Οι συνέπειες του ωστικού κύματος έκρηξης στον άνθρωπο

∗Γιώργος Πιπερίδης

∗Γιώργος Πιπερίδης, Μηχανικός Μεταλλείων Msc – Υποψήφιος Διδάκτωρ

Επιβλέπων καθηγητής: Μίλτων Δημοσθένους. Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Πανεπιστημίου Fredrick, Λευκωσία, Κύπρος.

Οι επιπτώσεις του φαινομένου είναι σημαντικές και εκτεταμένες, επηρεάζοντας την υγεία και την ασφάλεια των ανθρώπων, την ακεραιότητα των κατασκευών και το περιβάλλον. Το μέγεθος των βλαβών εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως η ισχύς της έκρηξης, η απόσταση από το επίκεντρο και οι συνθήκες περιβάλλοντος.

Η πρόληψη επιτυγχάνεται μέσα από τον σχεδιασμό και την εφαρμογή προληπτικών μέτρων

Η σύγχρονη εικόνα των εκρήξεων και του ωστικού κύματος αναδεικνύει τις σοβαρές συνέπειες αυτών των φαινομένων στην κοινωνία, την οικονομία και την ασφάλεια. Οι πρόσφατες εκρήξεις σε στρατιωτικές εγκαταστάσεις, όπως η αποθήκη πυρομαχικών στην 111 Πτέρυγα Μάχης της Πολεμικής Αεροπορίας στην Ελλάδα, έχουν προκαλέσει εκτεταμένες ζημιές σε καταστήματα και κατοικίες, με το κρουστικό κύμα να σπάει τζάμια και να προκαλεί σοβαρές βλάβες στη δομή των κτηρίων (σχήμα 1)

Στην Κύπρο, το ωστικό από την έκρηξη του ηφαιστείου της Τόνγκα στον Ειρηνικό έγινε αντιληπτό μέσω απότομων μεταβολών της ατμοσφαιρικής πίεσης, καταγραμμένων από τα μετεωρολογικά συστήματα στα αεροδρόμια Λάρνακας και Πάφου.

Έπειτα από μία έκρηξη παράγεται ένα γρήγορο, υψηλής έντασης κύμα πίεσης το οποίο χαρακτηρίζεται από απότομη αύξηση της πίεσης, που ξεπερνά σημαντικά την ατμοσφαιρική πίεση, πολύ γρήγορη ταχύτητα διάδοσης, συχνά μεγαλύτερη της ταχύτητας του ήχου, μια σύντομη θετική φάση πίεσης (υπερπίεση), ακολουθούμενη από μια αρνητική φάση (υποπίεση). Αυτό ονομάζεται ωστικό κύμα έκρηξης (σχήμα 2)

Οι συνέπειες από το ωστικό κύμα λόγω έκρηξης είναι σημαντικές και μπορούν να επηρεάσουν τόσο τους ανθρώπους όσο και τις κατασκευές και το περιβάλλον.

Η επίδραση του ωστικού κύματος στον άνθρωπο μπορεί να είναι σοβαρή, πολυσύνθετη και εξαρτάται από την ένταση, τη διάρκεια και την απόσταση από την πηγή της έκρηξης. Τα ωστικά κύματα προκαλούνται από εκρήξεις (χημικές, πυρηνικές, κ.ά.) και μεταφέρουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας μέσω του αέρα, οδηγώντας σε τραυματισμούς ή θάνατο.

Η ανθρώπινη ζωή είναι το πιο πολύτιμο αγαθό και κάθε προσπάθεια προστασίας της αποτελεί ύψιστο καθήκον και δείγμα πολιτισμού και ανθρωπιάς.

Το ανθρώπινο σώμα είναι σε θέση να προσαρμοστεί σε μεγάλες μεταβολές πίεσης. Ωστόσο, προϋπόθεση είναι ότι αυτή η μεταβολή πίεσης συμβαίνει σταδιακά, ώστε να μπορεί να αντισταθμιστεί από μια μεταβολή πίεσης στα όργανα όπου βρίσκεται αέρας. Σε μια ξαφνική αλλαγή, δημιουργείται μια διαφορά πίεσης που μπορεί να οδηγήσει σε βλάβη ζωτικών οργάνων στο ανθρώπινο σώμα.

Οι σωματικές βλάβες στους ανθρώπους λόγο του ωστικού κύματος είναι οι ακόλουθες:

1.Πνευμονική βλάβη: Η βλάβη στους πνεύμονες από ένα ωστικό κύμα προκαλείται κυρίως από την αιφνίδια και έντονη αύξηση της πίεσης που ασκείται εξωτερικά στο σώμα, και ειδικά στο θώρακα. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό ως πνευμονική βαρύ τραυματισμός από blast (blast lung injury), και είναι το πιο συχνό θανατηφόρο αποτέλεσμα από έκρηξη σε σχετικά κοντινή απόσταση. Αυτή η διαφορά πίεσης οδηγεί σε συμπίεση του θώρακα και του πνευμονικού ιστού, ρήξη των κυψελίδων (alveoli), των μικρών αεροφόρων σάκων των πνευμόνων ,αιμορραγία και οίδημα στους πνεύμονες (σχήμα 3).

