编者注（2021年8月4日）：2020年8月4日，黎巴嫩首都贝鲁特经历了一场巨大的爆炸，原因是超过2700吨硝酸铵不当存放在该市货运港口附近。这是历史上最大的非核爆炸之一，造成218人死亡，7000人受伤，超过30万人流离失所。这篇来自2020年8月5日的故事在灾难一周年之际重新发表。
本周，贝鲁特海港地区发生的一次巨大爆炸摧毁了附近的建筑物，并对整个城市造成破坏和震碎窗户，造成数十人死亡，数千人受伤。随着灾难视频在社交媒体上传播，世界各地的人们立即开始猜测原因。
黎巴嫩政府消息人士最终表示，爆炸物是2750公吨的硝酸铵，这是一种常用作农业肥料的化学品，当与燃料油混合时，也可用作采矿炸药。这批库存自2014年以来一直存放在仓库中，当时运载它的船只被遗弃在港口。这并非硝酸铵首次造成破坏。例如，2013年，德克萨斯州西部化肥公司工厂发生爆炸，爆炸的硝酸铵库存只有贝鲁特的十分之一。
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工程师 Suzanne Smyth 和 Russell Ogle 等专家调查此类火灾和爆炸的原因和起源，以试图预防未来的灾难。Smyth 和 Ogle 分别是 Exponent 的管理工程师和实践主管，Exponent 是一家美国跨学科工程和科学咨询公司。大众科学与他们进行了交谈，了解爆炸侦探如何探究事件的根源，以及什么条件会引发硝酸铵爆炸。
[以下是访谈的编辑稿。]
您如何调查特定爆炸或火灾的原因？
SMYTH：我们本质上遵循的是科学方法。我们进行并收集大量数据，这些数据可能来自视频、文件、访谈、现场证据。然后，一旦您掌握了这些数据，您就开始假设。我们一直试图非常小心的一件事是在过程的早期不要过早假设。我们没有关于[贝鲁特]的大量信息，但我们看到了爆炸的视频。看到冲击波——这非常罕见。我们所说的是真正薄的球形白色形状从爆炸中移开。您实际看到的是水蒸气从空气中凝结出来，这是因为高压冲击波后面存在非常低的压力。然后您可以看到它立即消失了，因为它在压力均衡后蒸发了。您可以看到实际的冲击波，所以您知道它发生了爆炸——只有某些东西才能让您达到爆炸的程度。
您所说的爆炸是什么意思？
OGLE：冲击波的传播速度比声音快，这是爆炸的标志。当硝酸铵开始积聚足够的压力造成破坏时，您可以在硝酸铵中发现两种分解反应。第一种称为爆燃。它是一种波——字面意思是化学反应波——它在物质中传播的速度比声音慢。随着它继续传播，它会加速。如果它达到声速，那就是我们所说的爆炸。爆炸对建筑物等结构产生的破坏机制要大得多。
您还能从贝鲁特的视频素材中了解到什么？
SMYTH：很多时候，当我们分析视频时，我们都在寻找事件的顺序和时间。当我们调查爆炸时，通常既有爆炸破坏，也有火灾破坏。我们的目标之一始终是弄清楚：是先起火后爆炸，还是先爆炸后起火？我们看到的视频显示爆炸前有火灾，这真的很有用。
OGLE：爆炸之后，升起了一团非常明显的红棕色云雾。这与进行化学分析不同，但[云雾]非常独特，并且与硝酸铵的分解产物一致——主要的分解产物是氮氧化物。我认为，至少在视觉上，那里可能存在硝酸铵[正在]参与整个反应的确认。
是什么原因导致硝酸铵爆炸？
OGLE：硝酸铵在正常条件下是稳定的，但您可以对其进行一些操作，使其行为异常。主要的触发因素是外部热源。根据您的计算方式，自 20 世纪 20 年代硝酸铵作为商业产品问世以来，可能发生了大约 20 到 30 起重大的硝酸铵灾难性爆炸。火灾是常见的触发因素。正是火灾的热量加热了硝酸铵，从而可能成为问题。如果硝酸铵被火灾等大型热源加热，硝酸铵就会开始分解——这种分解可能是温和无害的，也可能是灾难性的。
两者之间的区别在于硝酸铵是否堆积在一起。把它想象成一堆原木的篝火。当您堆起篝火时，这些原木会滞留热量，从而加速燃烧并引发大火。而如果您将它们分散开来，热量就会无害地逸散到大气中。如果硝酸铵装在所谓的超大袋（这些柔性容器通常可以容纳约一[公]吨）中，情况也是如此。如果您将它们堆积起来，中间没有气流，那么分解过程中产生的任何热量都会被滞留而无法逸出。热量会升高温度并加速分解，而且没有任何东西可以阻止它。
对于贝鲁特的硝酸铵库存，应该采取哪些预防措施？
OGLE：在美国，我们求助于[非营利组织]美国国家消防协会，以获取关于如何安全处理危险材料等物品的指导。如果您超过了材料的阈值量——半[公]吨[硝酸铵]——那么您需要对如何存储和处理材料以确保其安全采取更复杂的方法。如果您有 2,750 [公]吨，首先也是最重要的事情是，您需要将该材料移到远离人群的地方。它代表着重大的危险。
在调查爆炸时，您还会寻找哪些其他线索？
SMYTH：弹坑的存在是爆炸规模以及可能涉及的物质的另一个迹象。还有破坏半径：轻微结构损坏有多远？窗户破碎？主要结构损坏？查看损坏物体的距离可以帮助您估计释放了多少功率或能量或力。这些类型的信息可用于推断具体发生了什么。如果您正在查看建筑物内较小的爆炸，您可以寻找方向性迹象：这堵墙向北炸开，这堵墙向东炸开。您还可以查看爆炸期间抛出的碎片、弹丸或弹片，以估计移动该碎片需要多少力，以及它们来自何处。通常，我们都在寻找某些设备部件的碎片，以便像拼图一样将它们重新拼凑在一起：您或许可以查看这些部件并了解它们为什么会以这种方式破碎。时间线对我们的工作非常重要。了解某物暴露在火灾中多久，某人最后一次在房间里[并且]注意到一切正常是什么时候，人们第一次看到烟雾是什么时候——这种[建立]时间线的类型对于帮助我们[设定范围]正在发生的事情以及潜在地消除不同的假设非常有帮助。
OGLE：您正在从一大堆其他绒毛中寻找少量金块。但这需要访谈和搜索文件。例如，新闻媒体一直在谈论的一件事是，在贝鲁特，是否有烟花储存在附近，或者可能与硝酸铵储存在同一仓库中。考虑到您所看到的破坏程度，可能很难找到这方面的实物证据。您将不得不依靠人员，也许还有文件，这将有助于您确定是否有一些材料存储在相邻的仓库或同一仓库中。