Ein Lauffeuer , Buschfeuer , Waldbrand oder ländliches Feuer ist ein ungeplantes, unerwünschtes, unkontrolliertes Feuer in einem Gebiet mit brennbarer Vegetation , das in ländlichen und städtischen Gebieten beginnt . [1] Abhängig von der Art der vorhandenen Vegetation kann ein Lauffeuer auch genauer als Waldbrand, Buschfeuer, Buschfeuer ( in Australien ), Wüstenbrand, Grasbrand, Hügelbrand, Torfbrand, Präriebrand, Vegetationsbrand klassifiziert werden oder Feldfeuer. [2] Viele Organisationen betrachten Waldbrände als ungeplantes und unerwünschtes Feuer, [3] als Waldbrandist ein weiter gefasster Begriff, der vorgeschriebenes Feuer sowie die Verwendung von Waldbränden (WFU; diese werden auch als überwachte Reaktionsbrände bezeichnet) umfasst. [3] [4]
Fossile Holzkohle weist darauf hin, dass Waldbrände kurz nach dem Auftreten von Landpflanzen vor 420 Millionen Jahren begannen. [5] Das Auftreten von Waldbränden in der Geschichte des terrestrischen Lebens lässt vermuten, dass Feuer ausgeprägte evolutionäre Auswirkungen auf die Flora und Fauna der meisten Ökosysteme gehabt haben muss. [6] Die Erde ist aufgrund ihrer kohlenstoffreichen Vegetation, des saisonal trockenen Klimas, des Luftsauerstoffs und der weit verbreiteten Blitz- und Vulkanzündungen ein an sich entflammbarer Planet. [6]
Waldbrände können hinsichtlich der Zündursache, ihrer physikalischen Eigenschaften, des vorhandenen brennbaren Materials und der Auswirkung des Wetters auf das Feuer charakterisiert werden. [7] Waldbrände können Sach- und Menschenschäden verursachen, obwohl natürlich vorkommende Waldbrände positive Auswirkungen auf die einheimische Vegetation, Tiere und Ökosysteme haben können, die sich durch Feuer entwickelt haben. [8] [9] Das Verhalten und der Schweregrad von Waldbränden resultieren aus einer Kombination von Faktoren wie verfügbaren Brennstoffen, physikalischer Umgebung und Wetter. [10] [11] [12] [13] Analysen historischer meteorologischer Daten und nationaler Brandaufzeichnungen im Westen Nordamerikas zeigen, dass das Klima Vorrang hat, wenn es darum geht, große regionale Brände über Regenperioden zu treiben, die erhebliche Brennstoffe erzeugen, oder Dürre und Erwärmung, die förderlich sind Feuerwetter. [14] Analysen meteorologischer Variablen zum Waldbrandrisiko haben gezeigt, dass die relative Luftfeuchtigkeit oder der Niederschlag in den letzten Jahren als gute Prädiktoren für die Vorhersage von Waldbränden verwendet werden können. [fünfzehn]
Ein Waldbrand mit hohem Schweregrad schafft einen komplexen frühen Waldlebensraum (auch als "Baumwaldlebensraum" bezeichnet), der häufig einen höheren Artenreichtum und eine höhere Artenvielfalt aufweist als ein unverbrannter alter Wald. Viele Pflanzenarten sind auf die Auswirkungen von Feuer für Wachstum und Fortpflanzung angewiesen. [16] Waldbrände in Ökosystemen, in denen Waldbrände selten sind oder in denen nicht heimische Vegetation eingedrungen ist, können stark negative ökologische Auswirkungen haben. [7]
Waldbrände gehören in einigen Regionen, darunter Sibirien , Kalifornien und Australien, zu den häufigsten Formen von Naturkatastrophen . [17] [18] [19] Gebiete mit mediterranem Klima oder im Taiga- Biom sind besonders anfällig.
In den Vereinigten Staaten und anderen Ländern hat die aggressive Unterdrückung von Waldbränden zur Minimierung von Bränden zur Anhäufung von Treibstoffladungen beigetragen und das Risiko großer, katastrophaler Brände erhöht. [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] Insbesondere in den Vereinigten Staaten hat diese Unterdrückung von Waldbränden die traditionellen Landbewirtschaftungsmethoden der indigenen Völker eingeschränkt. [29] [30] [31] Die moderne Waldbewirtschaftung unter ökologischen Gesichtspunkten führt zu kontrollierten Verbrennungen , um dieses Risiko zu mindern und die natürlichen Lebenszyklen der Wälder zu fördern.
Ursachen
Natürlich
Zu den wichtigsten natürlichen Ursachen von Waldbränden gehören: [32] [33]
- Erderwärmung
- trockenes Klima
- Blitz
- Vulkanausbruch
Menschliche Aktivität
Die häufigsten Ursachen von direkten menschlichen Lauffeuer Zündung umfassen arson , verworfen Zigaretten, Kraftlinien Bögen (wie durch detektierten arc Mapping ) und Funken von Ausrüstung. [34] [35] Unter den richtigen Bedingungen ist auch die Entzündung von Waldbränden durch Kontakt mit heißen Gewehrkugelfragmenten möglich. [36] Waldbrände können auch in Gemeinden mit wechselndem Anbau ausgelöst werden , in denen Land schnell gerodet und bewirtschaftet wird, bis der Boden an Fruchtbarkeit verliert, und Brandrodung . [37] Durch Abholzung gerodete Waldflächen fördern die Dominanz brennbarer Gräser, und verlassene Abholzungsstraßen, die von Vegetation bewachsen sind, können als Brandkorridore fungieren. Jährliche Grünlandbrände in Südvietnam sind teilweise auf die Zerstörung von Waldgebieten durch US-Militärherbizide , Sprengstoffe und mechanische Landräumungs- und Verbrennungsoperationen während des Vietnamkrieges zurückzuführen . [38]
Häufigkeit
Die häufigste Ursache für Waldbrände ist weltweit unterschiedlich. In Kanada und Nordwestchina ist der Blitz die Hauptzündquelle. In anderen Teilen der Welt trägt das menschliche Engagement maßgeblich dazu bei. In Afrika, Mittelamerika, Fidschi, Mexiko, Neuseeland, Südamerika und Südostasien können Waldbrände auf menschliche Aktivitäten wie Landwirtschaft, Tierhaltung und Verbrennung von Landumwandlungen zurückgeführt werden. In China und im Mittelmeerraum ist Unachtsamkeit des Menschen eine Hauptursache für Waldbrände. [39] [40] In den USA und Australien kann die Quelle von Waldbränden sowohl auf Blitzeinschläge als auch auf menschliche Aktivitäten (wie Maschinenfunken, weggeworfene Zigarettenkippen oder Brandstiftung ) zurückgeführt werden. [41] [42] Kohleflözbrände brennen zu Tausenden auf der ganzen Welt, beispielsweise in Burning Mountain , New South Wales; Centralia , Pennsylvania; und mehrere Kohlebrände in China . Sie können auch unerwartet aufflammen und in der Nähe befindliches brennbares Material entzünden. [43]
Vom Menschen verursachte Waldbrände machen 40% der Waldbrände in British Columbia aus und werden durch Aktivitäten wie offenes Brennen, den Einsatz von Motoren oder Fahrzeugen, das Fallenlassen brennender Substanzen wie Zigaretten oder andere Aktivitäten im Zusammenhang mit Menschen verursacht, die einen Funken erzeugen können oder eine Wärmequelle, die ausreicht, um ein verheerendes Feuer zu entzünden. [44] Im Jahr 2019 brannten in British Columbia Hunderte von Bränden, von denen ein Viertel von Menschen verursacht wurde. [45]
Ausbreitung
Die Ausbreitung von Waldbränden hängt vom vorhandenen brennbaren Material, seiner vertikalen Anordnung und dem Feuchtigkeitsgehalt sowie den Wetterbedingungen ab. [46] Die Anordnung und Dichte des Kraftstoffs wird teilweise von der Topographie bestimmt , da die Landform Faktoren wie verfügbares Sonnenlicht und Wasser für das Pflanzenwachstum bestimmt. Insgesamt können Brandarten im Allgemeinen durch ihre Brennstoffe wie folgt charakterisiert werden:
- Bodenbrände werden von unterirdischen Wurzeln, Duff und anderen vergrabenen organischen Stoffen gespeist . Dieser Kraftstofftyp ist aufgrund von Fleckenbildung besonders anfällig für Entzündungen. Bodenbrände brennen normalerweise durch Schwelen und können tagelang bis monatelang langsam brennen, wie Torfbrände in Kalimantan und Ost- Sumatra , Indonesien , die aus einem Projekt zur Schaffung von Reisland resultierten, bei dem der Torf unbeabsichtigt entwässert und getrocknet wurde. [47] [48] [49]
- Krabbeln oder Oberflächenbrände werden durch tief liegende Vegetation auf dem Waldboden wie Laub- und Holzabfälle, Trümmer, Gras und tief liegende Büsche angeheizt . [50] Diese Art von Feuer brennt häufig bei einer relativ niedrigen Temperatur als Kronenbrände (weniger als 400 ° C) und kann sich langsam ausbreiten, obwohl steile Hänge und Wind die Ausbreitungsrate beschleunigen können. [51]
- Leiterbrände verbrauchen Material zwischen niedriger Vegetation und Baumkronen, wie z. B. kleine Bäume, abgeholzte Baumstämme und Weinreben . Kudzu , Kletterfarn der Alten Welt und andere invasive Pflanzen , die Bäume erklimmen , können ebenfalls Leiterbrände fördern. [52]
- Krone , Baldachin oder aerial Feuer brennen Material am Vordach Höhe ausgesetzt, wie beispielsweise hohen Bäumen, Weinreben, und Moosen. Die Zündung eines Kronenfeuers, die als Krönung bezeichnet wird , hängt von der Dichte des suspendierten Materials, der Höhe des Baldachins, der Kontinuität des Baldachins, ausreichenden Oberflächen- und Leiterbränden, dem Feuchtigkeitsgehalt der Vegetation und den Wetterbedingungen während des Brandes ab. [53] Vom Menschen angezündete Feuer, die den Stand ersetzen, können sich im Amazonas-Regenwald ausbreiten und Ökosysteme schädigen, die für Hitze oder trockene Bedingungen nicht besonders geeignet sind. [54]
In Monsungebieten in Nordaustralien können sich Oberflächenbrände ausbreiten, auch über beabsichtigte Brandausbrüche, indem Holzstücke verbrannt oder geschwelt oder Grasbüschel verbrannt werden, die absichtlich von großen fliegenden Vögeln getragen werden, die daran gewöhnt sind, von Waldbränden ausgespülte Beute zu fangen. Betroffene Arten sind Schwarzmilan ( Milvus migrans ), Pfeifdrachen ( Haliastur sphenurus ) und Brauner Falke ( Falco berigora ). Einheimische Aborigines kennen dieses Verhalten seit langem, auch in ihrer Mythologie . [55]
Physikalische Eigenschaften
Waldbrände treten auf, wenn alle notwendigen Elemente einer Feuerwaffe in einem anfälligen Bereich zusammenkommen: Eine Zündquelle wird mit einem brennbaren Material wie Vegetation in Kontakt gebracht , das ausreichend Wärme ausgesetzt ist und über eine ausreichende Sauerstoffversorgung aus der Umgebungsluft verfügt . Ein hoher Feuchtigkeitsgehalt verhindert normalerweise die Zündung und verlangsamt die Ausbreitung, da höhere Temperaturen erforderlich sind, um Wasser im Material zu verdampfen und das Material bis zu seinem Brandpunkt zu erwärmen . [12] [56] Dichte Wälder bieten normalerweise mehr Schatten, was zu niedrigeren Umgebungstemperaturen und höherer Luftfeuchtigkeit führt und daher weniger anfällig für Waldbrände ist. [57] Weniger dichtes Material wie Gräser und Blätter lassen sich leichter entzünden, da sie weniger Wasser enthalten als dichteres Material wie Zweige und Stämme. [58] Pflanzen verlieren kontinuierlich Wasser durch Evapotranspiration , aber der Wasserverlust wird normalerweise durch vom Boden absorbiertes Wasser, Feuchtigkeit oder Regen ausgeglichen. [59] Wenn dieses Gleichgewicht nicht aufrechterhalten wird, trocknen die Pflanzen aus und sind daher brennbarer, was häufig auf Dürren zurückzuführen ist. [60] [61]
