RW Space

Огонь — древняя технология, которая помогла сформировать эволюцию человека. Наши предки использовали огонь для безопасности, приготовления и сохранения пищи. Они собрались вокруг мерцающего костра, чтобы поделиться историями, передать культурные знания и построить сообщество.

Сегодня огонь является важным промышленным инструментом. Он по-прежнему вплетен в нашу повседневную жизнь и ритуалы (подумайте о том, чтобы задуть свечи на праздничном торте).

Как и миллионы лет назад, огонь может формировать наши ландшафты, обладая способностью как опустошать, так и омолаживать целые экосистемы.

По теме: Археологи обнаружили самые ранние свидетельства того, что люди использовали инструменты для добычи огня

Огонь настолько знаком, но ему может быть трудно дать определение. Что на самом деле представляет собой огонь?

Давайте начнем с вопроса, на который немного легче ответить.

Каковы ингредиенты огня?

Чтобы зажечь огонь, нам нужны три вещи: топливо (что-то, что можно сжечь), кислород и начальная искра или источник тепла. Это известно как огненный треугольник, но вы также можете назвать топливо и кислород «реагентами», а начальное тепло — «энергией активации».

Для лесного пожара органическое вещество (например, древесина) является топливом. Кислород доступен в воздухе, и энергия активации может исходить из различных источников, таких как молния или деятельность человека.

Если мы удалим один из реагентов, огонь не сможет продолжать гореть. Чтобы потушить лесной пожар, можно убрать тепло, облив огонь водой. Вода превращается в пар, который также тушит огонь, вытесняя воздух. Топливо может быть израсходовано самим огнем или его можно заранее удалить с помощью мер по снижению опасности или культурных сжиганий.

Основным «продуктом» огня является энергия, а также газы, углекислый газ и водяной пар. Когда топлива больше, чем кислорода для горения, как это происходит при лесном пожаре, могут появиться дополнительные продукты.

Одним из них является сажа, представляющая собой крошечные полусгоревшие частицы углерода. Эти продукты взаимодействуют, создавая то, что мы чувствуем и видим, когда испытываем огонь.

Тепло, которое мы ощущаем от огня, исходит от энергии, которая излучается наружу в виде тепла. Продукты горячего газа поднимаются вверх, поскольку они менее плотны, чем окружающий более холодный воздух. Газы несут с собой частицы сажи, которые из-за своей высокой температуры светятся желто-оранжевым цветом.

При лесном или костре именно светящаяся сажа воспринимается нами как пламя. На самом деле пламя распространяется намного выше того места, где мы его видим. По мере того как сажа поднимается выше, она охлаждается и излучает свет невидимых для нас цветов, например инфракрасный свет.

Итак, что же такое огонь?

Очевидно, что это не жидкость и не твердое вещество. Хотя пламя действительно включает в себя горячие газы, пламя существует только тогда, когда горит огонь. Они не существуют в стабильном состоянии сами по себе, и мы не можем собирать пламя в контейнер, как CO₂ или водяной пар. Следовательно, пламя и огонь не являются газами.

Мы также можем исключить плазму – четвертое состояние материи. Плазма похожа на очень горячий газ, но с некоторыми ключевыми отличиями.

Плазма содержит так много тепловой энергии, что атомы в плазме ионизируются, а это означает, что они больше не могут удерживать все свои электроны. Плазма похожа на суп из заряженных частиц, как электронов, так и ионизированных атомов, которые могут проводить электричество и реагировать на магнитное поле.

В самых горячих частях самых интенсивных пожаров вполне возможно, что ионизированных атомов достаточно, чтобы образовать области слабой плазмы. Однако плазма сама по себе нестабильна, и огонь в целом не ведет себя как плазма.

По теме: Наши отношения с огнем создают пылающий эквивалент ледникового периода

На самом деле, огонь вообще не является материей. Огонь — это процесс. Это тип химической реакции, называемый горением.

Процесс, уникальный для Земли

Газы и плазма присутствуют повсюду во Вселенной, но огонь в том виде, в котором мы его ощущаем – с видимым кислородным пламенем – кажется уникальным для Земли.

Сама Земля образовалась из пыли и газа вокруг молодого Солнца, которое настолько горячо, что почти полностью состоит из плазмы. Вселенная является домом для триллионов галактик, каждая из которых заполнена звездами и возможными планетными системами, поэтому там много газа и плазмы.

Между тем, наша Земля — единственное место во Вселенной, где, как известно, возможен огонь.

Это потому, что один из ключевых ингредиентов огня — стабильный запас кислорода — является побочным продуктом жизни. И, насколько нам известно, жизнь существует только здесь, на Земле.

Эмма Браун, преподаватель математики и физики, CQUniversity Australia

Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.