贝鲁特大爆炸!带你回顾硝酸铵的致命历史

8月4日,黎巴嫩首都贝鲁特发生大爆炸,整个建筑群的玻璃被震碎,全城都感受到了爆炸的威力。

图源:ANWAR AMRO, AFP VIA GETTY IMAGES

撰文:SARAH GIBBENS

仔细观察贝鲁特市中心的画面,你会看到在8月4日仓库爆炸后,地面已显得扭曲。手机视频也可以看出冲击波和尘埃云迅速冲过左侧的建筑,放眼望去,黎巴嫩首都满目疮痍。

这次爆炸相当于里氏3.3级地震,其破坏力和大地震不相上下。两天后,至少130人死亡,5000人受伤。贝鲁特市长Marwan Abboud告诉法新社,有30万人无法回家,半个城市被摧毁,修复费用将高达150亿美元。

黎巴嫩当局将这次事故原因归咎于超过2750吨的硝酸铵,这种物质通常用于化肥,或是采矿和建设项目中的炸药。据报道,自2013年以来,这批硝酸铵就一直被存放在码头。半岛电视台披露的文件显示,这些化学物质由一艘俄罗斯货船运抵贝鲁特,这艘船在海上遇到了机械故障。《纽约时报》报道称,最终人们放弃运输,留下来的货物被送到了仓库,而黎巴嫩海关官员至少在六个不同场合要求处理这批货物。

目前我们还不清楚是什么引发了爆炸,但贝鲁特这次事故并非硝酸铵首次引发灾难。自1916年以来,这种化学物质至少造成了30起事故,有些是意外,有些则是故意的。

2020年8月5日,黎巴嫩首都市中心发生大规模爆炸后的第二天,从贝鲁特港口的粮仓和周边地区的鸟瞰图可见损失惨重。救援人员在市里搜寻幸存者。4日早晨,贝鲁特港口发生灾难性爆炸,整个社区遭遇重创,100多人丧生,上千人受伤,黎巴嫩陷入更深的危机。

图源:AFP VIA GETTY IMAGES

8月4日,贝鲁特被夷为平地,无独有偶,1947年,得州也曾遭遇过类似的大规模爆炸。格兰德营号货轮载着硝酸铵、燃料和弹药抵达休斯敦地区的港口,当时货舱已是浓烟滚滚。随之而来的爆炸杀死了约600人,码头和船上所有人无一幸存。伤者超过5000人,大爆炸摧毁了500座房屋,浓烟弥漫了好几天。

1995年4月,美国恐怖分子Timothy McVeigh和Terry Nichols用2吨硝酸铵,在俄克拉荷马市联邦大楼发动卡车炸弹袭击,造成168人丧生。

全世界每年生产和存储大量硝酸铵:2017年超过2000万吨。但想要让这种化合物产生这么大规模的爆炸,化学家和炸药专家表示,这个过程中出了很多问题。

是什么导致了硝酸铵爆炸?

与大多数易燃物相比,硝酸铵本身并不是特别容易爆炸。但这种化合物容易导致爆炸,因为它属于一种名为“氧化剂”的化学品。

燃烧时需要氧气,这也就是为什么灭火器可以通过窒息法,轻松扑灭火焰。而氧化剂的作用恰恰相反:它们增加了空间内聚集的氧分子数量,使其他物质更易燃。

普渡大学的化学家Davin Piercey说:“相对来说,纯硝酸铵很难爆炸,除非里面混了些东西,再加上大火。”只有温度迅速升至204度时,硝酸铵自身才会爆炸。任何富含碳的燃料,纸片、纸板,甚至糖,都可以与硝酸铵发生反应,产生更强烈的能量。罗德岛大学的化学家Jimmie Oxley说,如果贝鲁特的硝酸铵存放在木制容器或纸板箱里的话,会导致这种物质极其易燃。

混合物燃烧时,大量硝酸铵会让更多热量留存更长时间。向火中加入足够的氧化剂,就会引发爆炸。虽然早在1659年,德国化学家Johann Rudolf Glauber最先合成出了硝酸铵,但直到一战,这种化学物质才被用于爆炸物:武器制造商将之与TNT(炸药)混合,制造出更便宜的炸弹。

2016年10月7日,在法国维耶伊勒维尼,农贸市场上出现了装有硝酸铵化肥的袋子。

图源:STEPHANE MAHE, REUTERS

“大量能量迅速释放,”普渡大学的化学工程师Stephen Beaudoin说:“燃料很快被氧化,带来大量气体和热量。这一阶段巨大的变化会产生冲击波。”

在贝鲁特爆炸中,冲击波的速度超过音速;手机视频显示,在爆炸的声音响起前几秒,冲击波已经席卷了整座城市。

贝鲁特爆炸

专家们利用20世纪40年代推断原子弹威力的数学方法,分析了冲击波的视频,对爆炸的总能量和爆炸物质的数量,做出了初步估计。通过对比爆炸规模与附近建筑,贝鲁特爆炸事件的视频显示,爆炸发生后的八分之一秒内,球形冲击波的宽度增至约244米。

用这种方法衡量,旁观者估计这次爆炸的威力大约相当于400至3000吨TNT。TNT既是一种炸药,也被用来估量爆炸的破坏性。不过,米德尔伯里国际问题研究所的军备控制专家Jeffrey Lewis估计,这个数字可能接近400吨。相比之下,1945年美军在日本广岛投下的原子弹的威力,相当于至少1.3万吨TNT。

爆炸计算显示,在海平面高度,发生类似贝鲁特爆炸,需要约1000吨硝酸铵。考虑到粗略计算的误差较大,这个数字与黎巴嫩官方给出的2750吨存储量大致吻合。或者,这种差异可能因为仓库里并非全都是硝酸铵,还存放着与爆炸有关的其他化合物。

网络谣言推测,由于硝酸铵在仓库放了很多年,可能已经分解,随着时间推移变得更不稳定,危险性更高。但新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的爆炸物科学家David Chavez表示怀疑。“在正常储存条件下,硝酸铵不会随着时间推移而分解。”

另一种解释的可能性更大:贝鲁特的仓库里不只有硝酸铵。根据报道的数量,Oxley推测,在运硝酸铵时,人们肯定用了一辆车,它们可能被石油或汽油污染了。即使是少量污染,也会导致硝酸铵更容易爆炸。

虽然黎巴嫩当局说,硝酸铵是爆炸的罪魁祸首,而Lewis指出,在很多情况下,尽管还含有其他物质,商业炸药所指的就是这种化合物。

“如果照片是正确的,这应该是与其他助剂一起使用的氧化剂”,比如用于采矿的炸药,他说。

持续的影响

完全还原贝鲁特爆炸事件中的问题很困难,但Chavez表示,官员们应该搜寻储存不当、空间封闭、污染、通风不足、潜在火源等相关证据。

这些调查需要不少时间。由于叙利亚难民危机和新冠疫情,黎巴嫩方面已经在处理政治和经济问题。

这次大爆炸还带来了一些长期影响。爆炸导致贝鲁特的空气中充满了颗粒物,这是最常见的空气污染形式之一,会让人们容易患上最严重的呼吸道疾病,包括新冠肺炎。而且,硝酸铵分解后,生成氮氧化物,这种副产品会引起呼吸窘迫。由于建筑物和道路遭到大面积破坏,有可能出现类似911事件后的其他健康问题。

“各种材料可能都被已点燃和燃烧,”Beaudoin说:“例如塑料、油漆和其他全部或部分燃烧的有机材料,所有建筑材料都变成了尘埃。”

(译者:Sky 4)