Ein Lauffeuer Vorderseite ist der Teil kontinuierliche flammende Verbrennung unterstützenden , in den unverbranntes Material aktive Flammen oder den erfüllt Schwelbränden Übergang zwischen unverbranntem Material und verbrannt. [62] Wenn sich die Front nähert, erwärmt das Feuer sowohl die Umgebungsluft als auch das Holzmaterial durch Konvektion und Wärmestrahlung . Zunächst wird Holz getrocknet, während Wasser bei einer Temperatur von 100 ° C (212 ° F) verdampft wird. Als nächstes setzt die Pyrolyse von Holz bei 230 ° C (450 ° F) brennbare Gase frei. Schließlich kann Holz bei 380 ° C schwelen oder sich bei ausreichender Erwärmung bei 590 ° C entzünden. [63] [64] Noch bevor die Flammen eines Lauffeuers an einem bestimmten Ort eintreffen, erwärmt die Wärmeübertragung von der Waldbrandfront die Luft auf 800 ° C (1.470 ° F), wodurch brennbare Materialien vorgewärmt und getrocknet werden, wodurch Materialien entstehen schneller entzünden und das Feuer schneller ausbreiten lassen. [58] [65] Waldbrände bei hohen Temperaturen und langer Dauer können zu Überschlägen oder Fackeln führen : das Trocknen von Baumkronen und deren anschließende Entzündung von unten. [66]
Waldbrände haben eine schnelle Ausbreitungsrate (FROS), wenn sie durch dichte, ununterbrochene Brennstoffe verbrennen. [67] Sie können sich in Wäldern mit einer Geschwindigkeit von 10,8 km / h und in Grasland mit einer Geschwindigkeit von 22 km / h bewegen. [68] Waldbrände kann tangential zu der Hauptfront vorrücken , um eine flankierende vorne oder brennen in der entgegengesetzten Richtung der Hauptfront durch Träger . [69] Sie auch verbreiten kann durch Springen oder Spek als Winde und vertikale Konvektion Säulen tragen Hitzköpfe (hot Holz Glut) und andere brennende Materialien durch die Luft über Straßen, Flüsse und andere Hindernisse , die sonst als wirken Abschottungen . [70] [71] Fackeln und Brände in Baumkronen fördern das Erkennen, und trockene Grundbrennstoffe um ein verheerendes Feuer sind besonders anfällig für die Entzündung durch Feuerbrände. [72] Spek kann schaffen Spot Feuer als heiße Glut und Hitzköpfe Brennstoffe Abwind vom Feuer entzünden. Bei australischen Buschbränden ist bekannt, dass Punktbrände bis zu 20 Kilometer von der Feuerfront entfernt auftreten. [73]
Die Häufigkeit großer, nicht enthaltener Waldbrände in Nordamerika hat in den letzten Jahren zugenommen und sich sowohl auf städtische als auch auf landwirtschaftlich ausgerichtete Gebiete erheblich ausgewirkt . Die physischen Schäden und der Gesundheitsdruck, die nach unkontrollierten Bränden entstanden sind, haben insbesondere die Betreiber von landwirtschaftlichen Betrieben und Ranches in den betroffenen Gebieten am Boden zerstört, was die Gemeinschaft der Gesundheitsdienstleister und Befürworter der Versorgung dieser spezialisierten Berufsbevölkerung beunruhigt . [74]
Besonders große Waldbrände Luftströme in ihrer unmittelbaren Nachbarschaft durch die beeinflussen können Kamineffekt : Luft steigt , wie es erhitzt wird, und große Waldbrände schaffen leistungsfähige Aufwinde das wird in zeichnen neue, kühlere Luft aus der Umgebung in thermischen Spalten . [75] Große vertikale Temperatur- und Feuchtigkeitsunterschiede fördern Pyrocumuluswolken , starke Winde und Feuerwirbel mit der Kraft von Tornados bei Geschwindigkeiten von mehr als 80 Stundenkilometern. [76] [77] [78] Schnelle Ausbreitungsraten, produktive Krönung oder Fleckenbildung, das Vorhandensein von Feuerwirbeln und starke Konvektionssäulen bedeuten extreme Bedingungen. [79]
Die thermische Hitze eines Lauffeuers kann zu einer erheblichen Verwitterung von Steinen und Felsbrocken führen, Hitze kann einen Felsbrocken schnell ausdehnen und es kann zu einem thermischen Schock kommen, der zum Versagen der Struktur eines Objekts führen kann.
Einfluss des Klimas
Hitzewellen , Dürren , Klimavariabilität wie El Niño und regionale Wettermuster wie Hochdruckkämme können das Risiko erhöhen und das Verhalten von Waldbränden dramatisch verändern. [80] [81] [82] Jahre Niederschlag, gefolgt von warmen Perioden, können zu weiter verbreiteten Bränden und längeren Feuerzeiten führen. [83] Seit Mitte der 1980er Jahre war die frühere Schneeschmelze und die damit verbundene Erwärmung auch mit einer Zunahme der Länge und Schwere der Waldbrandsaison oder der feuergefährdetsten Zeit des Jahres [84] im Westen der Vereinigten Staaten verbunden . [85] Die globale Erwärmung kann in vielen Gebieten die Intensität und Häufigkeit von Dürren erhöhen und zu intensiveren und häufigeren Waldbränden führen. [7] Eine Studie aus dem Jahr 2019 zeigt, dass der Anstieg des Brandrisikos in Kalifornien möglicherweise auf den vom Menschen verursachten Klimawandel zurückzuführen ist . [86] Eine Studie über alluviale Sedimentablagerungen , die über 8.000 Jahre zurückreicht, ergab, dass in wärmeren Klimazonen schwere Dürreperioden und Brände auftraten, und dass das Klima einen so starken Einfluss auf Waldbrände hatte, dass der Versuch, die Waldstruktur der Vorsiedlung wiederherzustellen, in einer wärmeren Zukunft wahrscheinlich unmöglich ist . [87]
Die Intensität nimmt auch tagsüber zu. Die Verbrennungsraten von schwelenden Stämmen sind tagsüber aufgrund niedrigerer Luftfeuchtigkeit, erhöhter Temperaturen und erhöhter Windgeschwindigkeiten bis zu fünfmal höher. [88] Sonnenlicht erwärmt den Boden tagsüber und erzeugt Luftströmungen, die bergauf wandern. Nachts kühlt sich das Land ab und erzeugt Luftströmungen, die bergab wandern. Waldbrände werden von diesen Winden angefacht und folgen oft den Luftströmungen über Hügel und durch Täler. [89] Brände in Europa treten häufig in den Stunden von 12:00 Uhr und 14:00 Uhr auf. [90] Wildfire-Unterdrückungsmaßnahmen in den USA drehen sich aufgrund des Vorhersehbaren um einen 24-Stunden- Feuertag , der um 10:00 Uhr beginnt Intensitätsanstieg aufgrund der Tageswärme. [91]
Im Sommer 1974-1975 (südliche Hemisphäre) erlitt Australien das schlimmste verheerende verheerende Feuer, als 15% der australischen Landmasse "ausgedehnten Brandschaden" erlitten. [92] Brände in diesem Sommer verbrannten schätzungsweise 117 Millionen Hektar (290 Millionen Morgen ; 1.170.000 Quadratkilometer ; 450.000 Quadratmeilen ). [93] [94]
Im Jahr 2019 verursachten extreme Hitze und Trockenheit massive Waldbrände in Sibirien , Alaska , den Kanarischen Inseln , Australien und im Amazonas-Regenwald . Die Brände in letzterem wurden hauptsächlich durch illegalen Holzeinschlag verursacht. Der Rauch der Brände breitete sich auf riesigen Gebieten einschließlich Großstädten aus und verringerte die Luftqualität dramatisch. [95]
Ab August 2020 waren die Waldbrände im Jahr 13% schlechter als im Jahr 2019, hauptsächlich aufgrund des Klimawandels und der Entwaldung . [96] Die Existenz des Amazonas-Regenwaldes ist durch Brände bedroht, von denen einige kriminelle Brandstiftungen sein können. [97] [98] [99] [100] Laut Mike Barrett, Exekutivdirektor für Wissenschaft und Naturschutz beim WWF-UK, verlieren wir den Kampf gegen den Klimawandel, wenn dieser Regenwald zerstört wird. Es wird kein Zurück mehr geben. [96]
Emissionen
Waldbrände setzen große Mengen an Kohlendioxid, schwarzen und braunen Kohlenstoffpartikeln und Ozonvorläufern wie flüchtigen organischen Verbindungen und Stickoxiden (NOx) in die Atmosphäre frei. Diese Emissionen wirken sich auf regionaler und sogar globaler Ebene auf Strahlung, Wolken und Klima aus. Waldbrände emittieren auch erhebliche Mengen an schwerflüchtigen organischen Spezies, die sich über Stunden bis Tage nach der Emission aus der Gasphase unter Bildung eines sekundären organischen Aerosols (SOA) verteilen können. Darüber hinaus kann die Bildung der anderen Schadstoffe beim Lufttransport zu schädlichen Expositionen für Populationen in Regionen führen, die weit entfernt von Waldbränden liegen. [101] Während direkte Emissionen schädlicher Schadstoffe Ersthelfer und Anwohner betreffen können, kann Waldbrandrauch auch über große Entfernungen transportiert werden und die Luftqualität auf lokaler, regionaler und globaler Ebene beeinflussen. [102] Ob transportierte Rauchwolken für die Oberflächenluftqualität relevant sind, hängt davon ab, wo sie in der Atmosphäre vorhanden sind, was wiederum von der anfänglichen Einspritzhöhe der konvektiven Rauchwolke in die Atmosphäre abhängt. Rauch, der über der planetaren Grenzschicht (PBL) injiziert wird, kann von weltraumgestützten Satelliten aus erkannt werden und eine Rolle bei der Veränderung des Energiebudgets der Erde spielen, würde sich jedoch nicht an der Oberfläche vermischen, wo er die Luftqualität und die menschliche Gesundheit beeinträchtigen würde. Alternativ kann Rauch, der auf eine flache PBL beschränkt ist (durch nächtliche stabile Schichtung der Atmosphäre oder Geländefallen), besonders konzentriert und für die Oberflächenluftqualität problematisch werden. Die Intensität des Waldbrands und die Rauchemissionen sind während der gesamten Lebensdauer des Feuers nicht konstant und folgen in der Regel einem Tageszyklus , der am späten Nachmittag und am frühen Abend seinen Höhepunkt erreicht und der unter Verwendung einer monomodalen oder bimodalen Normalverteilung angemessen angenähert werden kann . [103]
Im letzten Jahrhundert haben Waldbrände 20 bis 25% der weltweiten Kohlenstoffemissionen verursacht, der Rest aus menschlichen Aktivitäten. [104] Die globalen Kohlenstoffemissionen von Waldbränden bis August 2020 entsprachen den durchschnittlichen jährlichen Emissionen der Europäischen Union . [96] Im Jahr 2020 war der durch die Waldbrände in Kalifornien freigesetzte Kohlenstoff erheblich höher als die anderen Kohlenstoffemissionen des Staates. [105]
Ökologie
Das Auftreten von Wildfire in der Geschichte des irdischen Lebens lässt vermuten, dass Feuer ausgeprägte evolutionäre Auswirkungen auf die Flora und Fauna der meisten Ökosysteme gehabt haben muss. [6] Waldbrände treten häufig in Klimazonen auf, die ausreichend feucht sind, um das Wachstum der Vegetation zu ermöglichen, aber längere trockene, heiße Perioden aufweisen. [16] Zu diesen Orten gehören die Vegetationsgebiete Australiens und Südostasiens , die Steppe im südlichen Afrika, die Fynbos am Westkap Südafrikas, die Waldgebiete der Vereinigten Staaten und Kanadas sowie das Mittelmeerbecken .
