Rebecca C. Thompson

Rebecca C. Thompson (sündinud 2. jaanuaril 1979 Downers Grove'is Illinois' osariigis USAs) on USA füüsik ja teaduspopularisaator.

"Tuli, jää ja füüsika"

Tsitaadid väljaandest: Rebecca C. Thompson, "Tuli, jää ja füüsika: "Troonide mängu" teadus", tlk Vahur Lokk, 2020.

Väljaõppinud teadlasena esitan palju-palju küsimusi ja tahan teada, miks asjad juhtuvad just nii, nagu nad juhtuvad. Tahan saada selgitusi ja põhjendusi sellele, mida näen. Tahaksin, et saaksin seda harjumust sisse ja välja lülitada, aga ei saa. See tähendab, et telekavaatamine ja ilukirjanduse lugemine kipub muutuma huvitavaks ajaviiteks, mis sunnib mind alailma pausi tegema ja elukaaslasele hüüdma, mida teaduslikus mõttes kahtlast meile jälle näidati. Sellele järgneb lustlik 20-minutiline teadusalane mõttevahetus, just nagu need, mida me armastasime ülikoolis pidada. (lk 15)
Kui ma just parasjagu Hollywoodi teadusest ei kirjuta, teen oma igapäevatööd ja õpetan mitteteadlasi teadust hindama. Minu standardnali on, et kui kohtan baaris mingit tüüpi ja ta küsib minult, mida ma teen, siis sõltub mu vastus suuresti sellest, kui atraktiivne ta on. Kui tahan vestlust jätkata, siis ütlen, et kirjutan teaduspõhiseid koomiksiraamatuid. Kui eelistan, et ta jalga laseks, siis ütlen, et olen füüsik. Rangelt võttes on mõlemad vastused õiged, aga esimene kõlab hoopis vähem hirmutavalt. Minu eesmärk elus on seda muuta. (lk 15)
Korraldajad kutsusid mind paari tundi läbi viima ja õhtusöögi ajal üldhuvitavat füüsikaloengut pidama. Küsisin, millest ma võiksin rääkida, ja nad vastasid: "Ükskõik millest." Ma olin teinud blogipostitusi igasuguste asjade füüsikast, aga ma polnud kunagi pidanud loengut "ükskõik millest" ja sellist võimalust ei saanud raisku lasta. "Troonide mängust" oli äsja saanud kõige enam piraaditud sari maailmas ja mina olin sellest sõltuvuses. Nägin sarjas nii palju teaduslikus mõttes huvitavat ja see tundus olevat proovimiseks väga hea "ükskõik mis". Ma ei osanud aga oodata, et lähen sinna ettekandega täis verd ja jubedusi, surma ja hirmsaid videolõike - ja et ma olen seltskonnas ainus sarja näinud inimene. Sellele vaatamata juhtus kaks asja. Suur hulk inimesi sai teaduse kohta päris palju teada ja terve hulk uusi fänne sai pööratud sarja usku. Ma pole päris kindel, kas mind esinema kutsunud inimene sai ikka päriselt aru, kuidas ma tõlgendan "ükskõik mida", aga siin me nüüd oleme, pärast hulka selle ettekande versioone - ja nüüd ka raamatut. (lk 16)
Ülikoolis nõudis juhendaja, et me räägiksime oma uurimistööst nii, nagu seletaks emale. Ma märkisin, et see on rohkem kui pisut seksistlik, mu toakaaslase emal on insenerikraad ja ta saaks keerulistest sõnadest arvatavasti vabalt aru. Siis sõnastas ta oma soovi ümber ja palus meil selle asemel selgitada oma tööd 12-aastasele. (lk 16)
Olen täiesti veendunud, et igaüks peaks maistest (ja vahel ebamaistest) asjadest arusaamiseks vähemalt natuke teadusest jagama, oskama vabalt kasutada levinud terminoloogiat ja mõtelda teadlase kombel. Inimesed räägivad väga sageli, et "ma ei ole õieti teaduseinimene" või "ma ei saa õieti teadusest aru", aga ometi ei pea me loomulikuks mitte olla "raamatuinimene" või mitte aru saada poliitikast. Need on kõik oskused, mida inimestel on ühiskonnas hakkama saamiseks vaja, ja teadusega ei peaks minu meelest olema kuidagi teisiti. (lk 17)
Võtke arvesse, et surmapeatüki lugemine võib olla oodatust raskem. Seda kirjutades sain aga teada kaht asja. Esiteks, et blond naine, kes arutab kokteilipeol asjalikult giljotiini teaduslikke üksikasju, viib mõned inimesed šokiseisundisse ja sunnib neid uue joogi järele tõttama. Teiseks - elust surmani jõudmiseks pole olemas lihtsat teed. Mis ka poleks, on see karm üleminek, aga küllap me saame kõik lõpuks ise järele proovida. Mitmesuguste piinamismeetodite teadusesse otsustasin oma nina mitte toppida, kuna tundus, et see oleks juba liiast. (lk 18)
Mis õigupoolest on aastaajad? Hakatuseks tundub sellele küsimuse vastamine tobe, sest kõik ju enam-vähem teavad, mis on aastaaeg. Kui lilled õitsele puhkevad, on kevad; kui on palav ja niiske, on arvatavasti suvi; kui lehed muudavad värvi, on ilmselt sügis. Vabad päevad ja lumelabidas tähendavad, et lõpuks on kohale jõudnud talv. Seda, et talv on kätte jõudnud, ei ütle meile Westerosi maailmas mitte röstsaiaindeks, vaid Tsitadelli valge ronk; paraku pole asi päris nii lihtne. Isegi teadlastel pole ühte konkreetset lollikindlat viisi öelda, mis aastaaeg meil parasjagu on. Tegelikult on aastaaegade definitsioone kaks, meteoroloogiline ja astronoomiline. Nagu arvata võisite, põhineb aastaaja meteoroloogiline määratlus sellel, milline on ilm, astronoomiline määratlus aga sellel, kus me oma orbiidil ümber Päikese parajasti asume. (lk 23)
