編者注（2021年8月4日）：2020年8月4日，黎巴嫩首都貝魯特經歷了一場巨大的爆炸，原因是超過2700噸硝酸銨不當存放在該市貨運港口附近。這是歷史上最大的非核爆炸之一，造成218人死亡，7000人受傷，超過30萬人流離失所。這篇來自2020年8月5日的故事在災難一週年之際重新發表。
本週，貝魯特海港地區發生的一次巨大爆炸摧毀了附近的建築物，並對整個城市造成破壞和震碎窗戶，造成數十人死亡，數千人受傷。隨著災難影片在社交媒體上傳播，世界各地的人們立即開始猜測原因。
黎巴嫩政府訊息人士最終表示，爆炸物是2750公噸的硝酸銨，這是一種常用作農業肥料的化學品，當與燃料油混合時，也可用作採礦炸藥。這批庫存自2014年以來一直存放在倉庫中，當時運載它的船隻被遺棄在港口。這並非硝酸銨首次造成破壞。例如，2013年，德克薩斯州西部化肥公司工廠發生爆炸，爆炸的硝酸銨庫存只有貝魯特的十分之一。
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工程師 Suzanne Smyth 和 Russell Ogle 等專家調查此類火災和爆炸的原因和起源，以試圖預防未來的災難。Smyth 和 Ogle 分別是 Exponent 的管理工程師和實踐主管，Exponent 是一家美國跨學科工程和科學諮詢公司。大眾科學與他們進行了交談，瞭解爆炸偵探如何探究事件的根源，以及什麼條件會引發硝酸銨爆炸。
[以下是訪談的編輯稿。]
您如何調查特定爆炸或火災的原因？
SMYTH：我們本質上遵循的是科學方法。我們進行並收集大量資料，這些資料可能來自影片、檔案、訪談、現場證據。然後，一旦您掌握了這些資料，您就開始假設。我們一直試圖非常小心的一件事是在過程的早期不要過早假設。我們沒有關於[貝魯特]的大量資訊，但我們看到了爆炸的影片。看到衝擊波——這非常罕見。我們所說的是真正薄的球形白色形狀從爆炸中移開。您實際看到的是水蒸氣從空氣中凝結出來，這是因為高壓衝擊波後面存在非常低的壓力。然後您可以看到它立即消失了，因為它在壓力均衡後蒸發了。您可以看到實際的衝擊波，所以您知道它發生了爆炸——只有某些東西才能讓您達到爆炸的程度。
您所說的爆炸是什麼意思？
OGLE：衝擊波的傳播速度比聲音快，這是爆炸的標誌。當硝酸銨開始積聚足夠的壓力造成破壞時，您可以在硝酸銨中發現兩種分解反應。第一種稱為爆燃。它是一種波——字面意思是化學反應波——它在物質中傳播的速度比聲音慢。隨著它繼續傳播，它會加速。如果它達到聲速，那就是我們所說的爆炸。爆炸對建築物等結構產生的破壞機制要大得多。
您還能從貝魯特的影片素材中瞭解到什麼？
SMYTH：很多時候，當我們分析影片時，我們都在尋找事件的順序和時間。當我們調查爆炸時，通常既有爆炸破壞，也有火災破壞。我們的目標之一始終是弄清楚：是先起火後爆炸，還是先爆炸後起火？我們看到的影片顯示爆炸前有火災，這真的很有用。
OGLE：爆炸之後，升起了一團非常明顯的紅棕色雲霧。這與進行化學分析不同，但[雲霧]非常獨特，並且與硝酸銨的分解產物一致——主要的分解產物是氮氧化物。我認為，至少在視覺上，那裡可能存在硝酸銨[正在]參與整個反應的確認。
是什麼原因導致硝酸銨爆炸？
OGLE：硝酸銨在正常條件下是穩定的，但您可以對其進行一些操作，使其行為異常。主要的觸發因素是外部熱源。根據您的計算方式，自 20 世紀 20 年代硝酸銨作為商業產品問世以來，可能發生了大約 20 到 30 起重大的硝酸銨災難性爆炸。火災是常見的觸發因素。正是火災的熱量加熱了硝酸銨，從而可能成為問題。如果硝酸銨被火災等大型熱源加熱，硝酸銨就會開始分解——這種分解可能是溫和無害的，也可能是災難性的。
兩者之間的區別在於硝酸銨是否堆積在一起。把它想象成一堆原木的篝火。當您堆起篝火時，這些原木會滯留熱量，從而加速燃燒並引發大火。而如果您將它們分散開來，熱量就會無害地逸散到大氣中。如果硝酸銨裝在所謂的超大袋（這些柔性容器通常可以容納約一[公]噸）中，情況也是如此。如果您將它們堆積起來，中間沒有氣流，那麼分解過程中產生的任何熱量都會被滯留而無法逸出。熱量會升高溫度並加速分解，而且沒有任何東西可以阻止它。
對於貝魯特的硝酸銨庫存，應該採取哪些預防措施？
OGLE：在美國，我們求助於[非營利組織]美國國家消防協會，以獲取關於如何安全處理危險材料等物品的指導。如果您超過了材料的閾值量——半[公]噸[硝酸銨]——那麼您需要對如何儲存和處理材料以確保其安全採取更復雜的方法。如果您有 2,750 [公]噸，首先也是最重要的事情是，您需要將該材料移到遠離人群的地方。它代表著重大的危險。
在調查爆炸時，您還會尋找哪些其他線索？
SMYTH：彈坑的存在是爆炸規模以及可能涉及的物質的另一個跡象。還有破壞半徑：輕微結構損壞有多遠？窗戶破碎？主要結構損壞？檢視損壞物體的距離可以幫助您估計釋放了多少功率或能量或力。這些型別的資訊可用於推斷具體發生了什麼。如果您正在檢視建築物內較小的爆炸，您可以尋找方向性跡象：這堵牆向北炸開，這堵牆向東炸開。您還可以檢視爆炸期間丟擲的碎片、彈丸或彈片，以估計移動該碎片需要多少力，以及它們來自何處。通常，我們都在尋找某些裝置部件的碎片，以便像拼圖一樣將它們重新拼湊在一起：您或許可以檢視這些部件並瞭解它們為什麼會以這種方式破碎。時間線對我們的工作非常重要。瞭解某物暴露在火災中多久，某人最後一次在房間裡[並且]注意到一切正常是什麼時候，人們第一次看到煙霧是什麼時候——這種[建立]時間線的型別對於幫助我們[設定範圍]正在發生的事情以及潛在地消除不同的假設非常有幫助。
OGLE：您正在從一大堆其他絨毛中尋找少量金塊。但這需要訪談和搜尋檔案。例如，新聞媒體一直在談論的一件事是，在貝魯特，是否有煙花儲存在附近，或者可能與硝酸銨儲存在同一倉庫中。考慮到您所看到的破壞程度，可能很難找到這方面的實物證據。您將不得不依靠人員，也許還有檔案，這將有助於您確定是否有一些材料儲存在相鄰的倉庫或同一倉庫中。