Princípios básicos das chamas
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Incêndios florestais

Princípios básicos das chamas

Por Jesse Roman

Llamas 620

Uma conversa com o pesquisador científico Jack Cohen a respeito de uma nova pesquisa sobre a forma de propagação dos incêndios florestais e como suas conclusões podem produzir modelos mais confiáveis para antecipar o comportamento dos incêndios florestais

Entrevista realizada e editada por Jesse Roman, redator do NFPA Journal

Durante milênios, os incêndios florestais arderam sem controle, eliminando regularmente cargas combustíveis no ambiente como parte dum processo ecológico natural. Mas 200 anos de intervenção humana transformaram muitas regiões dos Estados Unidos em bombas com o relógio correndo, diz Jack Cohen, um pesquisador e cientista do Laboratório de Ciências dos Incêndios do Serviço Florestal do Departamento de Estado dos Estados Unidos em Missoula, Montana.

Aquilo que Cohen descreve como “nossa abordagem cultural instintiva de eliminar os incêndios a todo custo” suprimindo todos os possíveis incêndios produziu uma paisagem rica em combustível. Os incêndios resultantes, exacerbados pela seca, são maiores, mais intensos e mais difíceis de controlar. Nem todos os incêndios se transformarão em monstros, mas isso acontece cada vez mais. Este ano, pela primeira vez na história, o Serviço Florestal dos Estados Unidos gastou mais da metade (52%) de seu orçamento anual, de aproximadamente 6,5 bilhões de dólares, em esforços de supressão de incêndios, comparado com apenas 16% em 1995. De acordo com outros indicadores, a temporada 2015 foi uma das piores registradas. Mais de nove milhões de acres arderam neste verão nos Estados Unidos, destruindo milhões de dólares em propriedades e matando três bombeiros e pelo menos sete civis até o início de outubro.

Contudo, apesar de especialistas como Cohen acreditarem que os incêndios florestais são um elemento essencial para manter paisagens saudáveis, deixar queimar os incêndios, onde milhões de pessoas vivem em áreas de risco ou nas suas margens, tampouco é viável. O segredo é encontrar uma forma segura de deixar arder alguns incêndios florestais como “um processo ecológico apropriado,” diz Cohen. Mas a compreensão da ciência sobre a forma de propagação dos incêndios florestais é limitada, então predizer o que farão e onde poderiam ir tem sido difícil. Como o diz Cohen, “devemos compreender melhor os incêndios florestais”.

Essa era a meta de Cohen e outros no laboratório de Missoula e em instituições parceiras da Universidade de Maryland e da Universidade de Kentucky, quando começaram a estudar os processos fundamentais subjacentes à propagação do fogo em combustíveis em áreas naturais. Seus resultados, publicados em julho nos “Proceedings of the National Academy of Sciences”, questionaram algumas das velhas crenças sobre a dinâmica dos incêndios florestais e sugerem que a maioria dos modelos sobre a propagação dos incêndios florestais estão baseados em falsos relatos.

Durante décadas, os cientistas que pesquisam os incêndios acreditaram que os incêndios florestais se propagavam através da transferência do calor radiante, similar aos raios de sol, onde o calor radiante das chamas inflama os combustíveis finos e a vegetação que se encontram à frente do incêndio. A transferência do calor por conectividade, onde os combustíveis se inflamam quando entram em contato direto com as chamas, foi amplamente rejeitada como meio primário de propagação dos incêndios florestais porque as chamas têm uma forte tendência a subir e pensava-se que só subiam. Mas, como é do conhecimento dos bombeiros que os combatem, os incêndios florestais muitas vezes se propagam horizontalmente, mesmo na ausência de vento – um fenômeno que os cientístas pensavam improvável sem transferência de calor radiante.

