Övergången mellan det gamla och nya året firas av tradition med fyrverkerier. Romantiskt och vackert enligt vissa. Miljöförstörande och skränigt enligt andra. Vi ställer oss utanför de sociala perspektiven och tar en titt på de kemiska och fysiska processer som påverkar slutresultatet.
Text & Foto: Nicklas Hägen
De smällar vi ser i skyn på nyår är resultatet av en över ett millennium lång pyroteknisk utveckling. Fyrverkerierna har sina rötter i Kina eller Indien för över tusen år sedan, men utvecklades kraftigt då kunskaperna i kemi gick framåt på 1800-talet.
Före 1800-talet var raketerna främst hårda ljudsmällar, som var fyllda med träkol och järn som sprakade i orange och gult. Klarare och mer varierande färger fick man när man på 1800-talet började lägga till salter av koppar, strontium och barium, samtidigt som man lärde sig skapa ett sprakande sken med magnesium och aluminium.
Raketer är antagligen de vanligaste fyrverkerierna på nyårsafton, men också de kommer i många olika former.
– Det finns idag fyrverkerier som ser ut som seriefigurer. Beroende på var man placerar ”stjärnorna” inne i sprängladdningen kan man styra vart de flyger och skapa en bild. Tyvärr är den tvådimensionell så man måste se den från rätt vinkel, säger Johan Lindén, lektor i fysik vid Åbo Akademi.
Till sin uppbyggnad är nyårsraketerna rätt simpla konstruktioner. Förutom en pinne och en motor bestående av en stubin och krut har man ett så kallat blixtljuspulver – bestående av ett oxidationsmedel och ett bränsle – samt ett ämne för effekt, så kallade stjärnor.
Att tillverka en både vacker och trygg raket ger ändå många utmaningar. Till exempel finns oxidationsmedlen i raketerna för att snabbt tillföra bränslet syre och åstadkomma en explosion, men det gör dem samtidigt lättantändliga och riskfyllda.
Också rent estetiskt finns det vissa utmaningar. Thomas Sandberg, undervisningsassistent i kemi och forskare vid Åbo Akademi, konstaterar att explosionen behöver ske i rätt temperatur.
– Temperaturen i flamman får inte bli för hög för i så fall bleks färgerna ut. Oxidationsmedel som ger häftiga explosioner, till exempel kaliumperklorat, blandas därför med ett bränsle som ger en relativt låg temperatur, till exempel svavel. På det sättet kan man dämpa temperaturen.
Tryck, smäll, glöd
När raketen tänts börjar stubinen glöda och tänder krutet i motorn på raketen. Det brinnande krutet bildar gaser som skapar ett tryck som skickar iväg raketen upp i luften.
Knallen som hörs när raketen smäller åstadkoms av gaser som snabbt utvidgas när oxidationsmedlet och bränslet reagerar, och det här kan planeras in i utformningen av en raket på samma sätt som ljusegenskaperna.
Smällen ger en viss effekt men det är snarast den visuella effekten man eftersträvar med fyrverkerier idag. Den åstadkoms då raketens stjärnor, som består av kulor med olika ämnen och salter, antänds vid explosionen.
Eller för att uttrycka det mera precist: När raketen exploderar laddas atomerna i raketens stjärnor med energi. Detta sker genom att elektronerna flyttas ut i en längre bana kring atomens kärna. Fenomenet kallas ”excitering”.
Naturen är lat och eftersträvar en låg energinivå. De ”uppumpade” atomerna söker sig efter explosionen tillbaka till sin ursprungliga energinivå och gör sig av med överloppsenergin genom att utstråla ljusvågor. Det sken vi ser i skyn på nyårsafton orsakas med andra ord av atomer vars elektroner sjunker tillbaka till sin ursprungliga energinivå.
Vilka ljusvågor som utstrålas är mycket specifika för varje ämne. Därför kommer olika ämnen i raketernas stjärnor att ge olika färger.
– I ett visst ämnes emissionsspektrum kan man hitta många olika färger, men våra ögon uppfattar det som en viss färg, säger Sandberg.
Berndt Södergård, amanuens i oorganisk kemi vid Åbo Akademi, tog oss med till laboratoriet för att förevisa färgerna på lågorna från tre ämnen som är vanliga i raketer. Från vänster till höger ser vi natrium, koppar och strontium. Strecken under varje fotografi visar emissionsspektret för respektive ämne, det vill säga vilka ljusvåglängder en spektrometer snappar upp när ämnet brinner. Skalan representerar synligt ljus, som går från violett till rött. Det mänskliga ögat uppfattar ljusvågor från knappt 400 nanometer (violett) till drygt 700 nanometer (rött).
Lindén fyller i.
– De färger vi ser har att göra med ljusets våglängd, som i sin tur har att göra med den energiförändring som sker i atomerna. Ju rödare ljus desto lägre energi, ju blåare desto högre.
Det är inte ens nödvändigtvis så att ljuset är inom det spektrum som är synligt, även om det är vanligt. Ögat uppfattar en mycket liten del av ljusets våglängder, som innefattar till exempel röntgenstrålning, UV-strålning och radiovågor.
– Att vi råkar se just de färger vi ser har att göra med att de ligger nära de dominerande våglängderna i solljuset och är ett drag som utvecklats med evolutionen. Ögat har receptorer för rött, grönt och blått. Alla färger vi ser, också vitt, är blandningar av dessa, säger Lindén.