Ein Waldbrand mit hohem Schweregrad schafft einen komplexen frühen Waldlebensraum (auch als „Waldstau-Lebensraum“ bezeichnet), der häufig einen höheren Artenreichtum und eine höhere Artenvielfalt aufweist als unverbrannter alter Wald. [8] Pflanzen- und Tierarten in den meisten Arten nordamerikanischer Wälder entwickelten sich durch Feuer, und viele dieser Arten sind auf Waldbrände und insbesondere auf Brände mit hoher Schwere angewiesen, um sich zu vermehren und zu wachsen. Feuer hilft dabei, Nährstoffe aus Pflanzenmaterial in den Boden zurückzuführen, die Hitze des Feuers ist für die Keimung bestimmter Arten von Samen erforderlich, und die durch schwere Brände verursachten Baumstümpfe und frühen Sukzessionswälder schaffen Lebensraumbedingungen, die vorteilhaft sind zu Wildtieren. [8] Frühe Sukzessionswälder, die durch hochgradige Brände entstanden sind, unterstützen einige der höchsten Artenvielfalt in gemäßigten Nadelwäldern. [9] [106] Die Protokollierung nach dem Brand hat keine ökologischen Vorteile und viele negative Auswirkungen. Gleiches gilt häufig für die Aussaat nach dem Brand. [107]
Obwohl einige Ökosysteme auf natürlich vorkommende Brände angewiesen sind, um das Wachstum zu regulieren, leiden einige Ökosysteme unter zu viel Feuer, wie der Chaparral in Südkalifornien und Wüsten in tieferen Lagen im amerikanischen Südwesten. Die erhöhte Feuerhäufigkeit in diesen normalerweise feuerabhängigen Gebieten hat die natürlichen Kreisläufe gestört, die einheimischen Pflanzengemeinschaften geschädigt und das Wachstum nicht heimischer Unkräuter gefördert. [108] [109] [110] [111] Invasive Arten wie Lygodium microphyllum und Bromus tectorum können in Gebieten, die durch Brände beschädigt wurden, schnell wachsen. Da sie leicht entflammbar sind, können sie das zukünftige Brandrisiko erhöhen und eine positive Rückkopplungsschleife erzeugen, die die Feuerfrequenz erhöht und die einheimischen Vegetationsgemeinschaften weiter verändert. [52] [112]
Im Amazonas-Regenwald schädigen Dürre, Holzeinschlag, Viehzucht und Brandrodung die feuerfesten Wälder und fördern das Wachstum brennbarer Bürsten, wodurch ein Kreislauf entsteht, der mehr Verbrennung fördert. [113] Brände im Regenwald bedrohen die Ansammlung verschiedener Arten und produzieren große Mengen an CO 2 . [114] Außerdem können Brände im Regenwald zusammen mit Dürre und menschlicher Beteiligung bis zum Jahr 2030 mehr als die Hälfte des Amazonas-Regenwaldes beschädigen oder zerstören. [115] Waldbrände erzeugen Asche, verringern die Verfügbarkeit organischer Nährstoffe und verursachen eine Erhöhung des Wasserabflusses, Erosion anderer Nährstoffe und Schaffung von Sturzflutbedingungen . [46] [116] Ein Lauffeuer von 2003 in den North Yorkshire Moors verbrannte 2,5 Quadratkilometer Heidekraut und die darunter liegenden Torfschichten . Danach entfernte die Winderosion die Asche und den freiliegenden Boden und enthüllte archäologische Überreste aus dem Jahr 10.000 vor Christus. [117] Waldbrände können sich auch auf den Klimawandel auswirken, indem sie die in die Atmosphäre freigesetzte Kohlenstoffmenge erhöhen und das Vegetationswachstum hemmen, was sich auf die gesamte Kohlenstoffaufnahme der Pflanzen auswirkt. [118]
In der Tundra gibt es ein natürliches Muster der Ansammlung von Treibstoff und Lauffeuer, das je nach Art der Vegetation und des Geländes variiert. Untersuchungen in Alaska haben gezeigt, dass die Intervalle für die Rückkehr von Brandereignissen (FRIs) typischerweise zwischen 150 und 200 Jahren variieren, wobei trockenere Tieflandgebiete häufiger brennen als feuchtere Hochlandgebiete. [119]
Pflanzenanpassung
Pflanzen in Ökosystemen, die zu Waldbränden neigen, überleben häufig durch Anpassung an ihr lokales Brandregime . Solche Anpassungen umfassen physischen Schutz vor Hitze, erhöhtes Wachstum nach einem Brandereignis und brennbare Materialien, die das Feuer fördern und den Wettbewerb ausschalten können . Zum Beispiel enthalten Pflanzen der Gattung Eukalyptus brennbare Öle, die Feuer und harte Sklerophyllblätter dazu anregen, Hitze und Trockenheit zu widerstehen, wodurch ihre Dominanz gegenüber weniger feuertoleranten Arten sichergestellt wird. [120] [121] Dichte Rinde, das Abwerfen niedrigerer Äste und ein hoher Wassergehalt in äußeren Strukturen können Bäume auch vor steigenden Temperaturen schützen. [16] Die feuerfesten Samen und Reserve schießt dass sprießen nach einem Brand Arterhaltung zu fördern, wie verkörperte Pionierarten . Rauch, verkohltes Holz und Hitze können die Keimung von Samen in einem als Serotin bezeichneten Prozess stimulieren . [122] Die Exposition gegenüber Rauch brennender Pflanzen fördert die Keimung bei anderen Pflanzenarten, indem sie die Produktion des Orangenbutenolids induziert . [123]
Es wird angenommen, dass Grasland in West- Sabah , malaysische Kiefernwälder und indonesische Casuarina- Wälder aus früheren Feuerperioden stammen. [124] Chamise Totholzstreu ist wasserarm und brennbar, und der Strauch sprießt nach einem Brand schnell. [16] Kaplilien ruhen, bis Flammen die Decke wegbürsten und dann fast über Nacht blühen. [125] Sequoia ist auf regelmäßige Brände angewiesen, um die Konkurrenz zu verringern, Samen aus ihren Zapfen freizusetzen und den Boden und den Baldachin für neues Wachstum zu räumen. [126] Karibische Kiefer in bahamischen Kiefernhöfen haben sich an Oberflächenbrände geringer Intensität angepasst und sind auf diese angewiesen, um zu überleben und zu wachsen. Eine optimale Feuerfrequenz für das Wachstum liegt alle 3 bis 10 Jahre. Zu häufige Brände begünstigen krautige Pflanzen , und seltene Brände begünstigen Arten, die typisch für bahamische Trockenwälder sind . [127]
Atmosphärische Effekte
Der größte Teil des Wetters und der Luftverschmutzung der Erde befindet sich in der Troposphäre , dem Teil der Atmosphäre, der sich von der Oberfläche des Planeten bis zu einer Höhe von etwa 10 Kilometern erstreckt. Der vertikale Auftrieb eines schweren Gewitters oder Pyrocumulonimbus kann im Bereich eines großen Lauffeuers verstärkt werden, das Rauch, Ruß und andere Partikel so hoch wie die untere Stratosphäre befördern kann . [128] Zuvor war die vorherrschende wissenschaftliche Theorie der Ansicht, dass die meisten Partikel in der Stratosphäre von Vulkanen stammten , Rauch und andere Waldbrandemissionen jedoch aus der unteren Stratosphäre nachgewiesen wurden. [129] Pyrocumuluswolken können über Waldbränden eine Höhe von 6.100 Metern erreichen. [130] Die Satellitenbeobachtung von Rauchwolken aus Waldbränden ergab, dass die Rauchwolken über Entfernungen von mehr als 1.600 Kilometern intakt verfolgt werden konnten. [131] Computergestützte Modelle wie CALPUFF können mithilfe der Modellierung der atmosphärischen Dispersion dazu beitragen, die Größe und Richtung von durch Waldbrände erzeugten Rauchfahnen vorherzusagen . [132]
Waldbrände können die lokale Luftverschmutzung beeinflussen [133] und Kohlenstoff in Form von Kohlendioxid freisetzen. [134] Waldbrandemissionen enthalten Feinstaub, der Herz-Kreislauf- und Atemprobleme verursachen kann. [135] Erhöhte Brandnebenprodukte in der Troposphäre können die Ozonkonzentration über sichere Werte hinaus erhöhen. [136] Waldbrände in Indonesien im Jahr 1997 wurden schätzungsweise zwischen 0,81 und 2,57 Giga freigegeben haben Tonnen (0,89 und 2,83 Milliarden short ton ) von CO 2 in die Atmosphäre, die zwischen 13% -40% der jährlichen weltweiten Kohlendioxidemissionen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe. [137] [138] Im Juni und Juli 2019 stießen Brände in der Arktis laut einer Analyse von CAMS mehr als 140 Megatonnen Kohlendioxid aus. Um dies ins rechte Licht zu rücken, entspricht dies der gleichen Menge an Kohlenstoff, die 36 Millionen Autos pro Jahr ausstoßen. Aufgrund der jüngsten Waldbrände und ihrer massiven CO2-Emissionen ist es wichtig, diese bei der Umsetzung von Maßnahmen zur Erreichung der mit dem Pariser Klimaabkommen vereinbarten Ziele zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen zu berücksichtigen . [139] Aufgrund der komplexen oxidativen Chemie, die beim Transport von Waldbrandrauch in die Atmosphäre auftritt, [140] wurde angegeben, dass die Toxizität von Emissionen mit der Zeit zunimmt. [141] [142]
Atmosphärische Modelle legen nahe, dass diese Konzentrationen an rußigen Partikeln die Absorption der einfallenden Sonnenstrahlung während der Wintermonate um bis zu 15% erhöhen könnten . [143] Der Amazonas hält schätzungsweise rund 90 Milliarden Tonnen Kohlenstoff. Ab 2019 hat die Erdatmosphäre 415 ppm Kohlenstoff, und die Zerstörung des Amazonas würde etwa 38 ppm hinzufügen. [144]
Geschichte
Der erste Hinweis auf Waldbrände sind Rhyniophytoid- Pflanzenfossilien, die als Holzkohle konserviert wurden und in den walisischen Grenzen aus der silurischen Zeit (vor etwa 420 Millionen Jahren ) entdeckt wurden. Schwelende Oberflächenbrände begannen einige Zeit vor der frühen Devon- Zeit vor 405 Millionen Jahren . Niedriger Luftsauerstoff während des mittleren und späten Devon ging mit einer Abnahme der Holzkohlehäufigkeit einher. [145] [146] Zusätzliche Hinweise auf Holzkohle deuten darauf hin, dass die Brände während der Karbonperiode andauerten . Später ging der allgemeine Anstieg des Luftsauerstoffs von 13% im späten Devon auf 30–31% im späten Perm mit einer breiteren Verbreitung von Waldbränden einher. [147] Später erklärt sich eine Abnahme der Holzkohlevorkommen im Zusammenhang mit Waldbränden vom späten Perm bis zur Trias durch eine Abnahme des Sauerstoffgehalts. [148]
Waldbrände während des Paläozoikums und des Mesozoikums folgten ähnlichen Mustern wie Brände, die in der Neuzeit auftreten. Oberflächenbrände, die durch Trockenzeiten verursacht werden [ Klärung erforderlich ], sind in devonischen und karbonhaltigen Progymnospermwäldern zu beobachten . Lepidodendronwälder aus der Karbonzeit haben verkohlte Gipfel, Hinweise auf Kronenbrände. In Jurassic Gymnosperm- Wäldern gibt es Hinweise auf hochfrequente, leichte Oberflächenbrände. [148] Die Zunahme der Feueraktivität im späten Tertiär [149] ist möglicherweise auf die Zunahme von Gräsern vom Typ C 4 zurückzuführen . Als sich diese Gräser in mesischere Lebensräume verlagerten, erhöhte ihre hohe Entflammbarkeit die Feuerfrequenz und förderte Grasland über Wäldern. [150] Feuergefährdete Lebensräume haben jedoch möglicherweise zur Bedeutung von Bäumen wie den Gattungen Eukalyptus , Pinus und Sequoia beigetragen , die eine dicke Rinde aufweisen, um Bränden standzuhalten und Pyriszenz anzuwenden . [151] [152]
Menschliche Beteiligung
