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        雷擊木的特征研究

        2018-05-11 03:23:32
        森林防火 2018年1期
        關(guān)鍵詞:螺旋線樟子松樹(shù)皮

        杜 野

        (內(nèi)蒙古北部原始林區(qū)森林公安局,內(nèi)蒙古 根河 022363)

        雷擊木是森林公安在調(diào)查起火原因時(shí)認(rèn)定或排除雷擊火的重要物證之一,對(duì)于火因的鑒定有著至關(guān)重要的作用[1]。筆者以前對(duì)雷擊木的形成以及樣式?jīng)]有直觀認(rèn)識(shí),對(duì)于雷擊火案件的現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)缺乏經(jīng)驗(yàn),導(dǎo)致在調(diào)查雷擊火案件時(shí)往往事倍功半。近年來(lái),有意識(shí)地去收集歸納雷擊木的相關(guān)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)圖片,從而讓自己形成了對(duì)雷擊木的直觀認(rèn)識(shí),提高了工作效率,為確定森林火災(zāi)性質(zhì)奠定了基礎(chǔ)。筆者認(rèn)為,“做到心中有圖”,對(duì)查找雷擊木很重要。在此,通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)的呈現(xiàn),向森林公安與森林防火戰(zhàn)線的同行們報(bào)告一些雷擊木的研究成果以供參觀。

        1 雷擊木樹(shù)種與劈型的統(tǒng)計(jì)

        根據(jù)內(nèi)蒙古大興安嶺北部原始林區(qū)2008—2017年127起雷擊火的現(xiàn)場(chǎng)勘查經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)資料,對(duì)雷擊木的樹(shù)種與劈型進(jìn)行收集、歸納和統(tǒng)計(jì)。結(jié)果如下:10年間內(nèi)蒙古大興安嶺北部原始林區(qū)發(fā)生雷擊火127起,燒毀森林面積7 588.4 hm2,雷擊點(diǎn)均位于海拔770~1 000 m,雷擊木為枯立木的占2.5%(其中落葉松占60%,樟子松占40%);老齡木占13.3%(其中落葉松占35.1%,樟子松占53.2%,樺樹(shù)占11.7%);病腐木占17.3%(其中落葉松占36%,樟子松占55%,樺樹(shù)占9%);正常林木占66.9%(其中落葉松占22%,樟子松占66%,樺樹(shù)占12%)。樹(shù)木被雷擊的部位距離地面高度為1~7 m的占62.3%,其余的占37.7%。雷擊痕跡為螺旋線狀雷擊痕跡的占14.7%,豎立線狀雷擊痕跡的占29.6%;樹(shù)干折斷的占23.6%,樹(shù)干開(kāi)裂的占19.6%,樹(shù)干折斷開(kāi)裂的占12.5%。

        上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)說(shuō)明,喬木類植物的雷擊概率高于灌木類植物和枯草,喬木類植物中針葉類樹(shù)木雷擊概率高于闊葉類樹(shù)木[2]。雷擊木中正常林木遭受雷擊概率遠(yuǎn)高于枯立木、病腐木和老齡木。從統(tǒng)計(jì)的雷擊木劈型來(lái)看,出現(xiàn)了螺旋線狀與豎立線狀雷擊痕跡,以及樹(shù)干或樹(shù)根斷裂、開(kāi)裂的狀態(tài)。雷擊木一般不會(huì)形成火災(zāi),只有少部分細(xì)小可燃物豐富的地段,被雷擊后會(huì)蔓延到林下形成持續(xù)燃燒[3]。另外,實(shí)地觀察到一般情況下被雷擊的樹(shù)木是一棵樹(shù),但較少場(chǎng)合也會(huì)出現(xiàn)雷擊多棵樹(shù)的情況;雷擊從樹(shù)根部到樹(shù)頂部都有,以樹(shù)干部位遭雷擊居多[4]。根據(jù)這些認(rèn)識(shí),我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)勘查時(shí),就可以有針對(duì)性地進(jìn)行排查,有效提高工作效率。

        2 雷擊樹(shù)木劈裂痕跡的成因與特點(diǎn)

        落雷在能量釋放過(guò)程中產(chǎn)生數(shù)十萬(wàn)甚至是數(shù)百萬(wàn)的沖擊電壓。當(dāng)落雷接觸到樹(shù)木時(shí)就會(huì)轉(zhuǎn)化成熱效應(yīng)、機(jī)械力效應(yīng),并伴隨著一些物理變化或化學(xué)變化。這是判斷森林火災(zāi)是否由雷電引起的重要依據(jù)[1]。但是,由于不同的天氣情況、地勢(shì)條件等諸多因素,造成了雷擊木中雷擊點(diǎn)的位置不同,雷擊木的雷擊痕的形態(tài)更是千差萬(wàn)別。有的雷擊痕十分明顯,有的卻相當(dāng)隱蔽。