Ingliskeelne sõna solstice ehk päikeseseisak pärineb ladinakeelsetest sõnadest sol, mis tähendab päikest, ja sistere, mis tähendab paigal seismist. Kui Päike aasta jooksul üle taeva liigub, paistab see päevade pikenedes taevas üha kõrgemal ja nende lühenedes üha madalamal. Kui miski kulgeb kõrgpunktist madalapunkti ja tagasi, peab see vastassuunda pöörduma kahes erinevas kohas. Neid kaht kohta nimetataksegi päikeseseisakuteks. Suvine pööripäev ehk päikeseseisak on aasta kõige pikem päev, mil päike on taevas oma kõige kõrgemas punktis. Pärast talvist pööripäeva muutuvad päevad üha pikemaks ja päike tõuseb keskpäeval taevas üha kõrgemale. Suvisel pööripäeval tundub (või vähemalt tundus vanadele kreeklastele), et Päike jääb oma tõusval teekonnal paigale, pöörab siis ümber ja hakkab tagasi alla tulema, kuni jõuab talvisel pööripäeval madalaimasse punkti. (lk 25)
Võrdpäevsused omakorda jäävad täpselt poolele teele päikeseseisakute vahel. Neis punktides on päevavalgust ja öötunde võrdsel hulgal - sellest ka nimi, võrdpäevsus. Võib-olla olete kuulnud Vähi pöörijoonest ja Kaljukitse pöörijoonest, kahest võrdpäevsuse mõttes olulisest laiuskraadist. (Ühtlasi kannavad neid nimesid Henry Milleri toredad raamatud.) Vähi pöörijoonel seistes asub päike kevadise võrdpäevsuse ajal keskpäeval otse pea kohal. Sügisese võrdpäevsuse ajal asub keskpäevapäike pea kohal Kaljukitse pöörijoonel seistes. (lk 25)
Kui te eales otsite internetis midagi muud naljakat peale kassivideote, otsige "Harvard grads explaining why we have seasons" ("Harvardi üliõpilased selgitavad, miks meil on aastaajad"). Nende selgitused näitavad paari asja: esiteks saab selgeks, et Harvardi lõpetamiseks pole vaja füüsikat tunda, ja teiseks, kui palju on väärarusaamu aastaaegade põhjuste kohta. (lk 26)
Kui küsida, mis aastaaegu põhjustab, ütleb suurem osa inimesi, et Maa on Päikesele suvel lähemal ja talvel sellest kaugemal. See ei ole üldse halb pakkumine. Mida lähemal soojuse allikale, seda kuumemana see tundub, seega on täiesti loogiline, et Päikesele lähemal olemine soojendab Maa pinda. See variant on siiski vale. Maa on tegelikult talvel Päikesele lähemal ja suvel sellest kaugemal. On tõsi, et kõigis orbiidi punktides ei ole Maa kaugus Päikesest ühesugune, kuid erinevus on väga-väga väike. Kauguse muutumine mõjutab temperatuuri küll, kuid mitte piisavalt, et aastaaegu põhjustada. (lk 26)
Telje kalle - täpsemalt tõsiasi, et see on vahel kaldu Päikese suunas ja vahel sellest eemale - põhjustabki aastaaegu. Kui põhjapoolkera on Päikese poole kaldus, langeb päikesevalgus sellele otse; kui põhjapoolkera on suunatud Päikesest eemale, jõuavad päikesekiired maapinnale nurga all. Langemisnurk määrab päikesevalguse intensiivsuse, mis omakorda mõjutab Maa temperatuuri. (lk 28)
Maa liikumist mõjutavad Päikese ja isegi Kuu gravitatsiooniline tõmme. Kolme erineva objekti gravitatsioonilise vastasmõju füüsika on ääretult keeruline ja see pole ülesanne, mida oleks kerge lahendada. Tegelikult sai Päikese, Maa ja Kuu vastasmõjusid uurivatel teadlastel sellest nii kõrini, et nad andsid probleemile eraldi nime - "kolme keha probleem" - ja see on tänini nii keeruline, et tegelikku lahendust pole leitud. Täpselt nii: me võime tuvastada kokku põrkavate mustade aukude gravitatsioonilaineid, kuid isegi Stephen Hawking ei suutnud kirjutada võrrandit, mis annaks Маa, Kuu ja Päikese asukoha ja kiiruse mis tahes ajahetkel lähtudes teatud algtingimustest. Mis veel hullem, kui Kuuga juhtuks, läheks kõigi gravitatsioomliste tõmmete õrn tasakaal paigast ja võiks põhjustada äärmuslikke muutusi kliimas ja aastaaegades. Tundub, et meil on Maa orbiidi ja Kuu vastasmõjude stabiilsusega kõvasti vedanud. (lk 32-33)
1993. aastal avaldas Jacques Laskarist, Frédéric Joutelist ja Philippe Robutelist koosnev Prantsuse uurimisrühm ajakirjas Nature korraga kaks artiklit, mis käsitlesid Kuu mõju Maa teljele. (Suurem osa teadlasi oleks valmis kedagi mõrvama üheainsagi artikli Natures avaldamise eest; kaks korraga ühes numbris on täiesti üle võlli.) (lk 34)