Die menschliche Nutzung von Feuer für landwirtschaftliche und Jagdzwecke während des Paläolithikums und des Mesolithikums veränderte die bereits existierenden Landschaften und Feuerregime. Die Wälder wurden nach und nach durch eine kleinere Vegetation ersetzt, die das Reisen, Jagen, Sammeln von Samen und Pflanzen erleichterte. [153] In der aufgezeichneten Menschheitsgeschichte wurden geringfügige Anspielungen auf Waldbrände in der Bibel und von klassischen Schriftstellern wie Homer erwähnt . Obwohl die alten hebräischen, griechischen und römischen Schriftsteller sich der Brände bewusst waren, interessierten sie sich nicht sehr für die unkultivierten Gebiete, in denen Waldbrände auftraten. [154] [155] Wildfires wurden in Schlachten der Geschichte der Menschheit wie verwendet frühe thermische Waffen . Ab dem Mittelalter wurden Berichte über das Verbrennen am Arbeitsplatz sowie über Bräuche und Gesetze geschrieben, die den Einsatz von Feuer regelten. In Deutschland wurde 1290 im Odenwald und 1344 im Schwarzwald eine regelmäßige Verbrennung dokumentiert . [156] Im Sardinien des 14. Jahrhunderts wurden Brandausbrüche zum Schutz vor Waldbränden eingesetzt. In Spanien wurde in den 1550er Jahren die Schafzucht in bestimmten Provinzen von Philipp II. Wegen der schädlichen Auswirkungen von Bränden, die bei der Transhumanz eingesetzt wurden, entmutigt . [154] [155] Bereits im 17. Jahrhundert wurde beobachtet, wie Indianer Feuer für viele Zwecke einsetzten, einschließlich Kultivierung, Signalisierung und Kriegsführung. Der schottische Botaniker David Douglas bemerkte die einheimische Verwendung von Feuer für den Tabakanbau, um Hirsche zu Jagdzwecken in kleinere Gebiete zu locken und die Nahrungssuche für Honig und Heuschrecken zu verbessern. In Sedimentablagerungen vor der Pazifikküste Mittelamerikas gefundene Holzkohle deutet darauf hin, dass in den 50 Jahren vor der spanischen Kolonialisierung Amerikas mehr Verbrennungen aufgetreten sind als nach der Kolonialisierung. [157] In der baltischen Region nach dem Zweiten Weltkrieg führten sozioökonomische Veränderungen zu strengeren Luftqualitätsstandards und Brandverboten, durch die traditionelle Verbrennungspraktiken beseitigt wurden. [156] Mitte des 19. Jahrhunderts beobachteten Entdecker der HMS Beagle australische Aborigines , die Feuer zur Bodenreinigung, Jagd und Regeneration von Pflanzennahrung verwendeten. Diese Methode wurde später als Feuerstockzucht bezeichnet . [158] In den vom Kakadu-Nationalpark geschützten Gebieten wird seit Jahrhunderten so vorsichtig mit Feuer umgegangen , um die biologische Vielfalt zu fördern. [159]
Waldbrände traten typischerweise in Zeiten erhöhter Temperatur und Trockenheit auf. Eine Zunahme des feuerbedingten Trümmerflusses in Schwemmfächern des nordöstlichen Yellowstone-Nationalparks war mit der Zeit zwischen 1050 und 1200 n. Chr. Verbunden, die mit der mittelalterlichen Warmzeit zusammenfiel . [160] Der menschliche Einfluss führte jedoch zu einer Erhöhung der Feuerfrequenz. Dendrochronologische Brandnarben- und Holzkohleschichtdaten in Finnland legen nahe, dass während viele Brände unter schweren Dürrebedingungen auftraten, ein Anstieg der Anzahl von Bränden während 850 v. Chr. Und 1660 n. Chr. Auf menschlichen Einfluss zurückzuführen ist. [161] Holzkohle-Beweise aus Amerika deuteten auf einen allgemeinen Rückgang der Waldbrände zwischen 1 n. Chr. Und 1750 im Vergleich zu den Vorjahren hin. Eine Periode erhöhter Brandhäufigkeit zwischen 1750 und 1870 wurde jedoch von Holzkohle-Daten aus Nordamerika und Asien vorgeschlagen, die auf das Bevölkerungswachstum und Einflüsse wie Landräumungspraktiken zurückzuführen sind. Diesem Zeitraum folgte im 20. Jahrhundert ein allgemeiner Rückgang der Verbrennung, der mit der Ausweitung der Landwirtschaft, der verstärkten Beweidung von Nutztieren und den Brandschutzbemühungen verbunden war. [162] Eine Metaanalyse ergab, dass in Kalifornien vor 1800 jährlich 17 Mal mehr Land verbrannt wurde als in den letzten Jahrzehnten (1.800.000 Hektar / Jahr im Vergleich zu 102.000 Hektar / Jahr). [163]
Laut einem in Science veröffentlichten Artikel ging die Zahl der natürlichen und vom Menschen verursachten Brände zwischen 1998 und 2015 um 24,3% zurück. Forscher erklären, dass dies ein Übergang vom Nomadismus zu einem festen Lebensstil und eine Intensivierung der Landwirtschaft ist , die zu einem Rückgang des Einsatzes von Feuer führt zur Rodung. [164] [165]
Die Zunahme bestimmter einheimischer Baumarten (dh Nadelbäume ) zugunsten anderer (dh Blattbäume) erhöht auch das Waldbrandrisiko, insbesondere wenn diese Bäume auch in Monokulturen gepflanzt werden [166] [167].
Einige invasive Arten , die vom Menschen eingezogen wurden (dh für die Zellstoff- und Papierindustrie ), haben in einigen Fällen auch die Intensität von Waldbränden erhöht. Beispiele hierfür sind Arten wie Eukalyptus in Kalifornien [168] [169] und Gambengras in Australien.
Verhütung
Wildfire Prevention bezieht sich auf die präventiven Methoden, die darauf abzielen, das Brandrisiko zu verringern sowie dessen Schwere und Ausbreitung zu verringern. [170] Präventionstechniken zielen darauf ab, die Luftqualität zu steuern, ökologische Gleichgewichte aufrechtzuerhalten, Ressourcen zu schützen [112] und zukünftige Brände zu beeinflussen. [171] Die nordamerikanische Brandbekämpfungspolitik erlaubt das Verbrennen von Bränden auf natürliche Weise, um ihre ökologische Rolle zu erhalten, solange das Risiko einer Flucht in hochwertige Gebiete gemindert wird. [172] Präventionsmaßnahmen müssen jedoch die Rolle berücksichtigen, die Menschen bei Waldbränden spielen, da beispielsweise 95% der Waldbrände in Europa auf die Beteiligung von Menschen zurückzuführen sind. [173] Zu den von Menschen verursachten Brandquellen können Brandstiftung, versehentliche Entzündung oder die unkontrollierte Verwendung von Feuer bei der Rodung und Landwirtschaft wie der Brandrodung in Südostasien gehören. [174]
1937 initiierte US-Präsident Franklin D. Roosevelt eine landesweite Brandschutzkampagne, in der die Rolle der Nachlässigkeit des Menschen bei Waldbränden hervorgehoben wurde. Spätere Plakate des Programms zeigten Uncle Sam , Charaktere aus dem Disney-Film Bambi und das offizielle Maskottchen des US Forest Service , Smokey Bear . [175] Die Reduzierung von durch Menschen verursachten Zündungen kann das wirksamste Mittel sein, um unerwünschte Waldbrände zu reduzieren. Eine Änderung der Brennstoffe wird üblicherweise vorgenommen, wenn versucht wird, das zukünftige Brandrisiko und -verhalten zu beeinflussen. [46] Programme zur Verhütung von Waldbränden auf der ganzen Welt können Techniken wie den Einsatz von Waldbränden und vorgeschriebene oder kontrollierte Verbrennungen anwenden . [176] [177] Die Verwendung von Waldbränden bezieht sich auf alle Brände natürlicher Ursachen, die überwacht werden, aber brennen dürfen. Kontrollierte Verbrennungen sind Brände, die von Regierungsbehörden unter weniger gefährlichen Wetterbedingungen entzündet werden. [178]
Die Strategien zur Verhütung, Erkennung, Kontrolle und Unterdrückung von Waldbränden haben sich im Laufe der Jahre verändert. [179] Eine gängige und kostengünstige Technik zur Verringerung des Risikos unkontrollierter Waldbrände ist das kontrollierte Verbrennen : Sie zünden absichtlich kleinere, weniger intensive Brände an, um die Menge an brennbarem Material zu minimieren, die für ein potenzielles Waldbrand verfügbar ist. [180] [181] Vegetation kann regelmäßig verbrannt werden, um die Ansammlung von Pflanzen und anderen Abfällen, die als Brennstoff dienen können, zu begrenzen und gleichzeitig eine hohe Artenvielfalt aufrechtzuerhalten. [182] [183] Jan Van Wagtendonk, Biologe an der Yellowstone Field Station, behauptet, Wildfire selbst sei "die wirksamste Behandlung zur Verringerung der Ausbreitungsrate, der Intensität der Feuerlinie, der Flammenlänge und der Wärme eines Feuers pro Flächeneinheit". [184] Während andere Leute behaupten, dass kontrollierte Verbrennungen und die Politik, einige Waldbrände verbrennen zu lassen, die billigste Methode und eine ökologisch angemessene Politik für viele Wälder sind, neigen sie dazu, den wirtschaftlichen Wert der vom Feuer verbrauchten Ressourcen nicht zu berücksichtigen , insbesondere handelsübliches Holz. [107] Einige Studien kommen zu dem Schluss, dass Brennstoffe zwar auch durch Protokollierung entfernt werden können, solche Ausdünnungsbehandlungen jedoch unter extremen Wetterbedingungen möglicherweise nicht wirksam zur Verringerung der Brandschwere beitragen. [185]
Multi-Agency-Studien, die vom US-Landwirtschaftsministerium, der US Forest Service Pacific Northwest Research Station und der School of Forestry sowie dem Bureau of Business and Economic Research an der University of Montana durchgeführt wurden, durch strategische Bewertungen der Brandgefahr und der Die potenzielle Wirksamkeit und die Kosten verschiedener Behandlungen zur Gefahrenreduzierung zeigen deutlich, dass die effektivste Strategie zur Reduzierung der Waldbrandgefahr kurz- und langfristig und bei weitem die kostengünstigste Methode zur langfristigen Minderung des Waldbrandrisikos ein umfassender Kraftstoff ist Reduktionsstrategie, die das mechanische Entfernen von überbestückten Bäumen durch kommerzielles Abholzen und nichtkommerzielles Ausdünnen ohne Einschränkung der Größe der entfernten Bäume beinhaltet, was zu erheblich besseren Langzeitergebnissen im Vergleich zu einem nichtkommerziellen "Thin Below" -Vorgang oder einem kommerzieller Holzeinschlag mit Durchmesserbeschränkungen. Beginnend mit einem Wald mit einem "hohen Brandrisiko" und einem Krönungsindex vor der Behandlung von 21 führte die "dünne von unten" -Praxis, nur sehr kleine Bäume zu entfernen, zu einem sofortigen Krönungsindex von 43 mit 29% des Pfostens -Behandlungsgebiet sofort als "geringes Risiko" eingestuft und nur 20% des Behandlungsgebiets nach 30 Jahren als "geringes Risiko" eingestuft, zu einem Preis (wirtschaftlicher Nettoverlust) von 439 USD pro behandeltem Morgen. Ausgehend von einem Wald mit "hohem Brandrisiko" und einem Krönungsindex von 21 führte die Strategie der nichtkommerziellen Ausdünnung und des kommerziellen Holzeinschlags mit Größenbeschränkungen zu einem Krönungsindex von 43 unmittelbar nach der Behandlung mit 67% der Fläche gilt als "geringes Risiko" und 56% der Fläche bleiben nach 30 Jahren risikoarm, zu Kosten (wirtschaftlicher Nettoverlust) von 368 USD pro behandeltem Morgen. Ausgehend von einem Wald mit "hohem Brandrisiko" und dem gleichen Krönungsindex von 21 führte eine umfassende Strategie zur Reduzierung der Brandgefahr ohne Einschränkung der Größe der entfernten Bäume zu einem sofortigen Krönungsindex von 61 nach dem Brand. Die Behandlung mit 69% der behandelten Fläche wurde sofort als "geringes Risiko" eingestuft, und 52% der behandelten Fläche blieben nach 30 Jahren als "geringes Risiko" eingestuft, mit einem positiven Umsatz (ein wirtschaftlicher Nettogewinngewinn) von 8 USD pro Morgen. [186] [187]