        雷擊木劈痕的形成,首先是由于雷擊帶來(lái)的熱效應(yīng)。雷擊點(diǎn)的發(fā)熱量約為500~200 000 MJ,可以使雷擊點(diǎn)位置的表面出現(xiàn)變色、燒焦甚至是融化的現(xiàn)象。然后,雷電流的高溫使它通過(guò)樹(shù)木時(shí)被擊物體內(nèi)部水分受熱急劇氣化,封閉于樹(shù)體內(nèi)的氣體劇烈膨脹,致使內(nèi)外壓差逐步變大,進(jìn)而在被擊物體內(nèi)部出現(xiàn)了強(qiáng)大的機(jī)械力,使樹(shù)木遭受破壞,甚至出現(xiàn)炸裂成碎片的情況[5]。

        樹(shù)內(nèi)水分氣化膨脹,樹(shù)體內(nèi)壓力變大。為了平衡壓差,水汽沖破薄弱的部位,造成樹(shù)體相應(yīng)部位沿木紋方向的縱向劈裂。由于樹(shù)皮與木質(zhì)部之間的水分較其他樹(shù)體部位多,一旦雷擊樹(shù)木,含水量較大的樹(shù)皮就不容易引燃。因而,在雷擊火的現(xiàn)場(chǎng),經(jīng)常可見(jiàn)被劈裂掉落的樹(shù)干和樹(shù)皮。這其實(shí)也是判斷雷擊火的一項(xiàng)依據(jù)。

        雷擊木的雷擊痕一般可分為:線性劈痕與非線性劈痕。其中螺旋線狀雷擊痕跡與豎立線狀雷擊痕跡為線性劈痕,樹(shù)干折斷、樹(shù)干開(kāi)裂、樹(shù)干折斷開(kāi)裂以及炸裂的痕跡為非線性劈痕。

        2.1 線性痕跡

        相較于非線性劈痕,線性痕跡更為隱蔽,疤痕不深,在勘察過(guò)程中常與樹(shù)縫相混淆。

        圖1為白樺樹(shù)遭受雷擊所產(chǎn)生的線性雷擊痕。在樹(shù)皮完好時(shí),雷擊痕跡被樹(shù)皮包裹,十分不明顯。為了方便觀察,我們扒開(kāi)了這顆白樺樹(shù)雷擊痕附近的樹(shù)皮,暴露出雷擊痕??梢郧宄乜吹?,從樹(shù)梢至樹(shù)根有一條直線型的雷擊線,雷擊線長(zhǎng)6 m、寬1 cm,沿著木紋方向向下;樹(shù)中段韌皮部有炸裂痕跡。雷擊痕表面干燥、變色,但雷擊痕整體不深,未傷及木質(zhì)部。這就是比較標(biāo)準(zhǔn)的線性疤痕。在查找這種劈型的雷擊木時(shí)要十分仔細(xì),對(duì)于可疑樹(shù)木與痕跡要反復(fù)觀察;在必要時(shí),可以在不破壞現(xiàn)場(chǎng)的情況下,翻開(kāi)少量樹(shù)皮借助燈光來(lái)觀察,看可疑痕跡是否干燥,新鮮。

        2.1.1 豎立線痕跡

        線性雷擊痕中的豎立線痕跡在現(xiàn)實(shí)案例中出現(xiàn)較多。豎立線痕跡的雷擊樹(shù),一般都是正常林木,含水量豐富,樹(shù)體內(nèi)沒(méi)有死木質(zhì)。主干正直,枝杈均勻,無(wú)缺皮死皮。由于被擊樹(shù)的木質(zhì)細(xì)密結(jié)實(shí),木紋筆直,所以雷擊時(shí)沿著木紋筆直向下形成豎立線痕跡。

        圖2為落葉松遭受雷擊所產(chǎn)生的豎立線痕跡,該樹(shù)距離嶺頂40 m,屬正常林木,樹(shù)體健康,樹(shù)高13.4 m、胸徑43 cm。雷擊樹(shù)樹(shù)頭至地面約2 m處有一條不間斷的雷擊線,雷擊線寬1.8 cm。雷擊痕樹(shù)皮部分脫落,韌皮部有明顯雷擊線,但未傷到木質(zhì)部位。

        圖3為圖2雷擊樹(shù)的下端雷擊痕,從圖3中可以看出,雷擊樹(shù)下端被火燒嚴(yán)重,樹(shù)皮碳化,但是雷擊線保存完好。這個(gè)案例以及過(guò)往的很多案例證實(shí),火場(chǎng)的雷擊痕,在很大程度上是可以保存下來(lái)的,這給判斷火災(zāi)起因的勘查工作提供了便利。