Nende simulatsioonid näitasid, et kui poleks Kuud, käituks Maa telg kaootiliselt. Einoh, päriselt - see oleks teaduslikult kaootiline. Just nagu nukukleidid ja kaelakeed 1990ndate moes, olid mittelineaarne dünaamika ja kaos kõva sõna sama ajajärgu füüsikas. Kui liigutada süsteemis pisut ühte asja, liigub reaktsioonina tavaliselt pisut ka mõni teine asi. Suurem algne liikumine põhjustab suurema muutuse. Mittelineaarse dünaamika puhul ei saa midagi ennustada. Mittelineaarses süsteemis võib väike liikumine põhjustada suure muutuse - või üldse mitte midagi. See on päris pull füüsika haru ja filmides üks kõige enam kasutatavaid "teaduslikke" sõnu (tuletage meelde "Juura-ajastu parki" ja Jeff Goldblumi pidevat vingumist liblikaefekti üle) kohe pärast kvantmehaanikat, relatiivsust ja ussiauke. Mittelineaarses dünaamikas võib kaost matemaatiliselt iseloomustada, salvestades süsteemi oleku kohta palju andmeid ja siis tehes hulka peent statistikat. Miski, mis on kaootiline, või tunduda juhuslik, kuid selles on oma kord. Seal on korduvad mustrid, tagasisideahelad ja kvaasiperioodilisus, mis tähendab, et miski paistab, nagu see oleks perioodiline, aga päriselt ikkagi ei ole. Näiteks võib miski järgida mõne korra üht tsüklit, siis aga minna üle teisele, mis on küll väga sarnane, aga mitte päris samasugune. (lk 34-35)
Eriti huvitavaks läksid asjad siis, kui teadlased Kuu sootuks ära võtsid. Ilma Kuuta jääb igasugune teljekalle kaootilisesse piirkonda, mis tähendab, et Maa telg pole üldse stabiilne. Kuu stabiliseerib telje dünaamikat ega lase sel kaootiliselt liikuda. Seetõttu pole Kuu meile tähtis üksnes loodete tõttu, vaid selle stabiilsus annab meile aastaaegade regulaarsuse. (lk 35)
Aastaaegade veider pikkus on tore kirjanduslik võte, kuid teaduslikult seda seletada pole just lihtne. Minu meelest on siiski olemas kaks mõistlikku seletust, ja mul on ka oma lemmik. Kahe päikese versiooni jätan kohe kõrvale, sest see ei sobi mütoloogiaga üldse - see on Tuntud Maailm, mitte Tatooine. "Jää ja tule laulu" praeguseks trükitud 5700 leheküljel oleks keegi ikka kaht päikest maininud. (lk 40)
Üks asi, millest ma seni rääkinud pole (aga millest paljud lugejatest küllap juba aru said), on see, et saada enam kui aasta kestvaid aastaaegu on väga-väga raske. Maa peal esinevad telje kalde tõttu ühe aasta jooksul kõik neli aastaaega. See lihtsalt peab nii olema. Üks aasta on määratletud kui üks ring ümber päikese. Mis tahes enam-vähem stabiilse teljega planeedil peavad vastavalt aasta mõistele esinema ühe aasta ehk ühe päikese ümber tehtud tiiru jooksul kõik aastaajad. Sellest ei saa üle ega ümber. Kui aga telg muutub, on asjad teisiti. Muutuva telje korral ei panustaks ma aastaaegade pikkusele punast pennigi. See on ainus viis, kuidas saada aastaajad planeedil kestma kauem kui üks aasta. (lk 42)
Universumis on nii palju planeete, et on täiesti võimalik leida mõni, mis asub Kuldkihara-vööndis ja sellel tekib elu, kuid millel on seejuures veidrad aastaajad. Kas ma arvan, et see on väga tõenäoline? Ei. Aga olen (või noh, ma vähemalt tahaks arvata, et olen) ühtlasi intelligentne olend, kes kirjutab seda peatükki pööraselt keerulisi tehnoloogiaid kasutaval iPadil, istudes kohvikus, kus pakutakse tohutult palju erinevaid imelisi jooke. Kõik see tundub samuti üsna ebatõenäoline arvestades, et Maa oli alguses lihtsalt plöga. Ehk siis - kas ma võin välistada, et planeedil on täiuslikult kaootiline telg, ideaalne kaugus üksikust tähest ning just õige orbiit koos kuuga, mis seda vajalikul määral stabiilsena hoiab? Mitte kuidagi. (lk 42)
Harrenhal oli ehitatud vallutamatuks kindluseks. Paraku ei osanud keegi ette näha õhurünnakut. Vanal kuningal Harren Mustal polnud pikeerivate lohede vastu mingit võimalust. Kirjelduste kohaselt Harrenhal sulas - mitte ei põlenud ega murenenud, vaid sulas. Kalju tundub ju üsna tahke asi. Oleme kõik kuulnud tuhandeaastastest kirikutest ja gladiaatorite ajastust pärit kiviehitistest; kivi ei peaks sulama. Aga ehk ikkagi võib. Ja kui võib, kas Balerion suudaks seda sulatada? Seekord nõuab vastust õige mitu küsimust. Esiteks, kas tuli võib olla piisavalt kuum, et sulatada kivi? Ja kui võib, kas Balerioni pimestavvalgest leegist piisaks? (lk 179)
