ゾンビ火災の黙示録と戦いたい？数学を武器に

地球上で最大規模の火災は、カリフォルニアやオーストラリアで燃え盛るモンスター級の火災ではなく、北極圏や熱帯地方の土壌でくすぶるゾンビ級の火災だ。このゾンビ級の火災は泥炭の中で生き続ける。泥炭とは、数百年、あるいは数千年かけて堆積した枯れた植物からできた、湿潤で炭素を豊富に含む土壌のことだ。地球温暖化が進む中で、泥炭が乾燥すると（この現象はますます進行している）、泥炭火災は悪化し、数ヶ月かけてゆっくりと水平方向にも垂直方向にも広がり、驚異的な量の温室効果ガスを排出する。地球の他の地域の2倍の速さで温暖化が進んでいる北極圏では、泥炭火災は冬の間も雪の下でくすぶり続け、春になると再び燃え上がり、新たな地表火災として燃え上がる。これがゾンビ火災の起源である。

泥炭火災は一​​般的な山火事に比べて目立たないため、そのダイナミクスは科学者にとって謎の種となってきました。例えば、どのように広がるのか？地形のどこに広がるのか？火災はどれくらいの速さで広がるのか？しかし、セルオートマトンと呼ばれる巧妙な新しいモデリングにより、火災科学者はゾンビ火災の発生、広がり、消滅、そして再生について、これまでにない洞察を得ています。これは、消防士がゾンビが後にどこに出現するかをより正確に予測するのに役立つ可能性があります。

「セルオートマトンの魅力は、非常に単純なルールを空間に集約することで、いわゆる『創発的行動』、つまり極めて複雑な行動を捉えることができる点にあります」と、インペリアル・カレッジ・ロンドンのエンジニア、ギレルモ・ライン氏は述べている。ライン氏は、この研究をまとめた新論文の共著者で、Proceedings of the Combustion Institute誌に掲載されている。「いわゆる『スーパーリアルタイム』を実現できます。つまり、火災が発生する前に、火災の将来の発生場所を予測できるということです。消防士が火災の移動を予測できるように支援したいのであれば、スーパーリアルタイム性が不可欠です。」

モデル化の仕組みは次のようになります。研究者はまず、想像上の泥炭地帯を正方形のセルに分割します。グラフ用紙のようなものだと考えてください。各セルには、次のような単純な状態が与えられます。たとえば、燃料が含まれているかどうか (この場合、燃料は十分に乾燥した泥炭です)。セルはすでに燃焼しているかどうか。セルは当然隣接しているため、火が広がるにつれて互いの状態に影響を与えます。これには一定の確率が伴います。隣接するセルのいずれかが燃焼している場合、あるセルも燃焼する確率が高い (たとえば 95%) か低い (たとえば 5%) 可能性があります。「ルールはとても簡単です」とライン氏は言います。「1 つ目は、近くのセルがある確率で燃焼している場合、自分も燃焼し始めることです。そして、X 分後に燃焼が始まったら、燃焼を止めます。」

このモデルは単純なルールに基づいて動作するため、多くの計算能力を必要としません。一般的なノートパソコンで100回実行しても5秒しかかかりません。「ですから、何度も実行して、すべてをまとめるのです」とレイン氏は言います。「すると、確率マップが表示されます。どこで最も早く火が広がり、どこで最も強く燃えるかが分かります。」レイン氏は、風や地形、さらには防火帯として機能する道路や川といった変数をさらに追加することもできます。「文字通り、好きなだけ複雑化させても、実行は非常に高速です」と彼は言います。これらのセルは特定のルールに従って個別に、また集合的に動作するため、現実世界の泥炭火災の出現挙動を総合的に作り出します。

しかし、古い格言にあるように、「すべてのモデルは間違っているが、いくつかは役に立つ」。関係する変数の銀河を考えると、レイン氏と彼の同僚がくすぶる泥炭火災を完璧にシミュレートすることは不可能だ。そのため、新しい研究では、シミュレーションによるモデルの火災を、彼ら自身と他の科学者が実際の泥炭地で実験的に設定した制御された燃焼ですでに観察したものと比較した。彼らはまた、2015年にインドネシアで発生した泥炭火災の延焼を示すドローン映像を入手した。確かに、彼らのモデルは、泥炭火災がどのように延焼するか、そして時には景観内の個々の火災がどのようにして複数の大きな火災に合流するかについての現実世界の観察と一致した。「それはモデルによって予測されていました」とレイン氏は言う。「もちろん、科学ではどのモデルもさらに発展させることができると考えていますが、このモデルはすでにかなりのレベルの信頼性を持っています。」

泥炭を研究しているマクマスター大学の生態水文学者マイク・ワディントン氏（今回の研究には関わっていない）も同意見だ。「泥炭地が乾燥すると、防火帯から火災伝播の場へと変化することは、研究者の間では以前から知られていました」と彼は言う。「そして今回の研究は、泥炭火災の発火と延焼を初めてモデル化し、臨界水分含有量をより正確に推定することに成功しました。」このモデル化は、泥炭火災が地中でくすぶる状態から表層植生火災へと「移行」し、再び土壌に潜り込む過程を研究者が理解する上でも役立つ。

今年初め、オランダでゾンビ火災が相次ぎました。「3日間燃え続け、オランダでは多くの消防士が動けなくなりました」とライン氏は言います。消防士たちが去った後、ゾンビ火災は「くすぶっている状態になっていましたが、誰も気づきませんでした。そして数週間後、くすぶっていた状態が7回も炎上状態になりました。そのため、近隣住民は消防士に何度も戻るよう呼びかけ、消防士たちは非常に混乱しました」

「これは、ゾンビ火災がオランダにとってまさに悪夢となった事例だ」とライン氏は付け加えた。