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Incontra gli scienziati che cercano di capire i peggiori incendi del mondo
Non sarà facile aggiornare lo standard di 47 anni per prevedere cosa faranno gli incendi, ma salverà vite. 16 dicembre 2019
tornado di fuoco Kristine Paulsen
Jason Forthofer stava combattendo il Sunrise Fire nel Montana meridionale da più di una settimana quando ha commesso l'errore più grande della sua carriera. Stava lavorando con una squadra sul bordo del fuoco, scavando trincee e accendendo fuochi di ritorno controllati nel caldo soffocante, quando ha sentito una voce su una cabina nelle vicinanze che potrebbe aver bisogno di protezione.
Curiosi e desiderosi di aiutare, una mattina presto Forthofer e il suo collega Kevin Beck si sono caricati in spalla i loro zaini e si sono fatti strada su un vecchio sentiero minerario nella vicina foresta. Forthofer era a piedi, mentre Beck guidava un quattro ruote. Presto si stavano spingendo attraverso la boscaglia, i rami si impigliavano nel materiale pesante dei loro cappotti ignifughi. Forse c'erano alcune nuvole in alto; se c'erano, Forhofer li ignorava. Il meteorologo dell'incidente che lavorava con il team aveva avvertito per diversi giorni di possibili temporali, tipici di un'estate nel Montana, ma nessuno si era materializzato.
La capanna, quando la trovarono, era a circa mezzo miglio dalla strada, una traballante baracca mineraria raffazzonata da rottami metallici e circondata da abeti Douglas. Hanno ispezionato l'edificio: sembrava che ci fosse stata gente di recente, ma adesso non c'era nessuno. Allora Forthofer udì un suono che gli fece venire lo stomaco: il rombo profondo di un tuono. Le cime degli alberi vicini iniziarono a ondeggiare.
Beck saltò sulle sue quattro ruote e Forthofer lo fece correre, dirigendosi verso la strada alla massima velocità consentita dalla fitta boscaglia. Avevano corso uno stupido rischio ignorando le previsioni, e lo sapevano. Una tempesta in avvicinamento potrebbe facilmente sollevare venti pericolosi, spingendo il fuoco incontrollato verso di loro a una velocità terribile.
Il panico di Forthofer aumentò con l'aumento dei venti. Trenta miglia all'ora. Poi 40. Mentre si avvicinavano alla strada, si è messo a correre, sapendo che le fiamme avrebbero potuto raggiungerlo da un momento all'altro.
Sudati ed esausti, terrorizzati da ciò che sarebbe potuto accadere, Forthofer e Beck sono tornati indietro. Erano al sicuro. Ma un pensiero risuonava ancora e ancora nella mente di Forthofer: Avrei potuto morire proprio lì. È così che muoiono i vigili del fuoco.
Jason Forthofer si trova sul tetto del Missoula Fire Sciences Lab. Kristine Paulsen
Sunrise è stato solo uno dei 21 incendi che hanno bruciato il Montana nell'estate del 2017. Ma l'incendio è stato per lo più contenuto quando Forthofer si è seduto alla sua scrivania alcune settimane dopo e ha considerato la sua esperienza da una prospettiva diversa. Quando non sta combattendo direttamente gli incendi, Forthofer li studia, lavorando con un gruppo di analisti, biologi, programmatori di computer e ingegneri presso il Missoula Fire Sciences Lab nel Montana.
I suoi doppi ruoli, in prima linea e come ricercatore, esemplificano la posizione unica del laboratorio nella lotta agli incendi in America.
Quel contesto è fondamentale e non è qualcosa che la maggior parte degli scienziati ottiene, afferma l'ecologo Matt Jolly, uno dei colleghi di Forthofer. Stanno cercando di scrivere di incendi, scrivere di incendi della corona [nelle chiome degli alberi]. E non ne hanno mai visto uno!
