UYGARLIĞIN YÜKSELEN ATEŞİ
İnsanla, hayvanlar arasında benzerlikler ve farklılıklardan söz ederken birçok örnek verilebilir. Kimi hay­vanlarla benzer özellikler gösterir insan. Bunun tam tersi de söz konusudur. Sözgelimi insan gibi iki ayağı üzerinde dik durabilen canlılar vardır. Birbirleriyle iletişim kurup anlaşan, alet yapabilen, mantık duygusuna sahip olan hayvanlar vardır. Buna karşılık hiçbir hayvanın yapamadığı bir şey vardır: ateş yakmak. Hayvanlar ateşi kullanmak şöyle dursun, ateşe karşı büyük bir korku beslerler. Bu bağlamda insanlarla hayvanlar arasında binyıllar öncesine dayanan temel bir ayrım var. Peki bu nasıl oldu? İnsan ateş yakabilme ve kullanma yeteneğine ne zaman sahip oldu? Bunun yanıtını bilmiyoruz. Öte yandan 1927 yılında Pekin yakınlarında bulunan bir mağarada açığa çıkarılan insan iskeletleri 500.000 yıl ön­cesine aitti. İskeletlerin arasında mağarada ateş yakıldığını gösteren kanıtlar da vardı. Bu da ateşin en az 500.000 yıl önce kullanılmaya başladığını gösterir bize. Kenya'da bulunan bazı kanıtlarsa ateşin kul­lanılmaya başladığı tarihin bir milyon yıldan çok daha eski olduğunu gösteriyor. Bu doğruysa, anlattığı şey ateşin bulunuşunun Homo sapiens'e ait olmadığı. Hem aydınlatma hem de ısınma sağlayan ateş, ho-minidlerin tropik bölgelerden ayrılmasına ve sert iklimli yerlerde yaşabilmesine olanak sağladı. Bunun yanı sıra ateş, ne kadar vahşi olursa olsun, hayvanları korkutup kaçırmak için mükemmel bir silahtı.
isier, flojististiğin yalnızca anlaşılmaz değil, aynı zamanda gereksiz olduğu­nu da gösterdi. Isı bu durumda, bir maddeden diğerine akabilen ve "kalo-rik" olarak adlandırılan bir akışkan olarak kabul edildi. Bunun en önemli niteliği korunumlu olması ve buhar makinelerinin çalışmasını açıklayabil-mesiydi. Değirmenin çarkı gibi bir ma­kinenin harekete geçmesi için kalori­lin sıcak bir kaynaktan, soğuk bir kay­nağa akması gerekiyordu. Bu yanlış düşüncenin hakim olduğu böylesi bir
belirsiz ve anlaşılmaz bir element oldu­ğu düşünülen flojiston adlı bir madde­ye atıfta bulunuluyordu. Yanma olayla­rında oksijenin rolünü saptayan Lavo-
Ateşe hükmedilmesi uygarlığın iler­lemesi için kaçınılmaz olan tekniklerin gelişmesine olanak verdiyse de, ısı kav­ramı uzun süre sır olarak kaldı. Ateş, antikçağda su, hava ve toprakla birlik­te dünyayı meydana getiren dört temel elementten biri olarak görüldü. Orta­çağda bilimle uğraşanlar kendilerim daha sonra sıcaklık kavramına götüre­cek olan ısının "şiddetinden" söz etme­ye başlamışlardı. 17. yüzyılın sonunda kimyacılar ısıya flojistik adını verdiler. Bununla, yanıcı maddelerin içerdiği
BİLİM ve TEKNİ K 86 Ocak 2002
u-1.jpg
u-2.jpg
dönemde Sadi Carnot, termo­dinamiğin temelini oluşturan ilkeleri açıkça belirleme başa­rısını gösterdi.
