در این مقاله، به‌صورت علمی و جامع، علل تفاوت رنگ دود انفجارها را بررسی می‌کنیم و توضیح می‌دهیم چرا برخی دودها سفید، برخی سیاه و برخی خاکستری هستند. این تحلیل بر اساس اصول شیمی احتراق، فیزیک ذرات معلق، و مشاهدات عملیاتی استوار است.

مبانی علمی تشکیل دود در انفجارها

انفجار چیست؟

به گزارش فرارو، انفجار یک واکنش شیمیایی یا فیزیکی سریع است که در کسری از ثانیه انرژی عظیمی آزاد می‌کند. این انرژی به‌صورت گرما، فشار و گازهای داغ آزاد شده و اغلب با تولید ذرات معلق (دود) همراه است. دود ترکیبی از گازها (مانند دی‌اکسید کربن، مونوکسید کربن، و بخار آب)، ذرات جامد (مانند کربن یا خاکستر)، و گاهی مایعات معلق (مانند قطرات سوخت) است.

عوامل تعیین‌کننده رنگ دود

رنگ دود به عوامل زیر بستگی دارد:

ترکیب شیمیایی مواد منفجره: نوع مواد منفجره (مانند TNT، نیتروگلیسرین، یا باروت) و محصولات واکنش آن‌ها.

سوخت‌های موجود در محیط: مواد قابل‌اشتعال در محل انفجار (مانند سوخت، چوب، یا پلاستیک).

اکسیژن محیط: میزان اکسیژن موجود برای احتراق کامل یا ناقص.

ذرات معلق: اندازه، ماهیت، و غلظت ذرات جامد یا مایع در دود.

دما و شرایط محیطی: دمای انفجار و رطوبت محیط بر پراکندگی نور در دود تأثیر می‌گذارند.

چرا دود سفید است؟

دلایل شیمیایی دود سفید

دود سفید معمولاً نتیجه احتراق کامل یا حضور موادی با محصولات واکنش خاص است. این نوع دود اغلب در انفجارهایی دیده می‌شود که:

مواد منفجره اکسیژن‌دار: موادی مانند نیترات آمونیوم (ANFO) یا کلرات‌ها که حاوی اکسیژن کافی برای احتراق کامل هستند، گازهایی مانند دی‌اکسید کربن (CO₂) و بخار آب (H₂O) تولید می‌کنند. بخار آب در دمای بالا به‌صورت ابر سفید ظاهر می‌شود.

مواد شیمیایی خاص: برخی مواد منفجره، مانند فسفر سفید، دود سفید متراکم تولید می‌کنند. فسفر سفید با اکسیژن واکنش داده و اکسید فسفر (P₄O₁₀) تشکیل می‌دهد که به‌صورت دود سفید نمایان است.

دلایل فیزیکی دود سفید

پراکندگی نور: ذرات کوچک (کمتر از ۱ میکرومتر) در دود سفید، مانند بخار آب یا اکسیدهای فلزی، نور مرئی را به‌صورت یکنواخت پراکنده می‌کنند (پراکندگی رایلی)، که باعث ظاهر سفید می‌شود.

رطوبت محیط: در محیط‌های مرطوب، بخار آب متراکم شده در دود به‌صورت قطرات ریز ظاهر می‌شود و رنگ سفید را تشدید می‌کند.

مثال‌های عملی

انفجار مهمات فسفری در درگیری‌های نظامی (مانند جنگ غزه) دود سفید غلیظ تولید می‌کند.

انفجار مواد شیمیایی صنعتی، مانند نیترات آمونیوم در انفجار بندر بیروت (۲۰۲۰)، دود سفید ایجاد کرد که نتیجه بخار آب و گازهای بی‌رنگ بود.

چرا دود سیاه است؟

دلایل شیمیایی دود سیاه

دود سیاه معمولاً نتیجه احتراق ناقص است که در آن اکسیژن کافی برای سوختن کامل مواد وجود ندارد. این شرایط منجر به تولید ذرات کربن (دوده) می‌شود. دلایل اصلی عبارت‌اند از:

مواد منفجره هیدروکربنی: موادی مانند TNT یا سوخت‌های نفتی (بنزین، دیزل) در صورت احتراق ناقص، دوده کربنی تولید می‌کنند که سیاه به نظر می‌رسد.