Contudo, as experiências sobre a propagação dos incêndios no laboratório de Missoula mostraram que o calor transferido por irradiação é insuficiente para incendiar os combustíveis finos, como o capim e as agulhas de pinheiros, que constituem a maior parte dos leitos combustíveis nas áreas naturais. De fato, de acordo com o trabalho de Cohen, a convecção parece ser agora a forma primária de propagação nos leitos combustíveis como as copas dos arbustos e árvores. Essa nova compreensão poderia produzir modelos informáticos mais confiáveis, que permitam antecipar melhor o comportamento do fogo, proporcionar informação para apoiar os esforços de mitigação dos combustíveis e melhorar a segurança dos bombeiros. Poderia também proporcionar aos gestores de incêndios melhores informações para a tomada de decisões sobre quando e onde realizar queimas controladas e quando é possível deixar queimar os incêndios naturais.

O NFPA Journal falou com Cohen sobre essa nova pesquisa e o que poderia significar para o meio ambiente e milhões de pessoas que vivem ameaçadas pelos incêndios florestais.

Intuitivamente, pode parecer que o contato da chama com os combustíveis circundantes ou transferência de calor por convecção é a forma principal de propagação dos incêndios florestais.

Porque não tem sido essa a hipótese adotada pelos cientistas?

O motivo pelo qual se pensava que os incêndios florestais se propagavam em grande medida pela transferência de calor radiante é que a densidade duma chama de 1000° Celsius tem aproximadamente um quarto da densidade do ar ambiente no nível do mar e que a diferença produz forças ascendentes próximas dos 2,5G. Então como é possível vencer essa força ascendente tão poderosa e fazer que as chamas baixem e se propaguem aos combustíveis diante da frente de chamas? É difícil de explicar – sem experimentos, esse é exatamente o argumento que os modeladores utilizaram para justificar a hipótese que a radiação é o mecanismo primário que governa a propagação da chama.

Então a física diz que as forças internas do fogo deveriam projetar as chamas para cima como um balão de ar quente, não para baixo e para frente até o leito combustível, tornando improvável a transferência de calor por conectividade. Como teve a ideia de questionar essa hipótese lógica?

Por volta do ano 2003, comecei a discutir esta questão com meu colega Mark Finney, do Serviço Florestal do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos e cada um observou para o outro que não víamos ignições acontecendo sem contacto com as chamas. Então durante um tempo começamos a realizar experimentos exploratórios que fortaleceram constantemente essa noção que o contacto com as chamas é necessário para que ocorra a ignição. Decidimos especificamente deixar de lado a questão de como se propaga o fogo e concentrar-nos estritamente na questão fundamental de como as partículas de combustível aquecem até o ponto da ignição. Agora estamos fazendo perguntas de física fundamental partindo da premissa que a propagação do fogo é o resultado duma ignição contínua, de modo que, se não entendemos a ignição, não entendemos a propagação do fogo.

Um aspecto fundamental de sua pesquisa foi observar os incêndios de muito perto para ver quais padrões se manifestavam. O que viram?

Nos testes de laboratório vimos que as chamas tendem a produzir um tipo muito regular de comportamento pulsátil e começamos a notar esses picos na frente de chamas. Três das quatro pessoas que participaram desse projeto foram bombeiros e vimos esses picos de chamas tanto em pequenos incêndios de pradarias como em enormes incêndios florestais. Sempre assumimos sem questionar, mesmo no laboratório, que isso se devia à heterogeneidade do combustível – um conjunto de combustíveis produzindo maior intensidade dum lugar para outro – e deixamos isso passar.

Mas então Mark teve a ideia de criar leitos combustíveis altamente reproduzíveis – absolutamente perfeitos em consistência, espaçamento, tamanho e caráter do leito combustível—de forma a poder ver exatamente aquilo que estava acontecendo com a frente de chamas sem essas variações de combustíveis. Livramo-nos da noção que queríamos um modelo da taxa de propagação que nos obrigava a utilizar combustíveis reais em nossos experimentos. O ponto principal é que a física não muda. O contexto pode mudar, mas a física da transferência de calor e da dinâmica das chamas permanece a mesma, independentemente das partículas de combustível utilizadas.

O que aprenderam da observação dos incêndios que se propagam nos leitos combustíveis pré-fabricados?