Kalorik kavramının terk edilmesinden bu yana ısı, işle aynı nitelikte, bir sistemden di­ğerine enerji aktarma yolu ola­rak kabul edilir. Bir gram suyu 14,5°C'den 15,5°C'ye çıkarmak için gerekli ısı miktarı olarak tanımlanan eski ısı birimi kalo­rinin yerini, iş (ve enerji) birimi olan jul (joule) almıştır. Bir ka lori tam olarak 4,18 jul eder.
Isı miktarlarının ölçülmesi, bilim ve tekniğin bütün dalları­nı ilgilendirir. Termokimyada (ısıl kimya) yanma ısılarının öl­çülmesi, moleküllerin oluşma ısılarının ve aynı zamanda atomlar arası bağ enerjilerinin hesaplanmasını sağlar. Sanayi­de ısının ölçülmesi, yakıtların
Çanak çömleğin en büyük işlevi yiyecekleri pişirme ola­nağıdır kuşkusuz. Daha önce insanlar çıplak ateş üzerinde bazı besinleri kızartarak yi­yordu. Çanak çömleğin ica­dından sonra, pirinç, buğday ya da diğer bitkilerin de pişi-rilebilmesi ve yenmeye başla­ması küçümsenemeyecek bîr devrim niteliğindeydi. Nor­malde yenmeyecek kadar tat­sız bitkiler bu sayede yenebi­lir olmuştu.
İlk insanlar ateşi yalnızca çanak çömlek pişirmede kul­lanmadılar elbette. İnsanlık, madenciliğin doğuşunu da ateşe borçlu. Çanak çömlek yapan ustalar balçığı pişirdik­leri zaman farkında olmadan maddeye hakim oluyorlardı. Maddenin şekliyle oynamak taştan aletleri yontmak kadar
yanma değerlerinin belirlen­mesine ve kesin ısı bilançoları­nın yapılmasına olanak verir.
İnsanlığın ısınmak ya da üzerinde bir şeyler kızartmak için yaktığı ateşi saymazsak, bir ürün elde etmek için ateşi ilk olarak çanak-çömlek yapımın­da kullanır. Çanak çömlek yapımı, ilk duyulduğunda kulağa insanlığın geli­şimi İçin çok önemli değilmiş gibi geli­yorsa da, aslında neolitik çağda İnsanı gelişmişliğe götüren en önemli adım­lardan biriydi. Topraktan yapılan kap­lar, ateşin de yardımıyla insanı daha da uygar kıldı. Çamur, iki belirgin özelliği nedeniyle yüzyıllar boyunca çanak çömleğin en önemli malzemesi olarak kaldı: Yoğrulduğunda istenen biçimi alıyor ve ısının etkisiyle sertle-şerek biçimini koruyordu. Böylece gü­nümüzde de kullanılan çanak çömlek­çilik teknikleri ortaya çıktı. Çamur, ki­lin suyla karıştırılmasıyla oluşturulu­yor, buna hamur adı veriliyordu. Ha­mur hazırlandıktan sonra suyu süzü­lüyor ve dinlendiriliyordu. Daha sonra elle ya da çömlekçi çarkıyla biçim­
kolay değildi. İnsanlar ateşin yardımıyla başardılar bunu. Ateş balçığı çömleğe çeviriyor, ekmeği pişiriyordu. Madenlerin eritilmesini sağlayan yine ateş olacaktı.
