Как лесной пожар создаёт грозу и поджигает новые территории молниями

Крупный лесной пожар способен не только зависеть от погоды, но и временно создавать её над собой. Когда одновременно горит большая площадь, над пламенем возникает мощный поток горячего воздуха. Он поднимает дым и влагу на несколько километров, формирует облако, а при подходящих условиях превращает его в настоящую грозу.

Внутри такого облака появляются молнии, дождь, град и сильные воздушные потоки. Удары молний могут создавать новые очаги далеко от основного пожара, а резкие порывы ветра — разворачивать пламя в неожиданном направлении. В результате пожар начинает влиять на собственное распространение.

Как над пожаром появляется облако

Нагретый пламенем воздух расширяется, становится менее плотным и быстро поднимается. Вместе с ним вверх уходят дым, пепел и водяной пар. Часть влаги уже содержится в окружающем воздухе, часть поступает из нагретой почвы и горящей растительности.

С высотой атмосферное давление уменьшается. Поднимающийся воздух расширяется и охлаждается, а содержащийся в нём водяной пар конденсируется на частицах дыма. Над тёмным столбом появляется плотная белая верхушка, похожая на обычное кучевое облако. Её называют пирокучевым облаком.

Конденсация дополнительно усиливает подъём. При превращении водяного пара в капли выделяется тепло, поэтому воздушная масса дольше остаётся теплее окружающей атмосферы и продолжает двигаться вверх.

На этой стадии облако ещё не является грозовым. Если пожар ослабевает или над ним расположен устойчивый слой воздуха, пирокучевое облако перестаёт расти и постепенно рассеивается.

Когда пирокучевое облако становится грозовым

Для превращения дымового столба в грозу должны совпасть два условия. Пожар должен выделять достаточно тепла для поддержания сильного восходящего потока, а атмосфера над ним должна быть неустойчивой — такой, в которой поднявшийся воздух может продолжать движение вверх.

Если поток достигает холодных верхних слоёв тропосферы, внутри облака появляются переохлаждённые капли, кристаллы льда и частицы крупы. Облако быстро увеличивается, темнеет и формирует характерную грозовую вершину.

Так возникает пирокучево-дождевое облако, или пирокумулонимбус. По своему устройству оно похоже на обычную грозу, но первоначальный толчок ему даёт тепло лесного пожара.

Переход может произойти очень быстро. Ещё недавно над лесом находился только дымовой столб, а спустя некоторое время над ним уже растёт многокилометровое облако с молниями и осадками. Именно в этот момент пожар становится особенно непредсказуемым.

Почему внутри пожарного облака возникают молнии

В верхней части пирокучево-дождевого облака сильные потоки постоянно перемещают ледяные кристаллы, крупу и капли переохлаждённой воды. Частицы сталкиваются и обмениваются электрическими зарядами.

Лёгкие кристаллы уносятся выше, а более тяжёлые частицы остаются в нижней части облака. Между разными областями постепенно накапливается электрический заряд. Когда напряжённость поля становится слишком высокой, происходит разряд.

Часть молний остаётся внутри облака и не представляет непосредственной опасности для леса. Однако некоторые разряды достигают земли. Если молния попадает в сухое дерево, лесную подстилку или торф, возникает новый очаг.

Пирогроза может смещаться относительно породившего её пожара. Верхние ветры уносят облако в сторону, поэтому молнии иногда ударяют далеко за пределами горящей территории. Новый пожар может начаться сразу или некоторое время оставаться незаметным, если древесина после удара сначала тлеет.

Во время австралийских пожаров «Чёрной субботы» в 2009 году молния из пирокучево-дождевого облака создала новый очаг примерно в 100 километрах от основного фронта. Для пожарных это особенно опасно: силы сосредоточены у известного пожара, тогда как новое возгорание появляется в другом районе.

Как пирогроза меняет направление ветра

Мощный восходящий поток забирает воздух из нижних слоёв атмосферы. На место поднявшихся масс со всех сторон устремляется более холодный воздух. Поэтому рядом с большим пожаром местный ветер может отличаться от общего направления, указанного в прогнозе.

Приток воздуха снабжает пламя кислородом и способен усилить горение. Одновременно восходящий поток поднимает горящие угли и куски коры. После выхода из дымового столба они переносятся ветром и создают дополнительные очаги перед основной линией огня.

Ещё более резкие изменения происходят при возникновении нисходящего потока. Внутри грозового облака образуются дождь и град. Они увлекают воздух вниз, а испарение капель дополнительно его охлаждает. Воздух становится плотнее и быстро падает к поверхности.

Достигнув земли, поток растекается во все стороны и создаёт сильный порывистый ветер. Такой шквал способен развернуть пламя, ускорить боковую кромку пожара или превратить её в новый широкий фронт. Направление распространения огня может измениться за несколько минут.

По этой причине развитая пирогроза представляет непосредственную угрозу для наземных групп и пожарной авиации. Безопасная зона или маршрут отхода после прохождения шквала могут оказаться перед наступающим пламенем.

Почему дождь и град не обязательно тушат пожар

Появление осадков над горящим лесом кажется благоприятным, но дождь из пирогрозы не всегда достигает поверхности. Нижний слой воздуха над пожаром остаётся горячим и сухим, поэтому часть капель испаряется во время падения.

Испарение отнимает тепло и охлаждает воздух. Из-за этого нисходящий поток становится сильнее, а возникший у земли шквал раздувает огонь и разносит угли. В такой ситуации облако производит дождь, но пожар получает главным образом усиление ветра.

Если осадки всё же достигают земли, они могут ослабить пламя непосредственно под облаком. Однако одновременно порывы распространяются за пределы мокрой зоны и ускоряют огонь на других участках.

Град также не тушит пожар на значительной площади. Его появление прежде всего показывает, что восходящие потоки стали достаточно сильными для образования и удержания крупных ледяных частиц. Это признак развитой грозовой системы, способной создавать опасные нисходящие порывы.

Как пожар начинает усиливать сам себя

После образования пирокучево-дождевого облака возникает цепочка взаимосвязанных процессов. Пожар нагревает воздух и создаёт восходящий поток. Поток формирует грозу. Гроза производит молнии и сильный ветер. Молнии поджигают новые участки леса, а ветер ускоряет существующий огонь и разносит горящие частицы.

Эта система не может работать бесконечно. Ей необходимы сухое топливо, интенсивное горение и подходящее состояние атмосферы. Если пожар ослабевает, воздух становится устойчивее или продолжительный дождь достигает земли, восходящий поток разрушается вместе с облаком.

Но пока все условия сохраняются, лесной пожар перестаёт быть только наземным пламенем. Он превращается в источник собственной грозы, которая способна перенести огонь далеко за пределы первоначального фронта и за несколько минут полностью изменить направление его распространения.