Vào ngày 4 tháng 8, 2020, một vụ nổ khủng khiếp đã gửi những làn sóng chết người xuyên qua trung tâm Beirut. Sau đó, video về quả cầu lửa này lan tỏa khắp thế giới gần như ngay lập tức. Bây giờ, chi tiết về vụ nổ bắt đầu từ một khu lưu trữ pháo hoa bên cạnh một tòa nhà kho nhỏ ở cuối một cầu tàu Beirut đang rò rỉ khi thế giới đang đợi nghe xem số người chết, bị thương và tổn thất cuối cùng sẽ là bao nhiêu. Tuy nhiên, một cách nào đó, thế giới đã có một số ý kiến về điều gì sẽ xảy ra, vì những vụ nổ tương tự đã xảy ra trước đây.
Là một kỹ sư y học với bằng tiến sĩ về các mô hình chấn thương và tổn thương sau một vụ nổ, việc tổng hợp thông tin từ những vụ nổ không mong muốn là một phần của công việc hàng ngày của tôi. Những vụ nổ nhàm chán hơn hiếm khi có kích thước như vậy, nhưng cùng những nguyên lý vật lý và hóa học áp dụng. Khoa học, cùng với một số nghiên cứu thực tế từ lịch sử, cho phép tôi thực hiện một số tính toán sơ bộ để giải mã vụ nổ này, nữa.
Năm 1917, một vụ nổ ngẫu nhiên của 6 triệu pound chất nổ hỗn hợp trong cảng Halifax, Nova Scotia, để lại một dải tàn tích mà, ít nhất cho đến thứ Ba, là vụ nổ không hạt nhân lớn nhất từng được tạo ra bởi con người. Khi chúng ta tìm hiểu thêm về Beirut, có thể thách thức kỷ lục đó, câu chuyện về Halifax nói cho chúng ta biết những gì chúng ta có thể mong đợi về sự chấn thương tiếp theo, và video điện thoại di động hiện đại, cùng với vật lý vụ nổ mà các nhà khoa học đã thu được trong thế kỷ qua, nói cho chúng ta biết tại sao những mô hình chấn thương đó xảy ra đúng như vậy.
Mỗi vụ cháy đều là một sắp xếp lại của các phân tử, và một vụ nổ về cơ bản là một vụ cháy tăng tốc thành một cuồng nhiệt độ năng động cao. Các cấu trúc không ổn định trao đổi và đổi chác nguyên tử với nhau cho đến khi tất cả chúng, hạnh phúc với sự giao dịch của mình, dễ dàng đi vào trạng thái năng lượng thấp, giống như những viên đá đạt đến đáy đồi. Nhưng năng lượng thặng dư của chúng phải điều đóng ở đâu đó. Trong một lửa trại, nơi các phản ứng hóa học được hỗ trợ một cách thoải mái chỉ bởi oxy trong không khí, năng lượng được giải phóng chậm rãi dưới dạng lượng nhiệt và ánh sáng dễ chịu. Tuy nhiên, trong một vụ nổ, tên của quỷ nhỏ đó là oxy thúc đẩy quá trình vào tốc độ cao.
Thông tin ban đầu về vụ nổ tiết lộ rằng tòa nhà là nguyên nhân gây ra sự phun trào có thể đã chứa lượng lớn nitrat amoni, một hợp chất nổ có các biểu hiện tương đối vô hại khi sử dụng làm phân bón nhưng cũng đã được thử nghiệm để sử dụng làm nhiên liệu tên lửa. Oxy là chìa khóa cho thói quen chết người của nitrat amoni trong việc nổ, và khi đã có 47 vụ nổ nitrat amoni lớn được biết đến, ngẫu nhiên trong thế kỷ qua, đó là một thói quen không thể phủ nhận. “Amoni” là nguyên tử nitơ với bốn nguyên tử hydrogen, được viết là NH4+, trong khi phần “nitrat” của hỗn hợp là một nguyên tử nitơ với ba nguyên tử oxy, NO3-. Dưới điều kiện hàng ngày buồn chán, dấu + của amoni và dấu – của nitrat đưa hai phân tử vào một cái ôm vô hại, nhưng khi bạn thêm đủ nhiệt độ—hoặc đủ pháo hoa đang cháy—các phân tử nhận ra rằng nguyên tử của họ có thể trở nên mạnh mẽ hơn một chút và chuyển đổi thành một cái gì đó hoàn toàn mới.
