Gặp những nhà khoa học nghiên cứu những vụ cháy kinh khủng nhất thế giới (Phần 1)

Jason Forthofer là lính cứu hỏa trong vụ cháy Sunrise Fire ở miền nam Montana nước Mỹ, cũng trong vụ cháy này anh đã mắc sai lầm lớn nhất trong sự nghiệp của mình. Anh đang làm việc với một đội ở rìa ngọn lửa, đào hào và kiểm soát cháy, thì nghe thấy một tin đồn về một cabin gần đó có thể cần được bảo vệ.

Tò mò và cố gắng giúp đỡ, Forthofer và đồng nghiệp của anh, Kevin Beck, vác túi và đi theo một con đường khai thác cũ vào khu rừng gần đó. Forthofer đi bộ còn Beck lái một chiếc xe bốn bánh. Có lẽ đã có một vài đám mây trên đầu họ; nhưng nếu có, Forthofer cũng đã bỏ qua chúng. Nhà khí tượng học làm việc với nhóm cứu hỏa đã cảnh báo rằng vài ngày tới có thể có giông, như một mùa hè điển hình ở Montana, nhưng vẫn chưa có gì xảy ra.

Hai người lính cứu hỏa tìm thấy cabin cách đường chính khoảng nửa dặm, đó là một lán khai thác ọp ẹp được ghép lại với nhau từ kim loại phế liệu và được bao quanh bởi cây linh sam. Họ khảo sát ngôi nhà: có vẻ như có ai đó đã ở đây, nhưng bây giờ họ đã đi. Đột nhiên Forthofer nghe thấy một âm thanh khiến dạ dày anh như rớt xuống: tiếng sấm sét vang rền. Những ngọn cây gần đó bắt đầu lắc lư.

Beck nhảy lên chiếc xe bốn bánh của mình và Forthofer chạy bộ, họ cố chạy thật nhanh xuyên qua những bụi rậm để ra đường lớn. Họ đã mạo hiểm một cách ngu ngốc, bỏ qua các dự báo thời tiết và họ biết điều đó. Một cơn bão sẽ gây ra gió lớn, đẩy ngọn lửa về phía họ với tốc độ khủng khiếp.

Forthofer hoảng loạn khi gió ngày càng mạnh. 30 dặm (khoảng 48km)/giờ. Sau đó 40 dặm (khoảng 64km). Khi họ đến gần con đường, anh cố sức chạy, biết rằng ngọn lửa có thể chạm tới anh ta bất cứ lúc nào.

Đổ mồ hôi và kiệt sức, kinh hoàng trước những gì có thể xảy ra, Forthofer và Beck kịp trở về an toàn. Nhưng một ý nghĩ lặp đi lặp lại trong tâm trí Forthofer: Tôi có thể đã chết ngay tại đó. Đó là cách mà lính cứu hỏa chết.

Sunrise chỉ là một trong 21 đám cháy đã thiêu rụi Montana vào mùa hè năm 2017. Ngọn lửa được khống chế vài tuần sau đó, khi Forthofer đang ngồi ở bàn làm việc để xem xét lại nhiệm vụ của mình từ một góc nhìn khác. Khi không trực tiếp chữa cháy, Forthofer nghiên cứu ngọn lửa, cùng với một nhóm các nhà phân tích, nhà sinh học, lập trình viên máy tính và kỹ sư tại Phòng thí nghiệm khoa học lửa Missoula ở Montana.

Vai trò kép của anh, vừa là lính cứu hỏa chiến tuyến và là nhà nghiên cứu, minh họa cho vai trò độc đáo của Phòng thí nghiệm Missoula trong phòng chống cháy rừng của Mỹ.

Nhà nghiên cứu sinh thái Matt Jolly, một trong những đồng nghiệp của Forthofer, nói: "Nhiệm vụ 'kép' đó rất quan trọng. Có những người đang cố gắng viết về cháy rừng, viết về ngọn lửa nhưng chưa bao giờ nhìn thấy cháy rừng ngoài đời thực!"

"Phòng thí nghiệm Lửa" này có lẽ nổi tiếng nhất với các chương trình máy tính mà họ tạo ra để dự báo hành vi cháy rừng.