Bauvorschriften in feuergefährdeten Bereichen erfordern normalerweise, dass Bauwerke aus schwer entflammbaren Materialien gebaut werden und ein verteidigungsfähiger Raum eingehalten wird, indem brennbare Materialien in einem vorgeschriebenen Abstand von dem Bauwerk entfernt werden. [188] [189] Gemeinden auf den Philippinen unterhalten auch Feuerlinien mit einer Breite von 5 bis 10 Metern zwischen dem Wald und ihrem Dorf und patrouillieren diese Linien während der Sommermonate oder bei trockenem Wetter. [190] Die fortgesetzte Wohnbebauung in feuergefährdeten Gebieten und der Wiederaufbau von durch Brände zerstörten Strukturen stießen auf Kritik. [191] Die ökologischen Vorteile von Feuer werden häufig durch die wirtschaftlichen und sicherheitstechnischen Vorteile des Schutzes von Strukturen und des menschlichen Lebens außer Kraft gesetzt. [192]
Erkennung
Eine schnelle und effektive Erkennung ist ein Schlüsselfaktor bei der Bekämpfung von Waldbränden. [193] Die Bemühungen zur Früherkennung konzentrierten sich auf eine frühzeitige Reaktion, genaue Ergebnisse sowohl bei Tag als auch bei Nacht und die Fähigkeit, die Brandgefahr zu priorisieren. [194] In den Vereinigten Staaten wurden zu Beginn des 20. Jahrhunderts Feuerwachtürme eingesetzt, und Brände wurden mit Telefonen, Brieftauben und Heliographen gemeldet . [195] Luft- und Landfotografie mit Sofortbildkameras wurden in den 1950er Jahren verwendet, bis in den 1960er Jahren Infrarot-Scans für die Branderkennung entwickelt wurden. Die Analyse und Bereitstellung von Informationen wurde jedoch häufig durch Einschränkungen in der Kommunikationstechnologie verzögert. Frühe satellitengestützte Brandanalysen wurden an einem entfernten Ort von Hand auf Karten gezeichnet und über Nacht per Post an den Brandmanager gesendet . Während der Yellowstone-Brände von 1988 wurde in West Yellowstone eine Datenstation eingerichtet , die die Lieferung von satellitengestützten Brandinformationen in ungefähr vier Stunden ermöglicht. [194]
Derzeit können öffentliche Hotlines, Feuerwachen in Türmen sowie Boden- und Luftpatrouillen als Mittel zur Früherkennung von Waldbränden eingesetzt werden. Eine genaue Beobachtung durch den Menschen kann jedoch durch die Ermüdung des Bedieners , die Tageszeit, die Jahreszeit und den geografischen Standort eingeschränkt sein. Elektronische Systeme haben in den letzten Jahren als mögliche Lösung für menschliche Bedienungsfehler an Popularität gewonnen. Ein Regierungsbericht über einen kürzlich durchgeführten Versuch mit drei automatisierten Kamera-Branderkennungssystemen in Australien kam jedoch zu dem Schluss, dass "... die Erkennung durch die Kamerasysteme langsamer und weniger zuverlässig war als durch einen geschulten menschlichen Beobachter". Diese Systeme können halb- oder vollautomatisiert sein und Systeme verwenden, die auf dem Risikobereich und dem Grad der menschlichen Präsenz basieren, wie dies durch GIS- Datenanalysen vorgeschlagen wird . Ein integrierter Ansatz mehrerer Systeme kann verwendet werden, um Satellitendaten, Luftbilder und Personalposition über das Global Positioning System (GPS) zu einem kollektiven Ganzen zusammenzuführen, das von drahtlosen Incident Command Centern nahezu in Echtzeit verwendet werden kann . [196]
Ein kleines Gebiet mit hohem Risiko, das eine dichte Vegetation und eine starke menschliche Präsenz aufweist oder sich in der Nähe eines kritischen Stadtgebiets befindet, kann mithilfe eines lokalen Sensornetzwerks überwacht werden . Erkennungssysteme können drahtlose Sensornetzwerke umfassen , die als automatisierte Wettersysteme fungieren: Erfassen von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Rauch. [197] [198] [199] [200] Diese können batteriebetrieben, solarbetrieben oder wiederaufladbar sein : Sie können ihre Batteriesysteme mit den kleinen elektrischen Strömen im Pflanzenmaterial aufladen. [201] Größere Bereiche mit mittlerem Risiko können überwacht werden, indem Türme mit festen Kameras und Sensoren gescannt werden, um Rauch oder zusätzliche Faktoren wie die Infrarotsignatur von Kohlendioxid, das durch Brände erzeugt wird, zu erkennen. Zusätzliche Funktionen wie Nachtsicht , Helligkeitserkennung und Farbänderungserkennung können ebenfalls in Sensorarrays integriert werden. [202] [203] [204]
Satelliten- und Luftüberwachung mithilfe von Flugzeugen, Hubschraubern oder UAVs bieten eine breitere Sicht und können ausreichen, um sehr große Gebiete mit geringem Risiko zu überwachen. Diese anspruchsvolleren Systeme verwenden GPS und in Flugzeugen montierte Infrarot- oder hochauflösende sichtbare Kameras, um Waldbrände zu identifizieren und zu zielen. [205] [206] Sensoren Satelliten montierten wie Envisat 's erweitert Along Track Scanning Radiometer und European Remote Sensing Satellite s Along-Track Scanning Radiometer Infrarotstrahlung durch Brände emittieren messen kann, identifiziert hot spots größer als 39 ° C ( 102 ° F). [207] [208] Die National Oceanic and Atmospheric Administration ‚s Hazard Mapping System kombiniert Fernerkundungsdaten von Satelliten - Quellen wie geostationäre Operational Environmental Satellite (GOES), Moderate Resolution Imaging Spektroradiometer (MODIS) und Avhrr (AVHRR) zur Erkennung von Feuer- und Rauchwolkenstandorten. [209] [210] Die Satellitenerkennung kann jedoch Fehler ausgleichen, und zwar zwischen 2 und 3 Kilometern (1 bis 2 Meilen) für MODIS- und AVHRR-Daten und bis zu 12 Kilometern (7,5 Meilen) für GOES-Daten. [211] Satelliten in geostationären Umlaufbahnen können deaktiviert werden, und Satelliten in polaren Umlaufbahnen sind häufig durch ihr kurzes Beobachtungszeitfenster begrenzt. Wolkendecke und Bildauflösung können auch die Effektivität von Satellitenbildern einschränken. [212] Global Forest Watch bietet detaillierte tägliche Aktualisierungen zu Feueralarmen. Diese stammen von NASA FIRMS . "VIIRS Active Fires."
Im Jahr 2015 ist beim Forstdienst des US-Landwirtschaftsministeriums (USDA) (USFS) ein neues Branderkennungs-Tool in Betrieb , das Daten des Satelliten Suomi National Polar-Orbiting Partnership (NPP) verwendet, um kleinere Brände detaillierter als im vorherigen Weltraum zu erkennen. basierte Produkte. Die hochauflösenden Daten werden mit einem Computermodell verwendet, um vorherzusagen, wie ein Feuer die Richtung basierend auf Wetter- und Landbedingungen ändern wird. Das aktive Branderkennungsprodukt, das Daten aus der Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) des KKW Suomi verwendet, erhöht die Auflösung von Brandbeobachtungen auf 375 Meter. Frühere seit Anfang der 2000er Jahre verfügbare Satellitendatenprodukte der NASA beobachteten Brände mit einer Auflösung von 1 km. Die Daten sind eines der Geheimdienstinstrumente, die von den USFS- und Innenministerium-Agenturen in den USA verwendet werden, um die Ressourcenzuweisung und strategische Entscheidungen zum Brandmanagement zu steuern. Das verbesserte VIIRS-Brandprodukt ermöglicht die Erkennung von viel kleineren Bränden alle 12 Stunden oder weniger und bietet detailliertere und konsistentere Verfolgung von Brandlinien bei lang anhaltenden Waldbränden - Funktionen, die für Frühwarnsysteme und die Unterstützung der routinemäßigen Kartierung des Brandverlaufs von entscheidender Bedeutung sind. Aktive Feuerstellen stehen Benutzern innerhalb von Minuten von der Satellitenüberführung über Datenverarbeitungsanlagen im USFS-Fernerkundungsanwendungszentrum zur Verfügung, das Technologien verwendet, die vom direkten Ausleselabor des Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, entwickelt wurden. Das Modell verwendet Daten zu den Wetterbedingungen und dem Land um ein aktives Feuer, um 12 bis 18 Stunden im Voraus vorherzusagen, ob ein Brand die Richtung ändert. Der Bundesstaat Colorado hat beschlossen, das Wetterfeuermodell ab der Feuersaison 2016 in seine Brandbekämpfungsmaßnahmen einzubeziehen.
2014 wurde im südafrikanischen Krüger-Nationalpark eine internationale Kampagne zur Validierung von Branderkennungsprodukten einschließlich der neuen aktiven VIIRS-Branddaten organisiert. Im Vorfeld dieser Kampagne setzte das Meraka-Institut des Rates für wissenschaftliche und industrielle Forschung in Pretoria, Südafrika, ein früher Anwender des VIIRS 375m-Feuerprodukts, es bei mehreren großen Waldbränden in Kruger ein.
Die Nachfrage nach zeitnahen und qualitativ hochwertigen Brandinformationen hat in den letzten Jahren zugenommen. Waldbrände in den Vereinigten Staaten verbrennen jedes Jahr durchschnittlich 7 Millionen Morgen Land. In den letzten 10 Jahren haben das USFS und das Innenministerium zusammen durchschnittlich 2 bis 4 Milliarden US-Dollar pro Jahr für die Bekämpfung von Waldbränden ausgegeben.
Unterdrückung
Die Unterdrückung von Waldbränden hängt von den Technologien ab, die in dem Gebiet verfügbar sind, in dem das Waldbrand auftritt. In weniger entwickelten Ländern können die verwendeten Techniken so einfach sein wie Sand werfen oder das Feuer mit Stöcken oder Palmwedeln schlagen. [213] In fortgeschritteneren Ländern variieren die Unterdrückungsmethoden aufgrund der erhöhten technologischen Kapazität. Silberiodid kann verwendet werden, um den Schneefall zu fördern [214], während feuerhemmende Mittel und Wasser von unbemannten Luftfahrzeugen , Flugzeugen und Hubschraubern auf Feuer fallen gelassen werden können . [215] [216] Eine vollständige Brandbekämpfung ist keine Erwartung mehr, aber die meisten Waldbrände werden häufig gelöscht, bevor sie außer Kontrolle geraten. Während mehr als 99% der 10.000 neuen Waldbrände pro Jahr enthalten sind, sind entkommene Waldbrände unter extremen Wetterbedingungen ohne Wetteränderung schwer zu unterdrücken. Waldbrände in Kanada und den USA brennen durchschnittlich 54.500 Quadratkilometer pro Jahr. [217] [218]
Vor allem die Bekämpfung von Waldbränden kann tödlich werden. Die brennende Front eines Lauffeuers kann auch unerwartet die Richtung ändern und über Feuerpausen springen. Starke Hitze und Rauch können zu Orientierungslosigkeit und Verlust der Wertschätzung der Feuerrichtung führen, was Brände besonders gefährlich machen kann. Zum Beispiel starben während des Mann Gulch-Feuers 1949 in Montana , USA, dreizehn Rauchspringer, als sie ihre Kommunikationsverbindungen verloren, desorientiert wurden und vom Feuer überholt wurden. [219] Bei den australischen Buschfeuern im Februar 2009 im viktorianischen Stil starben mindestens 173 Menschen und über 2.029 Häuser und 3.500 Gebäude gingen verloren, als sie von einem Lauffeuer heimgesucht wurden. [220]
Kosten für die Unterdrückung von Waldbränden
In Kalifornien gibt der US Forest Service etwa 200 Millionen US-Dollar pro Jahr aus, um 98% der Waldbrände zu unterdrücken, und bis zu 1 Milliarde US-Dollar, um die anderen 2% der Brände zu unterdrücken, die dem ersten Angriff entgehen und groß werden. [221] Während die Kosten je nach Schwere der jeweiligen Brandzeit von Jahr zu Jahr stark variieren, geben lokale, staatliche, föderale und Stammesbehörden in den USA zusammen jährlich mehrere zehn Milliarden Dollar aus, um Waldbrände zu unterdrücken.