Kõige tähtsam küsimus on siiski see, kas lohe üldse suudab tuld tekitada või mitte. Interneti fännifoorumites on hunnikute kaupa selgitusi, kuidas lohed seda teha saaksid. Samuti leidub arvutult argumente, mis need teooriad ümber lükkavad. Puudu on aga matemaatikal põhinevad päriselulised arvud. Loodan siinkohal kinnitada või ümber lükata nii palju lohetule selgitusi kui suudan. Tunnistan algusest peale, et olen arvatavasti midagi kahe silma vahele jätnud. Olen kindel, et sellele on olemas segasevõitu teaduslik seletus. Teisalt on loodus ja evolutsioon oma töös tõesti väga osavad. Need andsid loomadele suured ajud, lõpused, haardsabad ja nunnud näod, mis tekitavad meis soovi nende eest hoolitseda. Tulepurskamise võime asub kasulikkuse skaalal kuskil päris tipus, kohe vastanduva pöidla kõrval. Muidugi andis loodus meile ka pimesoole, aga kui olnuks mingisugunegi võimalus anda inimestele tuli, siis, ma usun, oleks loodus selle välja nuputanud. (lk 180)
Tulest ja leegist on üsna raske aru saada ja veel raskem on seletada nende olemust, nagu paljud konkursil osalenud võivad kinnitada. Paljude esimene küsimus, püüdes tuld mõista, on see, kas leek on tahkis, vedelik või gaas. Vanad kreeklased olid veendunud, et tuli on omaette element, ja ega nad palju mööda pannudki. Tuli pole siiski ükski neist. See on hulga keemiliste reaktsioonide käigus soojuse ja valgusena vabanev energia. (lk 180)
Isegi kui me ütleme, et puit (või bensiin või paber) põleb, siis ei, nii see pole. Keemiline reaktsioon, mida meie näeme põlemisena, ei saa toimuda materjaliga, mis esineb tahkel või vedelal kujul. Millegi, näiteks puidu põletamisel on esimene samm ajada see nii kuumaks, et tekib aur, mis seejärel põleb. Materjali süttimispunkt on madalaim temperatuur, millel tekib põlemiseks piisavalt auru. Kõnekeelsele kasutusele vaatamata pole süttimispunkt see punkt, kus miski põlema läheb - see on punkt, kus materjal saab põlema minna. Temperatuuri, millel materjal tegelikult süttib, nimetatakse sobivalt isesüttimistemperatuuriks. (lk 181)
Põlemisreaktsioon on eksotermiline, st reaktsioon, mille käigus vabaneb soojust. Kuna soojust vabaneb palju, püsib temperatuur üle süttimistemperatuuri ja reaktsioon jätkub. Just seetõttu on tuli nii ohtlik - see on ise ennast säilitav reaktsioon. (lk 181)
Samasugune reaktsioon toimub näiteks ka roostetamisel, mis on samuti oksüdatsioonireaktsioon, kuid põlemise puhul juhtub kõik väga kiiresti. Rooste tekitamiseks katkestab õhus olev hapnik oma nõrga kaksiksideme ja ühineb rauaga. Seejuures vabaneb õige pisut soojust, kuid see juhtub nii aeglaselt, et tavaliselt jääb see märkamata, kuna soojusest süttimispunktini jõudmiseks ei piisa. Kui leotada töötlemata terasvilla sidrunimahlas, mis eemaldab selle kaitsva kattekihi, ja pista see suletavasse kilekotti, on näha väga kiiret roostetamist ja tunda kilekoti soojenemist. Siiski toimub reaktsioon liiga aeglaselt, et seda tuleks võiks nimetada. Kui aga puudutate üheksavoldist patareid väga peene töötlemata terasvillaga (#00, saadaval igas ehituspoes), juhtub reaktsioon väga kiiresti ja teras võtab tuld. See on matkal suurepärane viis lõke süüdata ja väga ohtlik, kui hoiate terasvilla patareidega samas sahtlis. (lk 182)
Tule kustutamiseks peab kõrvaldama ühe kolmest - soojuse, hapniku või kütuse. Puidu põlemisel jahutab vee peale kallamine lõkke väga kiiresti ning reaktsioon ei suuda end enam jätkata. Rasvatule puhul see paraku ei toimi, sest õli tõuseb vee pinnale. Vee viskamine sellisele tulele lennutab põleva õli pritsmed laiali ja põleng muutub ohtlikumaks. Seevastu söögisooda puistamine eemaldab hapniku ja kustutab tule. (lk 182)
Kui teid võlub mõte kokteilist, mis maitseb nagu reaktiivkütus ja pohmell, siis "Troonide mängust" inspireeritud "turmatule-kokteil" koosneb meloniliköörist, apelsinimahlast ja arbuusiviinast, mille katab ülemine, teraviljaalkoholist kiht. (lk 183)
Selleks, et lohe saaks tuld pursata, on tal vaja kolme asja: kuumust või sädemeid, kütust ja hapnikku. Kui eeldame, et kopsud on lohedel hästi suured, on hapnikuga asi lihtne. Sädemete ja kütusega läheb pisut keerulisemaks. (lk 183)
Kõige tõenäolisem viis, kuidas lohe saaks tuld pursata, oleks süüdata mõni paljudest orgaanilistest kütustest sädemega. Nipp on leida kütus, mida oleks ühtaegu lihtne teha ja keha sisemuses kerge säilitada. Ja siis on vaja veel mingisugust süüdet. Olen lugenud palju teooriaid, kuidas lohed tuld purskavad, kuid süütemehhanism on asi, millest alati sujuvalt mööda minnakse. (lk 184)