Khi nitrat amoni được sản xuất làm phân bón, nó được trộn với các hóa chất khác thường ngăn chặn phản ứng này từ việc xảy ra, mặc dù như vụ nổ tại Công ty Phân bón West vào năm 2013 đã chứng minh, những chất này không luôn thành công. Những báo cáo đầu tiên từ Beirut cho thấy phân bón có thể một lần nữa là thủ phạm. Tuy nhiên, những hình ảnh được chia sẻ trên mạng xã hội cho thấy túi đánh dấu “Nitroprill HD” được lưu trữ tại cảng Beirut, và một số người đã đồng luận rằng nếu những bức ảnh đó là chính xác, Nitroprill có thể là một bản sao của chất nổ thương hiệu Nitropril. Nitropril được thiết kế để sử dụng trong mỏ than, nên loại nitrat amoni này không được trộn với các chất hóa học làm yên bình như phân bón; thay vào đó, nó sẽ được trộn để nổ.
Và nitrat, khi được trộn để nổ, muốn bỏ những chú O bé nhỏ ấy. Nó không ổn định hóa học, có nghĩa là các liên kết giữa các N và các O rung lên với một mức căng vật lý không hạnh phúc. Quá tải với ba nguyên tử oxy, NO3- hào hứng đẩy một số lên bất kỳ người láng giềng nào, và với một chút nhiệt để làm cho mọi thứ di chuyển, nó sẽ làm điều đó một cách tự nguyện. NH4+ thì hết sức vui sướng để chấp nhận.
Sắp xếp lại hóa học của nitrat amoni giải đáp nhiều câu hỏi của công chúng về các video, bao gồm cả nguồn gốc của màu đỏ nổi bật của cột khói. Một trong những sản phẩm phụ của NO3- khi nó thoát khỏi tất cả oxy đó là nitrogen dioxide, có một cấu trúc hóa học rõ ràng của NO2 và có vẻ đỏ sâu, như máu. Nhiều chất nổ tạo ra các tints và màu sắc khác nhau trong suốt một vụ nổ, gợi ý về thành phần hóa học của chúng—các chất phụ gia hóa học để tạo màu cho cả khói và vụ nổ đã có từ trước những năm 1920 và đó là cách chúng ta có được pháo hoa có màu sắc khác nhau và lửa báo hiệu—và đó là nitrogen dioxide tạo cho vụ nổ nitrat amoni một âm thanh chết chóc, màu đỏ máu đặc trưng. Một vụ nổ nhỏ có thể trông tinh tế và màu cam, nhưng trên quy mô lớn như ở Beirut, ánh sáng mặt trời giúp làm sâu đậm màu sắc của nó.
Theo Brad Wojtylak, một chuyên viên kỹ thuật bom đặc biệt và chuyên gia chất nổ được chứng nhận của Cơ quan Thuốc lá, Rượu và Chất nổ, khi cột khói đủ lớn, chúng bắt đầu chụp ánh sáng mặt trời, và tán xạ sẽ làm tối màu các màu thông thường được tạo ra bởi bất kỳ vụ nổ nào. Wojtylak không trực tiếp tham gia vào cuộc điều tra ở Beirut nhưng đã có 16 năm kinh nghiệm điều tra tai nạn nổ. Anh ấy nói rằng khi ánh sáng mặt trời nảy quanh bên trong đám mây chất ô nhiễm, các bước sóng khác nhau, ít quyết tâm hơn, được tán xạ theo hướng khác nhau. Khi một cột khói xuất hiện ở quy mô lớn như vậy, chỉ có những bước sóng dài nhất, các bóng đỏ, kiên trì đến cùng với người xem ở phía bên kia. Vì vậy, màu đỏ tự nhiên trở nên thậm chí sâu sắc, phong phú và tối màu hơn so với một vụ nổ nhỏ.
Một chất nổ có cháy tinh khiết, giống như bất kỳ chất nổ nào được sử dụng trong vũ khí quân sự, sẽ tạo ra khói trông hoàn toàn tinh khiết: màu trắng tinh, mềm mại hoặc đôi khi một xám nhạt. Nhưng các vụ nổ tai nạn không gọn gàng bằng, và sự đốt cháy luộm thuộm của chúng cũng tạo ra tro, hạt nhỏ và vật chất ô nhiễm bị cháy đen kinh tởm. Chất dơ màu đen này bồng bềnh lên bầu trời cùng với các sản phẩm phụ khác, tô màu cột khói, giống như cặn than bị để lại sau khi phần gỗ lửa hóa hiệu quả đã cháy mất. Đối với một chuyên gia về vụ nổ, những video với đám mây đen và đỏ cuộn trên cầu cảng Beirut, làm rên lên “nitrat amoni”.
