地下煤火

吳青

達爾瓦扎的“地獄之門”

全球有不少的旅游勝地，其中最不尋常的當屬處于土庫曼斯坦達爾瓦扎村的被稱為“地獄之門”的一個大洞。這個洞的直徑有70米。驚人的是，在過去41年中，洞中跳躍的烈焰把該地區的夜晚照得透亮，至今依然如此。

“地獄之門”奇觀是怎樣形成的呢？篤信“超自然力”的人們一定認為它非地球人所造，而事實上，這個奇異之物的來歷實在是再普通不過了——1971年，一組地質學家在達爾瓦扎村附近進行鉆探，無意間將一個天然的地下天然氣儲備庫鉆穿了，地面隨之碎裂，并逐漸形成一個直徑70米的巨洞。達爾瓦扎村位于土庫曼斯坦首都阿什哈巴德以北約260千米的卡拉庫姆沙漠中部，如今居住著大約350個居民，大多屬于泰克部族，一直保持著半游牧生活方式。達爾瓦扎地區的地下富含天然氣。

當時，地質學家認為，甲烷（天然氣的主要成分）是一種典型的溫室氣體，如果洞內的甲烷釋放出來并進入大氣層，將會對環境造成污染，且具有危險性。因此，他們做出一個決定：點燃洞內的甲烷。他們原以為幾天之內甲烷就會燃燒殆盡，卻沒料到，直到41年后的今天，被他們點燃的這場大火仍在熊熊燃燒。如今，你只要望向洞口，就很容易理解“地獄之門”這個名字有多么的貼切。當你一步步走近“地獄之門”時，你感覺仿佛正走向魔鬼的巢穴。該地區地下的天然氣儲量十分豐富，誰也不知道這場大火還要燒多久，而好奇的旅游者不斷地從世界各地紛至沓來，只為一覽這危險的自然奇觀。

2010年，土庫曼斯坦政府曾做出決定：封閉這個大火洞。但由于技術要求高，耗資巨大，這項工作最終沒有實施。“地獄之門”至今仍在燃燒：一年燃燒365天，一天燃燒24小時。

達爾瓦扎的“地獄之門”，被認為是煤田大火（也被稱為“地下煤火”）的一個典型案例。

圣特拉尼亞的煤田大火

“這是一個人類無法生存的世界，它比水星還燙，它的大氣比土星更毒。在烈焰腹心，溫度很容易就超過了1000華氏度（537℃）。由一氧化碳及其他毒氣組成的致命氣云，從地下的巖腔旋動、升空。”這是美國作者德科克在其1986年出版的《看不見的危機》一書中的一段描述。

圣特拉尼亞是美國賓夕法尼亞州哥倫比亞縣的一個小鎮，也是一個著名的“幽靈鎮”（被荒廢的城鎮），該鎮人口從1981年的超過1000人銳減至2005年的12人，2007年的9人，2010年的10人——這就是這場從1962年開始燃燒，至今未熄滅的煤田大火的惡果。

圣特拉尼亞于1866年建鎮，生產無煙煤是這里的主要產業。采煤一直持續到20世紀60年代，大多數煤礦公司停業，但非法采煤一直持續到了1982年。事實上，露天采煤至今仍活躍于該地區，在圣特拉尼亞小鎮以西約5千米還有一個地下煤礦，雇傭了大約40人。

沒有人知道圣特拉尼亞的煤田大火是怎樣點燃的。一種說法是，1962年5月，由當地政府雇傭的5名消防公司人員前來清理該鎮的垃圾場，垃圾場位于一個廢棄露天礦坑的附近，是幾年前從其他地方搬來的。在過去幾年中，消防隊員都是一把火點燃垃圾，用不了多久，就把垃圾燒得干干凈凈了。然而，這一次他們沒有正確地撲滅火。

有證據支持上述說法。2007年，一份調查公文中指出，當時一名垃圾清運工把一些熾熱的煤灰倒進了露天垃圾坑里。按照該鎮法規，在每個煤層之間必須設置石膏防火屏，但當時防火屏還沒有全部完工，結果熾熱的煤灰穿透了垃圾坑下面的煤脈，點燃了地下煤火。但另一種說法是，在這次燃燒垃圾之前很久，煤田大火已經被點燃。