Il Fire Lab è forse meglio conosciuto per i programmi per computer che produce per prevedere il comportamento degli incendi. Nel 1972, un ricercatore di nome Dick Rothermel utilizzò una serie di semplici esperimenti per creare uno dei primi modelli matematici in grado di prevedere come si sarebbe potuto propagare un incendio. Bruciando carburante nella sua galleria del vento, Rothermel controllava fattori come la velocità del vento e poi osservava i suoi fuochi mentre crescevano. Ha tracciato i risultati su un grafico e ha utilizzato i dati per dedurre una serie di equazioni che potrebbero essere applicate agli incendi ovunque. Improvvisamente, gli analisti potrebbero fare previsioni sul modo in cui si sarebbe diffuso un incendio e i risultati hanno cambiato il modo in cui gli esperti pensano e interagiscono con il fuoco.
Matt Jolly osserva un incendio bruciare nel laboratorio. Kristine Paulsen
Oggi, il modello Rothermel fornisce la spina dorsale per quasi tutti i programmi informatici utilizzati per analizzare il comportamento degli incendi negli Stati Uniti. Ma sebbene il suo lavoro fosse avanzato per l'epoca, Rothermel non ha tenuto conto di molti dei fattori che fanno sì che gli incendi si comportino in modo diverso nel mondo reale rispetto all'ambiente limitato di un laboratorio. La sua ricerca presumeva, ad esempio, che gli aghi di pino in un letto di combustibile poco profondo brucerebbero allo stesso modo degli stessi aghi impilati molto più in alto. Modelli come quelli di Rothermel sono realmente validi solo per la gamma di dati e di esperimenti che hai eseguito, afferma Forthofer. Al di fuori di tale intervallo, nessuno può indovinare se la curva continua.
Per compensare, gli analisti del comportamento in caso di incendio hanno inserito una serie quasi infinita di regolazioni e input sullo scheletro di Rothermel in modo che possano fare previsioni più accurate su come un particolare incendio progredirà nel corso di ore o giorni. Incorporano dati che descrivono tutto, dal pendio alla vegetazione, alle caratteristiche della chioma e ai fattori meteorologici. L'intera faccenda è un'impresa di tecnologia e ingegno, un tentativo di prevedere qualcosa che è stato passato secoli ad essere misterioso e inconoscibile.
Oggi, però, dopo decenni di siccità e temperature in aumento, incendi mostruosi in tutto il West americano hanno messo a fuoco le debolezze del sistema. Il modello di Rothermel non è in grado di affrontare tutto ciò che l'ambiente gli sta lanciando, dal numero di alberi morti che ora si trovano nelle foreste americane alle fluttuazioni della velocità del vento.
Un ritratto di Harry T. Gisborne, pioniere della ricerca sugli incendi boschivi, accoglie i visitatori mentre entrano nel laboratorio. Kristine Paulsen
Gli strumenti non sono sempre giusti, spiega Forhofer. Non hanno quasi mai ragione, mai perfettamente ragione. E quando si sbagliano, possono portare a conseguenze reali e gravi: soldi persi, case perse o, peggio di tutto, vite perse.
Quindi, con gli inferni che divorano decine di migliaia di ettari e uccidono più persone ogni anno, il Fire Lab sta cercando di costruire un modello nuovo di zecca per la prima volta in mezzo secolo. C'è molto da recuperare.
Un pomeriggio di luglio 2019, Forthofer mi fa fare un giro del laboratorio, accompagnato dal suo capo, Mark Finney. I vigili del fuoco non sono mai lontani per Forthofer - suo fratello e sua moglie erano entrambi vigili del fuoco e molti dei suoi amici lo sono ancora - e ha il fisico solido di qualcuno che fa regolarmente escursioni con zaini da 100 libbre. Finney, al contrario, è spigoloso e spigoloso, con le tempie argentate e la tendenza a parlare a scatti brevi.
A partire dall'atrio dell'edificio, i tocchi idiosincratici abbondano. Una capra di montagna ripiena presiede l'area della reception (per favore non toccare la capra, supplica un cartello vicino). Una trapunta patchwork a tema incendi del 2010 commemora il 50° anniversario del laboratorio.
