เรื่องโดย รวิศ ทัศคร
คุณอาจคิดว่าไฟป่าเป็นเรื่องไกลตัวถ้าใช้ชีวิตอยู่ในเมือง แต่ลองจินตนาการดูว่า ถ้าอยู่ในป่าที่เต็มไปด้วยเชื้อเพลิงแห้งอย่างใบไม้ที่ร่วงลงมาทับถมกันในหน้าร้อนที่แล้งและแห้งจัด ใคร ๆ ก็ต้องกลัวไฟป่า ผู้เขียนเองก็เคยมีประสบการณ์ตรงครั้งหนึ่งในชีวิตที่ต้องวิ่งหนีไฟที่ลามลงมาตามไหล่เขาจนแทบเอาตัวไม่รอดกันเลยทีเดียว
เมื่อพูดถึงไฟป่า มันก็คือระบบไหลเชิงปฏิกิริยา (reactive flow) ที่การเผาไหม้ การไหลของอากาศ และการถ่ายเทความร้อน มีความเชื่อมโยงกันทั้งไปและกลับ กล่าวคือ เปลวให้ความร้อนไปให้แก่เชื้อเพลิงข้างหน้าจนปลดปล่อยแก๊สติดไฟออกมา ขณะเดียวกันการขยายตัวเชิงปริมาตรและแรงลอยตัวก็สร้างลมที่ไฟทำให้เกิดด้วยตัวของมันเองย้อนกลับมา กำหนดรูปร่างเปลวและทิศทางการลาม ความไม่เป็นเชิงเส้นนี้เป็นเหตุให้ไฟป่ามีพฤติกรรมสุดขั้ว อย่างการเร่งความเร็วฉับพลันและการก่อตัวของทอร์นาโดเพลิง ไฟป่าเป็นแหล่งกำเนิดเขม่าราวร้อยละ 34 ของเขม่าในบรรยากาศโลก และสัมพันธ์กับการเสียชีวิตปีละ 260,000–600,000 คนทั่วโลก
ไฟเป็นสิ่งที่น่าสนใจมากเพราะเป็นปรากฏการณ์ที่มีการเปลี่ยนแปลงทั้งทางเคมีและฟิสิกส์ เชื้อเพลิงชีวมวลที่ได้รับความร้อนจะผ่านลำดับขั้นที่แยกกันชัดเจน ได้แก่ การอุ่นตัว การระเหยความชื้น ไพโรไลซิส การเผาไหม้ของแก๊สที่ปลดปล่อยออกมา และการเผาไหม้ถ่าน อัตราการระเหยความชื้นอาจเขียนอยู่ในรูปของสมการอาร์รีเนียสได้ว่า
เมื่อค่าคงที่ AH2O และพลังงานกระตุ้น EH2O แปรตามชนิดของเชื้อเพลิง สิ่งเหล่านี้จึงเป็นแหล่งหลักของความไม่แน่นอนของแบบจำลองคณิตศาสตร์ (หรือสมการ) ที่ใช้ทำนาย แบบจำลองรุ่นใหม่จึงเลิกสมมติให้เชื้อเพลิงมีความชื้นคงที่ แล้วหันมาแก้สมดุลมวลและพลังงานของทั้งสามองค์ประกอบ คือ ของแข็ง อากาศในช่องว่าง และน้ำที่เป็นของเหลวไปพร้อม ๆ กันในเชื้อเพลิงแต่ละชนิด
กลไกมหัศจรรย์อันหนึ่งของไฟป่าที่คนมักมองข้ามไปก็คือ การเกิดปรากฏการณ์การพุ่งของไอแบบระเบิด (eruptive jetting) เคยมีการทดลองกับลำต้นและใบไม้ที่ถูกเปลวไฟห่อหุ้ม พบว่า ไอน้ำและสารอินทรีย์ระเหยง่ายในท่อลำเลียงถูกอัดจนความดันไออิ่มตัวสูงกว่าความดันบรรยากาศ แล้วพุ่งออกด้วยความเร็วราว 10 เมตรต่อวินาที สมดุลมวลของไอในช่องรัศมี a ยาว L เขียนได้เป็น
จากสมการ เทอมแรก คือ อัตราการเกิดไอจากการระเหย เทอมที่สอง คือ อัตราการสูญเสียไอออกสู่เปลวตามกฎปัวเซย (Poiseuille) กลไกนี้เร่งทั้งการอบแห้งของพืชและการป้อนเชื้อเพลิงเข้าโซนเปลว จึงช่วยอธิบายว่าเหตุใดไฟป่าที่เกิดจริงจึงลามเร็วกว่าที่แบบจำลองการแพร่ธรรมดาทำนาย