Kui pillate tiku maisitärklisele, siis tavaliselt see lihtsalt kustub. Põhjus on selles, et puudub üks kolmest tule püsimiseks vajalikust asjast - hapnik. Servades muidugi üht-teist on, aga püsivaks põlemiseks sellest ei piisa. Maisitärklis on huvitav materjal, sest selle molekulid on kerakujulised. Tärklist käte vahel hõõrudes tundub see pehme ja libe. Põhjus on selles, et sisuliselt on see hulk tillukesi kuullaagreid. Võiksin maisitärklise imelistest omadustest lõputult jahuda (see tasub kiiret guugeldamist, kui teil hetk aega on), aga siinkohal keskendun süttivusele. Nagu kõik tärklised, on ka maisitärklis mõeldud ühel või teisel viisil oksüdeeruma. Tärklised salvestavad energiat, mida keha hiljem kasutada saab. Kui olete vastupidavussportlane, olete ilmselt end enne pikka võistlust süsivesikutega laadinud. Maisitärklis on mõeldud salvestama energiat seniks, kuni seda vaja läheb. Kui see satub leegi lähedusse või miski käivitab põlemisreaktsiooni, pääseb energia valla. Kui puhute tärklise molekulide vahele õhku ja viite need siis kokku tulega, on tulemuseks fantastiline tõrvik. Kuna molekulid on väikesed ja kerakujulised, on kõigil neil suur kokkupuutepind õhuga ja piisab ühest sädemest, et tärklis korraliku leegiga põlema lahvataks. Just seepärast kuuletegi vahel teraviljapunkrite tulekahjudest - seal on õhus palju teraviljaosakesi ja kui need puutuvad kokku sädeme või leegiga, võib see tekitada plahvatuse. Kui tahate seda efekti oma silmaga näha, võite täita pigistatava pudeli maisitärklisega, süüdata peoküünla ja puhuda siis leegi kohale maisitärklist. Vaja on pisut harjutada, et see tuleks välja ilma samal ajal küünalt ära puhumata, ja tekkiv segadus on samuti vahva, kuid muuhulgas purskab see tuld just nii, nagu võiks seda teha üks lohe. (lk 184-185)
Üks kergsüttiva gaasi näide oleks metaan. Lehmad on väga suured metaanitootjad. Metanogeenideks nimetatavad mikroobid lehma maos lõhustavad looma söödud rohus leiduvat tselluloosi, vabastades selles olevad toitained, ja metaan on protsessi kõrvalsaadus. Kui eeldame, et keskmine lohe on lehmast palju-palju kordi suurem ja vastavalt suurema kütusepõiega, tähendab see, et nad saavad toota hoopis rohkem metaani. Metanogeenid saavad toimida hapnikuta keskkonnas. Nad on anaeroobsed. Kui lohe kütuseallikaks on metaan, on see suurepärane uudis. Pole mingit võimalust, et metaani saaks toota keskkonnas, kus see võiks plahvatada. Kaks protsessi, põlemine ja metaani tootmine, välistavad teineteist, seega tundub see olevat kütuse tootmiseks suurepärane meetod. Probleem on muidugi selles, et lohed ei söö rohtu — nad söövad liha. See võib ju olla hoopis dramaatilisem, kuid metaani tootmiseks väga halb. Kuna metaani tootvad anaeroobsed bakterid söövad taimses materjalis olevat tselluloosi, ei aita lihapõhine dieet vajalikku kütust toota. (lk 185)
Lihalehmadest umbes kaks korda rohkem metaani tootvatel piimalehmadel tehtud uuringu kohaselt tekib kilogrammi tarbitud kuivtoidu kohta umbes 2 grammi metaani. See teeb ligikaudu 330 grammi ehk umbes 500 liitrit metaani päevas. See on 0,5 kuupmeetrit. Süütamisel toodab metaan umbes 39 megadžauli soojust kuupmeetri kohta, ühe kilogrammi vee temperatuuri tõstmiseks ühe kraadi võrra kulub energiat 4200 džauli. Ehk siis ühe lehma ühe päeva jooksul toodetud metaaniga saab ajada keema 58 kg toatemperatuuril olnud vett. (lk 186)
Olgu materjal maisitärklisetaoline või metaan, leegi süütamiseks on vaja sädet. Arvatavasti on see lohetule tekitamise kõige lihtsam osa. Variante on õige mitu. Üks oleks tulekivi. Pterosaurustel, kes võisid olla lohede sugulased, olid pugud nagu paljudel lindudel. Pugu aitab toitu kivide abil peenemaks jahvatada. Lind (või pterosaurus) neelab alla mõned kivid ja kruusa, mis satuvad pugusse. Pugu lihaselised seinad purustavad kivide abiga kõvemat toitu. Eeldamaks, et lohedel võib olla "tulepugu", kus leidub tulekivi ja raudpüriiti, ei ole kujutlusvõimet vaja luga palju pingutada. Tavaliselt kasutatakse tulekiviga terast, kuid lohedel oleks terase hankimine keeruline. Kui lüüa tulekivi vastu raudpüriiti, on reaktsioon väga sarnane sellega, mis juhtub üheksavoldise aku puudutamisel terasvillaga. Kui tilluke rauakild kõva tulekiviga lahti lüüakse, toimub kiire oksüdatsioon ja tekib säde. Lohe saaks kütusepõie sisu kergesti üle sädeme puhuda ja sel moel tekitada leeklambi. (lk 186)
Kolmas süütemehhanism võiks olla piesoelektriline kristall. Säde tekib selle pigistamisel. Nendes kristallides asetsevad aatomid pisut ebasümmeetriliselt. Kristalli pigistades surutakse aatomid kokku, mis ajab sassi tavalise elektrilise neutraalsuse ja tekitab elektrilaengu. Praktilise poole pealt, kui lohel oleks sellise kristalli ümber lihas, mis seda sobival hetkel pigistab, võiks see tekitada sädeme, kui kütus kristallist üle voolab. Lohede õnneks on luude kollageenil mõningaid piesoelektrilisi omadusi. Sädet võivad anda teisedki looduslikult esinevad materjalid, sealhulgas kvarts ja isegi suhkur. Kõigist lohetuld ümbritsevatest võimalikest probleemidest näib sädeme tekitamine olevat kõige väiksem mure. (lk 187)