Sicherheit bei der Brandbekämpfung in der Wildnis
Wildland-Feuerwehrleute sind mehreren lebensbedrohlichen Gefahren ausgesetzt , darunter Hitzestress , Müdigkeit , Rauch und Staub sowie dem Risiko anderer Verletzungen wie Verbrennungen , Schnitte und Kratzer , Tierbisse und sogar Rhabdomyolyse . [222] [223] Zwischen 2000 und 2016 starben mehr als 350 Feuerwehrleute in der Wildnis im Dienst. [224]
Insbesondere bei heißem Wetter besteht bei Bränden die Gefahr von Hitzestress, der zu Hitze, Müdigkeit, Schwäche, Schwindel, Kopfschmerzen oder Übelkeit führen kann. Hitzestress kann zu einer Wärmebelastung führen, die physiologische Veränderungen wie erhöhte Herzfrequenz und Körpertemperatur mit sich bringt. Dies kann zu hitzebedingten Erkrankungen wie Hitzeausschlag, Krämpfen, Erschöpfung oder Hitzschlag führen . Verschiedene Faktoren können zu den Risiken von Hitzestress beitragen, darunter anstrengende Arbeit, persönliche Risikofaktoren wie Alter und Fitness , Dehydration, Schlafentzug und belastende persönliche Schutzausrüstung . Ruhe, kühles Wasser und gelegentliche Pausen sind entscheidend, um die Auswirkungen von Hitzestress zu mildern. [222]
Rauch, Asche und Schmutz können für Feuerwehrleute in der Wildnis auch eine ernsthafte Gefahr für die Atemwege darstellen. Der Rauch und Staub von Waldbränden kann Gase wie Kohlenmonoxid , Schwefeldioxid und Formaldehyd sowie Partikel wie Asche und Kieselsäure enthalten . Um die Rauchexposition zu verringern, sollten Besatzungen zur Bekämpfung von Waldbränden Feuerwehrleute nach Möglichkeit durch Bereiche mit starkem Rauch drehen, Brandbekämpfung vor dem Wind vermeiden, Ausrüstung anstelle von Personen in Haltebereichen verwenden und das Aufwischen minimieren. Lager und Kommandoposten sollten sich auch vor dem Wind von Waldbränden befinden. Schutzkleidung und -ausrüstung können auch dazu beitragen, die Exposition gegenüber Rauch und Asche zu minimieren. [222]
Feuerwehrleute sind auch dem Risiko von Herzereignissen wie Schlaganfällen und Herzinfarkten ausgesetzt. Feuerwehrleute sollten eine gute körperliche Fitness beibehalten. Fitnessprogramme, medizinische Vorsorgeuntersuchungen und Untersuchungsprogramme, die Stresstests umfassen, können das Risiko von Herzproblemen bei der Brandbekämpfung minimieren. [222] Andere Verletzungsgefahren, denen Feuerwehrleute in der Wildnis ausgesetzt sind, sind Ausrutscher, Stolperfallen, Stürze, Verbrennungen, Kratzer und Schnitte von Werkzeugen und Geräten, die von Bäumen, Fahrzeugen oder anderen Gegenständen getroffen werden, Pflanzengefahren wie Dornen und Giftefeu, Schlange und Tier Bisse, Fahrzeugunfälle, Stromschläge durch Stromleitungen oder Gewitter und instabile Gebäudestrukturen. [222]
Richtlinien für die Sicherheitszone von Feuerwehrleuten
Der US Forest Service veröffentlicht Richtlinien für den Mindestabstand, den ein Feuerwehrmann von einer Flamme haben sollte. [225]
Feuerhemmende Mittel
Feuerhemmende Mittel werden verwendet, um Waldbrände zu verlangsamen, indem sie die Verbrennung hemmen. Sie sind wässrige Lösungen von Ammoniumphosphaten und Ammoniumsulfaten sowie Verdickungsmitteln. [226] Die Entscheidung, ein Verzögerungsmittel anzuwenden, hängt von der Größe, dem Ort und der Intensität des verheerenden Feuers ab. In bestimmten Fällen kann ein feuerhemmendes Mittel auch als Vorsichtsmaßnahme für den Brandschutz eingesetzt werden. [227]
Typische Flammschutzmittel enthalten die gleichen Wirkstoffe wie Düngemittel. Feuerhemmende Mittel können auch die Wasserqualität durch Auswaschen, Eutrophierung oder falsche Anwendung beeinträchtigen. Die Auswirkungen des Flammschutzmittels auf das Trinkwasser sind nach wie vor nicht eindeutig. [228] Verdünnungsfaktoren wie Wasserkörpergröße, Niederschlag und Wasserdurchfluss verringern die Konzentration und Wirksamkeit von Flammschutzmitteln. [227] Waldbrandabfälle (Asche und Sediment) verstopfen Flüsse und Stauseen und erhöhen das Risiko für Überschwemmungen und Erosion, die letztendlich die Wasseraufbereitungssysteme verlangsamen und / oder beschädigen. [228] [229] Es bestehen weiterhin Bedenken hinsichtlich feuerhemmender Auswirkungen auf Land, Wasser, Lebensräume von Wildtieren und die Qualität von Wassereinzugsgebieten. Weitere Forschungsarbeiten sind erforderlich. Positiv zu vermerken ist jedoch, dass feuerhemmende Mittel (insbesondere seine Stickstoff- und Phosphorkomponenten) eine düngende Wirkung auf nährstoffarme Böden haben und somit eine vorübergehende Zunahme der Vegetation bewirken. [227]
Das derzeitige USDA-Verfahren sieht vor, dass bei der Anwendung von feuerhemmenden Mitteln aus der Luft in den USA die Wasserstraßen um mindestens 300 Fuß geräumt werden müssen, um die Auswirkungen des Abflusses von Verzögerungsmitteln zu schützen. Die Verwendung von Flammschutzmitteln aus der Luft ist erforderlich, um die Anwendung in der Nähe von Wasserstraßen und gefährdeten Arten (pflanzliche und tierische Lebensräume) zu vermeiden. Nach einem Vorfall einer feuerhemmenden Fehlanwendung verlangt der US Forest Service, dass Auswirkungen auf die Berichterstattung und Bewertung vorgenommen werden, um eine Minderung, Sanierung und / oder Einschränkung der zukünftigen Verwendung von Flammschutzmitteln in diesem Bereich festzustellen.
Modellieren
Die Wildfire-Modellierung befasst sich mit der numerischen Simulation von Waldbränden, um das Brandverhalten zu erfassen und vorherzusagen. [230] [231] Die Wildfire-Modellierung soll die Unterdrückung von Wildfire unterstützen, die Sicherheit von Feuerwehrleuten und der Öffentlichkeit erhöhen und Schäden minimieren. Unter Verwendung von Computerwissenschaften umfasst die Wildfire-Modellierung die statistische Analyse vergangener Brandereignisse, um Spotting-Risiken und Frontverhalten vorherzusagen. In der Vergangenheit wurden verschiedene Wildfire-Ausbreitungsmodelle vorgeschlagen, darunter einfache Ellipsen sowie eiförmige und fächerförmige Modelle. Frühe Versuche, das Verhalten von Waldbränden zu bestimmen, gingen von einer gleichmäßigen Gelände- und Vegetationsgleichheit aus. Das genaue Verhalten der Front eines Lauffeuers hängt jedoch von einer Vielzahl von Faktoren ab, einschließlich Windgeschwindigkeit und Hangsteilheit. Moderne Wachstumsmodelle verwenden eine Kombination aus früheren Ellipsoidbeschreibungen und dem Huygens-Prinzip , um das Feuerwachstum als sich kontinuierlich erweiterndes Polygon zu simulieren. [232] [233] Die Extremwerttheorie kann auch verwendet werden, um die Größe großer Waldbrände vorherzusagen. Große Brände, die die Unterdrückungsmöglichkeiten überschreiten, werden in Standardanalysen jedoch häufig als statistische Ausreißer angesehen, obwohl die Feuerpolitik stärker von großen Waldbränden als von kleinen Bränden beeinflusst wird. [234]
Menschliches Risiko und Exposition
Das Waldbrandrisiko ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Waldbrand in einem bestimmten Gebiet beginnt oder dieses erreicht, und der potenzielle Verlust menschlicher Werte, wenn dies der Fall ist. Das Risiko hängt von variablen Faktoren ab, wie menschlichen Aktivitäten, Wetterbedingungen, Verfügbarkeit von Waldbrennstoffen und der Verfügbarkeit oder dem Mangel an Ressourcen zur Unterdrückung eines Feuers. [235] Waldbrände sind seit jeher eine Bedrohung für die menschliche Bevölkerung. Durch vom Menschen verursachte geografische und klimatische Veränderungen setzen die Bevölkerung jedoch häufiger Waldbränden aus und erhöhen das Waldbrandrisiko. Es wird spekuliert, dass die Zunahme von Waldbränden auf ein Jahrhundert der Unterdrückung von Waldbränden in Verbindung mit der raschen Ausweitung menschlicher Entwicklungen auf feuergefährdete Wildgebiete zurückzuführen ist. [236] Waldbrände sind natürlich vorkommende Ereignisse, die zur Förderung der Waldgesundheit beitragen. Die globale Erwärmung und der Klimawandel führen zu einem Anstieg der Temperaturen und zu mehr Dürren im ganzen Land, was zu einem Anstieg des Waldbrandrisikos beiträgt. [237] [238]
Gefahren in der Luft
Die auffälligste nachteilige Auswirkung von Waldbränden ist die Zerstörung von Eigentum. Die Freisetzung gefährlicher Chemikalien aus der Verbrennung von Wildlandbrennstoffen wirkt sich jedoch auch erheblich auf die Gesundheit des Menschen aus. [239]
Waldbrandrauch besteht hauptsächlich aus Kohlendioxid und Wasserdampf. Andere übliche Rauchkomponenten, die in niedrigeren Konzentrationen vorhanden sind, sind Kohlenmonoxid, Formaldehyd, Acrolein, polyaromatische Kohlenwasserstoffe und Benzol. [240] Kleine Partikel, die in Luft suspendiert sind und in fester Form oder in Flüssigkeitströpfchen vorliegen, sind auch im Rauch enthalten. 80 bis 90 Massen-% des Waldbrandrauchs liegen innerhalb der Feinpartikelgrößenklasse von 2,5 Mikrometern Durchmesser oder kleiner. [241]
Trotz der hohen Konzentration von Kohlendioxid im Rauch stellt es aufgrund seiner geringen Toxizität ein geringes Gesundheitsrisiko dar. Vielmehr wurden Kohlenmonoxid und Feinstaub, insbesondere mit einem Durchmesser von 2,5 um und kleiner, als die größten Gesundheitsbedrohungen identifiziert. [240] Andere Chemikalien gelten als erhebliche Gefahren, werden jedoch in Konzentrationen gefunden, die zu niedrig sind, um nachweisbare gesundheitliche Auswirkungen zu haben.
Der Grad der Exposition gegenüber Waldbrandrauch bei einer Person hängt von der Länge, dem Schweregrad, der Dauer und der Nähe des Feuers ab. Menschen sind durch Einatmen von Luftschadstoffen direkt dem Rauch über die Atemwege ausgesetzt. Indirekt sind Gemeinden Waldbränden ausgesetzt, die die Boden- und Wasserversorgung kontaminieren können.