2.Βλάβη στην ακοή: Το ωστικό κύμα ασκεί αιφνίδια και υψηλή πίεση στο τύμπανο του αυτιού και στα εσωτερικά δομικά στοιχεία του ακουστικού συστήματος με αποτέλεσμα την ρήξη του τυμπανικού υμένα εάν η πίεση είναι μεγαλύτερη από 5psi. Αυτό οδηγεί σε αιμορραγία , πόνο και άμεση απώλεια ακοής.

3.Τραυματισμοί εσωτερικών οργάνων: Η απότομη μεταβολή πίεσης επηρεάζει όργανα όπως το έντερο, την καρδιά κ.ά.

4.Κρανιοεγκεφαλικές κακώσεις: Το ωστικό κύμα μπορεί να προκαλέσει εγκεφαλικές κακώσεις ακόμα και χωρίς εξωτερικό τραύμα, μέσω της γρήγορης επιτάχυνσης και επιβράδυνσης του κεφαλιού. Η απότομη αλλαγή πίεσης και η αδρανειακή επιτάχυνση προκαλούν μετακίνηση του εγκεφάλου. Αυτό οδηγεί σε διάσειση, διάχυτο αξονικό τραυματισμό (DAI) ή ακόμα και αιμορραγία (σχήμα 4).

5.Δευτερογενείς τραυματισμοί: Από θραύσματα, συντρίμμια, πτώσεις λόγω της ισχυρής ροής αέρα.

Σύμφωνα με την βιβλιογραφία η πιθανότητα τραυματισμών από το ωστικό κύμα σε μονάδες πίεσης είναι οι ακόλουθες:

Πέραν όμως από τις σωματικές βλάβες υπάρχουν και οι ψυχολογικές επιπτώσεις οι οποίες έχουν σαν κύριο χαρακτηριστικό το τραυματικό και μετατραυματικό στρες. Δηλαδή οι επιζώντες εκρήξεων μπορεί να παρουσιάσουν σοβαρά ψυχολογικά προβλήματα λόγω του τραυματικού γεγονότος.

Το ωστικό κύμα είναι ένας αόρατος αλλά εξαιρετικά επικίνδυνος μηχανισμός τραυματισμού, ικανός να προκαλέσει πολυοργανικές βλάβες σε ελάχιστο χρόνο. Η γνώση των επιδράσεών του είναι κρίσιμη για την πρόληψη (σχεδιασμός προστατευτικών μέτρων),τη διάσωση θυμάτων, και τη θεραπεία τραυματιών.

Η πρόληψη επιτυγχάνεται μέσα από τον σχεδιασμό και την εφαρμογή προληπτικών μέτρων και την έγκαιρη και έγκυρη ενημέρωση του κοινού για τους κινδύνους που διατρέχει σε περίπτωση έκρηξης. 

Για να επιτευχθεί ο σωστός σχεδιασμός , να εφαρμοστούν προληπτικά μέτρα και να ενημερωθεί σωστά το κοινό θα πρέπει να γίνει επίλυση μαθηματικών εξισώσεων. Η πολυπλοκότητα των μαθηματικών εξισώσεων απαιτεί τη χρήση λογισμικού ώστε τα δεδομένα να μπορούν να επεξεργαστούν καλύτερα και η παρουσίαση των αποτελεσμάτων να είναι πιο λεπτομερής και πιο κατανοητή.

Υπάρχουν εξιδεικευμένα λογισμικά τα οποία έχουν την ικανότητα να υπολογίζουν 19 διαφορετικούς τύπους συστατικών σώματος (σχήμα 5).

Το μοντέλο λαμβάνει υπόψη το γεγονός ότι διαφορετικά υλικά/μέρη του σώματος είναι ευαίσθητα σε διαφορετικές πτυχές ενός κύματος έκρηξης. Για παράδειγμα, τα τύμπανα του αυτιού είναι ευαίσθητα στην τιμή της μέγιστης υπερπίεσης, ενώ οι τραυματισμοί των μακρών οστών προκαλούνται περισσότερο από δυναμική πίεση. Τα επίπεδα ζημιάς συνήθως αναφέρονται σε τέσσερις κατηγορίες: καμία ζημιά, ελαφριά ζημιά (χρήσιμη, που απαιτεί μικρές επισκευές), μέτρια ζημιά (μερικώς χρήσιμη ή προσωρινά μη λειτουργική, που απαιτεί μεγάλες επισκευές) και σοβαρή ζημιά (μόνιμα μη λειτουργική, μη επισκευάσιμη). Τα επίπεδα τραυματισμού συνήθως αναφέρονται σε έξι κατηγορίες: κανένας τραυματισμός, τραυματίες που μπορούν να περπατήσουν, χρειάζονται μικρή χειρουργική επέμβαση, σοβαρά τραυματισμένοι που χρειάζονται μεγάλη χειρουργική επέμβαση, απίθανο να φτάσουν ζωντανοί στο νοσοκομείο και θανόντες.