Peki binlerce yıl boyunca aletlerini taştan yapan insanı madenciliğe iten neydi? Durup dururken madeni bir alet yapmak nereden aklına geldi ve made­ni nerede buldu? Kullanılan İlk maden­lerden biri olan bakır, insanların dikka­tini ancak çakmaktaşları bitmeye başla­dığında çekti. Çakmaktaşı, insanlar kı­yasıya harcadıkları İçin tükenmeye baş­lamıştı. İşlerken çevrelerinde öbek öbek çakmaktaşı parçaları bırakırlardı ve bunlar da hiçbir işe yaramazdı. Bir­çok yerde çakmaktaşı kıtlığı başlamıştı. Bu insanlar için bir felaket olabilirdi. Günümüzde demirin yeryüzünde tü­kenmekte olduğunu düşünelim. Demi­ri arayıp bulabilmek için gittikçe yerin daha derinlerine İnmek ve oradan ma­den cevheri çıkarmak zorunda kalırdık. Eski insanlar da böyle yapmış, çakmak­taşı ocakları açmaya başlamışlardı. Bunlar, dünyadaki ilk maden kuyula­rıydı. O zamanlar yeraltında çalışmak tehlikeliydi. Bugün madenlerde bulu­nan ve tünelleri çökmekten koruyan dayanaklar o zamanlarda bilinmiyordu. Çöken ocaklarda madencilerin diri diri gömüldüğü olurdu. Ne var ki, bir gün geldi çakmaktaşı yerine başka bir şey bulmak gerekti. Çeşitli denemeler ya-
Ocak 2002 87 B i LİM veTEKNİK
Ateş olmasaydı ne demircilik olacaktı, ne de diğer madenler işlenebilecekti.
tulması, yanı kimyasal yapısındaki su­yun atılması ancak fırınlama denen pi­şirme işlemi bulunduktan sonra ger­çekleştirildi. Hamur, yapısına bağlı olarak 400°C ile 600°C arasındaki bir ısıda molekül suyunu kaybetmeye baş­lıyor, 1000°C'de ise gerçek anlamda pişmiş oluyordu. Çanak çömlek usta­ları, özellikle Uzakdoğu'da ve Çin'de yaşayanlar kısa sürede değişik ısılarda yapılan fırınlamanın kapların niteliği­ni nasıl değiştirdiğini görerek değişik ısılarda değişik türde kaplar üretmeyi başardı. Hamur, 1600°C'de camlaşı-yordu. Hamurun İçine daha düşük ısı­da, yaklaşık 1200ûC'de camlaşan baş­ka maddeler katılarak fırınlandığında, su sızdırmayan ve saydam olmayan bir çömlek türü elde ediliyordu. Buna ya­rım porselen ya da gözeneksiz sera­mik adı verildi. Hamura feldispat ya da sabuntaşı katıp 1200ûC'den 1450°C'ye kadar fırınlanarak elde edi­len yarı saydam ürünse porse­
lendirilen kap, güneşte ku­rumaya bırakılıyordu. Böy­lece karışımındaki su­yun bir bölümünü kaybeden kaplar da­ha kullanışlı hale ge­liyordu. Çömleklerin gerçek anlamda kuru-
u-3.jpg
lendi. Çinli ustalar yüzyıllar boyunca porselenin sırrını yabancılara açıklamadı­lar. Bugün bile ünlü olan Çin porselenleri yüzyıllar boyunca dünyanın her yerinde aranan ürünler oldu.
u-4.jpg
yakılmasından geriye kalan odun kö­mürü de çok değildir. İnsanlar odun bulabilmek için daha uzaklara gitmeye başladılar; ne var ki bir gün geldi baş­ka bir yakıt bulma zorunluluğu doğdu. Bu sorun doğada hazır olarak bulunan kömür sayesinde çözüldü.
Odun yandığında, kilo başına yakla­şık 7.500 kilojul değerinde ısı açığa çı­kıyordu. Kömürde bu daha da arttı. Kö­mür oluşumu günümüzde de sürüyor. Bazı bataklık bölgelerde çürüyen bitki­leri kazıp çıkartmak ve yakıt olarak kullanmak mümkün. Bu yeni oluşu­mun adı turba. Turbalarda hidrojen ve oksijenin bir bölümü buharlaşmayla yi­tirilmiştir. Bu nedenle yeni kesilmiş bir odunda % 50 oranında karbon bulun­duğu halde turbada yaklaşık % 60 kar­bon vardır. Bir sonraki aşama linyittir. Kuru Linyitte yaklaşık %70 oranında karbon vardır. Linyit yakıldığında bir kilosundan yaklaşık 10.000 kilojul ısı elde edilir. Bundan sonraki aşamada yaklaşık % 85 oranında karbon bulu­nur. Eğer bu tip kömür hava yokken ısıtılır ve yanması önlenirse, geri kalan % 15 oranındaki karbon dışı maddeler atılmış olur. Bu tür kömüre bitum de­nir. Son olarak en az % 95 oranında karbondan oluşan bir kömür tipi bulu­nur. Bu kömür yanarken kıpkırmızı bir alev verir ve odun kömürü gibi kor oluşturur. Yunanca kor anlamına gelen "anthrax" sözcüğünden esinlenerek bu tür kömüre antrasit adı verilmiştir.
