpomognute samim prisustvom kisika u zraku, energija se ispušta sporo u vidu prijatne količine topline i svjetla. Kod eksplozija, međutim, kisik, mali đavolji pokretač, taj proces ubacuje u petu brzinu.

Raniji izvještaji o eksploziji otkrili su da su se u zgradi koja je uzrokovala erupciju možda odlagale velike količine amonijevog nitrata, zapaljive hemikalije koja se nalazi u relativno bezopasnom umjetnom gnojivu, ali koja se je isto tako koristila u eksperimentima kao raketno gorivo. Kisik je ključni element za smrtonosne eksplozije amonijevog nitrata što se dokazalo u 47 najznačajnijih slučajnih eksplozija te supstance u posljednjem stoljeću. Amonij je spoj jednog atoma dušika sa četiri vodika formule NH4+, dok nitrat predstavlja spoj dušika sa tri atoma kisika formule NO3-. U dosadnim, svakodnevnim okolnostima, amonijev + i nitratov – spajaju molekule u bezazleni zagrljaj. No, ukoliko dodamo iskru ili vatromet, molekule shvataju da njihovi atomi mogu biti malo energičniji i pretvaraju se u nešto sasvim novo.

Pri proizvodnji amonijevog nitrata kao umjetnog gnojiva, on se miješa sa ostalim hemikalijama koje obično zaustavljaju ovakvu reakciju, iako je eksplozija u tvornici umjetnog gnojiva u američkom gradiću West koja se desila 2013. godine pokazala da ove hemikalije nisu uvijek tako uspješne. Prvi izvještaji iz Beiruta ukazivali su da bi umjetno gnojivo opet moglo biti uzročnik eksplozije. Međutim, fotografije podijeljene na društvenim mrežama pokazale su vreće označene sa „Nitroprill HD“ koje su navodno bile skladištene u bejrutskoj luci, dok su neki špekulirali da ukoliko su te fotografije tačne, Nitroprill HD bi možda bio kopija eksplozivnog sredstva marke Nitropril. Nitropril se koristi u rudnicima uglja, tako da se ova vrsta amonijevog nitrata ne miješa sa hemikalijama koje zaustavljaju eksploziju, kao što je to slučaj sa umjetnim gorivom. Naprotiv, miješa se sa hemikalijama tako da se izazove eksplozija.

Kada se nitrat pomiješa radi izazivanja eksplozije, on želi osloboditi svoje male molekule kisika. Postaje hemijski nestabilan, što znači da veze između molekula dušika i kisika vibriraju nesretnom razinom fizičkog napona. Prenatovaren sa tri molekule kisika, NO3- željno iščekuje trenutak kada će neke od njih izbaci u bilo koju okolinu, a sa malo topline koja bi ga pokrenula, učinit će to drage volje. NH4+ sve to s veseljem prihvata.

Hemijska preraspodjela amonijevog nitrata daje odgovore na mnoga pitanja javnosti u vezi sa snimcima, uključujući i porijeklo zastrašujuće crvene boje dima. Jedan od nusproizvoda NO3- dok se oslobađa kisika je dušik dioksid, čija je formula, logično, NO2 i intenzivne je krvavo crvene boje. Mnogi eksplozivni materijali ispuštaju različite boja tokom eksplozija koje ukazuju na njihov hemijski sastav. Još i prije 1920-tih godina, hemijski aditivi su se koristili za bojenje dima i eksplozija. Na taj način dobili smo vatromet i signalne rakete. Upravo dušik dioksid daje eksploziji amonijevog nitrata njen zaštitni znak - zloslutnu boju krvi.

