Министерство образования Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Биолого-почвенный факультет

Кафедра лесоведения и зеленого строительства

Охрана лесов от пожаров Учебное пособие

Специальность 250201 - Лесное хозяйство

Специальность 250208 - Экология и охрана природы

Томск - 2012 г.

Охрана лесов от пожаров

1. Условия возникновения и развития лесных пожаров

Лесные пожары являются огромным бедствием не только для стран с обширными пространствами и малой плотностью населения. Катастрофи­ческое развитие лесных пожаров наблюдается и в экономически развитых, плотно заселенных странах.

Роль огня в жизни леса многообразна. Огонь - разрушитель и созда­тель леса. Лесные пожары изменяют окружающую среду. Во многих частях нашей планеты формирование природных лесов в той или иной степени свя­зано с влиянием пожаров. Уничтожая моховой и травяной покров, толстую лесную подстилку, огонь создает благоприятные условия для возобновления леса - прорастания семян, появления и формирования самосева, особенно сосны, лиственницы, в определенных условиях и ели. С другой стороны, пожар уничтожает молодняк, средневозрастные, приспевающие и спелые древостои, нередко вызывает появление малоценных видов древесных по­род и приводит к ухудшению условий среды для возобновления хозяйст­венно ценных пород. Высокоинтенсивные устойчивые пожары уничтожают гумус почв и снижают их продуктивность.

Лесные пожары обуславливают процессы смены пород, влияют не только на состав древостоев, но и на их возрастную структуру, видоизме­няют типы леса, преобразуют характер вырубок. Пожары вносят сущест­венные изменения в численность и состав фауны - зверей, птиц, насекомых. Они влияют на жизнедеятельность почвенных микроорганизмов, стимули­руя или подавляя ее. Огонь меняет санитарное состояние леса, причем и здесь его роль неоднозначна. Нанося травмы деревьям, ослабляя их, он спо­собствует образованию ветровала и бурелома (иногда на огромных площа­дях), нападению и размножению вредных насекомых и некоторым заболе­ваниям деревьев. С другой стороны, огонь непосредственно уничтожает ис­точники инфекции, носителей ряда грибных и других заболеваний, а также вредных насекомых, приводя к отмиранию, в первую очередь, отставших в росте деревьев и ускоряя тем самым процесс изреживания в лесу. Оказывая влияние на все компоненты леса, пожары вносят коренные изменения в лес­ные биогеоценозы и экосистемы в целом. Эти изменения проявляются по-разному при разных видах пожара, в разных географических условиях, в разных по характеру лесах.

Для правильного понимания роли пожаров в жизни леса и целена­правленного воздействия на процессы ими вызываемыми необходимы зна­ния особенностей лесных пожаров, различий в их характере и последствий в разных условиях.

1.1. УЩЕРБ ОТ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ

Вред от лесных пожаров многообразен. Лесные пожары не только повреждают или уничтожают леса вместе с имеющимися запасами древе­сины в них, но они ухудшают и окружающую среду.

В зоне действия лесного пожара от огня и дыма погибают многочис­ленные виды животных и растений, да и человек и его жилые и производст­венные строения подвергаются большой опасности.

Дым от лесных пожаров распространяется далеко от самих пожаров, засоряет атмосферу, ограничивает видимость, влияет на самочувствие и здоровье людей. Уничтожая лес, оголяя поверхность почвы, лесные пожары приводят к эрозии почвы, особенно в условиях горного рельефа, к наруше­нию водоохранных функций леса, не говоря уже об утрате эстетической ценности леса и его рекреационного значения.

Совсем недавно - четыре-пять десятилетий назад - на территории Северной Америки, Европы и Северной Азии ежегодно пожары охватывали около 20 млн. га, а в более отдаленные периоды - в ХVШ, Х1Х и в начале ХХ веков в несколько раз больше. Площади отдельных крупных пожаров дости­гали миллионов и сотней тысяч гектаров. Лесные пожары врывались в насе­ленные пункты. В 1894 г. в США они уничтожили 6 городов и унесли много человеческих жизней. В отдельные годы число людей, погибших при лес­ных пожарах, исчислялось тысячами.

В августе 1933 года на западе США возник пожар, охвативший за 20 часов площадь свыше 80 тыс. га, грибообразное облако дыма, подобное взрыву атомной бомбы, вырастало в небе на высоте 10 км. Погибли мил­лионы животных, имели место человеческие жертвы.

В 1915 году в Сибири пожары распространились на территории 16 млн. га, дымом была покрыта площадь равная всей поверхности Европы.

М. Е. Ткаченко так описывал этот год: "Дым в среднем продержался 50 дней, вызвав запоздалое созревание хлебов. Тогда остановилось судоход­ство по такой могучей реке, как Иртыш, затруднялось рыболовство и охота. Погибали в лесах люди, днем зажигали свет и среди дня пригоняли скот с пастбищ. Медведи в панике появлялись вблизи самого жилья человека, даже у городов; трава и сено были покрыты сажей.".

В 1989 г в Александровском районе Томской области огнем было уничтожено 240 тыс. га лесов, в основном кедровых.