– Det är samma principer som ligger bakom allt ljus. I gul gatubelysning används till exempel ofta natrium och i lysrör kvicksilver, som exciteras av elström. Och om man kastar vanligt salt i en låga får man ett gult sken då natriumet i saltet exciteras av temperaturen och sedan relaxeras.
Klarblått saknas
De enskilda ämnenas våglängder för ljus är en sak att beakta om man vill skapa en präktig nyårsraket. Den intensitet ett ämne utstrålar en viss färg med är en annan.
– Natrium ger till exempel en mycket kraftig gul färg. Det kan man inte ta med om man vill se andra färger för det kör över allt annat, säger Sandberg.
– Och sedan har vi ännu inte listat ut hur man skapar en klarblå färg. Det finns ämnen som ger blåa färger, till exempel koppar och kalium, men dessa är alltid mot det grönblåa eller violetta hållet. Parisgrönt, ett kopparsalt som innehöll arsenik, användes en gång i tiden men anses idag vara för giftigt.
Man gör ofta avkall på estetiken av ekonomiska skäl.
– Indium ger en klar indigo färg men det har blivit jättedyrt i och med att elektronikindustrin använder det i skärmar och köper upp det mesta, säger Lindén.
Det finns en miljöpåverkan av raketerna men våra akademiska lekmän vill inte ta ställning till hur stor den egentligen är. Klart är att vi när vi avfyrar raketer sprider omkring ämnen till platser i miljön där de inte hör hemma. Barium är till exempel direkt giftigt, likaså koppar i stora mängder. Svavel bidrar i sin tur till försurning.
– Vissa ämnen är direkt skadliga, medan andra är det i stora mängder. Samtidigt krävs det rätt lite av de här ämnena i en raket. Det mesta är förbränningsmaterial, säger Sandberg.
Från smällare till laser
Många av våra seder och riter äger rum i gränslandet mellan två olika tillstånd. Det tänkta tomrum som uppstår efter att den gamla ordningen upphört och den nya inte hunnit befästa sig har satt fart på fantasin och aktualiserat många folkliga föreställningar. Denna gränsöverskridande fas kallas av kulturvetare och antropologer ”liminal”.
En sådan liminal fas är nyåret, som vi hittar i övergången mellan det gamla och det nya året.
– Raketer har vi av samma orsak som att vi drar burkar efter brudpars bilar och att vi eldar påskbrasor. Nyåret har ansetts vara en farlig tid då man behöver skrämma bort onda andar, säger Lena Marander-Eklund, forskningsledare i nordisk folkloristik vid Åbo Akademi.
– Därför pratar man också om ”smällare” – det var ljudet som var det viktiga. Tidigare var det vanligt att man lät kyrkklockorna ringa och i början av 1900-talet kunde man där det inte fanns kyrkklockor skjuta in det nya året med bösskott.
Man misstänker att fyrverkerierna uppstått i Kina av en tillfällighet. Salpeter finns där i fri förekomst, vilket gjorde att man kunde skapa svartkrut för smällare genom att blanda det med stenkol och svavel.
Till Europa spred sig fyrverkerierna på 1200-talet och drottning Kristina sägs vara den som tagit dem till Sverige-Finland i mitten av 1600-talet. Färgvariationerna i fyrverkerierna var länge bara vitt och gult, men vår tids färgstarka fyrverkerier uppstod i samband med kemins utveckling och användningen av till exempel kaliumklorat på 1800-talet.
– Ordet ”fyrverkeri” har ett militärt ursprung i tyskans ”feuerwerk”. Det användes först för en yrkesgrupp som kallades ”fyrverkare”, en militär yrkesbeteckning för de som kastade fyrverk – föremål som innehöll brinnande ämnen.
Att nyårsraketerna stammar ur en tradition av att skrämma bort onda andar är idag dolt för oss. Med tanke på att raketerna sprider tungmetaller strider den gamla traditionen mot våra nya värderingar.
– Vi befinner oss i en skärningspunkt mellan den gamla traditionen och ett nytt miljötänk. När man pratar om att övergå från nyårsraketer till en lasershow ser man inte ljudet som det viktiga, säger Marander-Eklund.
– Själv har jag inga raketer, främst för att det är ett onödigt nedsmutsande av miljön. Visst är raketer en tradition men är det något egenvärde? Traditioner har ingen åsikt, det är människor som har sådana.
Vi följer idag den gregorianska kalendern som placerar nyår i slutet av december. Tidigare följde man skördeåret och firade nyår den 25 mars, alltså i trakterna av vårdagjämningen.
I Sverige och Finland saknas datumen 18–28 februari 1753. Då den gregorianska kalendern togs i bruk den 1 mars 1753 var avståndet mellan kalendrarna elva dagar, så man hoppade helt enkelt från den 17 februari till den 1 mars.
Nyår är som namnet säger starten på något nytt, vilket också märks i att många försöker göra en omstart med nyårslöften.
– Det första och sista, början och slutet, har alltid upptagit folks tankar. För nyåret frågar man sig hur nästa år kommer att bli och det har man försökt besvara genom att stöpa bly eller tenn, i Finland kallade ”nyårslyckor”, säger Marander-Eklund.
– Det var å andra sidan tidigare en diagnosmetod som bygger på likhetsmagi. Blyklumpen fick en form som man sedan tydde enligt vad den påminde om.