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gennaio 8, 2020
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Un fuoco a carbone è una combustione naturale di una vena o di una intera miniera di carbone sotterranea. La maggior parte dei fuochi a carbone mostrano una combustione senza fiamma, in particolare incendi sotterranei, a causa della limitata disponibilità di ossigeno nell’atmosfera. Le istanze di incendi di carbone sulla Terra risalgono a diversi milioni di anni. A causa del buon isolamento termico della crosta, della pioggia o della neve, gli incendi sotterranei dei giacimenti di carbone sono i fuochi più persistenti sulla Terra e possono bruciare per migliaia di anni, come il Burning Mountain in Australia. Le combustioni delle miniere di carbone possono essere provocate dall’auto-riscaldamento di ossidazione a bassa temperatura, fulmini, incendi e persino il caldo. I fuochi dei giacimenti di carbone hanno lentamente modellato la litosfera e cambiato l’atmosfera, ma questo ritmo è diventato veloce ed esteso nei tempi moderni, innescato da enormi attività estrattive.
La combustione dei giacimenti di carbone sono un grave pericolo per la salute e la sicurezza, oltre a inquinare l’ambiente rilasciando fumi tossici, riaccendendo incendi di erba, cespugli o foreste e causano il cedimento di infrastrutture di superficie come strade, condutture, linee elettriche, supporti di ponti, edifici e case. Sia che siano stati avviati dall’uomo o da cause naturali, i fuochi di carbone continuano a bruciare per decenni o addirittura secoli fino a quando non viene esaurita la fonte di combustibile, oppure bagnati una falda acquifera permanente. La profondità della combustione aumenta a causa della incapacità del terreno di consolidarsi e sfiatarsi. Poiché bruciano sottoterra, gli incendi delle miniere di carbone sono estremamente difficili e costosi da estinguere ed è improbabile che vengano spenti dalle piogge. Esistono forti somiglianze tra gli incendi di carbone e quelli di torba.
In tutto il mondo, migliaia di fuochi di carbone sotterranei stanno bruciando in un dato momento. Il problema è più acuto nell’industrializzare nazioni ricche di carbone come la Cina. Si stima che le emissioni globali di incendio di carbone causino l’ingresso nell’atmosfera di 40 tonnellate di mercurio ogni anno e rappresentino il tre percento delle emissioni annuali di CO2 del mondo.
Origini
Gli incendi delle miniere di carbone possono essere divisi in combustioni vicine alla superficie, in cui le vene si estendono fino alla superficie e l’ossigeno necessario per la loro accensione proviene dall’atmosfera e gli incendi nelle miniere sotterranee profonde, dove l’ossigeno proviene dalla ventilazione.
Alcuni incendi possono iniziare a seguito di un incidente industriale, che generalmente comporta un’esplosione di gas. Storicamente, alcuni incendi sono stati avviati quando l’estrazione del bootleg è stata fermata dalle autorità, di solito facendo saltare in aria la miniera. Molti recenti incendi in miniera sono iniziati da persone che bruciavano rifiuti in una discarica in prossimità di miniere di carbone abbandonate, tra cui il tanto pubblicizzato fuoco Centralia, Pennsylvania, che è stato appiccato dal 1962. Delle centinaia di incendi in miniera negli Stati Uniti che bruciano oggi, la maggior parte si trova nello stato della Pennsylvania.
Alcuni incendi lungo le miniere di carbone sono stati causati da eventi naturali. Alcuni carboni possono auto infiammarsi a temperature fino a 40 ° C (104 ° F) come può accadere per il carbone bruno nelle giuste condizioni di umidità e granulometria. [Citazione necessaria] L’incendio di solito inizia alcuni decimetri all’interno del carbone a una profondità in quale la permeabilità del carbone consente l’afflusso di aria ma in cui la ventilazione non rimuove il calore generato. L’autoaccensione era un problema riconosciuto nei tempi delle navi a vapore e si dice che abbia anche contribuito al naufragio del Titanic. Una causa ben nota di incendi è l’estrazione mineraria, quando si rompe una cavità ad alta pressione di gas metano che al rilascio può generare una scintilla di elettricità statica e accendere il gas avviando un’esplosione di carbone. Lo stesso gas è ben noto nelle navi e occorre prestare attenzione per garantire che non si verifichino tali scintille statiche.
Due fattori di base determinano il verificarsi o meno della combustione spontanea, la temperatura ambiente e la dimensione del grano:
– Maggiore è la temperatura ambiente, più rapidamente procedono le reazioni di ossidazione.