В настоящее время в результате технического прогресса площадь лесных пожаров в мире сократилась, меньше стало крупных пожаров с их катастрофическими последствиями. Однако общее количество лесных по­жаров не только не уменьшилось, но даже увеличилось. В отдельные годы пожары даже в высокоразвитых странах выходят из под контроля и наносят огромный ущерб. Наибольший урон лесам России в последние годы нанесли пожары 1960, 1964, 1972, 1975, 2010 годов. 2010 год можно считать катастрофическим. Аномальная жаркая погода, ликвидация государственной лесной охраны и системы обнаружения пожаров на стадии их возникновения привели к массовым лесным пожарам на огромной территории в центральных районах европейской части страны. Площадь, охваченная огнем, до настоящего времени не известна. Эксперты считают, что официальные данные занижают их площадь в десятки раз. Так, немецкие специалисты считают, что в России сгорели леса на 15 млн. га, против 800 тыс. га наших официальных сообщений, 2.5 тыс. семей лишились жилья, в огне погибло более 50 человек.

Подобные ситуации складывались и раньше. В 1997 году в лесах России возникло более 20 тыс. лесных пожаров, ог­нем было охвачено более 600 тыс. га лесов. В отдельных регионах создалась чрезвычайная пожарная обстановка. Так, в Алтайском крае, несмотря на ге­роические усилия государственной лесной охраны, сгорело 55 тыс. га зна­менитых ленточных боров. При борьбе с огнем погибло 14 человек. Общее количество пожаров за этот год здесь превысило 1600. Общий ущерб, нане­сенный лесам России в этот не самый худший год, составил 7 трлн. руб.

Горимость лесов России за последние годы по оценкам специалистов увеличилась, несмотря на успокаивающие цифры Федеральной службы, которым, судя по Интернету, никто не верит. Решающим вкладом в увеличение горимости внесла непродуманная и непрофессиональная реорганизация системы управления лесным хозяйством. По официальным данным Федеральной службы в 2009 году лесные пожары охватили площадь в Магаданской области 543 тыс. га, Хабаровском крае 481 тыс. га, Амурской области 315 тыс. га, республике Бурятия 242 тыс. га, в Якутии 237 тыс. га. Авиапатрулирование лесов в 2009 году в большинстве субъектов было начато с опозданием, из-за нового порядка наема воздушных судов через конкурс. В результате в Бурятии 502 лесных пожара, в Забайкальском крае 117, в Приморском 40 пожаров возникли до начала патрулирования, в результате их тушение началось с большим опозданием. Практически по всей России не выдерживалась нормативная кратность осмотра территории лесного фонда, которая предусматривает 2-3 кратный осмотр в день при высоких классах пожарной опасности. Фактически не обеспечивалось и однократное патрулирование. Это становилось одной из причин несвоевременного обнаружения пожаров и распространения их до категории крупных. Налет воздушных судов в России 5-10 лет назад составлял около 100 тыс. летных часов, а в последние два года сократился до 15 тыс. Для сравнения налет часов на лесоавиационных работах в Греции составляет 75 тыс. часов, в США 360 тыс. часов, в Канаде 175 тыс. часов.

В 2009 году на землях ленного фонда зарегистрировано свыше 22 тысяч лесных пожаров, площадь, пройденная ими, составила 2, 4 млн. га.

Вред от лесных пожаров многообразен, но может быть сведен в сле­дующие группы:

1) повреждается растущий лес вместе с подлеском, подростом, жи­вым и мертвым напочвенным покровом, выгорает гумусовый слой почвы; в связи с чем утрачивается источник получения древесины, снижается почво­защитное, водоохранное, санитарно-защитное и санитарно-гигиеническое значение леса;

2) уничтожаются гнезда и места поселения ценных птиц, зверей, а часто гибнут и они сами;

3) уничтожаются ягодники, места сбора грибов;

4) выгорают запасы торфа;

5) уничтожается заготовленная древесина, сооружения по ее перера­ботке, а иногда и лесные поселки;

6) происходит загрязнение атмосферы продуктами сгорания;

7) возможна гибель людей.

1.2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ

ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ

Зная условия, при которых могут возникнуть и развиваться лесные пожары, можно соответствующими мерами предупредить их, быстрее об­наружить и своевременно ликвидировать.

Возможность возникновения и развития лесных пожаров зависит от свойств леса и условий погоды.

Процесс горения требует наличия двух рабочих веществ: окислителя и горючего материала. При лесных пожарах окислителем является кислород воздуха, а горючими веществами - органические вещества.

Сложные органические вещества весьма нестойки в отношении на­грева. При нагревании они скоро начинают разрушаться, распадаться на звенья более простых молекул. При дальнейшем нагревании начинают рас­падаться и эти соединения до появления еще более простых и наиболее стойких к нагреву. Последними будут разрушаться самые простые углево­дородные молекулы, например, метан (СН ₄), который при температуре, превышающей 600⁰, распадается на углерод и водород.