سوخت‌های محیطی: انفجار در مناطقی با مواد قابل‌اشتعال مانند پلاستیک، لاستیک، یا نفت، دود سیاه غلیظ ایجاد می‌کند، زیرا این مواد هیدروکربن‌های سنگین دارند.

مونوکسید کربن و هیدروکربن‌ها: در احتراق ناقص، گازهایی مانند مونوکسید کربن (CO) و هیدروکربن‌های نسوخته آزاد می‌شوند که با دوده همراه هستند.

دلایل فیزیکی دود سیاه

اندازه ذرات: ذرات کربن در دود سیاه معمولاً بزرگ‌تر (۱ تا ۱۰ میکرومتر) هستند و نور را جذب می‌کنند، نه پراکنده، که باعث ظاهر تیره می‌شود.

غلظت بالا: تراکم بالای دوده در دود، نور را مسدود کرده و رنگ سیاه را تشدید می‌کند.

مثال‌های عملی

انفجار مخازن سوخت یا خودروها در حملات هوایی (مانند حملات به تأسیسات نفتی) دود سیاه تولید می‌کند.

انفجار بمب‌های حاوی مواد هیدروکربنی سنگین، مانند بمب‌های بشکه‌ای، اغلب دود سیاه غلیظ ایجاد می‌کند.

چرا دود خاکستری است؟

دلایل شیمیایی دود خاکستری

دود خاکستری معمولاً نتیجه ترکیبی از احتراق کامل و ناقص یا حضور ذرات متنوع است. این نوع دود در شرایط زیر دیده می‌شود:

ترکیب مواد منفجره و محیط: انفجار در محیط‌هایی با مواد معدنی (مانند خاک یا بتن) ذرات گردوغبار را با دود ترکیب می‌کند، که رنگ خاکستری ایجاد می‌کند.

اکسیدهای فلزی: انفجار مهمات حاوی فلزات (مانند آلومینیوم در بمب‌های ترموباریک) اکسیدهای فلزی تولید می‌کند که دود خاکستری یا نقره‌ای به نظر می‌رسد.

مواد منفجره کم‌دود: برخی مواد منفجره مدرن، مانند RDX یا HMX، دود کمتری تولید می‌کنند و محصولات واکنش آن‌ها (مانند CO₂ و N₂) با گردوغبار محیط ترکیب شده و خاکستری دیده می‌شود.

دلایل فیزیکی دود خاکستری

پراکندگی ترکیبی: ذرات با اندازه متوسط (۱ تا ۵ میکرومتر) نور را به‌صورت ناهمگن پراکنده می‌کنند، که رنگ خاکستری را ایجاد می‌کند.

ترکیب ذرات: حضور همزمان دوده، گردوغبار، و بخار آب، رنگ دود را به سمت خاکستری می‌برد.

دمای پایین‌تر: در انفجارهایی با دمای کمتر، دود کمتر متراکم شده و خاکستری به نظر می‌رسد.

مثال‌های عملی

انفجار در مناطق شهری با بتن و خاک (مانند حملات موشکی به زیرساخت‌ها) دود خاکستری تولید می‌کند.

انفجار بمب‌های ترموباریک یا مهمات حاوی آلومینیوم، مانند انفجارهای نظامی در سوریه، دود خاکستری مایل به نقره‌ای ایجاد می‌کند.

عوامل محیطی و تأثیر آن‌ها بر رنگ دود

نقش اکسیژن در احتراق

احتراق کامل: در حضور اکسیژن کافی، محصولات واکنش (CO₂، H₂O) بی‌رنگ یا سفید هستند.

احتراق ناقص: کمبود اکسیژن منجر به تولید دوده و دود سیاه می‌شود.

محیط بسته: انفجار در فضاهای بسته (مانند تونل‌ها) دود سیاه‌تر تولید می‌کند، زیرا اکسیژن محدود است.