Các video cũng cho thấy một nửa hình cầu màu trắng đồng đều gây ra từ điểm nổ, một vòm hơi ác mà cuối cùng lao về phía mọi người đang quay và thông báo sự xuất hiện của nó trong âm thanh với một tiếng động. Nửa hình cầu này chính là sóng áp suất được tạo ra bởi vụ nổ.
Không, nó không phải là sóng sốc. Đó là sóng áp suất, và sự khác biệt chính này ảnh hưởng đến số lượng thương vong dự kiến. Một sóng sốc đi từ áp suất không đến áp suất tuyệt đối tối đa của nó chỉ trong chớp mắt. Tác động của sóng áp suất giống như đánh đất sau khi lăn xuống một triền dốc dốc; sức mạnh của sóng sốc giống như đánh đất sau khi rơi xuống từ trên cao và đạt vận tốc tối đa. Chất nổ mạnh tạo ra sóng sốc; chất nổ yếu, như nitrat amoni, tạo ra sóng áp suất, có một chút độ dốc trong hình dạng của chúng, một khoảng thời gian trong đó áp suất tăng một cách dần dần hơn.
Sóng sốc, vì vật lý hấp dẫn và phức tạp của chúng, di chuyển nhanh hơn tốc độ âm thanh và gây ra nhiều thiệt hại hơn so với sóng áp suất. May mắn thay, chúng ta biết rằng vụ nổ này không tạo ra sóng sốc vì tốc độ của vòm màu trắng chứa hơi nước có thể được đo lường.
Tốc độ âm thanh trong không khí là 343 mét mỗi giây. Dựa trên góc nhìn và những chiếc ghế màu đỏ đặc trưng xuất hiện trong một số khung hình sau cùng, tôi đoán một trong những video về Beirut được đăng bởi The Guardian đến địa điểm quay trên sân thượng của La Mezcaleria Rooftop Bar, và đo khoảng cách đến trung tâm vụ nổ là 885 mét. Từ góc nhìn đó, sóng áp suất có thể được nhìn thấy di chuyển ngay từ trung tâm vụ nổ đầu tiên đến điểm giữa giữa đầu cảng và mép của toà nhà nhà xưởng lớn màu xám dài, một khoảng cách là 151 mét, sau đó đến cuối cảng, 262 mét, rồi cuối cùng là La Mezcaleria.
Bằng cách đo thời gian mà sóng áp suất đến đến những điểm đánh dấu này trên video, chúng ta biết rằng, khi nó lao xuống cảng, cuộc hành quân của nó xảy ra ở tốc độ chỉ 312 mét mỗi giây. Đó là chậm cho một quả bom. Sau đó, vào lúc tiếng động vụ nổ và hỗn loạn đạt đến quán bar ngoại trời trước đây yên bình và đẹp mắt, nó đã giảm tốc độ xuống ít nhất là 289 mét mỗi giây. Sóng áp suất, chậm hơn tốc độ 343 mét mỗi giây của âm thanh, gây ra sự phá hủy, kinh hoàng, nhầm lẫn, kính vỡ, bề mặt phẳng bị rách nát và mất phương hướng cho những người nhìn thấy khi tai họ phải chịu sự dao động áp suất nhanh chóng.
Trong vụ nổ Halifax năm 1917, nơi sóng sốc lan ra xuyên qua trung tâm thành phố để lại một dải tử vong lên đến 1,5 dặm từ trung tâm vụ nổ, giết chết khoảng 1.950 người và để lại khoảng 8.000 người với những vết thương khủng khiếp. (Những con tàu nổ trong cảng đã biết là đang chở nổ mạnh, mà theo bản chất của chúng luôn tạo sóng sốc.) Ở Beirut, may mắn thay, trong khi thông tin về thiệt hại tòa nhà đã được báo cáo lên đến 5,6 dặm, do nitrat amoni, chất nổ yếu tạo sóng áp suất thay vì sóng sốc, ước tính về tử vong cho đến nay vẫn ở mức hàng trăm, mặc dù kích thước vụ nổ có lẽ lớn hơn cả quả bom ở Halifax.