– Le dimensioni e la struttura del grano determinano la sua superficie. La cinetica sarà limitata dalla disponibilità di reagente, che in questo caso è il carbonio esposto all’ossigeno.
Gli incendi (causati da fulmini o altri) possono accendere il carbone più vicino alla superficie o all’ingresso e il fuoco fumante può diffondersi attraverso le venature, creando subsidenza che può aprire ulteriori strade all’ossigeno e generare futuri incendi non solo in superficie. Gli affioramenti di clinker preistorici nell’ovest americano sono il risultato di incendi di carbone preistorici che hanno lasciato un residuo che resiste all’erosione. Si stima che l’Australia Burning Mountain, il più antico incendio noto di carbone, abbia bruciato per 6000 anni.
A livello globale, migliaia di incendi inestinguibili sono nati, soprattutto in Cina, dove povertà, mancanza di regolamenti governativi e sviluppo economico si uniscono per creare un disastro ambientale. Le moderne miniere a strisce espongono all’aria giunture di carbone fumanti, rivitalizzando le fiamme.
I cinesi rurali nelle regioni carbonifere spesso estraggono il carbone per uso domestico, abbandonando i pozzi quando diventano poco proficui o troppo profondi, lasciando la polvere di carbone altamente combustibile esposta all’aria. L’uso delle immagini satellitari per mappare gli incendi di carbone in Cina ha portato alla scoperta di molti incendi precedentemente sconosciuti. Il più antico incendio di carbone in Cina si trova a Baijigou (白 芨 沟, nel distretto di Dawukou della città di Shizuishan, Ningxia) e si dice che sia in fiamme dalla dinastia Qing (prima del 1912).
Rilevamento
Prima di tentare di estinguere un incendio vicino alla superficie, la sua posizione e l’estensione sotterranea devono essere determinate nel modo più preciso possibile. Oltre a studiare il contesto geografico, geologico e infrastrutturale, è possibile ottenere informazioni da misurazioni dirette. Queste includono:
– Misurazioni della temperatura della superficie terrestre, in fessure e pozzi, ad esempio utilizzando pirometri.
– Misure di gas per caratterizzare il sistema di ventilazione antincendio (quantità e velocità) e la composizione del gas, in modo che le reazioni di combustione possano essere descritte.
– Misure geofisiche a terra e da aerei ed elicotteri per stabilire l’estensione della conducibilità o altri parametri sotterranei. Ad esempio, le misurazioni della conducibilità mappano i cambiamenti di umidità vicino al fuoco; la misurazione del magnetismo può determinare i cambiamenti nelle caratteristiche magnetiche della roccia adiacente causati dal calore.
– Telerilevamento da aerei e satelliti. La mappatura ottica ad alta risoluzione, l’imaging termico e i dati iper spettrali svolgono un ruolo. Gli incendi sotterranei di carbone da diverse centinaia a oltre mille gradi Celsius possono aumentare la temperatura superficiale di solo pochi gradi. Questo ordine di grandezza è simile alla differenza di temperatura tra i pendii illuminati dal sole e ombreggiati di un cumulo di scorie o di una duna di sabbia. Le apparecchiature di rilevamento a infrarossi sono in grado di tracciare la posizione del fuoco mentre il fuoco riscalda il terreno su tutti i lati. Tuttavia, le tecniche di telerilevamento non sono in grado di distinguere i singoli fuochi che si accendono uno accanto all’altro e spesso portano a una sottostima dei fuochi reali. Potrebbero anche avere delle difficoltà a distinguere gli incendi delle miniere di carbone da quelli delle foreste. La combinazione di dati in sito con dati di telerilevamento consente il monitoraggio dell’intensità del fuoco di carbone per periodi di tempo più lunghi mediante analisi di serie temporali.
Le miniere di carbone sotterranee possono essere dotate di sistemi di sensori installati in modo permanente. Queste misurazioni della pressione, della temperatura, del flusso d’aria e della composizione del gas vengono trasmesse al personale addetto al monitoraggio della sicurezza, avvisando tempestivamente di eventuali problemi.
Impatto ambientale
Oltre alla distruzione delle aree colpite, gli incendi di carbone spesso emettono gas tossici, tra cui monossido di carbonio e anidride solforosa. Gli incendi di carbone cinesi, che consumano circa 20 – 200 milioni di tonnellate di carbone all’anno, rappresentano fino all’1% delle emissioni globali di anidride carbonica da combustibili fossili.