        圖1 線性雷擊痕

        圖2 雷擊所產(chǎn)生的豎立線痕跡

        圖3 雷擊樹(shù)的下端雷擊痕

        2.1.2 螺旋線痕跡

        在線性劈痕中還有一種比較特殊的劈痕,這就是螺旋線痕跡。它的形成比較特殊,雷擊點(diǎn)都在樹(shù)干的樹(shù)瘤、樹(shù)癤子等樹(shù)干凸出部位上。這樣的凸出部位的存在,改變了原有樹(shù)的木紋路,使其由直線變曲線。在雷擊時(shí)產(chǎn)生的高熱能遇水氣化產(chǎn)生的機(jī)械能,沿著樹(shù)木凸出部位的線路劈裂,就產(chǎn)生了雷擊樹(shù)的螺旋線痕跡。

        圖4為落葉松遭受雷擊所產(chǎn)生的螺旋線痕跡。該樹(shù)距離嶺頂20 m,是老齡樹(shù),樹(shù)高18 m、胸徑31 cm,樹(shù)體可見(jiàn)蟲(chóng)洞、樹(shù)節(jié)子。雷擊樹(shù)樹(shù)干上部至地面高約4 m處,有一條不間斷的雷擊線,雷擊線寬2 cm,繞開(kāi)樹(shù)癤子成曲線斜向下劈型。雷擊痕樹(shù)皮部分脫落,韌皮部有明顯雷擊線,且未傷到木質(zhì)部位。這是一例非典型的環(huán)狀疤痕,由于該樹(shù)干樹(shù)癤子不大,木紋路可繞開(kāi)樹(shù)節(jié)子向下。如果樹(shù)干凸出部位較大,樹(shù)節(jié)子較多,可以看到典型的雷擊樹(shù)的螺旋線痕跡。

        圖4 雷擊所產(chǎn)生的螺旋線痕跡

        2.2 非線性劈痕

        相較于線性劈痕,非線性劈痕更為明顯,劈痕很深,甚至是讓樹(shù)體的一些部位離斷,對(duì)林木傷害較大,在勘察過(guò)程中相對(duì)容易發(fā)現(xiàn)。

        2.2.1 樹(shù)干折斷

        在非線性雷擊痕中,樹(shù)干折斷的現(xiàn)象是很常見(jiàn)的。樹(shù)干折斷的雷擊樹(shù)可以出現(xiàn)在各類林木中。因?yàn)槔纂娏α看螅依讚舨课缓控S富,所以出現(xiàn)因機(jī)械能過(guò)大而致樹(shù)干被折斷的現(xiàn)象。

        圖5為遭受雷擊后樹(shù)冠被劈斷的樟子松。該樹(shù)距離嶺頂20 m,是老齡樹(shù),樹(shù)高20 m、胸徑70 cm,樹(shù)體粗壯健康,樹(shù)冠稀松。雷擊樹(shù)樹(shù)冠有明顯被雷擊劈斷痕跡,樹(shù)冠部分離斷,斷端平滑干燥,屬典型的雷擊樹(shù)干折斷。

        在特殊情況下,在現(xiàn)場(chǎng)一顆被劈斷的樹(shù)干旁邊可見(jiàn)其他雷擊樹(shù)。

        圖6為位于山嶺北坡,距離嶺頂30 m處的兩棵東西走向松樹(shù)被雷擊的現(xiàn)場(chǎng)圖。其中,東側(cè)雷擊樹(shù)樹(shù)高10 m、胸徑15 cm,樹(shù)頭被擊斷。東側(cè)雷擊樹(shù)的北側(cè)從擊斷處至樹(shù)根有一條直線型的雷擊線,該線長(zhǎng)9 m、寬1.5 cm。圖7為西側(cè)雷擊樹(shù),該樹(shù)高15 m、胸徑16 cm,樹(shù)的北側(cè)從樹(shù)梢至樹(shù)根有一條直線型的雷擊線,雷擊線長(zhǎng)14 m、寬2 cm。該案例的成因?yàn)?,東側(cè)樹(shù)被雷擊斷,后雷又擊中西側(cè)的樹(shù)形成豎狀疤痕??梢?jiàn),特殊情況下,一次雷擊可以形成兩棵甚至多棵雷擊樹(shù)。

        圖5 雷擊后樹(shù)冠被劈斷的樟子松

        圖6 松樹(shù)被雷擊的現(xiàn)場(chǎng)