Nhờ công nghệ hiện đại, kích thước vụ nổ đó cũng có thể được tính toán một cách khoa học, ngay cả khi đang chờ đợi thêm thông tin đầy đủ, bằng cách sử dụng kích thước của hốc nổ đặc trưng. Phân tích ảnh từ khắp các hình ảnh từ không trung của cảng cho thấy một hốc có đường kính trong khoảng 120 đến 140 mét; vật lý vụ nổ kết hợp với lịch sử cho chúng ta biết rằng để đục một mảnh nhỏ như vậy từ bên của hành tinh cần một lượng nổ tương đương với 1,7 đến 5,4 triệu kilôgam TNT (tức là từ 3,8 đến 11,8 triệu pound đối với bất kỳ người Mỹ nào còn chần chừ chuyển đổi sang hệ thống đo đạc theo dùng đơn vị mét). Để so sánh, vụ đánh bom tòa nhà Murrah ở Oklahoma City năm 1995 sử dụng lượng nổ tương đương với 1,8 nghìn kilôgam TNT. Vì vậy, Beirut ít nhất là nghìn lần nổ mạnh hơn Oklahoma City.
Nói thêm, vũ khí hạt nhân được thiết lập để phát nổ ở một số trăm feet trên mặt đất, và do đó không tạo đủ lực lượng trực tiếp lên đất để tạo ra một hố nổ. Sự phát nổ của vũ khí hạt nhân đầu tiên trên Hiroshima xảy ra gần như chính xác 75 năm trước đến ngày, và mặc dù nó gây ra chấn thương lịch sử chưa từng có đối với thành phố và nhân dân, nó không để lại hố nổ.
Đức cũng biết đến sức mạnh phá hủy của nitrat amoni lưu trữ không đúng cách, và một tai nạn trong nước này củng cố việc tính toán về kích thước vụ nổ. Năm 1921, một vụ nổ phân bón ở Oppau, Đức, đào một hố nổ đáng chú ý giống nhau. Với đường kính 120 mét, sau vụ nổ 4,1 triệu kilôgam nitrat amoni, kích thước của hố Oppau hỗ trợ ý kiến rằng cảng Beirut, theo thông tin sơ bộ, chỉ chứa 2.750 tấn mét—2,75 triệu kilôgam—có thể đã chứa một số triệu kilôgam thuốc nổ khác. Tuy nhiên, thậm chí chỉ sử dụng 2.750 tấn mét đó, Đặc vụ Wojtylak nói rằng các tính toán sơ bộ của ông cho thấy những người an toàn khỏi mọi nguy cơ thảm sát cần phải ở ít nhất 15 km từ cảng Beirut.
Trong bán kính đó, những thương tích từ một vụ nổ khủng khiếp như vậy ở vị trí trung tâm thành phố có thể đa dạng như những nạn nhân trải qua chúng, nhưng có lẽ một số trong số chúng đến từ thủy tinh và các vật thể bay khác. Thủy tinh phẳng, mỏng, dễ vỡ và được lắp đặt trong các tấm lớn, là mục tiêu hoàn hảo cho sóng áp suất của thậm chí là nhỏ bé; nó vỡ và bay dễ dàng hơn bất kỳ chất liệu nào khác.
Ở Halifax, đám cháy cuối cùng đã kích hoạt vụ nổ chính có nghĩa là công dân đã đứng ở cửa sổ của họ để xem thú vị khi bom phát nổ. Do đó, trong số những người bị thương vào buổi sáng nọ năm 1917, những vết thương do thủy tinh vỡ xâm nhập vào mắt của những người đang nhìn là "phổ biến đặc biệt". Tai nạn khu vực lưu trữ pháo hoa và cột khói đáng sợ của nó cũng đảm bảo đủ nhiều người đang nhìn xem ở Beirut. Nếu không có khói thu hút những nhân chứng này, chúng ta sẽ không có nhiều video điện thoại di động như vậy, nhưng cũng có thể ít thương tích hơn.