Uno dei cambiamenti più visibili sarà l’effetto della subsidenza sul paesaggio. Un altro effetto ambientale locale può includere la presenza di piante o animali che sono aiutati dal fuoco del carbone. La prevalenza di piante altrimenti non autoctone può dipendere dalla durata dell’incendio e dalle dimensioni dell’area interessata. Ad esempio, vicino a un incendio di carbone in Germania, molti insetti e ragni mediterranei sono stati identificati in una regione con inverni freddi e si ritiene che temperature del terreno elevate al di sopra degli incendi abbiano permesso la loro sopravvivenza.
Estinguere gli incendi di carbone
Per prosperare, un incendio richiede carburante, ossigeno e calore. Poiché gli incendi sotterranei sono molto difficili da raggiungere direttamente, i vigili del fuoco comportano la ricerca di una metodologia adeguata che affronti l’interazione di combustibile e ossigeno per il fuoco specifico in questione. Un incendio può essere isolato dalla sua fonte di combustibile, ad esempio attraverso incendi o barriere ignifughe. Molti incendi, in particolare quelli su pendii ripidi, possono essere completamente scavati. Nel caso di incendi di carbone vicino alla superficie, l’afflusso di ossigeno nell’aria può essere interrotto coprendo l’area o installando barriere a tenuta di gas. Un’altra possibilità è quella di ostacolare il deflusso dei gas di combustione in modo che l’incendio sia spento dai propri fumi di scarico. L’energia può essere rimossa raffreddando, di solito iniettando grandi quantità di acqua. Tuttavia, se il carbone secco residuo assorbe l’acqua, il conseguente calore di assorbimento può portare alla riaccensione di un incendio una volta spento quando l’area si asciuga. Di conseguenza, è necessario rimuovere più energia di quella generata dal fuoco. In pratica questi metodi sono combinati e ogni caso dipende dalle risorse disponibili. Ciò è particolarmente vero per l’acqua, ad esempio nelle regioni aride, e per il materiale di copertura, come loess o argilla, per prevenire il contatto con l’atmosfera.
L’estinzione di incendi sotterranei di carbone, che a volte superano le temperature di 540 ° C (1.000 ° F), è sia altamente pericolosa che molto costosa.
Gli incendi di carbone vicino alla superficie superficiale si estinguono abitualmente in Cina seguendo un metodo standard che consiste essenzialmente nelle seguenti fasi:
– Levigare la superficie sopra il fuoco con attrezzature pesanti per renderla adatta al traffico.
– Praticare fori nella zona di fuoco a circa 20 m di distanza fino alla fonte dell’incendio, seguendo una griglia regolare.
– Iniezione di acqua o fango nei pozzi a lungo termine, in genere da 1 a 2 anni.
– Coprire l’intera area con uno strato impermeabile di circa 1 m di spessore, ad esempio di loess.
– Piantare vegetazione nella misura consentita dal clima.
Sono in corso sforzi per perfezionare questo metodo, ad esempio con additivi all’acqua di spegnimento o con agenti estinguenti alternativi.
I fuochi sotterranei delle miniere di carbone vengono abitualmente spenti per inertizzazione tramite il personale di soccorso in miniera. A tal fine, l’area interessata è isolata da costruzioni di dighe nelle gallerie. Quindi un gas inerte, di solito azoto, viene introdotto per un periodo di tempo, utilizzando di solito tubazioni disponibili.
Nel 2004, il governo cinese ha rivendicato il successo nell’estinzione di un incendio in una miniera vicino a Urumqi nella provincia cinese dello Xinjiang che stava bruciando dal 1874. Tuttavia, un articolo della rivista Time del marzo 2008 cita il ricercatore Steven Q. Andrews dicendo: “Ho deciso di andare a vedere come si estinse, e le fiamme erano visibili e l’intera cosa stava ancora bruciando …. Dissero che era stata spenta, e chi può dire il contrario? ”
Un gruppo motore a reazione, noto come Gorniczy Agregat Gasniczy (GAG), è stato sviluppato in Polonia e utilizzato con successo per combattere gli incendi di carbone e lo spostamento del fuoco nelle miniere.
Ricerche attuali e nuovi sviluppi nell’estinzione degli incendi
La rivista Time ha riferito nel luglio 2010 che alternative meno costose per l’estinzione degli incendi delle miniere di carbone stavano cominciando a raggiungere il mercato, tra cui stucchi speciali resistenti al calore e una schiuma di azoto antincendio, con altre soluzioni innovative in arrivo.
Scoperta di microbi e farmaci
Gli scienziati hanno recentemente iniziato a esplorare le prese d’aria termiche per batteri del suolo unici in grado di produrre nuovi farmaci. I microbi del suolo sono stati a lungo una fonte di farmaci efficaci e nuove ricerche, come quella condotta presso il Center for Pharmaceutical Research and Innovation, suggeriscono che questi ambienti estremi siano una fonte non sfruttata per nuove scoperte.