Isesüttivad vedelikud süttivad kokkusegamisel, sädet vaja ei ole. Neid on kasutatud raketikütustes, seega võivad need raudselt tekitada leegi, mida lohe leegiheitjavõimete jaoks vaja läheb. Just nagu teistegi põlemisreaktsioonide puhul, on meil vaja kütust ja oksüdanti, kuid antud juhul pole ennast toitva reaktsiooni käivitamiseks vaja sädet. Üldiselt on kasutatavad keemilised ained mürgised ja korrodeerivad, kuid see ei peaks neid veel välistama; soolhape on ka paganama ohtlik, aga maol pole sellest midagi. (lk 187)
Paugujooksik talub erinevalt eelmistest kõrget temperatuuri omaenda kehas. Ta küll ei purska tuld, kuid võib tulistada kiskjate pihta keemistemperatuuril toksilisi kemikaale. Kui jooksikut ohustada, segab see oma tagakehas kokku kaks ühendit. Tagakeha kambri vooderdus toimib katalüsaatorina, põhjustades eksotermilise reaktsiooni, mis toodab piisavalt kuumust, et kemikaalisegu keema ajada. Seejärel pursatakse vedelik olevuse tagaotsast jõuliselt välja. Purskemehhanismi rõhk sulgeb kambri avad, kaitstes seega jooksiku elundeid keevas vedelikus sulamise eest. (lk 188)
Lohe kehas tekkinud tuli peab teel lohe suhu mööduma elutähtsatest organitest. Ja isegi kui lohe saaks kuidagiviisi oma elundeid kaitsta, on paugujooksikul eelis kõva kaitsva eksoskeleti näol, mis suudab taluda keemilise reaktsiooni kuumust. Lohedel sellist eksoskeletti pole. Seega, kuigi olevused, kes suudavad end tugeva kuumuse eest kaitsta, on tõepoolest olemas, pole ükski neist ligilähedaseltki suuteline kaitsma end tule eest, mis on piisavalt kuum kivi sulatamiseks. (lk 189)
Tahaksin üle kõige, et suudaksin kirja panna lõigu, mis võtaks kergesti kokku, kuidas lohed tuld saavad teha. Seda peatükki alustades lootsin sellega hakkama saada. Nagu lohede lendu puudutavast peatükist näha, lepin kergesti sellega, et luban lohedele väikese ühekordse erandi füüsikaseaduste suhtes. Vaatamata kõigile mu püüdlustele peaksin tulepurskamise võimalikuks tegemiseks andma lohedele terve hulga füüsikalisi erandeid. Leidub olendeid, kes tulevad toime äärmusikes tingimustes, kuid need pole ligilähedaseltki võrreldavad sellega, mida peaks taluma lohe kurk. Leidub viise valmistamaks biokütust, mida lohed saaksid tule tegemiseks kasutada, kuid ükski kütus pole piisavalt kerge, et lohed saaksid lennata, seda ei saa toota piisavas koguses ja see ei põhjusta plahvatust lohe kaela haavamisel. Ainus asi, mida lohed suudaksid teha, on sädeme tekitamine. Minu meelest on see üks müütiline nähtus, mis peab müütiliseks jäämagi. (lk 189-190)
Must Hirm ei saanud oma nime mitte üksnes keha, vaid ka tule värvi järgi. Räägitakse, et tema tuli oli nii kuum, et paistis mustana. Füüsika vaatepunktist ei saa see päriselt tõele vastata. On tõsi, et leegil võib olla erinev värvus ja ma eeldan, et Balerioni must leek on tõsi, kuid sellist asja nagu must leek pole olemas. On mõned tõesti ägedad keemiakatsed, mis tekitavad väidetavalt musta "leegi", kuid nende puhul on tegu vaid ülekuumutatud auru, mitte leegiga. Sellele vaatamata on mustast tulest saanud fantaasiamaailma raudvara. (lk 190-191)
Kui tulle lisada erinevaid keemilisi elemente, saab tekitada erinevat värvi leeke lähtuvalt sellest, kuidas elemendid kuumenedes käituvad. Kui teatud ühendeid kuumutada, hüppavad elektronid järgmisele energiatasemele. Tagasi alla langedes kiirgavad nad valgust. Kiiratud valguse värvus sõltub kõrge ja madala energiataseme erinevusest. Kuna kõrgete ja madalate energiatasemete intervallid on igal elemendil ja ühendil erinevad, on ka värvused erinevad. Kui näiteks viskate tulle naatriumi, muutub leek kollaseks, vask aga annab tulele roheka tooni. Keemikud kasutavad tundmatu aine koostise määramiseks pasliku nimega leegikatset ja mõned sünnipäevaküünlad tekitavad värvilise leegi tänu samale efektile. (Kui tahate seda kodus proovida, leiate netist juhiseid, kuidas teha männikäbisid, mis annavad värvi kaminatulele - see on vahva pühadetraditsioon.) (lk 193)
Ilmselgelt on lohetuli päris kuum, kuid järgmise sammuna tema põhjustatud purustuste uurimisel vaatame, kuidas kivi sulab, ja määrame temperatuuri, mida selleks vaja oleks. Ilmselt mõtlevad mõned teie seast praegu, et kivi ei ole võimalik sulatada - sulavad ainult jää- ja metallitaolised asjad. Aga ka kivi võib sulada. Kui teil on eales olnud õnne külastada Hawaiid, olete ehk sulanud kivi näinud - ma räägin konkreetsemalt laavast. (lk 194)