1600'lü yıllardan önce İngiltere'de doğal ormanların çoğu yok olmuştu, geri kalanlarsa ulusal güvenlik açısın­dan İngiliz donanmasının gereksinim­leri için ayrılmıştı. Bu nedenle İngiliz­ler büyük bir dikkatle ülkelerinde ve dünyada kömür yatakları aradılar. 1600 yılında yılda 2 milyon ton kömür çıkartacak düzeye gelmişlerdi. Bu, o dönemde dünyada üretilen kömürün % 80'İni oluşturuyordu. Başlangıçta kömür sadece yemek pişirmek ve evle­ri ısıtmak için kullanılıyordu. Bitum kullanılıyordu; bu kömür yandığında dumanlı, isli, kokulu bir alev çıkarıyor­du. O yıllarda Londra çok kirli bir kent haline gelmişti.
Kömür üretimine başlanmasına kar­şın demir eritme İşlerinde hâlâ odun kullanılıyordu. Ancak 16O3'te İngiliz araştırmacı Hugh Platt, bitum kömürü­nün oksijen bulunmayan kapalı bir böl­mede ısıtılması ve böylece ziftin dışarı
Uygarlığın ilk dönemlerinde yakacak olarak kullanılan odun, yerini kömüre bırakacaktı. Kömür, sanayi devriminin itici gücü oldu. Özellikle demir-çelik endüstrisi için kömür yaşamsaldı.
kartır. Geride kalan artıklar karbon açı­sından daha zengindir; sonuçtaysa ge­ride sadece karbon kalır. Bu karbon ya-kılabilir, ancak tutuşturması çok zor­dur. Bir kere tutuştuktan sonra, alev-siz, İçin için yanar; çünkü karbon çok yüksek sıcaklıklara eıişinceye dek bu-harlaşmaz. Bu nedenle sadece yüzeyde yanar, korlaşır; sessizce ve sürekli ya­narak normal odun ateşinden daha yüksek sıcaklık sağlar. Bu karbon atığı­na "odun kömürü" adı verilir. İlk İnsan­lar odun kaynaklarının hiç tükenmeye­ceğini düşünmüş olmalılar, çünkü ağaçlar kullanıldıkça yerlerine yenileri yetişiyordu. Yine de nüfus arttıkça ve kullanılan ateş miktarı çoğaldıkça, or­manların yok edilmesi süreci başlamış oldu. İnsanlar odun kömürünü büyük miktarda üretmeye başladıklarında bu süreç daha da hızlandı. Odun kömürü üretmek İçin çok fazla ağaca gereksi­nim duyulur, büyük miktarda odunun
pan insanlar, çevrede bolca buldukları yeşil renkli bakır külçeleri kullanmaya karar verdiler. Başlangıçta taş zannet­tikleri bakın da taş gibi işlemek istiyor­lardı. Bakırı bir süre soğuk işleyen in­sanlar, zamanla ateşin yardımıyla bu yeni cevhere daha iyi hakim olabilecek­lerini fark ettiler. Bakırı ateşte eritmek insanların aklına nasıl geldi, bugün bu­nu tam olarak bilemiyoruz. Rastlantısal olarak ateşe düşen bakır parçalarına bakarak bunu Öğrenmiş olabilirler, ya da toprak kaplan pişirdikleri gibi bakır­dan yaptıkları eşyaları da pişirmek İste­miş olabilirler. Ateş tavını alınca, bakır eriyip ocağın dibine dökülerek yuvar­lak bir şekilde birikirdi. Yeşilimtrak ka­ra bir taş olarak ocağa sürdükleri bu şeyin kırmızı bakıra dönüşmesi "ateşin ruhu" söylencesini ortaya çıkaracaktı. Madenlerin eritilip dönüştürülmesini sağlayan, ateşin ruhuydu ve bütün ma­den işleyen ustalar ona sunular verme­ye başladı.