Elenco di alcuni incendi
Alcuni dei più notevoli incendi in miniera di tutto il mondo sono elencati di seguito.
Australia
– Burning Mountain – una miniera di carbone sotterranea a combustione naturale, lenta e naturale
– Morwell, Victoria – la miniera a taglio aperto Great Morwell prese fuoco nel marzo del 1902 e bruciò per oltre un mese. Si estinse violando il vicino fiume Morwell con esplosivi per inondare la miniera. Si è scoperto che l’incendio è stato causato dal sabotaggio con dispositivi incendiari.
– Hazelwood Power Station: una miniera di carbone a 2 km nella miniera a cielo aperto Hazelwood è stata incendiata da un fuoco nell’ottobre 2006 e di nuovo a febbraio 2014. Migliaia di residenti sono stati colpiti dall’incendio della miniera di carbone di Hazelwood nel 2014 che ha bruciato per 45 giorni inviando fumo attraverso la comunità di Morwell in Victoria. Il governo ha consigliato ai gruppi vulnerabili di persone a South Morwell di trasferirsi temporaneamente a causa del pericolo del particolato PM2.5.
Canada
– Elkford, Columbia Britannica
– Merritt, Columbia Britannica
– Carmacks, Yukon
– Smoking Hills, Territori del Nord-Ovest
Cina
In Cina, il più grande produttore mondiale di carbone con una produzione annua di circa 2,5 miliardi di tonnellate, gli incendi di carbone rappresentano un grave problema. È stato stimato che circa 10-200 milioni di tonnellate di carbone bruciano inutilmente ogni anno e che la stessa quantità viene nuovamente resa inaccessibile alle miniere. Gli incendi di carbone si estendono su una cintura in tutta la Cina settentrionale, per cui sono elencate oltre un centinaio di grandi aree di fuoco, ognuna delle quali contiene molte singole zone di fiamma. Sono concentrati nelle province di Xinjiang, Mongolia Interna e Ningxia. Oltre alle perdite dovute al carbone bruciato e inaccessibile, questi incendi contribuiscono all’inquinamento atmosferico e aumentano notevolmente i livelli di emissioni di gas a effetto serra e sono quindi diventati un problema che ha attirato l’attenzione internazionale.
Germania
A Planitz, ora parte della città di Zwickau, una falda di carbone che bruciava dal 1476 poté essere estinta solo nel 1860. A Dudweiler (Saarland) un incendio di carbone si è acceso intorno al 1668 e continua a bruciare ancora oggi. Questa cosiddetta Burning Mountain (“Brennender Berg”) divenne presto un’attrazione turistica e fu persino visitata da Johann Wolfgang von Goethe. Famoso è anche il cosiddetto Stinksteinwand (puzzolente muro di pietra) a Schwalbenthal sul versante orientale dell’Hoher Meißner, dove diverse miniere hanno preso fuoco secoli fa dopo la cessazione dell’estrazione del carbone di lignite; gas di combustione continua a raggiungere la superficie oggi.
India
In India, a partire dal 2010, 68 incendi stanno bruciando su una regione di 150 miglia quadrate (150 km2) del giacimento di carbone di Jharia a Dhanbad, Jharkhand. Gli incendi sono iniziati in questa regione nel 1916 e stanno rapidamente distruggendo l’unica fonte di carbone primario nel paese.
Indonesia
Gli incendi di carbone e torba in Indonesia sono spesso accesi da incendi boschivi vicino ai depositi di affioramento in superficie. È difficile determinare quando un incendio boschivo viene avviato da un incendio di carbone, o viceversa, in assenza di testimoni oculari. La più comune causa di incendi boschivi e foschia in Indonesia sta bruciando intenzionalmente la foresta per ottenere terreni nuovi per piantagioni di gomma e olio di palma.
In Indonesia non è stato completato il conteggio accurato degli incendi delle miniere di carbone. Solo una minima parte del paese è stata esaminata per gli incendi di carbone. I migliori dati disponibili provengono da uno studio basato sull’osservazione sistematica sul campo. Nel 1998, un totale di 125 fuochi di carbone sono stati localizzati e mappati all’interno di una striscia di 2 chilometri su entrambi i lati di un tratto di 100 chilometri a nord di Balikpapan a Samarinda nell’East Kalimantan, utilizzando apparecchiature portatili GPS (Global Positioning System). Estrapolando questi dati in aree del Borneo e di Sumatra colpite da depositi noti di carbone. E’ stato stimato che nel 1998 in Indonesia potrebbero essere stati causati più di 250.000 incendi di carbone.