Fuori, le nuvole corrono attraverso le pianure, ma non lo sapresti all'interno dello spazio cavernoso e senza finestre del laboratorio di prova, le cui imponenti pareti interne sono fatte di metallo ondulato. Ci fermiamo davanti a un'enorme lastra piena di sabbia, che Forthofer e Finney spiegano essere essenzialmente un gigantesco bruciatore. Indicano i getti di propano personalizzati sottostanti, che consentono loro di controllare con precisione l'intensità delle fiamme e di effettuare misurazioni esatte mentre bruciano.
Il laboratorio ha soprannominato il tavolo Big Sandy, mi dice Finney. (Hanno battezzato bruciatori simili Little Sandy e Big Bertha.) Uno degli esperimenti caratteristici di Big Sandy misura la lunghezza della fiamma, la temperatura e la pressione in un fuoco che inizia in linea retta. File di rebbi di cartone tagliati al laser bruciano uno per uno con un movimento quasi liquido mentre una linea di fiamme alta fino a 8 piedi si diffonde su di loro, formando un'onda di picchi e depressioni.
Le misurazioni su Big Sandy hanno dimostrato che queste forme sono causate dall'aria fredda che spinge le fiamme a intermittenza nel loro letto di combustibile, guidando il processo di combustione. Una registrazione video sottoposta a un'analisi della traccia del flusso aggiunge sottili linee verdi che facilitano il tracciamento di quel movimento. Mostra come questa aria fredda si trasformi in una serie di piccoli vortici, o vortici, quando i gas di fronte alle fiamme salgono e scendono mentre si riscaldano e si raffreddano. Senza quel movimento, le fiamme non andrebbero avanti, spiega Finney; galleggerebbero semplicemente sopra il loro carburante e alla fine uscirebbero.
In un ufficio in fondo al corridoio di Big Sandy, l'analista antincendio Chuck McHugh mi guida attraverso alcuni dei suoi lavori. I modelli che mi mostra degli incendi passati sembrano grovigli di scarabocchi rossi e macchie colorate sovrapposte alle mappe. Infatti, spiega, le linee rosse documentano i possibili percorsi che l'incendio potrebbe prendere; le forme colorate indicano il numero di ore che il fuoco potrebbe impiegare a diffondersi in quell'area. Su alcune mappe, questi blob sono circondati da fuochi spumeggianti, accensioni in cui il software ha intuito che le scintille potrebbero allontanarsi dall'incendio principale. L'intera cosa assomiglia a una muffa di melma, organica e viva, che, in un certo senso, lo è.
Ovunque camminiamo, il team sta cercando di comprendere e prevedere meglio il comportamento del fuoco. Al piano superiore ci sono le gallerie del vento, dove Forthofer ei suoi colleghi registrano come gli incendi sono influenzati dall'aria a velocità diverse. Mostra anche un alto apparato di metallo nero la cui base curva genera il flusso d'aria necessario per creare (e studiare) tornado di fuoco di 10 piedi. Concludiamo il nostro tour in una stanza piena di aggeggi in schiuma e metallo per misurare come il calore si muove attraverso l'aria per accendere nuovo combustibile quando si accende un incendio L'intero posto, spiegano, può essere impostato su una temperatura e umidità dell'aria specifiche o aperto per la ventilazione in caso di emergenza.
Finney afferma che tutta questa complessità dimostra che il lavoro di Rothermel non è più sufficiente.
Mark Finney si trova di fronte a Little Bertha, un'attrezzatura che consente agli scienziati di testare come il fuoco si muove su un pendio. Kristine Paulsen
Solo perché hai un modello, dice, non significa che capisci qualcosa.