เมื่อไฟป่าไหม้แล้ว เราก็คงอยากรู้ว่าแนวไฟจะลามไปไวไหม เพื่อที่ว่าจะได้แจ้งเจ้าหน้าที่ควบคุมไฟป่าที่กำลังปฏิบัติงานให้รู้ว่าจะมีเวลาทำแนวกันไฟอีกนานแค่ไหนกว่าแนวไฟจะมาถึง ในประเด็นนี้เราอาจพิจารณาได้จากอัตราการลามของแนวไฟ (rate of spread, ROS) ซึ่งเป็นระยะทางที่แนวไฟเคลื่อนที่ต่อเวลา มักจะอยู่ในหน่วยเมตรต่อวินาที แต่อาจพบการใช้หน่วยอื่นอย่างฟุตต่อนาที หรือกิโลเมตรต่อชั่วโมงก็มี การรู้พฤติกรรมการลามแล้วทำนายให้ได้จึงสำคัญมากในการป้องกันภัยและกู้ภัยจากไฟป่า
เคยมีผู้จำลองไฟผิวดินในป่าแอมะซอนด้วยแบบจำลองคอมพิวเตอร์เชิงฟิสิกส์ชื่อว่า WFDS (Wildland–Urban Interface Fire Dynamics Simulator) พบว่า การแผ่รังสีเป็นกลไกหลักที่กำหนดอัตราการลาม ส่วนการพาความร้อนมีบทบาทน้อยกว่า เมื่อไม่มีลมจากภายนอก เปลวจะตั้งตรงและดูดอากาศเข้าสู่ศูนย์กลางของเปลว แต่หากเป็นไฟในส่วนที่เป็นทุ่งหญ้าและมีลมจากภายนอก เปลวจะเอนราบไปข้างหน้า ทำให้เกิดกลไกของการลามไฟที่ขับด้วยลมอย่างชัดเจน ในทางปฏิบัตินิยมสรุปพฤติกรรมไฟด้วยความเข้มของแนวไฟตามนิยามของไบแรม (Byram’s fireline intensity)
 (ก) สมดุลพลังงานที่หน้าไฟซึ่งกำลังลาม แสดงการแผ่รังสีเป็นกลไกหลักของการอุ่นเชื้อเพลิงด้านหน้าไฟ ขณะที่การพาควานร้อนมีบทบทบาทรองในสภาวะไร้ลมภายนอก (ข) ลำดับการสลายตัวเชิงความร้อนของธาตุเชื้อเพลิงห้าขั้น ตั้งแต่การให้ความร้อนจนถึงการคุกรุ่นของถ่าน ที่มาภาพ : สร้างโดยเอไอภายใต้แนวคิดของผู้เขียน |
ทุกคนคงเคยเห็นภาพแนวไฟหน้าแล้งที่เกิดเองโดยธรรมชาติหรือมีคนจุดเผาอย่างตั้งใจ จะเห็นว่าบนเขาหัวโล้นที่ป่าถูกทำลายอย่างเป็นระบบในแถบภาคเหนือและภาคอื่น ๆ จะมีแนวหน้าไฟกว้างมาก ๆ แบบที่เมื่อคุณขับรถผ่านตอนกลางคืนจะเห็นทิวทัศน์เป็นแนวไฟสีส้มทอดยาวหลายกิโลเมตร ไหม้ข้ามแนวภูเขาที่มีแต่ทุ่งหญ้าคากับตอต้นไม้ที่ถูกตัดจนเกลี้ยงอย่างน่าเศร้า ภาพปรากฏราวกับยมโลกก็ไม่ปาน
สำหรับกรณีนี้เคยมีคนพิสูจน์แล้วว่า ถ้ามีความชื้นของเชื้อเพลิงซึ่งในที่นี้คือหญ้าบนเขา เพิ่มขึ้นทุกร้อยละ 9.3 ค่าอัตราการลามของไฟจะลดลงได้ 2.72 เท่า เหลือแค่ร้อยละ 36.8 ของค่าเดิมของหญ้าแห้ง โดยเป็นไปตามสูตรกึ่งประจักษ์ของชีนีย์ (Phil Cheney) ที่ว่า
เมื่อ U2 คือ ความเร็วลมที่ระดับ 2 เมตร และ M คือ ความชื้นเชื้อเพลิง (%) ดังนั้นการที่ความชื้นในป่าเพิ่มขึ้นจากฝนตก หรือจากเครื่องบินดับเพลิงชนิดที่ใช้โฉบลงบนผิวน้ำแล้วตักน้ำขึ้นมาระหว่างที่เครื่องยังวิ่งอยู่ จึงช่วยชะลอไฟได้มากทีเดียว