Prema riječima Brada Wojtylaka, stručnjaka za bombe i certificiranog stručnjaka za eksplozije pri Zavodu za alkohol, duhan, vatreno oružje i eksplozive Sjedinjenih Američkih Država, kada su stubovi dima dovoljno veliki, oni počinju hvatati sunčeve zrake čije prelamanje čini da uobičajne boje izazvane eksplozijama postanu još tamnije. Iako posjeduje 16 godina iskustva u istraživanju nesreća izazvanih eksplozijama, Wojtylak nije direktno uključen u istraživanje o eksploziji u Beirutu. Kaže da dok se sunčeve zrake motaju oko oblaka kontaminanata, u njemu se druge, ne baš jasno utvrđene talasne dužine prelamaju u različitim smjerovima. U slučajevima kada imamo tako velik dimni stub samo najduže talasne dužine, koje su crvene boje, dospijevaju do oka posmatrača. Na taj način prirodna crvenkasta nijansa postaje intenzivnija, bogatija i tamnija nego što bi bila u slučaju manje eksplozije.

Eksplozivi poput onih koji se koriste u vojnoj artiljeriji su čisti i samim tim njihov dim izgleda čisto - paperjasto, snježno-bijele je boje, a ponekad i svijetlo-sive. Slučajne eksplozije nisu ni približno čiste, neuredno sagorijevanje proizvodi pepeo, čestice i velike, čađave kontaminirane tvari. Ova crna, prljava masa uzdiže se u nebo zajedno sa ostalim nusproizvodima, što čini da dimni oblak poprimi boju koja naliči ostatku uglja koji ostaje u logorskoj vatri nakon što su svi ostali dijelovi sagorjeli. Snimci crnih i crvenih oblaka koji se nadimaju nad bejrutskom lukom stručnjaku za eksplozije jasno ukazuje da se radi o amonijevom nitratu.


Ovaj talas nije bio udarni

Snimci nam isto tako pokazuju zastrašujuću bijelu poluloptu koja se širi od mjesta eksplozije, kupolu zlokobne pare koja juri prema svakoj osobi koja snima i najavljuje svoj dolazak s praskom. Ova polulopta predstavlja tlačni talas koji proizvodi eksplozija.

Ne, u pitanju nije bio udarni talas već tlačni. Glavna razlika sastoji se u broju žrtava koje se mogu očekivati nakon eksplozije. Udarni talas ide od nule do apsolutno maksimalnog pritiska u praktično nula sekundi. Udar tlačnog talasa je poput udara o zemlju nakon što ste se otkotrljali niz strmu liticu. S druge strane, udar udarnog talasa je kao da padate kroz zrak i dostižete krajnju brzinu pri padu na zemlju. Jaki eksplozivi proizvode udarne talase. Slabiji eksplozivi poput amonijevog nitrata uzrokuju tlačne talase koji su pomalo zaobljenog oblika u određenom vremenskom periodu tokom kojeg se pritisak postepeno povećava.

Zbog svoje fascinantne i kompleksne fizike, udarni talasi putuju brže od brzine zvuka i uzrokuju nesrazmjerno veću štetu od tlačnih talasa. Srećnom, znamo da ova eksplozija nije izazvala udarne talase obzirom na to da se brzina bijele kupole ispunjene vodenom parom može izmjeriti.

Brzina zvuka u zraku iznosi 343 metra u sekundi. Na osnovu ugla promatranja i crvenih stolica koje su se mogle vidjeti u nekim kadrovima sa snimka koji je postavio The Guardian, uspjela sam dokučiti da se radi o baru La Mezcaleria Rooftop Bar, koji se nalazi na udaljenosti od 885 metara od centra eksplozije. Sa te tačke gledišta, može se vidjeti kako tlačni talas putuje od centra eksplozije prvo do tačke na pola puta između kraja pristaništa i ivice dugog, masivnog silosa koji se nalazi na udaljenosti od 151 metar, a onda do kraja pristaništa na 262 metra, i konačno do bara La Mezcaleria.

Mjerenjem vremena u kojem je tlačni talas dospijevao do ovih mjesta na snimku, znamo da je, dok se širilo od luke, njegovo bješnjenje imalo brzinu od samo 312 metara u sekundi. To je sporo za bombu. Kada zvuk udara i haosa dospijevaju do nekad mirnog i živopisnog bara, udar usporava do brzine od 289 metara u sekundi. Tlačni talas, sporiji od 343 metra u sekundi što predstavlja brzinu zvuka, izaziva razaranje, užas, zbunjenost, razbija staklo, raskomadava ravne površine, i dovodi do dezorijentacije kod posmatrača dok kroz njihove uši prolaze brze promjene pritiska. Međutim, da se radilo o udarnom talasu umrli bi na licu mjesta od povreda na plućima.