大火在地下一直燃燒，并通過巖石孔洞進入了圣特拉尼亞地下廢棄的礦坑。滅火的嘗試沒有成功，大火持續燃燒。由于大火產生的一氧化碳和二氧化碳等副產品，加之大火耗氧降低氧濃度，致使當地有多人出現了健康問題。

直到1979年的一天，當地人終于意識到了問題的嚴重性——一個加油站的老板把一根樹枝伸進加油站的地下儲油罐中，想檢查油的高度，取出后發現它竟然發燙。他又把溫度計放進儲油罐中，發現油溫竟然達到了77.8℃。自此，整個賓夕法尼亞州都開始關注圣特拉尼亞。1981年，這種關注達到了頂峰——當地的12歲男孩托德掉進了他家后院的一個突然“張開大口”的巖坑，幸好他的表兄及時將他拉了出來。這個巖坑最終塌陷為一個寬1.2米、深46米的大洞，從坑內翻騰出含有致命濃度的一氧化碳的熾熱蒸氣。

1984年，美國國會撥款4200萬美元，用于幫助圣特拉尼亞居民搬遷。大多數居民搬遷至附近，但也有少數居民不顧警告，執意留在原地。1992年，賓州政府下令征用圣特拉尼亞所有地產，留守者提起上訴，但最終輸了官司。2002年，美國郵政總局撤消了圣特拉尼亞的郵政編碼——19727。2009年，當地政府開始強制留守的居民搬遷。

如今，生活在圣特拉尼亞的人家已寥寥無幾，大多數被棄的建筑已被人為或自然之力蕩平。晃眼一看，該地區就像是有許多人行道穿越其間的一片曠野，有些地方已經重新長出了森林。

圣特拉尼亞煤田大火的過火總面積達到1.6平方千米，但在地面上可見的跡象，不過是小鎮南面的一個蒸氣噴口，不穩定的地表，溢出的一氧化碳氣體，以及鎮里鎮外的多個煤田大火警示牌。此外，在賓州61號公路被棄的一段可見煙霧冒出，四周地面上還分布著許多裂隙。

科學家估計，圣特拉尼亞煤田大火還將持續燃燒250年，甚至更久。

煤田大火的形成原因

煤田大火，指地下煤、氣的一種悶燒現象，常發生在煤礦中。煤田大火沿礦井和地質結構中的裂縫潛行、傳播，因此在地面火被撲滅后，地下火往往還能繼續燃燒數年、數十年甚至數百年。

煤田大火可分為近地火（接近地表的煤田大火）和深地火（地下深處的煤田大火）。近地火蔓延到地表，燃燒所需的氧來自大氣層。深地火所需的氧則來自于地下礦井的通風換氣。煤田大火的發生可能源于事故，通常與瓦斯爆炸有關。政府為阻止非法采煤而采取的炸礦也可能引發煤田大火。而近年來發生的煤田大火大多是由焚燒垃圾引起的，圣特拉尼亞煤田大火就是這方面的典型例子。美國目前有數百個煤田大火，其中大多數都見于賓州。

不過，煤田大火多數還是由自然原因（閃電、草火、林火等）所致。比如，在濕度和顆粒大小適合的情況下，褐煤在低至40℃的條件下就可能自燃。在煤的滲透度允許空氣流入、但通風設備無法移走產生的熱量的情況下，煤田大火就開始了，最初只有幾個平方厘米而已。兩個基本因素——環境溫度和煤粒大小決定著是否會發生自燃。環境溫度越高，氧化反應速度越快，煤粒內部釋放的熱量越多。煤粒越大，熱量越難以在內部上升，越難以散發到外面，自燃速度越快。熱量之所以難以散失，是因為多孔或塌陷的材料的熱傳導率通常偏低，充當了隔熱材料。

由閃電或其他原因引發的野火可能會點燃靠近地表或煤礦通風口的煤火，悶燒則可能遍及裂縫，導致地面下陷，裂縫加大，得到更多的氧，在火勢突破地面時引燃更多野火。美國西部的史前渣塊巖就是史前煤田大火的殘跡，這些殘跡比母巖抵御侵蝕的能力更強，因而留下了露出地表的小尖山和平頂山。澳大利亞的“火焰山”是已知最古老的煤田大火，據估計已燃燒了6000年之久。