Die US-Umweltschutzbehörde (EPA) hat den Luftqualitätsindex (AQI) entwickelt, eine öffentliche Ressource, die nationale Luftqualitätsstandardkonzentrationen für gängige Luftschadstoffe bereitstellt. Die Öffentlichkeit kann diesen Index als Instrument verwenden, um ihre Exposition gegenüber gefährlichen Luftschadstoffen anhand des Sichtbereichs zu bestimmen. [242]
Die Feuerökologin Leda Kobziar fand heraus, dass Waldbrandrauch das mikrobielle Leben auf globaler Ebene verteilt. [243] Sie erklärte: "Es gibt zahlreiche Allergene, die wir im Rauch gefunden haben. Und so kann es sein, dass einige Menschen, die für Rauch empfindlich sind, diese Empfindlichkeit haben, nicht nur wegen der Partikel und des Rauches, sondern auch weil Es gibt einige biologische Organismen darin. " [244]
Wasserverschmutzung
Durch Brände, einschließlich Waldbränden, verursachte Temperaturerhöhungen können dazu führen, dass Kunststoffwasserleitungen giftige Chemikalien wie Benzol in das von ihnen transportierte Wasser abgeben. [245]
Post-Fire-Risiken
Nach einem Lauffeuer bleiben Gefahren bestehen. Bewohner, die in ihre Häuser zurückkehren, sind möglicherweise durch das Fallen von feuergeschwächten Bäumen gefährdet. Menschen und Haustiere können auch durch Stürze in Aschengruben geschädigt werden .
Risikogruppen
Feuerwehrleute
Feuerwehrleute sind dem größten Risiko für akute und chronische gesundheitliche Auswirkungen ausgesetzt, die sich aus der Exposition gegenüber Waldbrandrauch ergeben. Aufgrund der beruflichen Pflichten der Feuerwehrleute sind sie häufig längere Zeit in unmittelbarer Nähe gefährlichen Chemikalien ausgesetzt . Eine Fallstudie zur Exposition von Waldbrandbekämpfern gegenüber Waldbrandrauch zeigt, dass Feuerwehrleute über den OSHA- zulässigen Expositionsgrenzwerten (PEL) und den ACGIH-Schwellenwerten (TLV) signifikanten Mengen an Kohlenmonoxid und Reizstoffen der Atemwege ausgesetzt sind . 5–10% sind überbelichtet. In der Studie wurden Expositionskonzentrationen für einen Feuerwehrmann in der Wildnis über eine 10-stündige Schicht ermittelt, in der eine Feuerlinie gedrückt wurde. Der Feuerwehrmann war einem weiten Bereich von Kohlenmonoxid- und Atemwegsreizstoffen (eine Kombination aus Partikeln von 3,5 um und kleiner, Acrolein und Formaldehyd) ausgesetzt. Die Kohlenmonoxidgehalte erreichten bis zu 160 ppm und der TLV-Reizindexwert erreichte einen Höchstwert von 10. Im Gegensatz dazu beträgt der OSHA-PEL für Kohlenmonoxid 30 ppm und für den TLV-Atemreizungsindex beträgt der berechnete Schwellenwert 1; Jeder Wert über 1 überschreitet die Expositionsgrenzwerte. [246]
Zwischen 2001 und 2012 ereigneten sich über 200 Todesfälle bei Feuerwehrleuten in der Wildnis. Neben der Gefahr von Hitze und Chemikalien besteht für Feuerwehrleute auch die Gefahr eines Stromschlags durch Stromleitungen. Verletzungen durch Ausrüstung; rutscht, stolpert und fällt ; Verletzungen durch Fahrzeugüberschläge; hitzebedingte Krankheit ; Insektenstiche und -stiche ; Stress ; und Rhabdomyolyse . [247]
Einwohner
Bewohner von Gemeinden in der Umgebung von Waldbränden sind geringeren Konzentrationen von Chemikalien ausgesetzt, haben jedoch ein höheres Risiko für eine indirekte Exposition durch Wasser- oder Bodenverunreinigungen. Die Exposition gegenüber Bewohnern hängt stark von der individuellen Anfälligkeit ab. Gefährdete Personen wie Kinder (0–4 Jahre), ältere Menschen (65 Jahre und älter), Raucher und schwangere Frauen sind aufgrund ihrer bereits beeinträchtigten Körpersysteme einem erhöhten Risiko ausgesetzt, selbst wenn die Exposition in geringen chemischen Konzentrationen vorliegt und für relativ kurze Expositionszeiten. [240] Sie sind auch einem Risiko für künftige Waldbrände ausgesetzt und ziehen möglicherweise in Gebiete, die sie als weniger riskant betrachten. [248]
Waldbrände betreffen eine große Anzahl von Menschen in Westkanada und den Vereinigten Staaten. Allein in Kalifornien leben mehr als 350.000 Menschen in Städten in "Zonen mit sehr hoher Brandgefahr". [249]
Fetale Exposition
Darüber hinaus gibt es Hinweise auf eine Zunahme des mütterlichen Stresses, wie von den Forschern MH O'Donnell und AM Behie dokumentiert, was sich auf die Geburtsergebnisse auswirkt. In Australien zeigen Studien, dass männliche Säuglinge, die mit einem drastisch höheren durchschnittlichen Geburtsgewicht geboren wurden, in größtenteils stark von Bränden betroffenen Gebieten geboren wurden. Dies wird auf die Tatsache zurückgeführt, dass mütterliche Signale die fetalen Wachstumsmuster direkt beeinflussen. [250] [251]
Asthma ist eine der häufigsten chronischen Erkrankungen bei Kindern in den USA und betrifft schätzungsweise 6,2 Millionen Kinder. [252] Ein neueres Forschungsgebiet zum Asthmarisiko konzentriert sich speziell auf das Risiko der Luftverschmutzung während der Schwangerschaftsperiode. Daran sind mehrere pathophysiologische Prozesse beteiligt. Beim Menschen tritt im 2. und 3. Trimester eine beträchtliche Entwicklung der Atemwege auf, die bis zum Alter von 3 Jahren andauert. [253] Es wird angenommen, dass die Exposition gegenüber diesen Toxinen während dieses Zeitraums Folgewirkungen haben könnte, da das Epithel der Lunge während dieser Zeit eine erhöhte Permeabilität für Toxine aufweisen könnte. Die Exposition gegenüber Luftverschmutzung im elterlichen und vorgeburtlichen Stadium kann epigenetische Veränderungen hervorrufen, die für die Entwicklung von Asthma verantwortlich sind. [254] Neuere Metaanalysen haben trotz Heterogenität zwischen den Studien einen signifikanten Zusammenhang zwischen PM 2,5 , NO 2 und der Entwicklung von Asthma im Kindesalter festgestellt . [255] Darüber hinaus ist die Exposition von Müttern gegenüber chronischen Stressoren, die am ehesten in notleidenden Gemeinden auftreten, ein relevanter Zusammenhang mit Asthma bei Kindern, der die frühkindliche Exposition gegenüber Luftverschmutzung, Nachbarschaftsarmut und Kinderrisiko weiter erklären kann . Das Leben in einer verzweifelten Nachbarschaft hängt nicht nur mit dem Ort und der Exposition der Schadstoffquelle zusammen, sondern kann auch mit dem Ausmaß des chronischen individuellen Stresses in Verbindung gebracht werden, der wiederum die allostatische Belastung des mütterlichen Immunsystems verändern und zu nachteiligen Ergebnissen bei Kindern führen kann, einschließlich einer erhöhten Anfälligkeit zu Luftverschmutzung und anderen Gefahren. [256]
Auswirkungen auf die Gesundheit
Waldbrandrauch enthält Partikel, die sich nachteilig auf die menschlichen Atemwege auswirken können. Der Nachweis der gesundheitlichen Auswirkungen von Waldbrandrauch sollte an die Öffentlichkeit weitergegeben werden, damit die Exposition begrenzt werden kann. Der Nachweis gesundheitlicher Auswirkungen kann auch dazu verwendet werden, die Politik zur Förderung positiver Gesundheitsergebnisse zu beeinflussen. [257]
Das Einatmen von Rauch aus einem Lauffeuer kann gesundheitsschädlich sein. [258] Waldbrandrauch besteht aus Verbrennungsprodukten, dh Kohlendioxid , Kohlenmonoxid , Wasserdampf , Partikeln , organischen Chemikalien, Stickoxiden und anderen Verbindungen. Das hauptsächliche Gesundheitsproblem ist das Einatmen von Partikeln und Kohlenmonoxid. [259]
Feinstaub (PM) ist eine Art Luftverschmutzung, die aus Staubpartikeln und Flüssigkeitströpfchen besteht. Sie werden basierend auf dem Durchmesser des Partikels in drei Kategorien eingeteilt: grobes PM, feines PM und ultrafeines PM. Grobe Partikel sind zwischen 2,5 Mikrometer und 10 Mikrometer groß, feine Partikel messen 0,1 bis 2,5 Mikrometer und ultrafeine Partikel sind weniger als 0,1 Mikrometer. Jede Größe kann durch Einatmen in den Körper gelangen, aber die PM-Auswirkungen auf den Körper variieren je nach Größe. Grobe Partikel werden durch die oberen Atemwege gefiltert und diese Partikel können sich ansammeln und Lungenentzündungen verursachen. Dies kann zu Augen- und Nasennebenhöhlenreizungen sowie Halsschmerzen und Husten führen. [260] [261] Grobes PM besteht häufig aus Materialien, die schwerer und giftiger sind und zu kurzfristigen Effekten mit stärkerer Wirkung führen. [261]
Kleinere Partikel dringen weiter in die Atemwege ein und verursachen Probleme tief in der Lunge und im Blutkreislauf. [260] [261] Bei Asthmapatienten verursacht PM 2.5 eine Entzündung, erhöht aber auch den oxidativen Stress in den Epithelzellen. Diese Partikel verursachen auch Apoptose und Autophagie in Lungenepithelzellen. Beide Prozesse führen zu einer Beschädigung der Zellen und beeinträchtigen die Zellfunktion. Dieser Schaden betrifft Menschen mit Atemwegserkrankungen wie Asthma, bei denen das Lungengewebe und die Funktion bereits beeinträchtigt sind. [261] Der dritte PM-Typ ist ultrafeines PM (UFP). UFP kann wie PM 2.5 in den Blutkreislauf gelangen. Studien zeigen jedoch, dass es viel schneller ins Blut gelangt. Die durch UFP verursachten Entzündungen und epithelialen Schäden haben sich ebenfalls als viel schwerwiegender erwiesen. [261] PM 2.5 ist in Bezug auf Waldbrände von größter Bedeutung. [257] Dies ist besonders gefährlich für sehr junge, ältere Menschen und Menschen mit chronischen Erkrankungen wie Asthma, chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD), Mukoviszidose und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Die Krankheiten, die am häufigsten durch die Exposition gegenüber den feinen Partikeln aus verheerendem Rauch verursacht werden, sind Bronchitis, Verschlimmerung von Asthma oder COPD und Lungenentzündung. Zu den Symptomen dieser Komplikationen zählen Keuchen und Atemnot. Zu den kardiovaskulären Symptomen gehören Brustschmerzen, schnelle Herzfrequenz und Müdigkeit. [260]
Asthma-Exazerbation
Rauch von Waldbränden kann gesundheitliche Probleme verursachen, insbesondere bei Kindern und Personen, die bereits Atemprobleme haben. [262] Mehrere epidemiologische Studien haben einen engen Zusammenhang zwischen Luftverschmutzung und allergischen Erkrankungen der Atemwege wie Asthma bronchiale gezeigt . [257]
Eine Beobachtungsstudie zur Rauchexposition im Zusammenhang mit den Waldbränden in San Diego 2007 ergab, dass sowohl die Inanspruchnahme des Gesundheitswesens als auch die Diagnosen der Atemwege, insbesondere Asthma, in der untersuchten Gruppe zunahmen. [262] Projizierte Klimaszenarien von Waldbränden prognostizieren einen signifikanten Anstieg der Atemwegserkrankungen bei kleinen Kindern. [262] Particulate Matter (PM) löst eine Reihe von biologischen Prozessen aus, darunter entzündliche Immunantwort und oxidativer Stress , die mit schädlichen Veränderungen bei allergischen Atemwegserkrankungen verbunden sind. [263]