Criamos esses leitos combustíveis, feitos de papelão cortado com laser, num túnel de vento, e veja só! Ainda víamos esses mesmos pontos altos e baixos na frente de chamas. Olhamos de mais perto por meio duma videografia de alta velocidade e medindo as temperaturas 500 vezes por segundo e começamos a ver uma estrutura na frente de chama. Começamos a ver a estrutura giratória e o fluxo que vinha das áreas de passagem no nível do combustível. A dinâmica dos fluidos se torna relativamente complexa e abstrata, mas a base é que você começa a gerar pares de vórtices que giram em sentidos contrários na frente de chamas. Onde a rotação está num ponto alto em ambos os casos, você tem um pico na chama e onde está num ponto baixo você tem correntes para baixo e um fluxo que sai para frente. Isso explica como um gás tão flutuante como as chamas pode ser empurrado para baixo e para frente no combustível. Então a ação se encontra onde estão as passagens, não nos picos. O combustível aquece até a ignição nas passagens.

Pensa que encontraram alguma “verdade” fundamental dos incêndios florestais? Vocês veem esse fenômeno em todos os incêndios florestais?

Vê-se em todo lado. E a coisa muito interessante é que vemos isso independentemente do tamanho. Sopramos ar frio sobre um prato quente no túnel de vento e produzimos o mesmo tipo de pares de vórtices. Observamos esses vórtices também em grandes incêndios florestais. Quando o fogo cresce de um fluxo laminar muito lento até um incêndio de copa turbulento, nos dá muito esperança de poder caracterizar realmente a frequência do pulso e o tamanho de remoinho responsáveis pelo contacto da chama com o combustível não queimado adjacente a frente das chamas.

Se os modelos existentes baseados na transferência de calor radiante estão errados e os incêndios florestais se propagam de fato por convecção, como essa compreensão permitirá uma melhor predição da forma como os incêndios florestais se propagam e se deslocam?

Ainda teremos que ver se somos capazes de diagnosticar as condições que levariam um incêndio florestal a um ou outro comportamento. Nossa esperança é que, ao compreendermos melhor os processos fundamentais sobre a forma como o combustível se inflama poderemos, senão predizer aonde irá o incêndio, certamente diagnosticar as condições nas quais se propagaria ou não.

Quais são os resultados que espera pessoalmente desta pesquisa?

Quando Mark e eu começamos a trabalhar sobre isso, nossa motivação principal era permitir uma ocorrência ecológica adequada dos incêndios. Consideramos que a supressão dos incêndios acarreta custos cada vez mais altos, com um retorno cada vez menor. Em nossa abordagem cultural intuitiva que nos leva a eliminar os incêndios a todo custo, estamos criando um enorme impacto negativo. De fato mudamos a paisagem – a composição e continuidade dos combustíveis – apagando os incêndios até que não podemos mais. Mudamos a ecologia dos incêndios florestais; agora esses incêndios tendem a arder de forma mais severa e extensa do que o fariam em outras circunstancias. Isso sem dúvida tem uma influência nos benefícios humanos que recebemos de nossa paisagem, como a qualidade da água, da fauna selvagem, da produção de bens e outros recursos naturais. A composição e estrutura da vegetação na paisagem serão diferentes daquelas a que estávamos acostumados.

Sua pesquisa poderia eventualmente ajudar os gestores dos incêndios florestais a tomar melhores decisões sobre quais incêndios deixar arder e quais apagar?

Temos mais de 300 milhões de pessoas que vivem nos 48 estados contíguos junto com toda nossa infraestrutura, então não podemos lidar com os incêndios que ardem livremente da mesma forma que 200 anos atrás. Isso significa que devemos compreender o fenômeno para poder lidar com ele de forma proativa, duma maneira mais adequada do ponto de vista ecológico. Mais compreendemos algo, mais cômodos nos sentimos com isso.

Penso que aqui a mensagem fundamental é que os incêndios florestais são inevitáveis e que os incêndios florestais em condições extremas são inevitáveis. Devemos ser capazes de encontrar uma forma de lidar com isso que seja diferente do atual processo altamente reativo e dispendioso que está falhando.

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