Vụ nổ Halifax dẫn đến cùng một loạt sự kiện mà, theo bác sĩ phòng cấp cứu Dan Buckland của Bệnh viện Đại học Duke, vẫn xảy ra trong các phòng cấp cứu ngày nay sau các vụ tai nạn đại họa. Buckland đã điều trị nạn nhân sau một vụ nổ khí tự nhiên tại Durham, Bắc Carolina, vào năm 2019, mặc dù kích thước nhỏ hơn đáng kể, nhưng xảy ra trong khu vực trung tâm đông dân. Anh ấy nói rằng làn sóng đầu tiên của bệnh nhân là những người ở gần dịch vụ cấp cứu, những người đủ xui xẻo để bị thương nhưng đủ may mắn để làm điều đó gần xe cứu thương. Sau đó, bệnh viện bị ngập bởi những "người bị thương đi bộ", những người bị thương đủ để tìm kiếm chăm sóc y tế nhưng nguyên vẹn đủ để tự chở họ đi. Chìa khóa để tăng số người sống sót, Buckland nói, là đưa làn sóng thứ ba của bệnh nhân qua cửa, qua đám đông của làn sóng thứ hai này. Làn sóng thứ ba gồm những người ở trung tâm của hiện trường, bị thương đủ để không thể đi bộ, mà những người đáp ứng khẩn cấp đang tìm kiếm qua mảnh vụ nổ ưu tiên y tế.
Sau một vụ nổ ở khu dân cư, người đáp ứng khẩn cấp không phải là những anh hùng duy nhất. Ngay sau 9 giờ sáng ngày 6 tháng 12 năm 1917, tại Halifax, Vince Coleman, người điều phối tàu hỏa 45 tuổi, với bộ ria cười, biết rõ khói lười biếng từ con tàu chứa thuốc nổ nằm trong cảng Halifax là điềm báo đáng sợ. Nhưng khi các điều phối viên khác chạy thoát, Coleman nhận ra số lượng hành khách tàu sắp đến Halifax bất cứ lúc nào, và vì vậy anh ấy ở lại đủ lâu để gửi một thông điệp cuối cùng: “Giữ tàu lại. Mũi tên vũ khí cháy và hướng về Bến 6 ... Tạm biệt các chàng.” Coleman chết trong vụ nổ lúc 9:05, nhưng thông điệp cuối cùng của anh ấy đã cứu hàng nghìn người, không chỉ là hành khách trên những chuyến tàu có thể dừng trước khi vào khu vực hủy diệt, mà còn là các công dân đã ở Halifax từ trước: Tín hiệu telegram đến tất cả các điều phối viên trong khu vực lân cận, và vì tư duy nhanh nhẹn của Coleman, mọi bác sĩ cảm nhận được đất rung, lên đến 160 km, đã có thông tin gần như ngay lập tức về những gì đã xảy ra. Họ lao đến giúp đỡ.
Nhân viên y tế đã xử lý càng nhanh càng tốt mọi làn sóng thương tích đầu tiên, thứ hai, và thậm chí cả thứ ba, một số người trong số họ thậm chí còn tạo ra các trung tâm điều trị tạm thời trên tàu hỏa. Từ Beirut cũng sẽ dần dần xuất hiện những câu chuyện về lòng dũng cảm và khôn ngoan, cùng với sự kết toán cuối cùng về những sinh mạng đã mất. Nhưng trong thời gian chờ đợi đó, giữa những người đã quay video vụ nổ và việc áp dụng vật lý, chúng ta có thể ngăn chặn mọi leo thang của các lý thuyết âm mưu hoặc sự hiểu lầm. Vụ nổ không phải là một quả bom quân sự; nó chắc chắn không phải là một quả bom hạt nhân. Điều đó, đáng tiếc thay, là lịch sử lặp lại chính nó một lần nữa: Chất nổ có thể gây chết người đến nỗi chúng ta không bao giờ nên đánh giá thấp sức hủy diệt của chúng.
- Làm thế nào để chạy nhanh hơn khủng long (chỉ trong trường hợp cần thiết)
- Bên trong Citizen, ứng dụng yêu cầu bạn báo cáo về tội phạm kế bên
- Thời đại giám sát quy mô sẽ không kéo dài mãi mãi
- Một nghiên cứu phát hiện sự khác biệt giới tính trong não. Có quan trọng không?
- Những người sáng lập người Mỹ gốc Phi này đã thành công mặc dù có Silicon Valley
- 🎙️ Nghe Get MINPRICE, podcast mới của chúng tôi về cách tương lai được hiện thực hóa. Nghe những tập mới nhất và đăng ký nhận 📩 bản tin để theo dõi tất cả các chương trình của chúng tôi
- 💻 Nâng cấp trò chơi làm việc của bạn với những chiếc laptop, bàn phím, lựa chọn gõ và tai nghe chống ồn yêu thích của đội ngũ Gear chúng tôi