Năm 1972, một nhà nghiên cứu tên là Dick Rothermel đã sử dụng một loạt thí nghiệm đơn giản để tạo ra một trong những mô hình toán học đầu tiên có thể dự đoán cách ngọn lửa có thể lan rộng. Rothermel quan sát cách đám cháy lan rộng khi đốt cháy nhiên liệu trong đường hầm gió, sau đó vẽ các kết quả trên một biểu đồ và sử dụng dữ liệu để suy ra một tập hợp các phương trình có thể được áp dụng cho các vụ cháy ở khắp mọi nơi. Kể từ đó, các nhà phân tích có thể đưa ra dự đoán về cách một ngọn lửa sẽ lan rộng và kết quả này đã thay đổi cách các chuyên gia nghĩ về và tương tác với lửa.

Ngày nay, mô hình Rothermel là xương sống cho hầu hết mọi chương trình máy tính được sử dụng để phân tích hành vi cháy rừng ở Mỹ. Mặc dù nghiên cứu này là tân tiến vào thời điểm đó, Rothermel đã không tính đến nhiều yếu tố khiến các đám cháy hoạt động khác trong thế giới thực so với trong môi trường hạn chế của phòng thí nghiệm. Ví dụ, nghiên cứu của ông giả định một nhóm nhỏ các cây thông sẽ cháy tương tự như một nhóm lớn hơn. Các mô hình như của Rothermel "chỉ thực sự hợp lý trong phạm vi dữ liệu và thử nghiệm mà bạn đã chạy", Forthofer nói. "Bên ngoài phạm vi đó, mọi thứ chỉ là dự đoán."

Để bù đắp cho các thiếu sót này, các nhà phân tích hành vi lửa đã đưa ra một loạt các điều chỉnh và đầu vào gần như vô tận vào "bộ xương Rothermel" để có thể đưa ra dự đoán chính xác hơn về việc một ngọn lửa cụ thể sẽ tiến triển như thế nào trong nhiều giờ hoặc nhiều ngày. Họ kết hợp dữ liệu mô tả mọi thứ, từ độ dốc đến thảm thực vật đến đặc điểm tán và các yếu tố thời tiết. Toàn bộ điều này là một kỳ công của công nghệ và sự khéo léo, một nỗ lực để dự đoán một bí ẩn của tự nhiên.

Tuy nhiên, ngày nay, sau nhiều thập kỷ hạn hán và nhiệt độ tăng cao, những cơn gió quái dị trên khắp miền Tây nước Mỹ ngày càng làm lộ ra những điểm yếu của hệ thống và cách làm việc này. Mô hình Rothermel không thể đối phó với tất cả mọi thứ kỳ lạ mà môi trường đang ném vào nó, từ số lượng cây chết hiện đang tồn tại trong các khu rừng ở Mỹ cho đến tốc độ gió dao động.

"Các công cụ không phải lúc nào cũng đúng," Forthofer giải thích. "Thậm chí chúng gần như không bao giờ đúng hoàn toàn." Và các công cụ sai có thể dẫn đến những hậu quả thực sự nghiêm trọng: mất tiền, mất nhà, hay tệ nhất là làm nhiều người mất mạng.

Vì vậy, với việc ngọn lửa ăn hàng chục ngàn hécta và giết chết nhiều người hơn mỗi năm, Phòng thí nghiệm Missoula đang cố gắng xây dựng một mô hình hoàn toàn mới đầu tiên sau nửa thế kỷ. Có rất nhiều việc phải làm để một mô hình mới có thể bắt kịp với tình hình cháy phức tạp ngày nay.

Một buổi chiều tháng 7 năm 2019, Forthofer đưa tôi đi tham quan phòng thí nghiệm, cùng với sếp của anh, Mark Finney. Việc chữa cháy là truyền thống gia đình đối với Forthofer, anh trai và vợ của anh đều là lính cứu hỏa. Forthofer có vóc dáng rắn chắc của một người thường xuyên đi bộ với những gói 100 pound (khoảng 45 kg). Ngược lại, Finney thì gầy gò và góc cạnh, với tóc gần bạc và có xu hướng nói những câu rất ngắn.

Ngay từ hành lang dẫn vào tòa nhà là một không gian bình dị. Một con dê núi nhồi bông đặt trên khu vực quầy lễ tân. Một tấm chăn chắp vá có chủ đề cháy rừng từ năm 2010 kỷ niệm 50 năm phòng thí nghiệm.