U eksploziji oko 2,7 miliona tona eksploziva u Halifaxu iz 1917. godine, širenje udarnog talasa u centru grada pokosilo je i ljude koji su se nalazili na udaljenosti od 2,4 km od centra eksplozije. Procjenjuje se da je u ovoj eksploziji poginulo 1950 ljudi, dok je broj uglavnom teško povrijeđenih iznosio 8000. (Zna se da su brodovi koji su eksplodirali u luci nosili jake eksplozive, koji po svojoj prirodi proizvode udarne talase.) Iako je eksplozija u Beirutu izazvala oštećenja na zgradama koje su se nalazile na oko 9 km od centra eksplozije obzirom da je amonijev nitrat, eksploziv niskog reda, izazvao ne udarni već tlačni talas, procjene o broju žrtava su, srećom, još uvijek u stotinama, iako je vrlo vjerovatno da je težina eksploziva bila veća od bombe u Halifaxu.

Zahvaljujući modernoj tehnologiji, iako još uvijek čekamo da sve informacije budu objavljene, naučno možemo izračunati težinu eksploziva koristeći se veličinom kratera koji je izazvala eksplozija. Analizom snimaka koji pokazuju luku iz zraka dolazimo do procjene da promjer kratera iznosi između 120 i 140 metara. Fizika eksplozije zajedno sa historijom nam ukazuje na to da je za takvu iskopinu potrebno između 1,7 i 5,4 miliona kilograma TNT-a. Za usporedbu, u bombardiranju zgrade Murrah u Oklahoma Cityju iz 1995. godine korišteno je oko 1,8 hiljada kilograma TNT-a. Da se zaključiti da je eksplozija u Beirutu bila oko hiljadu puta veća od one u Oklahoma Cityju.

Usput, nuklearno oružje je tempirano da detonira na oko stotinu metara iznad tla tako da sila nije usmjerena direkto na tlo i ne proizvodi krater. Detonacija prvog atomskog oružja iznad Hirošime desila se prije 75 godina, i bez obzira na to što je izazvala neviđenu štetu gradu i stanovništvu, za sobom nije ostavila krater.

I Njemačka je svjedočila destruktivnoj moći nepravilno odlaganog amonijevog nitrata. U eksploziji umjetnog goriva u Oppau 1921. godine, nakon eksplozije 4,1 milona kilograma amonijevog nitrata nastao je zapanjuće sličan krater promjera od 120 metara. Na osnovu ovog događaja možemo potvrditi da je, za razliku od ranijih izveštaja koji navode da se u bejrutskoj luci odlagalo samo 2,750 metričkih tona, ili 2,75 miliona kilograma, ta brojka u stvarnosti za nekoliko miliona kilograma veća. Međutim, čak i da je eksplodiralo samo tih 2,750 metričkih tona amonijeva nitrata, specijalni agent Wojtylak kaže da njegovi preliminarni proračuni ukazuju da su se oni sigurni od bilo kakvih posljedica ovog krvoprolića nalazili na udaljenosti od minimalno 15 kilometara od bejrutske luke.

U tom radijusu, povrede koje nastaju uslijed tako velikog praska u području centra grada različite su jednako kao i žrtve koje ih zadobiju, iako je veliki broj vjerovatno uzrokovalo staklo ili drugi leteći projektili. Ravno, tanko, lomljivo i postavljeno u velike ploče, staklo je savršena meta eksplozivnom talasu čak i minimalne magnitude - razbija se i leti lakše nego bilo koji drugi materijal.