Ateş yakmanın Özgün kaynağı ister kocaman bir kütük, ister bir yığın çalı çırpı, İsterse kuru otlar olsun, bitkiler­di. Bu tür yakacak her yerde vardı ve tutuşturması kolaydı.
Ateşin ısısı odunlardaki karmaşık moleküllerin parçalanmasına yol açar, suyu buharlaştırır ve karbon içeren kü­çük duman moleküllerini açığa çıkarır. Bu dumanlar yanmaz özelliktedir; ha­vaya karışır, oksijenle birleşir ve karışı­mın önemli bir oylumunda ışık ve ısı sağlar. Gerçek alevler, yanmaz duman­larla oksijenin karışması ve birleşme­sinden doğar. Odunlar parçalandıkça, daha çok su ve yanmaz duman açığa çı-
u-5.jpg
Günümüzde dökme demir fabrikalarının fırınlarında
topraklaşmış maden filizleri (demir oksitler), kok
kömürü yardımıyla 2000°C'nin üzerinde, konverter-
de oksijen etkisi altında ve hurda katılmasıyla ham
çeliğe dönüştürülür.
BİLİM veTEKNİK 88 Ocak 2002
u-6.jpg
atılması durumunda geriye kalan kö­mürün odun kömürüne çok benzediği­ni saptadı. Buna kok kömürü adı veril­di. İlk başlarda kalitesi yüksek olmayan kok kömürü, demir eritmek için de kul­lanışlı sayılmıyordu. Demiri eritmek ve saflaştırmak İçin kullanılan yüksek sı­caklık fırınlarında gereksinim duyulan sıcaklık 1500ooC'nin üzerindeydi. 1709'da bir başka İngiliz, Abraham Darby, kok kömürünün kalitesini artı­rarak demir eritme işlerinde kullanıl­masını sağladı. Böylece kok kömürüne duyulan gereksinim giderek arttı. Kö­mür madenlerindeki suyu dışarı pom­palamak için bir teknik geliştirilmesi gerekiyordu. Buharla çalışan makine­ler ilk olarak kömür madenlerindeki suyun dışarı atılması için icat edildi. Bir süre sonra yaygınlaşan buhar makine­leri fabrikalarda, gemilerde, buharlı lo­komotiflerde ve daha birçok alanda kullanılmaya başlandı. Sanayi devrimi döneminde, kömür itici güç olmuştu.
Günümüzde dökme demir fabrika­larının fırınlarında topraklaşmış ma­den filizlen (demir oksitler), kok kö­mürü yardımıyla 2000°C'nin üzerinde, konverterde oksijen etkisi altında ve hurda katılmasıyla ham çeliğe dönüş­türülür. İşlemden geçirilen metaller yaprak halindeki saclar ya da yassı kü­tükler olarak kesilir.