เครื่องบินดับเพลิงแบบนี้เรียกว่า เครื่องบินแบบสกูเปอร์หรือเครื่องบินแบบโฉบตักน้ำ (scooper aircraft, water scooper) หรือถ้าหมายถึงเครื่องบินชนิดอื่น ๆ ในกลุ่มนี้ก็อาจเรียกโดยรวมว่า เครื่องบินทิ้งน้ำดับเพลิงหรืออากาศยานดับเพลิงทางอากาศ (water bomber, aerial firefighting aircraft)
เครื่องบินดับเพลิงแบบโฉบตักน้ำจะมีช่องรับน้ำ (scoop) อยู่ใต้ลำตัว เมื่อบินโฉบผิวน้ำด้วยความเร็วประมาณ 110–140 กิโลเมตรต่อชั่วโมง เครื่องบินจะตักน้ำได้อย่างรวดเร็วภายในเวลาเพียง 10–15 วินาที แล้วบินกลับไปโปรยน้ำเหนือแนวไฟได้ทันที รุ่นที่คนรู้จักกันมาก ได้แก่ Canadair CL-215 ซึ่งเป็นรุ่นบุกเบิก และ Canadair CL-415 ซึ่งเป็นรุ่นที่โด่งดังที่สุดในโลก โฉบตักน้ำบรรทุกได้ทีละ 6,100 ลิตร ในเวลาเพียงประมาณ 12 วินาที นอกจากนี้ยังมี De Havilland Canada DHC-515 ซึ่งใช้เครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าอีกด้วย
ในอดีตกองทัพเรือไทยเคยมี Canadair CL-215 จำนวน 2 ลำ เข้าประจำการประมาณ พ.ศ. 2521 ใช้ทั้งภารกิจดับไฟป่า ค้นหาและช่วยเหลือ และงานอากาศยานทางทะเล โดย CL-215 โฉบตักน้ำได้ประมาณ 5,436 ลิตรภายในราว 12 วินาที แต่เป็นที่น่าเสียดายว่าปัจจุบันประเทศไทยไม่มีเครื่องบินแบบโฉบตักน้ำที่พร้อมใช้งานเหลืออีกต่อไป
ทุกวันนี้การดับไฟจากอากาศของไทยจึงอาศัยเฮลิคอปเตอร์ติดถังหรือถุงน้ำ เครื่องบินโปรยน้ำที่ต้องเติมน้ำจากภาคพื้น และอากาศยานของหน่วยงานหลายแห่ง มากกว่าระบบโฉบตักน้ำ สาเหตุหลักไม่ใช่เพราะเฮลิคอปเตอร์ดีกว่า แต่เพราะใช้งานได้หลากหลายกว่า เช่น ใช้ได้ทั้งงานดับไฟ ลำเลียงเจ้าหน้าที่ ช่วยผู้ประสบภัย กู้ภัย ขนเสบียง ค้นหาและช่วยชีวิต แต่ในอีกแง่หนึ่งประเทศไทยมีความเหมาะสมต่อการใช้งานเครื่องบินดับเพลิงแบบโฉบตักน้ำในอนาคต เพราะมีเขื่อนและอ่างเก็บน้ำใหญ่หลายแห่ง โดยเฉพาะเมื่อทั่วโลกกำลังกลับมาให้ความสำคัญกับเครื่องบินประเภทนี้อีกครั้งหลังจากมีไฟป่ารุนแรงเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ บริษัท De Havilland Canada ก็กลับมาเริ่มสายการผลิต DHC-515 ซึ่งเป็นรุ่นสืบทอดของ CL-415 โดยมีคำสั่งซื้อจากหลายประเทศในยุโรปและแคนาดาแล้ว
มาถึงตรงนี้คิดว่าคุณผู้อ่านคงได้ทราบเกี่ยวกับเครื่องบินดับเพลิงกันพอหอมปากหอมคอแล้ว ฉบับหน้ายังมีเรื่องราวน่าสนใจเกี่ยวกับพฤติกรรมของไฟป่า และปรากฏการณ์สุดขั้วที่เกิดขึ้นจากกลไกทางฟิสิกส์ของเปลวไฟมาเล่าให้ฟังกันต่อ อย่าลืมติดตามกันนะครับ
