A First-Principles Theory of Large-Scale Wildfires Based on Carbon Material Properties
Year: 2026
Type: article
Abstract: Conventional disaster science and meteorology have described large-scale wildfires as stochastic and probabilistic phenomena driven by external environmental variables such as wind speed, relative humidity, and drought indices. However, this paper demonstrates that all such macro-environmental factors fail to serve as the true drivers of the phenomenon, and that the actual dynamics are governed by a fundamentally different microscopic physical mechanism. The inevitable driver of the phenomenon is the negative temperature coefficient (NTC) rapid drop in electrical resistivity characteristic of thermally decomposed carbon networks, coupled with the extreme accumulation of charge in a ``floating state'' isolated from the ground. In this paper, we formulate from first principles the ``low-temperature railgun effect (electron avalanche),'' in which field emission and thermionic emission are triggered even at low-temperature regimes well below $1000\,^\circ\text{C}$ due to impurities and electric field concentrations. This self-amplification of plasma circuits, which preemptively tears through spatial potential gradients, constitutes the true mechanism underlying abnormal propagation speeds and disaster escalation. Furthermore, to guarantee the validity of our theory without relying on bespoke, unverified experiments, we construct our mathematical model using official material property handbooks and industrial data universally recognized by established academia. By applying these sanctioned numerical values to our theoretical framework rather than conventional meteorological models, we reveal the physical necessity required to describe the phenomenon. Unless academia opens its laboratories and performs empirical verification based on the microscopic mechanisms of carbon material properties and electron runaway, this paper proves that conventional meteorological approaches alone are inherently incapable of capturing the reality of large-scale wildfires. 従来の防災科学および気象学は、大規模火災の駆動因を風速、湿度、乾燥指数といった外部環境変数に求め、これを統計的・確率的現象として記述してきた。しかし本稿は、これらマクロな気象因子が現象の本質的な駆動因たり得ず、現象を規定するのはまったく異なるミクロな物理的メカニズムであることを示す。現象の不可避な駆動因は、熱分解された炭素ネットワークが有する「負の抵抗温度係数(NTC)」の急降下特性と、大地から絶縁された「フローティング状態」における電荷の極限的蓄積である。本論文では、1000度という高熱に達する前段階であっても、不純物や電界集中によって低温度域から熱電子・電界放出が誘発される「低温レールガン効果(電子の暴走)」のプロセスを第一原理から数理的に定式化する。空間の電位勾配を先回りして引き裂くこのプラズマ回路の自己増殖こそが、異常な延焼スピードと災害拡大を説明する真のメカニズムである。さらに本理論の正当性を担保するため、独自の特殊実験に依存するのではなく、既存のアカデミアが認める「公式の物性ハンドブックおよび工業用データ」をベースに数理モデルを構築する。公認された数値データを従来の気象モデルではなく本理論の枠組みに適用することで、現象の記述に必要な真の物理的必然を明らかにする。炭素の物性と電子の暴走というミクロなメカニズムに基づく検証を行わない限り、従来の気象学的アプローチのみでは大規模火災の現実を捉えきれないことを本論は証明する。
Author: Morimoto, Masaru
Language: English
Topic: Fire effects on ecosystems
Subfield: Global and Planetary Change
Field: Environmental Science
Domain: Physical Sciences
SDG: Climate action
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7225000098