Vatra koja je na kraju izazvala eksploziju u Halifaxu privukla je građane da sa uzbuđenjem s prozora promatraju zbivanja. Nedugo zatim bomba je detonirala. Kao rezultat te eksplozije broj povreda izazvanih prodiranjem stakla u oči posmatrača opisan je kao izrazito velik. Nesreća u skladištu vatrometa koja je proizvela dimni stub također je osigurala veliki broj posmatrača u Beirutu. Da nije bilo ovog dima danas zasigurno ne bismo imali toliko veliki broj snimaka eksplozije, ali bi broj povrijeđenih bio dosta manji.


Nakon eksplozije

Prema riječima Dana Bucklanda, doktora urgentne medicine u bolnici pri univerzitetu Duke, eksplozija u Halifaxu prouzročila je isti slijed događaja koji se još uvijek dešavaju u salama za hitne slučajeve nakon nesreća sa velikim brojem žrtava. Buckland je liječio žrtve eksplozije prirodnog gasa u Durhamu, Sjeverna Carolina, iz 2019. godine, i iako je ova eksplozija bila znatno manja, desila se u području gusto naseljenog centra grada. Kaže da prvi talas pacijenata su oni koji su fizički najbliži hitnoj pomoći, oni koji su imali sreću u nesreći da budu povrijeđeni blizu hitne pomoći. Nakon toga, bolnicu preplavljuju ranjenici koji mogu hodati i samim time doći do hitne pomoći. Prema riječima Bucklanda, da bi se broj preživjelih povećao ključno je izvući treći talas ranjenika u salu kroz masu povrijeđenih. Treći talas sačinjavaju oni koji se nalaze u centru mjesta nesreće i zbog zadobivenih povreda nisu u stanju hodati. Medicinski tehničari bi tim ranjenicima trebali dati prednost.

Nakon eksplozija u civilnim područjima, medicinski tehničari nisu jedini heroji. Tik nakon devet sati u jutro 6. decembra 1917. godine, Vincent Coleman, četrdesetpetogodišnji dispečer voza, znao je da je lijeni dimni stup koji je dolazio sa broda natovarenog eksplozivom u luci u Halifaxu, bio nagovještaj da ono najgore tek dolazi. Za razliku od ostalih dispečera koji su bježali da izvuku živu glavu, Coleman je preračunao broj putnika koji su trebali stići u Halifax u svakom trenutku, te je ostao dovoljno dugo da pošalje još jedan, zadnji telegram: „Zaustavite voz. Brod sa municijom prema pristaništu 6 gori ... Zbogom momci.“ Coleman je poginuo u eksploziji koja je detonirala u devet sati i pet minuta, ali njegova zadnja poruka spasila je na hiljade života, ne samo putnika koji su bili u vozu koji je stao prije nego što je ušao u područje zahvaćeno eksplozijom, već i građana koji su bili u Halifaxu. Telegram je dospio do svakog operatera u toj regiji, i zahvaljujući Colemanovom brzom razmišljanju, svi doktori koji su osjetili podrhtavanje zemlje, a koji su bili na udaljenosti do 160 km, odmah su znali šta se dešava i ubrzo su priskočili u pomoć.

Medicinsko osoblje pobrinulo se za ranjenike prvog, drugog, i trećeg talasa što je brže moguće. Neki od njih su čak napravili improvizirane centre za liječenje ranjenika u vozovima. Iz Beiruta će isto tako postepeno izlaziti na vidjelo priče o herojstvu i snalažljivosti, zajedno sa konačnim brojem izgubljenih života. U međuvremenu, zahvaljujući snimcima eksplozije i primjeni fizike, u mogućnosti smo spriječiti širenje teorija zavjere i nerazumijevanja. Ova eksplozija nije izazvana vojnom bombom, a zasigurno nije riječ ni o nuklearnoj bombi. Historija se, nažalost, tragično ponavlja. Eksplozivi mogu biti strahovito smrtonosni i nikada ne bismo smjeli potcijeniti njihovu destruktivnu moć.

Autorica: Rachel Lance, Wired.com

S engleskog prevela: Amina Turudija, Prometej.ba