Le pratiche di bonifica che utilizzano il fuoco, spesso provocando incendi boschivi, possono essere la causa degli incendi delle miniere carbonifere in Indonesia. Nel 1982-83 uno dei più grandi incendi boschivi in questo secolo infuriava per diversi mesi attraverso una stima di 5 milioni di ettari di foreste pluviali tropicali del Borneo. Goldammer e Seibert hanno tuttavia concluso che vi sono indicazioni che gli incendi di carbone si sono già verificati tra 13.200 e 15.000 BP.
Una stagione degli incendi di solito si verifica ogni 3-5 anni, quando il clima in alcune parti dell’Indonesia diventa eccezionalmente secco da giugno a novembre a causa del El Nino Southern Oscillation al largo della costa occidentale del Sud America. Dal 1982, il fuoco è stato una caratteristica ricorrente nelle isole del Borneo e di Sumatra, bruciando vaste aree nel 1987, 1991, 1994, 1997-98, 2001 e 2004.
Nell’ottobre 2004 il fumo proveniente dalla bonifica delle terre copriva nuovamente porzioni consistenti di Borneo e Sumatra, interrompendo i viaggi aerei, aumentando i ricoveri ospedalieri e estendendosi a porzioni di Brunei, Singapore e Malesia. Gli affioramenti di carbone sono così comuni in Indonesia che è praticamente certo che questi incendi hanno innescato nuovi incendi di carbone.
Nuova Zelanda
– Burnett’s Face, Costa occidentale
– Strongman Mine, Costa occidentale
– Wangaloa, Otago
– Pike River Mine, Costa occidentale
– Area di Millerton, miniera di Stockton, costa occidentale, isola del sud, Nuova Zelanda.
Norvegia
Nel 1944, la miniera n. 2 di Longyearbyen alle Svalbard fu incendiata dai marinai del Tirpitz nella sua ultima sortita al di fuori delle acque costiere norvegesi. La miniera ha continuato a bruciare per 20 anni, mentre alcune aree sono state successivamente estratte dalla miniera ricostruita n. 2b.
Sud Africa
Transpallal e Delagoa Bay Collieries vicino a Emalahleni (precedentemente noto come Witbank), Mpumalanga brucia da quando la miniera fu abbandonata nel 1953.
Stati Uniti
Molti campi di carbone negli Stati Uniti sono soggetti ad accensione spontanea. L’Ufficio federale delle miniere di superficie (OSM) gestisce un database (AMLIS), che nel 1999 ha elencato 150 zone di incendio. A metà del 2010, secondo OSM, più di 100 incendi stavano bruciando sotto nove stati, la maggior parte dei quali in Colorado, Kentucky, Pennsylvania, Utah e Virginia Occidentale. Ma i geologi sostengono che molti incendi non vengono segnalati, quindi il loro numero reale è più vicino a 200, in 21 stati.
In Pennsylvania, sono note 45 zone di incendio, la più famosa delle quali è la miniera di Centralia nella miniera di Centralia nella regione del carbone duro della Columbia County, che brucia dal 1962. La miniera in fiamme, vicino a Summit Hill, prese fuoco nel 1859.
In Colorado, sono sorti incendi di carbone a seguito delle fluttuazioni del livello delle acque sotterranee, che possono aumentare la temperatura del carbone fino a 300 ° C, abbastanza da provocarne l’accensione spontanea. [Citazione necessaria]
Il bacino del fiume Powder nel Wyoming e nel Montana contiene circa 800 miliardi di tonnellate di carbone bruno e la spedizione Lewis e Clark (1804-1806) riportò incendi lì. Gli incendi sono stati un evento naturale in questa zona per circa tre milioni di anni e hanno modellato il paesaggio. Ad esempio, un’area di circa 4.000 chilometri quadrati è coperta di clinker di carbone, alcuni dei quali nel Parco nazionale Theodore Roosevelt, da cui si gode una vista spettacolare del clinker di carbone rosso ardente da Scoria Point.
– Laurel Run, Pennsylvania
– New Castle, Colorado
– Glenwood Springs, Colorado
– Lotts Creek, Kentucky
– Ruth Mullins, Kentucky
– Truman Shephard, Kentucky
– New Straitsville, Ohio
– San Toy, Ohio
– Sego, Utah
– Vanderbilt, Pennsylvania
– Centralia, Pennsylvania
– Carbondale, Pennsylvania
Da considerare anche
– Il cratere del gas di Darvaza, un deposito di gas naturale in fiamme in Turkmenistan
– Gassificazione sotterranea del carbone
– Fuochi dei pozzi di petrolio