煤田大火的危害

煤田大火會對經濟、社會和生態造成巨大影響。除了對大火地區造成直接破壞外，煤田大火釋放的溫室氣體（二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫和甲烷等）還會加劇全球變暖趨勢。據估計，全球煤田大火每年向大氣層排放40噸的汞，以及占世界總年排放量3%的二氧化碳。

煤田大火會產生毒煙，點燃草火、灌木火或森林大火，并可能導致地面道路、管線、電線、橋墩、建筑物等基礎設施沉陷。不管是什么原因點燃的煤田大火，都會持續燃燒很長時間，直到燃料耗盡、遇到地下水、燃燒深度增加或人為干預。由于煤田大火是在地下燃燒的，要想人為撲滅它們既困難又費錢。特別值得一提的是，即使下雨也澆不滅煤田大火。

不過，煤田大火可能使當地的動植物受益。在德國一個煤田大火附近地區，寒冷的冬季竟然出現了許多地中海昆蟲和蜘蛛。科學家相信，煤田大火導致地面溫度升高，從而允許這些異域動物在這里生存。

我們能撲滅煤田大火嗎

經驗告訴我們，許多煤田大火是可以撲滅的。在嘗試撲滅煤田大火之前，必須盡可能準確查明大火的位置和地下的情況。除了了解地理、地質和基礎設施情況外，還可以通過各種測量手段獲取信息，比如：

測量溫度，了解地表、裂縫和孔洞的溫度。

測量氣體，了解大火通風系統的流量、速度和氣體組成，從而描述燃燒反應。

從飛機或直升機上進行地面地球物理測量，了解傳熱性、磁特性等地下參數。

從飛機或人造衛星上進行遙感測試，其中高像素光譜繪圖、熱成像及超光譜數據的作用很大。哪怕溫度高達幾百甚至上千攝氏度的地下煤火，造成的地面溫度上升也不過幾攝氏度而已。隨著地下火從各個方向加熱地表，紅外遙感能追蹤到火的位置。不過，遙感無法辨別彼此靠近的火，因此常低估火的個數。在區分煤田大火和森林大火方面，遙感技術也有較大的局限。

利用安裝在地下的永久性感應系統，實時傳送壓力、溫度、氣流和氣體等數據，從而發現早期預警信號。

燃燒離不開燃料和氧，因此要想戰勝煤田大火就得找到辦法對付這兩個相互作用的因素。例如，對于近地火，可以通過覆蓋火區或安設不透氣的防火墻來阻斷空氣中的氧流。可以設法限制可燃氣體的外流，讓火被自己的廢氣壓制。還可以通過大量注水降溫，移出熱量。煤田大火的撲滅取決于可以獲得的資源，尤其是有沒有水，例如干燥地區缺水，可以采用黃土或黏土等覆蓋材料阻止煤田大火與空氣接觸。

在撲滅近地火方面，中國發展出了一套行之有效的標準方法。這套方法的基本程序是：用重型設備平整地下火上面的地表，以方便運輸；在火區鉆孔，每個孔相隔大約20米，一直鉆到火源，從而形成一個規則的柵；用不透氣的黃土等材料覆蓋整個火區；長期向鉆孔中注入水或稀泥，通常持續1～2年；在氣候允許的條件下，盡量種植植被。目前，上述方法正在不斷改進完善中，例如在滅火的水中加入添加劑，或者采取其他滅火劑。

據媒體報道，波蘭一家公司已經開發出一種噴氣引擎撲火單元，并成功運用于撲滅煤火和置換礦井瓦斯。一種不那么昂貴的撲滅煤田大火體系也已在國際市場上推出，它包括特制的防熱薄漿、滅火氮泡沫等，應用了多種創新技術。

不過，科學家指出，要想撲滅所有的煤田大火是不現實的，或許放任煤田大火燃燒是一種比釋放甲烷進入大氣層更安全和更環保的思路——畢竟甲烷是一種強力溫室氣體。