Günümüzde enerji elde etmek İçin kullandığımız bir başka yakıt da pet­rol. Ham petrol çoğunlukla doğrudan kullanılmayan bir madde. Arıtma yo­luyla benzin, mazot, petrokimya ürün­leri gibi birçok ürüne dönüştürülebili-yor. Birinci Dünya Savaşı'ndan sonra arıtma İşlemlerindeki en büyük geliş­me kraking (İngilizce cracking'den: parçalama) sürecinin bulunması oldu. Bu işlemde çok miktarda ağır petrol, basınç altında ısıtıldığında büyük mo­leküller parçalanarak daha hafif ve da­ha değerli olan küçük moleküllere ay­rılır. Bu yolla elde edilen benzin, oto­mobil motorlarında doğrudan damıt­ma yoluyla elde edilen benzinden daha fazla verim sağlar. Günümüzde damıt­ma birimlerinde çoğunlukla günde 100.000-200.000 varil petrol işlenebi­lir. Bu İşlemde ham petrol önce bir fı­rına pompalanarak 315°C-750°C ara­sında ısıtılır. Buharlaşan ve buharlaşa-mayan petrol değişik bölümlerde işle­nerek çeşitli petrol ürünleri elde edilir. Petrol ürünü yakıtlardan elde edilen
Uygarlığımızın bugün ulaştığı düzey, deneysel
fiizyon reaktörlerinde ve plazma odalarında
100.000.000°C'ye ulaşan sıcaklıklar elde edilmesi
olanağı sunuyor.
u-7.jpg
ısıl enerji yaklaşık kilogramda 45.000 kilojul'e kadar çıkabilir. Doğalgazda bu miktar 32.000 ile 38.000 kilojul arasındadır.
Günümüzde yüksek enerji düzeyle­rinden söz edildiği zaman akla gelen tek şey var o da nükleer enerji. Çekir­dek bölünmesi ve çekirdek kaynaşma­sı yoluyla son derece yüksek sıcaklık­lara çıkmak mümkün. Bu enerji türü maddelerin temel yapıtaşlarının değişi­miyle ilgili. Bu artık fırında çömlek kaynatmanın çok ötesinde, fırında o çömleği oluşturan atomları kaynatmak gibi bir durum. Bir çekirdek bölünme­sinde çok yüksek miktarda enerji açı­ğa çıkıyor. Sözgelimi, 1 gram uran-yum-235'ten bölünme yoluyla elde edi­lebilecek enerji 80 milyar jul dolayın­da. Hidrojenin bir gramında 650 mil­yar jul düzeyinde bulunan füzyon enerjisiyse insanlığın günümüzde ge­reksinim duyduğu, güneştekine ben­zer bir enerji türü.
Yıldızların merkezinde gerçekleşen süreci, yeryüzünde taklit ederek, yani hafif atom çekirdeklerini birleştireek daha ağır çekirdeklere dönüştürmek yoluyla, ucuz, temiz ve sınırsız bir enerji kaynağına kavuşmak insanlığın düşü. Bilim insanları bu düşü gerçek­leştirmek için yoğun çaba harcıyorlar.
ancak burada sorun, ağır hidrojen izo­topları olan döteryum ve trityum karı­şımı yakıtı, en az 100.000.000QC sıcak­lığa kadar ısıtmak. Bu, milisaniye dü­zeylerinde de olsa, varolan deney reak­törlerinde gerçekleştirilmiş durumda. Yani uygarlığımızın sıcaklığı lOO.OOO.OOO C'ye vardı. Ancak insanlı­ğın enerji sorununun ortadan kalkma­sı için bu sıcaklığın sürekli olarak üre­tilmesi gerekli.
Uygarlığımızın ateşle olan dostluğu­nun vardığı bu aşama, dostumuza kar­şı daha dikkatli olmamızı da gerekli kı­lıyor. Tabii eğer uygarlığımızın nükle­er bîr savaşın ateşiyle yanıp kavrulma­sını istemiyorsak...
Gökhan Tok
Kaynaklan
Asimov, I., Bilinmeyen Tehlike, İnkılap Yayınları, Çev: Mehmet Har­mancı, 1993
İlin, M, Segal, E., İnsan Nasıl insan Oldu, Say Yayınlan. Çev: Ahmet Zekerya, 2001
Feuer und Flamme, Bild der Wissenschaft, 5, 1998
Ocak 2002 89 BİLİM veTEKNİK