Trong không gian kín đáo, không có cửa sổ của Phòng thí nghiệm Lửa, với những bức tường bên trong cao ngất được làm bằng kim loại, chúng tôi dừng lại trước một cái bàn to bên trên để đầy cát, Forthofer và Finney giải thích về cơ bản đây là một cái bếp khổng lồ. Họ chỉ ra các ống đốt propane tùy chỉnh bên dưới, cho phép kiểm soát chính xác cường độ của ngọn lửa và thực hiện các phép đo chính xác khi lửa cháy.

Phòng thí nghiệm đặt biệt danh cho cái bàn này Big Sandy, Finney nói. Một trong những thí nghiệm đặc trưng của Big Sandy là đo chiều dài ngọn lửa, nhiệt độ và áp suất trong một ngọn lửa bắt đầu theo đường thẳng. Những hàng các tấm bìa cứng đốt cháy từng cái một khi một ngọn lửa cao tới 8 feet (khoảng 2,4m) lan khắp chúng, tạo thành một làn sóng của các đỉnh và đáy.

Các phép đo trên Big Sandy đã chỉ ra rằng những hình dạng này là do không khí lạnh không liên tục đẩy ngọn lửa xuống "giường nhiên liệu" của chúng, thúc đẩy quá trình đốt cháy. Để phân tích ngọn lửa này, một bản ghi video được đưa vào phần mềm phân tích theo dõi "dòng chảy", phần mềm này thêm các đường màu xanh lá cây mỏng vào ngọn lửa để giúp dễ dàng theo dõi chuyển động của nó. Hình ảnh phân tích cho thấy làm thế nào không khí lạnh quay thành một loạt các xoáy nhỏ khi các khí ở phía trước ngọn lửa bốc lên và rơi xuống tương ứng khi chúng nóng hoặc lạnh. Không có chuyển động đó, ngọn lửa sẽ không thể tiến lên, Finney giải thích; ngọn lửa chỉ đơn giản là "trôi" trên "giường nhiên liệu" của nó và cuối cùng sẽ tắt khi hết nhiên liệu.

Trong một văn phòng khác, nhà phân tích lửa Chuck McHugh giới thiệu với tôi một số công việc của anh. Những mô hình từ những vụ cháy rừng trong quá khứ trông giống như những mớ hỗn độn màu đỏ và những đốm màu được phủ lên trên bản đồ. Trên thực tế, anh giải thích, các đường màu đỏ ghi lại những con đường mà đám cháy có thể đi; các hình dạng nhiều màu sắc khác nhau cho biết số giờ ngọn lửa cần để lan đến khu vực đó. Trên một số bản đồ, những đốm sáng này được bao quanh bởi các đám cháy li ti, đó là những nơi mà phần mềm đoán rằng tia lửa có thể nhảy ra khỏi ngọn lửa chính và tạo ra các ngọn lửa nhỏ hơn. Toàn bộ điều này giống như miêu tả sự lan truyền một chất nhờn, hữu cơ và còn sống.

Mọi nơi chúng tôi đi, nhóm đều đang cố gắng hiểu rõ hơn và dự đoán hành vi cháy. Trên lầu là các hầm gió, nơi Forthofer và các đồng nghiệp của ông ghi lại cách các đám cháy bị ảnh hưởng bởi không khí ở các tốc độ khác nhau. Ông cũng cho xem một bộ máy kim loại màu đen, cao, có đế cong tạo ra luồng không khí cần thiết để tạo ra (và nghiên cứu) vòi rồng lửa 10 feet. Chúng tôi kết thúc chuyến tham quan của mình trong một căn phòng chứa đầy các vật liệu bằng bọt và kim loại để đo cách nhiệt di chuyển trong không khí để đốt cháy nhiên liệu mới khi ngọn lửa bắt đầu. Toàn bộ phòng thí nghiệm, họ giải thích, có thể được đặt ở một nhiệt độ không khí và độ ẩm cụ thể hoặc mở ra toàn bộ để thông gió trong trường hợp khẩn cấp.

Finney nói rằng tất cả sự phức tạp này cho thấy rằng công việc của Rothermel đã không còn là đủ nữa.

"Chỉ vì bạn có một mô hình," anh nói, "không có nghĩa là bạn hiểu điều gì đó."