Wildfire è pieno di processi su piccola scala come i vortici di Big Sandy. Ogni pezzo della ricerca intrapresa dal Fire Lab è un tentativo di studiare una piccola parte del quadro generale. Ed è particolarmente importante con elementi come il vento, che influenza sia il comportamento del fuoco che continua a essere influenzato dal fuoco. Il modello di Rothermel, sostiene Finney, non è affatto vicino a tenere conto dei circuiti di feedback e delle strane soglie di comportamento in un sistema complesso come quello.
Chuck McHugh analizza l'attività del fuoco e la probabilità di diffusione. I suoi calcoli determinano se è necessario intraprendere un'azione o non agire affatto.
Ecco perché cerca qualcosa di nuovo: una teoria completa che possa spiegare il comportamento del fuoco, non solo prevederlo.
La ricerca di una teoria del fuoco completa guida il lavoro del Fire Lab in una serie di aree, dalla dinamica dei fluidi e dal trasferimento di calore convettivo al tempo di risonanza, il periodo in cui una particella di combustibile come un ago di pino continuerà a rilasciare energia dopo essere stata accesa. Combinando tutti questi modelli più piccoli, Forthofer e Finney sperano di crearne uno più grande che possa spiegare quei fenomeni in natura.
Gli stessi processi fisici che causano la propagazione di un gigantesco fuoco di corona con fiamme di 200 piedi fanno parte di un piccolo incendio con una fiamma di un piede che si diffonde nel nostro tunnel, afferma Forthofer.
La scrivania di Finney è dedicata al fuoco in tutte le sue forme. Kristine Paulsen
Finney confronta il suo compito con il reverse engineering di una ricetta da un elenco prestabilito di ingredienti. Lui ei suoi colleghi hanno già assemblato i loro elementi di base: radiazione, convezione, carburante, calore, ossigeno. Ma in realtà non abbiamo gli importi di ciascuno o l'ordine di ciascuno o le istruzioni per la preparazione, dice.
Sebbene il lavoro di Rothermel abbia avuto un impatto enorme, non è l'unico gioco in città. Il Canada ha sviluppato il proprio sistema, Prometheus, all'inizio degli anni 2000. Gli scienziati in Australia, nel frattempo, utilizzano i propri programmi per computer che si adattano alle stranezze degli incendi boschivi nell'Outback. Il modello Rothermel, tuttavia, rimane lo standard. Alen Slijepcevic, vice capo della Country Fire Authority nello stato australiano del Victoria, ha seguito con interesse la ricerca del Missoula Fire Lab. Tutto quel lavoro avrà un'implicazione globale, senza dubbio, dice.
All'interno della camera di condizionamento del Fire Lab, a temperatura e umidità controllata, dove vengono utilizzate apparecchiature appositamente realizzate per le ustioni. Kristine Paulsen
Altrove, alcune istituzioni si sono rivolte a un approccio diverso, noto come fluidodinamica computazionale (CFD), che modella il modo in cui si muovono fluidi e gas. La tecnica divide un'area in una rete di piccole unità e calcola come ogni pezzo potrebbe interagire con gli altri. I risultati possono simulare il comportamento del fuoco reale in modo più preciso.
Il problema è che ciò richiede una potenza di calcolo notevolmente maggiore rispetto a un programma basato sul sistema di Rothermel. L'esecuzione di un singolo modello CFD può richiedere giorni: il National Weather Service deve utilizzare supercomputer per eseguire modelli CFD in grado di prevedere il tempo più velocemente del tempo reale. Ciò rende improbabile che la tecnologia venga utilizzata per prevedere il comportamento degli incendi in tempi brevi: quando scoppia un incendio, gli analisti in prima linea spesso elaborano centinaia di simulazioni mentre lavorano in località remote dove l'infrastruttura vacilla e le connessioni Internet sono scarse. Hanno bisogno di programmi che possano essere eseguiti su un laptop standard e veloci. Dopotutto, come spiega il matematico del National Institute of Standards and Technology Kevin McGrattan: È inutile dire a qualcuno che l'uragano avrebbe colpito New Orleans la scorsa settimana.