แหล่งข้อมูลอ้างอิง
- Baranovskiy, N.V., Vyatkina, V.A., Chernyshov, A.M. (2024). Numerical simulation of forest fires and possibilities to estimate aerosol emission: Recent advances. Fire Safety Journal, 150, 104250.
- Bufacchi, P., Krieger, G.C., Mell, W., Alvarado, E., Santos, J.C., Carvalho Jr., J.A. (2016). Numerical simulation of surface forest fire in Brazilian Amazon. Fire Safety Journal, 79, 44–56.
- Chen, Z., Liu, Z., Liu, L., Xiao, H. (2023). Formation and flame characteristics of the blue whirl. Proceedings of the Combustion Institute, 39, 3735–3743.
- Chung, J.D., Zhang, X., Kaplan, C.R., Oran, E.S. (2020). The structure of the blue whirl revealed. Science Advances, 6, eaba0827.
- Dubey, R.R., Yaghoobian, N. (2024). A physics-based model of thermodynamically varying fuel moisture content for fire behavior prediction. Environmental Modelling & Software, 179, 106111.
- Hu, Y., Hariharan, S.B., Qi, H., Gollner, M.J., Oran, E.S. (2019). Conditions for formation of the blue whirl. Combustion and Flame, 205, 147–153.
- Kim, Y.J., Tohidi, A., Valero, M.M., Clements, C.B. (2026). An intercomparison of wildfire spread models in Fire Dynamics Simulator (FDS) using FireFlux II experiment. Fire Safety Journal, 162, 104675.
- Lei, J., Liu, N. (2016). Reciprocal transitions between buoyant diffusion flame and fire whirl. Combustion and Flame, 167, 463–471.
- Sharaf, M., Sutherland, D., Wadhwani, R., Moinuddin, K. (2025). Thresholds of surface fire transition to crown fire: Effects of wind speed and crown base height with fixed moisture content. Fire Safety Journal, 158, 104545.
- Xiao, H., Chen, Z., Li, X., Wang, X. (2024). An experimental study of the blue whirl: Effect of fuel surface diameter. Combustion and Flame, 261, 113322.
- Zhang, W., Zussman, E., Yarin, A.L. (2020). Heat and mass transfer resulting in eruptive jetting from stems and leaves during distillation stage of forest fire. Experimental Thermal and Fluid Science, 116, 110112.
About Author