Obwohl einige Studien keine signifikanten akuten Veränderungen der Lungenfunktion bei Menschen mit Asthma im Zusammenhang mit PM aufgrund von Waldbränden zeigten , ist eine mögliche Erklärung für diese kontraintuitiven Befunde der vermehrte Einsatz von Schnellmedikamenten wie Inhalatoren als Reaktion auf erhöhte Rauchmengen bei diejenigen, bei denen bereits Asthma diagnostiziert wurde . [264] Bei der Untersuchung des Zusammenhangs zwischen dem Einsatz von Medikamenten bei obstruktiven Lungenerkrankungen und der Exposition gegenüber Waldbränden stellten die Forscher fest, dass sowohl der Einsatz von Inhalatoren als auch die Einleitung einer Langzeitkontrolle wie bei oralen Steroiden zunahmen. [264] Insbesondere berichteten einige Menschen mit Asthma über einen höheren Einsatz von Schnellmedikamenten (Inhalatoren). [264] Nach zwei großen Waldbränden in Kalifornien stellten die Forscher in den Jahren nach den Waldbränden einen Anstieg der ärztlichen Verschreibungen für Medikamente zur schnellen Linderung fest, verglichen mit dem Jahr vor jedem Auftreten. [264]
Es gibt konsistente Hinweise zwischen verheerendem Rauch und der Verschlimmerung von Asthma. [264]
Kohlenmonoxidgefahr
Kohlenmonoxid (CO) ist ein farbloses, geruchloses Gas, das in der höchsten Konzentration in unmittelbarer Nähe eines schwelenden Feuers gefunden werden kann. Aus diesem Grund ist das Einatmen von Kohlenmonoxid eine ernsthafte Bedrohung für die Gesundheit von Feuerwehrleuten. CO im Rauch kann in die Lunge eingeatmet werden, wo es in den Blutkreislauf aufgenommen wird und die Sauerstoffzufuhr zu den lebenswichtigen Organen des Körpers verringert. In hohen Konzentrationen kann es zu Kopfschmerzen, Schwäche, Schwindel, Verwirrtheit, Übelkeit, Orientierungslosigkeit, Sehbehinderung, Koma und sogar zum Tod führen. Selbst bei niedrigeren Konzentrationen, wie sie beispielsweise bei Waldbränden auftreten, können bei Personen mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen Brustschmerzen und Herzrhythmusstörungen auftreten. [240] Eine kürzlich durchgeführte Studie, in der die Anzahl und Ursache der Todesfälle durch Feuerwehrleute von 1990 bis 2006 untersucht wurde, ergab, dass 21,9% der Todesfälle auf Herzinfarkte zurückzuführen waren. [265]
Eine weitere wichtige und etwas weniger offensichtliche gesundheitliche Auswirkung von Waldbränden sind psychiatrische Erkrankungen und Störungen. Sowohl Erwachsene als auch Kinder aus Ländern von den USA und Kanada bis nach Griechenland und Australien, die direkt und indirekt von Waldbränden betroffen waren, zeigten von Forschern verschiedene psychische Zustände, die mit ihrer Erfahrung mit Waldbränden zusammenhängen. Dazu gehören posttraumatische Belastungsstörungen (PTBS), Depressionen , Angstzustände und Phobien . [266] [267] [268] [269] [270]
Im Sommer 2012 wurden in der Nähe von North Fork, Idaho, ehemalige Uranabbaustätten niedergebrannt. Dies führte bei den Anwohnern der Region und den Beamten des Umweltministeriums von Idaho zu Besorgnis über die mögliche Ausbreitung der Strahlung im entstehenden Rauch, da diese Standorte nie vollständig von radioaktiven Überresten gereinigt worden waren. [271]
Epidemiologie
In den westlichen USA hat die Häufigkeit und Intensität von Waldbränden in den letzten Jahrzehnten zugenommen. Dieser Anstieg ist auf das trockene Klima im Westen der USA und die Auswirkungen der globalen Erwärmung zurückzuführen. Schätzungsweise 46 Millionen Menschen waren in den westlichen Vereinigten Staaten von 2004 bis 2009 verheerendem Rauch ausgesetzt. Es hat sich gezeigt, dass Waldbrandrauch den Partikelgehalt in der Atmosphäre erhöhen kann. [257]
Die EPA hat durch die nationalen Luftqualitätsnormen akzeptable Partikelkonzentrationen in der Luft definiert und die Überwachung der Luftqualität vorgeschrieben. [272] Aufgrund dieser Überwachungsprogramme und des Auftretens mehrerer großer Waldbrände in der Nähe von besiedelten Gebieten wurden epidemiologische Studien durchgeführt, die einen Zusammenhang zwischen den Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und einer Zunahme von Feinstaub aufgrund von Waldbrandrauch belegen.
Die EPA hat akzeptable Partikelkonzentrationen in der Luft definiert. Die nationalen Luftqualitätsnormen sind Teil des Luftreinhaltegesetzes und enthalten vorgeschriebene Richtlinien für den Schadstoffgehalt und die Überwachung der Luftqualität. [272] Zusätzlich zu diesen Überwachungsprogrammen hat die erhöhte Inzidenz von Waldbränden in der Nähe von besiedelten Gebieten mehrere epidemiologische Studien ausgelöst. Solche Studien haben einen Zusammenhang zwischen negativen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und einer Zunahme von Feinstaub aufgrund von Waldbrandrauch gezeigt. Die Größe der Partikel ist signifikant, da kleinere Partikel (fein) leicht in die menschlichen Atemwege eingeatmet werden können. Oft können kleine Partikel in tiefes Lungengewebe eingeatmet werden, was zu Atemnot, Krankheit oder Krankheit führt. [257]
Ein Anstieg des PM-Rauches, der im Juni 2002 durch das Hayman-Feuer in Colorado ausgestoßen wurde, war mit einem Anstieg der Atemwegsbeschwerden bei Patienten mit COPD verbunden. [273] Bei ähnlicher Betrachtung der Waldbrände in Südkalifornien im Oktober 2003 haben die Forscher einen Anstieg der Krankenhauseinweisungen aufgrund von Asthmasymptomen festgestellt, während sie Spitzenkonzentrationen von PM im Rauch ausgesetzt waren. [274] Eine andere epidemiologische Studie ergab einen Anstieg des Risikos für Krankenhausaufenthalte im Zusammenhang mit Atemwegserkrankungen während Rauchwellentagen mit hohen Waldbrand-spezifischen Partikeln 2,5 um 7,2% (95% Konfidenzintervall: 0,25%, 15%) im Vergleich zu angepassten Nichtrauchwellen Tage. [257]
Bei Kindern, die an der Kindergesundheitsstudie teilnahmen, wurde auch eine Zunahme der Augen- und Atmungssymptome, des Medikamentengebrauchs und der Arztbesuche festgestellt. [275] Kürzlich wurde gezeigt, dass Mütter, die während des Feuers schwanger waren, Babys mit einem leicht reduzierten durchschnittlichen Geburtsgewicht zur Welt brachten, verglichen mit solchen, die während der Geburt keinem Lauffeuer ausgesetzt waren. Dies deutet darauf hin, dass schwangere Frauen möglicherweise auch einem höheren Risiko für nachteilige Auswirkungen von Waldbränden ausgesetzt sind. [276] Weltweit sterben jedes Jahr schätzungsweise 339.000 Menschen an den Folgen von Waldbrandrauch. [277]
Während die Größe von Partikeln ein wichtiger Gesichtspunkt für gesundheitliche Auswirkungen ist, sollte auch die chemische Zusammensetzung von Partikeln (PM 2,5 ) aus Waldbrandrauch berücksichtigt werden. Frühere Studien haben gezeigt, dass die chemische Zusammensetzung von PM 2.5 aus Waldbrandrauch im Vergleich zu anderen Rauchquellen andere Schätzungen der Ergebnisse für die menschliche Gesundheit liefern kann. [257] Die gesundheitlichen Ergebnisse von Personen, die Waldbrandrauch ausgesetzt sind, können sich von denen unterscheiden, die Rauch aus alternativen Quellen wie festen Brennstoffen ausgesetzt sind.
Kulturelle Aspekte
Waldbrände haben in vielen Kulturen einen Platz. "Wie ein Lauffeuer verbreiten" ist im Englischen eine gängige Redewendung, die etwas bedeutet, das "immer mehr Menschen schnell beeinflusst oder ihnen bekannt wird". [278] Die Brandschutzkampagne von Smokey Bear hat eine der beliebtesten Figuren in den Vereinigten Staaten hervorgebracht. Viele Jahre lang gab es ein lebendes Smokey Bear-Maskottchen, an das auf Briefmarken gedacht wurde. [279]
Wildfire-Aktivitäten wurden als Hauptfaktor für die Entwicklung des antiken Griechenland zugeschrieben . Im modernen Griechenland ist es wie in vielen anderen Regionen die häufigste Naturkatastrophe und spielt eine wichtige Rolle im sozialen und wirtschaftlichen Leben seiner Bevölkerung. [280]
Wissenschaftskommunikation
Wissenschaftliche Kommunikation ist eines der wichtigsten Instrumente, um Leben zu retten und die Öffentlichkeit über die Sicherheit und Vorbereitung von Waldbränden aufzuklären. Es gibt bestimmte Schritte, die Institutionen unternehmen können, um effektiv mit Gemeinschaften und Organisationen zu kommunizieren. Einige davon umfassen; Förderung des Vertrauens und der Glaubwürdigkeit innerhalb der Gemeinschaften durch Einsatz von Führungskräften der Gemeinschaft als Sprecher für Informationen, Kontaktaufnahme mit Einzelpersonen durch Anerkennung der Bedenken, Bedürfnisse und Herausforderungen der Gemeinschaften und Nutzung von Informationen, die für die jeweilige Zielgemeinschaft relevant sind. [281]
In Bezug auf die Übermittlung von Informationen über die Sicherheit von Waldbränden an die Öffentlichkeit sind einige der effektivsten Möglichkeiten, mit anderen über Waldbrände zu kommunizieren, die Öffentlichkeitsarbeit durch Präsentationen vor Hausbesitzern und Nachbarschaftsverbänden, Gemeinschaftsveranstaltungen wie Festivals und Jahrmärkte sowie Jugendprogramme. [281]
Eine andere Möglichkeit, effektiv zu kommunizieren, besteht darin, den "Vier Cs" [281] zu folgen, die Anmeldeinformationen, Verbindung, Kontext und Katalysator sind. Anmeldeinformationen bedeuten, dass man bei der Präsentation glaubwürdige Ressourcen zusammen mit persönlichen Testimonials verwendet. Die Verbindung ist der nächste Schritt und bedeutet die persönliche Identifikation mit dem Thema Waldbrände sowie die Anerkennung dessen, was in Bezug auf die spezifische Situation bereits bekannt ist. Der Kontext bezieht Informationen darauf, wie sie in das Leben von Community-Mitgliedern passen. Und Catalyst informiert die Community-Mitglieder über die Schritte, die sie unternehmen können, um sich und einander zu schützen. [281]
Siehe auch
- Liste der Waldbrände
- Buschfeuer in Australien
- Waldbrände in den Vereinigten Staaten
- Abholzung
- Trockenes Gewitter
- Feuerangepasste Gemeinschaften
- Feuerökologie
- Feueranpassungen
- Überschwemmungen und Erdrutsche nach Waldbränden
- Waldbrand-Wetterindex
- Haines Index
- Keetch-Byram-Dürreindex
- Nationales Brandgefahren-Bewertungssystem
- Pyrogeographie
- Automatische Fernwetterstation
- Widerstandsfähige Stadt
- Wiedereinführung von Keystone-Arten : (ausreichend) einheimische Keystone- Weidearten im Grasland fördern das Baumwachstum und verringern die Wahrscheinlichkeit von Waldbränden [282]
- Rauch
- Rauch Inhalation
- Schnittstelle zwischen Wildland und Stadt
- Wettervorhersage
- Frauen in der Brandbekämpfung
- HYSPLIT
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