Основным горючим материалом в лесных пожарах является клет­чатка (С₆Н₁₀О₅) – вещество, составляющее оболочку клеток растений. В рас­тениях и их мертвых остатках содержатся и другие горючие материалы: лигнин, различные смолы, эфирные масла, также относящиеся к углеводо­родным соединениям. При нагревании без доступа воздуха даже при срав­нительно умеренных температурах клетчатка распадается на летучие газо­образные продукты (80 % по весу) и твердый обугленный остаток - древес­ный уголь (20 %).

Схематично процесс горения в воздухе частицы клетчатки можно представить себе следующим образом. В результате сильного нагревания частица начинает выделять в окружающий воздух газы разложения, которые удаляют от нее воздух. Вокруг частицы возникает диффузионное смесеоб­разование из молекул кислорода и газов. Ближе к частице в смеси преобла­дают газы, а по мере удаления их концентрация падает. На некотором рас­стоянии от частицы будет достигнуто оптимальное для горения соотноше­ние между газифицированным горючим материалом и воздухом и, если температура образовавшейся горючей смеси окажется достаточной, эта зона станет зоной горения.

Когда летучие вещества будут полностью израсходованы, остав­шаяся углеродная частица быстро окисляется в связи с тем, что молекулы кислорода беспрепятственно достигают ее нагретой поверхности. При этом частица окружается полупрозрачным синеватым пламенем окиси углерода и начинает заметно уменьшаться в объеме. В итоге этого процесса частица полностью газифицируется за счет выделения СО до тех пор, пока в резуль­тате не останется зола.

Таким образом, исходный горючий материал фактически является лишь сырьем для образования в результате тепловой переработки "истинных" горючих веществ: газообразных продуктов и твердого углерода.

Наличие в горючих материалах химически свободной влаги, а также влаги, образовавшейся от сгорания имеющегося в них водорода, имеет ог­ромное значение для процесса горения. На испарение этой влаги будет рас­ходоваться большое количества тепла, в связи с чем снизится температура процесса, замедлиться его течение и процесс может совершенно прекра­титься. На каждый килограмм испаряемой влаги в среднем затрачивается 600 килокалорий, или 6 килокалорий на каждый процент влажности.

При определенном уровне содержания влаги в горючих материалах горение становится вообще невозможным. Так, мхи, лишайники и под­стилка при влажности более 50 % даже летом гореть не могут.

В целом, возможность возникновения горения в лесу (а, следова­тельно, и возникновение лесного пожара) зависит, во-первых, от появления источника тепла, способного обеспечить достаточный нагрев частиц горю­чего материала и, во-вторых, от характера самого горючего материала и прежде всего от его влажности.

Если количество тепла, выделившегося при горении воспламенив­шейся частицы материала, будет достаточным для возгорания частиц, нахо­дящихся рядом, горение будет продолжаться и необходимый для него тем­пературный уровень будет поддерживаться теплом, выделяющемся при сгорании свежих порций горючего материала. Если же процесс горения не обеспечивает нужной тепловой производительности, горение прекратится.

При лесных пожарах чаще всего наблюдается пламенное горение, распространяющееся очень быстро и охватывающее большие территории. Беспламенное горение бывает значительно реже и характеризуется медлен­ным течением. Наиболее типичным примером беспламенного горения явля­ется горение торфа. В пламенной стадии выгорает 85-90 % горючих мате­риалов, находящихся на поверхности почвы, а в беспламенной - 6-11 ; при­чем скорость выгорания в пламенной стадии в 13-14 раз больше, чем в бес­пламенной. В сравнении с беспламенной формой горения торфа (3 % влаж­ности) сосновая хвоя в пламенной стадии выгорает в 350 раз, а в беспла­менной в 330 раз быстрее. Таким образом, на скорость горения большое влияние оказывает структура горючего материала. Структура торфа препят­ствует выделению газов. В более глубоких слоях торфа, где возможно скоп­ление газов в значительных концентрациях, пламенное горение не возникает из-за недостатка кислорода. Выход же этих газов на поверхность идет мед­ленно, поэтому на поверхности не создается необходимой для воспламене­ния концентрации газов. Кроме того, что поступающие медленно на по­верхность газы рассеиваются, они к тому же из-за небольшого количества быстро охлаждаются.

Необходимый для непрерывного горения баланс прихода и расхода тепла обеспечивается аккумуляцией тепла в слоях торфа. Если при пламен­ном горении напочвенных горючих материалов на подогрев очередных порций горючего расходуется около 2-8 % всей теплоты, то при беспла­менном горении слоев торфа его расходуется около 50 %. Такая аккумуля­ция тепла в зоне горения делает возможным распространение горения в верхних слоях торфа при влажности его 300 %, а в более глубоких слоях даже до 500 %.

Пожарная опасность увеличивается при определенных метеорологи­ческих условиях, вызывающих высыхание в лесу подстилки, ветвей, отходов лесозаготовок, живого напочвенного покрова и других горючих материа­лов.

Главными элементами погоды, повышающими загораемость лесных материалов, являются малое количество осадков и дефицит влаги в воздухе. В Сибири в 1915 г., когда пожарами была охвачена огромная площадь, ко­личество осадков составило всего 30 % от среднего значения. Такое же со­стояние погоды вызвало массовые пожары в 1997 г. в Алтайском крае.