Cuando las llamas atacan

"Ciertos comportamientos de las llamas pueden advertir cuándo es probable que se produzcan transiciones eruptivas", dijo el becario postdoctoral Jerome Fox. "En un incendio forestal, estos comportamientos podrían advertir a los bomberos que mantengan la distancia".

Crédito: Wikimedia Creative Commons

Por Peter ReuellRedactor del personal de Harvard

Fecha2 de abril de 2015

La lucha contra los incendios forestales está plagada de peligros, y quizás lo más aterrador sea el hecho de que los incendios de avance lento pueden estallar repentinamente en incendios mortales y de avance rápido. Es un momento que los bomberos temen y que parece casi imposible de predecir.

Jerome Fox no está tan seguro de que sea imposible.

Fox, becario postdoctoral en el laboratorio de George Whitesides, profesor de la Universidad Woodford L. y Ann A. Flowers, es autor de un nuevo estudio en el que los investigadores pudieron predecir cuándo era probable que las llamas de prueba en el laboratorio cambiaran de velocidad lenta. a movimiento rápido. Con el tiempo, sus esfuerzos podrían abrir el camino para hacer predicciones similares para los incendios forestales. El estudio se describe en un artículo publicado recientemente en Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Por el momento, estas transiciones abruptas en las tasas de propagación se consideran impredecibles", dijo Fox. “Nuestros resultados experimentales sugieren que eso puede no ser cierto. … Ciertos comportamientos de las llamas pueden advertir cuándo es probable que se produzcan transiciones eruptivas. En un incendio forestal, estos comportamientos podrían advertir a los bomberos que mantengan la distancia”.

Por supuesto, es imposible llevar un incendio forestal al laboratorio, por lo que para comprender cómo se propagan las llamas en entornos complejos, Fox desarrolló un sistema modelo: una tira encendida de nitrocelulosa.

Al encenderse, las tiras ardían, pero no siempre de la misma manera. En algunos casos, las llamas avanzaban lentamente a lo largo de las franjas, adquiriendo formas bien definidas. En otros casos, las llamas avanzaban rápidamente con estructuras mal definidas, casi tumultuosas.

"Bajo el mismo conjunto de condiciones, hay dos estados estables", dijo Fox. “Usando este sistema modelo, buscamos identificar patrones en la dinámica de la llama (los movimientos de la llama) que podrían advertirnos cuando una llama que se mueve lentamente es probable que estalle en una llama que se mueve rápidamente. Los encontramos”.

Fox dijo que las llamas mostraron un comportamiento conocido como “desaceleración crítica”.

"En condiciones en las que las transiciones a la llama que se movía rápidamente se volvieron más probables, el sistema se recuperó más lentamente de las perturbaciones", dijo Fox. “Perturbamos el sistema colocando un pliegue en la tira de nitrocelulosa. Al encontrar el pliegue, las llamas que se mueven lentamente pasarían, en algunos casos, a llamas que se mueven rápidamente; en otros casos, se recuperarían sin realizar la transición. Medimos cuánto tardaron estas llamas, en este último caso, en recuperarse. En condiciones en las que las transiciones lentas a rápidas eran más probables, los tiempos de recuperación fueron mucho más largos. Ésta es la definición misma de desaceleración crítica”.

Sin embargo, las perturbaciones no provienen únicamente de los obstáculos creados por los investigadores.

"Naturalmente, la llama está sujeta a lo que se llaman perturbaciones estocásticas", dijo Fox. “Se trata de perturbaciones causadas por pequeños movimientos de aire y otros eventos aleatorios. Esos cambios ambientales sutiles pueden hacer que las llamas parpadeen. Mientras observábamos estos parpadeos con una cámara de alta velocidad, pudimos ver la misma desaceleración que observamos con las llamas que se recuperaban de los pliegues de la tira”.

Aunque otros investigadores han planteado la hipótesis de que las fluctuaciones naturales en todo, desde los mercados financieros hasta el clima, podrían presentar síntomas de desaceleración crítica, Fox dijo que el nuevo estudio es el primero en demostrar el fenómeno en el fuego.

"Se puede imaginar que es difícil perturbar algo como el clima, pero los científicos pueden monitorear las fluctuaciones en la concentración de CO2 y buscar signos de desaceleración crítica que puedan advertir sobre cambios climáticos inminentes", dijo.

Fox advirtió, sin embargo, que se necesita más trabajo antes de que los científicos puedan decir con seguridad si los incendios forestales presentan síntomas de desaceleración crítica similares a los que muestran las llamas en su sistema modelo.

“No podemos establecer una conexión directa porque, obviamente, se trata de una tira de papel ardiendo, y un incendio forestal es un incendio forestal. Hay algunos problemas con la escala”, dijo Fox. “Pero, curiosamente, ambos sistemas contienen un ingrediente clave de la biestabilidad: un mecanismo de retroalimentación positiva. En nuestro sistema modelo, esta retroalimentación estabiliza la formación de un segundo estado estable, la llama que se mueve rápidamente. Esta llama mueve la tira de nitrocelulosa y al mismo tiempo cambia su posición en la tira en respuesta a tales movimientos. Los incendios forestales tienen un mecanismo de retroalimentación conceptualmente similar: el acoplamiento viento-fuego. El viento influye en la propagación de un incendio en movimiento, y ese fuego libera calor, alterando así (a menudo aumentando) la velocidad del viento local. Si los incendios de rápida evolución, sostenidos por el acoplamiento viento-fuego, representan un segundo estado estable, los incendios forestales, como las llamas en nuestro sistema modelo, podrían exhibir síntomas de desaceleración crítica que adviertan cuándo es probable que estallen incendios de rápida evolución”.

En el futuro, dijo Fox, espera realizar nuevos estudios para examinar si los incendios forestales, como los de laboratorio, pueden ser biestables, si se pueden incorporar mecanismos de retroalimentación en modelos predictivos de propagación de incendios y si los bomberos que trabajan en el Las líneas del frente podrían detectar síntomas de desaceleración crítica.

"Entonces podríamos comenzar a comprender cómo incorporar estas señales de advertencia en información útil para los equipos de respuesta a incendios", dijo.