تأثیر دما و رطوبت

دما: دمای بالای انفجار (بیش از ۲۰۰۰ درجه سانتی‌گراد) بخار آب را به‌صورت دود سفید نمایان می‌کند، درحالی‌که دمای پایین‌تر دود خاکستری تولید می‌کند.

رطوبت: در محیط‌های مرطوب، بخار آب متراکم شده دود را سفیدتر یا خاکستری‌تر می‌کند.

تأثیر مواد محیطی

گردوغبار: انفجار در مناطق خشک و خاکی (مانند بیابان‌ها) ذرات خاک را بلند کرده و دود را خاکستری می‌کند.

مواد قابل‌اشتعال: حضور موادی مانند پلاستیک، نفت، یا چوب در محل انفجار، دود را به سمت سیاه شدن سوق می‌دهد.

تحلیل علمی رنگ دود از منظر فیزیک نور

پراکندگی نور و رنگ دود

رنگ دود به نحوه تعامل ذرات آن با نور بستگی دارد:

پراکندگی رایلی: ذرات کوچک (کمتر از ۱ میکرومتر) نور را به‌صورت یکنواخت پراکنده می‌کنند و دود سفید یا خاکستری روشن به نظر می‌رسد.

پراکندگی می: ذرات بزرگ‌تر (۱ تا ۱۰ میکرومتر) نور را به‌صورت انتخابی پراکنده می‌کنند و دود خاکستری یا سیاه دیده می‌شود.

جذب نور: دوده کربنی نور را جذب کرده و دود را سیاه نشان می‌دهد.

اندازه ذرات و غلظت

ذرات کوچک: مانند بخار آب یا اکسیدهای فلزی، دود سفید یا خاکستری روشن تولید می‌کنند.

ذرات بزرگ: مانند دوده یا گردوغبار، دود سیاه یا خاکستری تیره ایجاد می‌کنند.

غلظت: دود متراکم (با ذرات زیاد) تیره‌تر به نظر می‌رسد، درحالی‌که دود رقیق روشن‌تر است.

مثال‌های واقعی و مشاهدات میدانی

انفجار بندر بیروت (۲۰۲۰)

انفجار ۲۷۵۰ تن نیترات آمونیوم در بندر بیروت دود سفید غلیظی تولید کرد که نتیجه بخار آب و گازهای بی‌رنگ (CO₂، N₂) بود. با گسترش آتش به مواد قابل‌اشتعال محیط، دود به خاکستری و سپس سیاه تغییر کرد.

حملات هوایی در غزه

استفاده از مهمات فسفری توسط ارتش اسرائیل دود سفید متراکم ایجاد کرد، درحالی‌که بمباران مناطق شهری با بتن و سوخت، دود خاکستری و سیاه تولید کرد.

انفجارهای نظامی در سوریه

بمب‌های ترموباریک و مهمات حاوی آلومینیوم در حملات هوایی روسیه دود خاکستری مایل به نقره‌ای تولید کردند، درحالی‌که انفجار مخازن سوخت دود سیاه غلیظ ایجاد کرد.

نتیجه‌گیری: علم پشت رنگ دود

رنگ دود انفجارها نتیجه تعامل پیچیده‌ای بین ترکیب شیمیایی مواد منفجره، شرایط احتراق، و محیط انفجار است. دود سفید معمولاً از احتراق کامل یا موادی مانند فسفر و نیترات آمونیوم ناشی می‌شود و با بخار آب و پراکندگی نور همراه است.

دود سیاه از احتراق ناقص هیدروکربن‌ها و تولید دوده کربنی به وجود می‌آید، که نور را جذب می‌کند.

دود خاکستری ترکیبی از گردوغبار، اکسیدهای فلزی، و محصولات احتراق است که نور را به‌صورت ناهمگن پراکنده می‌کند. عوامل محیطی مانند اکسیژن، رطوبت، و دما نیز نقش مهمی در تعیین رنگ دود دارند. درک این فرآیندهای علمی نه‌تنها به تحلیل انفجارها کمک می‌کند، بلکه در طراحی مهمات و استراتژی‌های دفاعی نیز کاربرد دارد.