Graniit tekib sulakivimi tahkumisel, seega tundub usutav, et äärmuslik kuumus võib selle taas sulaolekusse viia. Ehitusmaterjalina on graniit äärmiselt tugev, see omadus on tingitud kristallide moodustumise viisist. Kindlasti pole see ainus sellise keemilise koostisega kivim, kuid kuna see jahtub sügaval maa all aeglaselt, on piisavalt aega moodustada keerukaid kristalle. Kivimi jahtudes hakkavad erinevad mineraalid kristallideks tahkuma erineval temperatuuril ja eri kiirusega. Graniit ei koosne ühte tüüpi kristallidest nagu jää, vaid erinevatest, omavahel haakuvatest kristallidest. Teises peatükis rääkisin, kuidas jää praguneb mööda murdumistasandeid ja näiteks saepuru lisamine tugevdab jääd, sest tekitab murdumistasanditele väikesi teetõkkeid. Graniit on tugev just samal põhjusel: kristallid haakuvad omavahel, mistõttu selgelt määratletud murdumistasandeid pole. Ühe kristalli murdumistasandil on teine kristall teetõkkeks ees. Neid omavahel haakuvaid kristalle võib näha isegi palja silmaga; täpiline, teraline välimus on see, mis annab graniidile ühtaegu nii tugevuse kui ka nime. (lk 195)
Kuigi paljud on esitanud uduseid argumente teemal, kuidas lohed võiksid tuld toota, ei ole see matemaatika ja teaduse seisukohalt vaadates lihtsalt võimalik. Võib ju olla, et loom saab tuld pursata väikeses, näiteks mardika mastaabis, kuid võimalus, et Boeingu mõõtu elukas saaks tekitada tööstusliku leegiheitja väärilise tulejoa, jääb füüsikaseadustele püüdmatuks. Lohed võivad ehk lennata, aga tuli nõuab liiga paljude sildade põletamist. (lk 197)
Oletan, et Harrenhali tornide ehitamisel kasutati tublisti rohkem graniiti kui kilo või kaks. Samuti kui Balerion, oli Drogon 6. hooaja lõpuks piisavalt suur, et toota piisavalt kuuma tuld päevakivi sulatamiseks ja peaaegu piisavalt kuuma tuld kvartsi sulatamiseks pidevas leegijoas. Arvestades, et eluka leek suurenes tema kasvades, on see peagi piisavalt kuum, et kivi sulatada. Kui me tõsiasja, et loomal nii suure leegi tegemine usutaval moel võimalik ei ole, lihtsalt kahe silma vahele jätame, peaksid Balerion ja Drogon olema kindlasti suutelised tootma sellist kindlusi sulatavat kuumust, mis Targaryenid Raudtroonile tõstis. Tegelik küsimus on, kas neil selleks kannatust jätkub. No ja muidugi just siis, kui asjad klaaruma hakkavad, tuleb George R. R. Martin, tapab tegelase ning paiskab meid nii hingematvasse kurbusesse kui täiesti uude teadusvaldkonda. (lk 198)
Siiski on olnud palju juttu, kas tegu on normaalse sinise tulega või on see hoopis mingi külmutav anti-tuli. Just sellist tuld kirjeldati esimest korda George R. R. Martini raamatus "Jäädraakon", mis oli ühtaegu šokeerivalt lühike ja kirjutatud lastele. Ma poleks uskunud, et ta suudab kirjutada raamatu, mis nende kahe asjaga korraga toime tuleb. (lk 198)
Kui temperatuur materjali ühes osas erineb temperatuurist materjali teises osas, tekitab see pinget. Molekulid kuumal küljel liiguvad kiiremini ja eemalduvad üksteisest, külma külje molekulid aga kas aeglustuvad või koonduvad. See põhjustab pinget ja kui temperatuurierinevus on piisavalt suur, hakkab materjal sageli pragunema, vahel koguni plahvatuslikult. Eriti suur probleem on see laseriteadlastele, kes tegelevad kristallidega, mis lähevad väga kuumaks ja võivad puruneda, kui neid hästi ei jahutata (piu-piu-piu!). (lk 200)
Turmatuli on - lohede järel, muidugi - ilmselt üks kõige hävitavamaid relvi Westerosis. See on plahvatusohtlik, kleepub asjade külge, põleb vee pinnal ja on roheline. Väidetavalt sulatab see puitu, kivi ja terast. Vesi seda ei kustuta ja vanusega muutub see võimsamaks. Tegu on päris hirmsa asjaga. On see aga päriselt olemas? Me juba nägime, et tuli võib olla piisavalt kuum, et sulatada kivi ja terast ning et õlitule kustutamiseks ei tohiks kasutada vett. Kas tuli saab olla nii kuum, et vesi aurustub enne, kui tulega kokku puutub? Suurem osa asju, kui ehk vein ja juust välja arvata, kaotavad vanusega kangust, kuid turmatuli läheb aja jooksul tugevamaks. Millised ühendid võiksid niimoodi käituda? (lk 203)
Kreeklased jõudsid George R. R. Martinist kõvasti ette ja leiutasid juba 7. sajandil ühe esimestest keemiarelvadest, Kreeka tule. Nii nagu Damaskuse terase valmistamise saladused, on ka Kreeka tule täpne koostis aegade hämarusse kadunud; teave selle võimsuse kohta ja vihjed selle komponentidest on aga alles. Võimalik, et legendid Kreeka tule purustava jõu kohta on aja jooksul pisut liialdustesse kaldunud, kuid kõigi kirjelduste kohaselt oligi aine kohutavalt hävitav. (lk 204)