Forthofer, Finney e i loro colleghi sperano che il modello che stanno costruendo rappresenti una via di mezzo: abbastanza intelligente da fare previsioni migliori, con elementi simili a CFD che possono spiegare fattori come la turbolenza del vento, ma abbastanza semplice da funzionare sul campo.
McGrattan vede il potenziale per un modello ibrido, sebbene aggiunga un avvertimento significativo: il primo passo deve essere quello di formare più persone per utilizzare i programmi esistenti. In un recente incontro, i rappresentanti del servizio forestale gli hanno detto che i modelli basati su Rothermel vengono utilizzati principalmente per bruciature pre-pianificate e controllate. Quando si scatena l'inferno a Somewhere, in California, non c'è tempo per convincere una persona con quel tipo di esperienza sul campo a gestire il modello, gli è stato detto.
La necessità di aggiornare i modelli degli incendi sembra più urgente che mai. Negli ultimi anni, grandi e feroci incendi hanno imperversato più frequentemente in alcune parti del West americano, così come in tutto il mondo.
Negli Stati Uniti, il numero di acri bruciati ogni anno dagli incendi è aumentato del 500% dagli anni '70. Centinaia di persone sono morte e migliaia di case sono state distrutte in questo decennio solo a causa degli incendi in California. Nel 2018, la peggiore stagione di incendi mai registrata ha visto grandi incendi come il Carr Fire e il Mendocino Complex Fire che hanno distrutto milioni di acri ad agosto; pochi mesi dopo, il Camp Fire uccise almeno 86 persone e cancellò l'intera città di Paradise.
Un pezzo di equipaggiamento chiamato The Hibachi consente agli scienziati di testare come si riscaldano diversi esemplari. Kristine Paulsen
Ma ridurre il divario tra modello e realtà è solo il primo passo per affrontare queste catastrofi.
I vigili del fuoco tendono a essere lenti a fidarsi della tecnologia su ciò che hanno osservato o sperimentato, soprattutto quando è in gioco la loro sopravvivenza. Imparano a fare affidamento sul loro intuito, proprio come ha fatto Forthofer quando ha spazzato via gli avvisi di temporale al Sunrise Fire. Sei costretto a prendere decisioni in situazioni in cui hai una conoscenza incompleta, dice. E non sei del tutto sicuro della credibilità delle cose che conosci.
Ma come sottolinea il suo collega di Fire Lab Matt Jolly, questo può avere conseguenze terribili quando le condizioni sono così estreme che nessuno le ha mai viste prima. Quando l'esperienza fallisce, gli strumenti diventano sempre più preziosi e, man mano che il clima cambia, l'esperienza continuerà a fallire sempre più spesso.
Nel mondo dei vigili del fuoco, un incidente avvenuto nel 2013 a Yarnell Hill, in Arizona, è considerato l'esempio peggiore. Quel giugno, 19 vigili del fuoco furono uccisi quando i venti cambiarono drasticamente prima di un temporale previsto dal National Weather Service. Sono finiti intrappolati, rendendo Yarnell Hill l'incendio più mortale per i vigili del fuoco dal 1933. Ti fa venire i brividi, dice Forthofer, notando i paralleli con la sua esperienza. Non dovrebbe succedere.
Ecco perché Jolly e Forthofer enfatizzano la formazione e l'istruzione, condividendo nuovi strumenti con affidabili vigili del fuoco che li adottano per primi che li difenderanno dagli altri. La loro capacità di cambiare codice tra il linguaggio della ricerca accademica e il linguaggio dei battaglioni hotshot è utile.
Jolly, in particolare, trascorre gran parte del suo tempo a tavole rotonde con i vigili del fuoco e i comandanti degli incidenti, seminari per analisti del comportamento antincendio e altri eventi di formazione professionale, chiedendo cosa ti serve? Cosa renderebbe questo strumento migliore?
