Любой достойный специалист по выживанию в природе, вероятно, носит в своём рюкзаке что-нибудь, чтобы разжечь огонь. Если он сторонник чистоты, то его предпочтительными инструментами могут быть кремень и сталь. Эта пара инструментов — надёжный способ развести костёр в сельской местности, при небольшом навыке.
Но почему это работает? Почему удар кремня о кусок стали вызывает огонь, в то время как трение двух случайных камней друг о друга — нет?
Все методы разжигания огня преследуют одну и ту же цель: выработать достаточно тепла для воспламенения источника топлива.
По словам Питера Сандерленда (Peter Sunderland), специалиста по пожаротушению из Университета Мэриленда, кремень и сталь при соскабливании могут быстро выделять такое тепло из-за того, что железо в стали вступает в реакцию с окружающим воздухом при соскабливании кремнем.
По словам Сандерленда, именно так работает классическая карманная зажигалка. При каждом вращении колёсика кремень трётся о сталь, воспламеняя бутановое топливо внутри и создавая пламя.
Но точное понимание того, почему эта комбинация так эффективна, требует углубления в химию окисления. Окисление — это когда химический элемент или соединение объединяется с кислородом, изменяя его свойства. Когда этот процесс происходит с железом, образуется коррозия. Использование кремня и стали для разжигания огня приводит к побочному эффекту окисления: нагреву.
Древние люди делали инструменты из кремня, поскольку данному камню можно было придавать форму наконечников стрел и острых лезвий. Кремень намного твёрже стали, поэтому при их соприкосновении в результате удара от стали отделяются крошечные кусочки железа.
Железо очень легко окисляется на воздухе, но этот процесс обычно происходит очень медленно. Например, заброшенный автомобиль или брошенная сельскохозяйственная техника покроются ржавчиной лишь через много лет.
Однако эти крошечные частицы железа из стали окисляются за доли секунды, хотя невооружённым глазом они не выглядят ржавыми. При этом образуются очень горячие искры. Процесс происходит так быстро, потому что кусочки железа имеют гораздо большую площадь поверхности, чем цельный кусок железа.
«Что важно, так это соотношение поверхности к объёму», — сказал Сандерленд Live Science. При использовании небольшой железной стружки «объём практически равен нулю, но остаётся большая площадь поверхности».
Таким образом, когда срезают крошечный кусочек железа, многие атомы железа внезапно попадают на воздух и могут все сразу окислиться. В результате химической реакции быстро выделяется огромное количество энергии в виде тепла. И если достаточное количество этих раскаленных железных стружек попадёт в кучу сухих листьев или веток, они могут воспламенить растопку и разжечь огонь.
Превратить искры в пламя может быть непросто, поэтому полезно иметь при себе что-нибудь, от чего искры легче воспламенятся, чтобы ускорить процесс. Сандерленд сказал, что стальная стружка хорошо работает — она воспламеняется, когда на неё попадают искры. Исторически люди использовали «обугленную ткань» — обгоревший кусок ткани, который легко воспламеняется, а затем медленно тлеет, давая время растопке вокруг него разгореться.
До того, как сталь получила широкое распространение, люди могли добывать искры, скребя кремнем по другим богатым железом породам, таким как пирит, более известный как золото дураков.
Другие технологии розжига используют аналогичные принципы. Магниевые зажигалки для розжига, популярный готовый вариант, используют свойства магния к сильному возгоранию. Таким образом, соскребая стружки магния в кучку трута, а затем высекая искры, проводя над ними железосодержащим стержнем, можно быстро получить потрескивающий костёр.
В спичках используется совершенно другой набор химических реакций, но цель у них схожая: быстрое выделение большого количества тепла для воспламенения источника топлива.
Иногда этот процесс происходит случайно, говорит Сара Макалистер (Sara McAllister), инженер-механик-исследователь Лесной службы США из Лаборатории противопожарных наук Миссулы. Например, лесные пожары могут начаться, когда кто-то буксирует прицеп с цепью, волочащейся за ним по асфальту, создавая искры. Или же при столкновении линий электропередач, когда возникающие искры поджигают сухую траву.
«Все они относятся к одной и той же области: крошечные горячие частицы, которые попадают в сухую растопку», — говорит Макалистер.