Kui tulele vett pritsida, jahutab see põlevat materjali piisavalt, et iseseisvalt levivat põlemisreaktsiooni peatada. Rasvapõlengud on aga teistsugused. Kui olete kunagi Texases elanud, siis olete ilmselt ka kalkunit frittinud (vähemalt mina küll olen) ja loodetavasti lugesite karmikõlalisi hoiatusi frittimismasina kasutusjuhendis. Kui nii, siis teate, kui ohtlik võib kalkuniküpsetamine olla, eriti kui teete seda kodus. (Maitsev lõpptulemus on siiski seda ohtu väärt.) Põhjus on selles, et rasvapõlengud on B-klassi põlengud, mis veega kokkupuutumisel plahvatavad (seega tuleb kalkun alati ära kuivatada, enne kui selle aeglaselt õlisse lasete). Põlenguid klassifitseeritakse selle järgi, mida on vaja nende kustutamiseks, seega ei või B-klassi tulekahju arusaadavalt kustutada veega. (lk 204)
Köögis võib saada päris korraliku tulekahju, kui praepannil vee pinnal ujuv õli tuld võtab, sest õli all olev vesi selle põlemist ei peata. Kanname nüüd sama loogika üle õlilaigule, mis ujub jõel allavoolu. Kui veekogu on piisavalt reostatud, võib see tõepoolest tuld võtta. Ohios läbi Clevelandi voolav Cuyahoga jõgi tõestas seda korduvalt, põledes mitte ühe ega kaks, vaid hinnanguliselt 13 korda. Esimene kord juhtus 1860. aastatel, viimane 1969. aastal. Jõe põlemise keskkonnakaitseline häbiplekk oli muide üks põhjus keskkonnaameti (EPA) loomiseks. Kunagi olid jõed põhimõtteliselt prügimäed, kuhu visati kõike: kanalisatsioonijäätmed, naftautmistehaste jäägid, keemilised jäätmed, praht - kõik see jõudis jõgedesse. Kuna Cuyahoga voolas õitsva Clevelandi linna ning selle paljude tehaste ja naftautmistehaste läheduses, jõudis jõkke palju naftajäätmeid, koguni sellisel määral, et ajakiri Time kirjutas kunagi, et Cuyahoga "nõrgub, mitte ei voola". J. D. Rockefelleri Standard Oil of Ohio, üks Ameerika Ühendriikide ajaloo suurimaid naftautmisettevõtteid, oli tohutu reostaja, sest lasi jõkke regulaarselt oma jäätmeid, sealhulgas bensiini. Arvatavasti mõistate, miks see halb idee oli. Õli ja muud naftapõhised saasteained ujuvad veepinnal ja süttivad kergesti. Saastekiht jões muutus nii paksuks, et moodustas veepinnal väidetavalt 7-15 sentimeetri paksuse kihi. Kõige hullem tulekahju toimus 2. novembril 1952 ja põhjustas hinnanguliselt 1,5 miljoni (inflatsiooni arvestades 14,2 miljoni) dollari suuruse kahju. Kuna paks õlikiht tekitas barjääri jõevee ja tule vahele, ei pääsenud vesi leeke kustutama. Jõepõlengute pikas jadas viimane toimus 1969. aastal ning oli inspiratsiooniks Maa Päeva algatusele, puhta vee seaduse vastuvõtmisele ja keskkonnaameti (EPA) loomisele. Vaja ei läinud selleks midagi muud, kui põleva jõe fotot ajakirjas Time. (lk 205)
1960. aastatel keeras Dow Chemical standardsele napalmile veel vinti peale, luues napalm B. Kui mõtlete kuulsatele napalmirünnakute piltidele, siis mõtlete just napalm B-st. Põlemisaeg pikenes 30 sekundilt 10 minutile ja enamgi. Seda kasutati peaaegu eranditult relvana elavjõu vastu, mis on peenem viis öelda, et strateegiliste sihtmärkide asemel põletati sellega inimesi. (lk 208)
Napalmi stabiilsus oli selle "edule" relvana otsustava tähtsusega. Relvast, mis ühevõrra tõenäoliselt põletab nii sind ennast kui vaenlast, pole palju tolku. (lk 209)
Esialgu süüdati napalmi termiidi abil, kuid see polnud töökindel meetod, sest termiidi enda süütamine on samuti väga raske. Nüüd süüdatakse napalmi kõige sagedamini valge fosforiga, mida kokkupõrkel geelisse pritsitakse. Valge fosfor (armeeslängis WP ehk "Willie Pete") pole ka ise mingi lust ja lillepidu - see põhjustab tõsiseid põletushaavu ja võib sulatada nahka, kuid see ei põle nii kaua kui napalm. Valge fosfor on isesüttiv ja käivitab põlemisreaktsiooni kokkupuutel õhuga, sest selle süttimistemperatuur on umbes 30 °C. Põlemisel küündib selle aine temperatuur 2760 °C kanti. Reaktsioon tekitab ka palju suitsu, mistõttu kasutatakse valget fosforit tihti pommide trajektoori markeerimiseks, kuna suits teeb selle kergesti jälgitavaks. Inimeste läheduses muutub see aine veel ohtlikumaks - need, kes ei saa põletushaavu, saavad kahjustada suitsu sisse hingates. Kui süütepomm sihtmärki tabab, puruneb kokkupõrkel alumiiniumkest, paisates napalmi laiali kuni 180 meetri raadiuses (see tähendab umbes kahe jalgpalliväljaku jagu hävitustööd). Valge fosfor paigutatakse selliselt, et alumiiniumkesta purunedes paisatakse see laialilendavasse napalmi, mis süttib kohe, kui õhuga kokku puutub. See on jubedalt tõhus. (lk 209)