Questo video di un ramo che si accende è stato accelerato di 18 volte. Per gentile concessione del laboratorio di scienze antincendio di Missoula
Nel suo ufficio al Fire Lab, tappezzato con i progetti artistici di sua figlia e gli effimeri di una vita trascorsa all'aria aperta, Jolly mostra la presentazione PowerPoint che usa per mostrare le offerte del laboratorio. I suoi capelli brizzolati gli cadono sulla fronte mentre si strofina gli occhi ripetutamente; assomiglia un po' a una rockstar più anziana la mattina dopo una notte dura. (Non lo è, e non lo è.)
Mi mostra una mappa multicolore basata su un sistema di valutazione del pericolo di incendio che ha contribuito a sviluppare. Le aree verdi rappresentano condizioni meteorologiche normali, mentre le rosse rappresentano calore estremo, vento o siccità a un livello visto solo nel 3% dei giorni nella storia registrata. Ha creato questo strumento per aiutare a prevenire il tipo di tragedia accaduta a Yarnell Hill, mi dice. Due terzi di tutti i decessi dei vigili del fuoco in terre selvagge si verificano in quei giorni, quando il potenziale è più alto per incendi estremi.
Scorre diverse di queste mappe, indicando i punti rossi. C'erano le condizioni prima di un incendio dell'erba dell'Oklahoma che si estese a decine di migliaia di acri in un giorno. Queste macchie rosse rappresentano le aree di Napa e Sonoma al momento degli incendi che hanno consumato il paese del vino nel 2016. E quel puntino rosso vicino a Los Angeles segna il Thomas Fire, la prima volta che i vigili del fuoco in California hanno provocato un incendio il giorno di Natale.
Continua attraverso la presentazione, guidandomi attraverso le mappe dei più grandi incendi recenti della California: il Carr Fire, il Mendocino Complex Fire, il Camp Fire che ha spazzato via il paradiso.
Mentre il carburante brucia a Little Bertha, mostra la formazione ondulatoria che assumono le fiamme. Kristine Paulsen
Quindi sei stato in grado di produrre queste mappe utilizzando i dati che sarebbero stati disponibili quel giorno? Chiedo. Scuote la testa. Le mappe stesse erano disponibili per l'uso da parte di vigili del fuoco e analisti in quei giorni , sia prima che raggiungessero la scena, sia mentre erano lì, mi dice.
Quindi l'idea che non l'abbiamo visto arrivare o che ci ha colto alla sprovvista... Si morde il labbro. Dobbiamo fare meglio con quello. Una comprensione più profonda del fuoco, o un nuovo modello: questi sono risultati privi di significato senza un'adozione diffusa, dice. Se non cambia il comportamento, sono inutili.
Le scintille escono dal camino, che imita il fuoco in natura. Kristine Paulsen
In fondo al corridoio, Forthofer immagina una trasformazione della cultura antincendio. Insegnare un modello aggiornato, una nuova teoria che spieghi davvero perché e come si comporta in determinati modi, potrebbe innescare quel cambiamento. Potrebbe fornire ai suoi colleghi un nuovo modo di capire le cose che vedono. Con uno sforzo sufficiente, potrebbe impedire chiamate ravvicinate come quella che ha avuto al Sunset Fire, potrebbe proteggere le case delle persone e, cosa più importante, potrebbe salvare vite umane.
Tra quel giorno e oggi, però, c'è questa stagione del fuoco, e quella successiva, e quella successiva. Lungo la strada, Forthofer trascorrerà le sue estati a combattere gli incendi e i suoi inverni a misurarli in laboratorio con Finney. McHugh e i suoi colleghi analisti continueranno a convincere i loro modelli verso la realtà e Jolly continuerà a viaggiare per il paese parlando con hotshots, comandanti di brigata e gestori di servizi pubblici.
E i fuochi continueranno ad arrivare.
—Alissa Greenberg ( @alissaleescrive ) è un giornalista indipendente che scrive all'incrocio tra cultura, scienza, affari e affari internazionali.