        圖7 直線型的雷擊線

        2.2.2 樹(shù)干開(kāi)裂及樹(shù)干折斷開(kāi)裂

        在非線性雷擊痕中,樹(shù)干開(kāi)裂及樹(shù)干折斷開(kāi)裂的現(xiàn)象同樣很常見(jiàn)。樹(shù)干開(kāi)裂的雷擊樹(shù),多出現(xiàn)在老樹(shù)與病樹(shù)上,樹(shù)體內(nèi)有死木質(zhì),有空心積水。電擊釋放的熱量使水氣化,氣體劇烈膨脹,因而在被擊物體內(nèi)部出現(xiàn)了強(qiáng)大的機(jī)械力,使樹(shù)木出現(xiàn)樹(shù)干開(kāi)裂及樹(shù)干折斷開(kāi)裂。

        圖8為落葉松被雷擊中,樹(shù)干折斷開(kāi)裂。該樹(shù)位于緩坡距離嶺頂20 m。該樹(shù)是病腐樟子松,樹(shù)高11 m、胸徑67 cm,樹(shù)質(zhì)松散。雷擊樹(shù)從樹(shù)冠一直劈至樹(shù)根部,雷擊現(xiàn)象明顯;距根部3 m處離斷,斷端參差不齊并見(jiàn)有樹(shù)體碎片,斷端下緣樹(shù)干開(kāi)裂至樹(shù)根部。此案例是典型的雷擊樹(shù)干折斷開(kāi)裂案例。圖9可以看到劈開(kāi)樹(shù)的斷面平滑,樹(shù)心部可見(jiàn)雷擊后的灼燒痕跡[6]。

        圖8 落葉松被雷擊中樹(shù)干折斷開(kāi)裂

        圖9 樹(shù)心部雷擊后的灼燒痕跡

        2.2.3 樹(shù)干炸裂

        在非線性雷擊痕中樹(shù)干炸裂的現(xiàn)象出現(xiàn)較少,主要出現(xiàn)在老樹(shù)與病樹(shù)上。因這些樹(shù)體內(nèi)有大量死木質(zhì),樹(shù)空心嚴(yán)重,空心內(nèi)存有大量的水,電擊熱量使水氣化,樹(shù)體內(nèi)壓力急劇增加,最終使樹(shù)體產(chǎn)生炸裂的現(xiàn)象。

        圖10為樟子松被雷擊中樹(shù)干炸裂。該樹(shù)距離嶺頂26 m,樹(shù)高16 m、胸徑19 cm,且松樹(shù)從樹(shù)根被擊碎。雷擊樹(shù)東北側(cè)從樹(shù)頭至擊斷處有一條長(zhǎng)10 m、寬1.5 cm的直線型雷擊線。該樹(shù)為病腐的老樹(shù),樹(shù)體內(nèi)有大量死木質(zhì),并有空心??招膬?nèi)積水,水遇熱氣化膨脹,強(qiáng)大壓力使得樹(shù)體炸裂。該案例比較罕見(jiàn),但是典型的樹(shù)干炸裂。

        3 結(jié)語(yǔ)

        以上是筆者通過(guò)圖片、數(shù)據(jù)以及相關(guān)描述對(duì)雷擊木的成因及相關(guān)特征進(jìn)行的總結(jié)。由于每次雷擊所涉及的具體環(huán)境和林木不同,會(huì)導(dǎo)致雷擊木之間的個(gè)體差異,需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,才能實(shí)現(xiàn)對(duì)森林防火工作的具體和有效指導(dǎo)。

        [1]于乃順.森林雷擊火災(zāi)成因與現(xiàn)場(chǎng)勘查[J].森林公安,2007,(4):11-12.

        [2]舒立福,王明玉,田曉瑞,等.大興安嶺林區(qū)地下火形成火環(huán)境研究[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2003,(4):62-67.

        [3]舒立福,田曉瑞,徐忠忱.森林可燃物可持續(xù)管理技術(shù)理論與研究[J].火災(zāi)科學(xué),1999,8(4):18-24.

        [4]舒立福,王明玉,李忠琦,等.我國(guó)大興安嶺呼中林區(qū)雷擊火發(fā)生火環(huán)境研究[J].林業(yè)科學(xué),2003,11(6),94-99

        [5]劉國(guó)臻、龔家軍.雷擊點(diǎn)的鑒定方法探析[C]//湖北省氣象學(xué)會(huì).2007年湖北省氣象學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)暨全省青年氣象科技工作者學(xué)術(shù)交流會(huì)議學(xué)術(shù)論文詳細(xì)文摘匯集.武漢:湖北省科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì),2007:60.

        [6]周素娟,閆迎霞.淺談雷擊森林火災(zāi)起火點(diǎn)的尋找與判斷[J].黑龍江科技信息,2011,(15):9.

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