Die Wissenschaft hinter Feuerwerk: Was in spektakulären Shows zum Canada Day steckt

Was macht ein Feuerwerk rot und ein anderes grün?

Diese Woche findet der Canada Day statt und wir können von Küste zu Küste zahlreiche Feuerwerke erwarten. Wie kommt es also eigentlich zu diesen entzückenden Darbietungen?

Während es Feuerwerkskörper in vielen Formen, Stilen und Größen gibt, basiert jedes auf einer Kombination aus zwei Grundkomponenten – der Wunderkerze und dem Feuerwerkskörper.

Erinnern Sie sich noch an das Warten auf den Beginn des Feuerwerks und daran, die Zeit damit zu verbringen, herumzulaufen und eine Wunderkerze durch die Luft zu schwenken? Möglicherweise, während du deinen Eltern Angst machst, dass du dich möglicherweise verletzen oder etwas in Brand stecken könntest? Nun, Sie haben es vielleicht nicht bemerkt, aber Sie hielten einen der wesentlichen Bestandteile der farbenfrohen Präsentation, auf die Sie gewartet haben, in der Hand.

Eine Wunderkerze. Bildnachweis: Getty Images

Die charakteristischen Funken, die eine Wunderkerze abgibt, entstehen durch das Verbrennen einer ganz bestimmten Mischung aus Chemikalien und Pulvern. Manchmal dient Metallpulver in Kombination mit Holzkohle und Schwefel als Brennstoffquelle und sorgt gleichzeitig für die Farbe der Funken. Chemikalien in der Mischung wie Kaliumnitrat, Bariumnitrat oder Strontiumnitrat wirken als Oxidationsmittel, versorgen die Flamme mit Sauerstoff und lassen die Funken in zufällige Richtungen fliegen. Ein Bindemittel wie Dextrin hält die gesamte Mischung zusammen und klebt sie an einem dünnen Metallgriff.

Auch wenn Wunderkerzen nicht explodieren, sollte jeder, der eine Wunderkerze in der Hand hält – insbesondere Kinder – sehr vorsichtig sein! Sie brennen bei Temperaturen von mindestens 1.000 °C, was mehr als genug ist, um schwere Verbrennungen zu verursachen oder sogar Kleidung zu entzünden. Achten Sie auch darauf, wo die Funken landen, insbesondere wenn es in Ihrer Gegend längere Zeit trocken war.

Ein Bündel unbeleuchteter Feuerwerkskörper. Bildnachweis: Ritesh Man Tamrakar/Flickr (CC BY 2.0)

Der Kracher ist ein viel einfacheres Feuerwerk. Schießpulver wird in eine Papierröhre oder -kugel gepackt und dann mit einer Zündschnur verschlossen, um eine Flamme ins Innere zu erzeugen. Der einzige Zweck des Feuerwerkskörpers besteht darin, zu explodieren und dabei einen lauten Knall zu erzeugen. Die Größe des Feuerwerkskörpers und damit die Menge des darin enthaltenen Schießpulvers bestimmt die Größe der Explosion und die Intensität des Lärms.

Obwohl Feuerwerkskörper vielerorts verboten sind, auch in Kanada, sehen wir sie immer noch in der einen oder anderen Form. Dies liegt daran, dass Feuerwerkskörper auf unterschiedliche Weise mit Wunderkerzen kombiniert werden, um Feuerwerkskörper herzustellen. Diese Muscheln sind die Grundlage für alle Feuerwerke mit ihren großen Knallen und riesigen, bunten Lichtblüten am Himmel.

Die einfachste Feuerwerkshülle ist ein leerer Zylinder oder eine leere Kugel aus Papier und Schnur. Im Kern befindet sich ein Feuerwerkskörper, der als Sprengladung bezeichnet wird und über einen Zeitzünder mit der Außenseite der Granate verbunden ist. In den verbleibenden Raum der Hülle ist Schießpulver gepackt, zusammen mit einer Ansammlung kleiner Sterne, die aus den gleichen chemischen Komponenten wie Wunderkerzen bestehen, jedoch ohne den Metallgriff. Diese Sterne können innerhalb des Schießpulvers in verschiedenen Konfigurationen angeordnet sein, die jeweils eine andere Art der Darstellung erzeugen.

Einige Feuerwerksgeschosse können VIEL komplexer sein, wie etwa dieses etwa einen Meter breite japanische Geschoss, dessen Inneres nicht nur mit Wunderkerzenkugeln ausgekleidet ist, sondern auch mit verschachtelten Geschossen, die noch mehr Wunderkerzenkugeln enthalten und so konzipiert sind, dass sie lange nach der ersten Explosion explodieren. Bildnachweis: Joel(frikitiki)/Flickr (CC BY-ND 2.0)

Nachdem der Zeitzünder gezündet wurde, feuert das Geschoss aus einem speziellen Abschussrohr in die Luft, manchmal mithilfe einer Abschussladung, die direkt im Boden des Geschosses integriert ist. Der Zeitzünder brennt im Vergleich zu den übrigen Feuerwerkskomponenten langsam und bestimmt den genauen Zeitpunkt und die Höhe über dem Boden, zu der die Feuerwerksgranate explodiert, sodass die Ergebnisse kilometerweit sichtbar sind. Wenn die Explosionsladung schließlich explodiert, entzündet sie das Schießpulver um sie herum. Dies bringt gleichzeitig die Sterne zum Brennen und Funkenbildung, während gleichzeitig die Hülle zerplatzt und die brennenden Wunderkerzensterne nach außen geschleudert werden.

Ein mehrfarbiges Feuerwerk. Bildnachweis: DeltaWorks/Pixabay

Feuerwerk gibt es in den unterschiedlichsten Farben. Dies wird durch die Verwendung bestimmter Metalle oder Chemikalien in den Wunderkerzensternen erreicht. Einige der häufigsten sind:

Weiß – Aluminium oder Magnesium

Silber – Aluminium-, Magnesium- oder Titanpulver

Blau – Kupferchlorid oder Kupferverbindungen

Rot – Strontiumsalze oder Lithiumsalze

Grün - Bariumchlorid

Gelb - Natriumnitrat

Orange - Calciumchlorid

Lila – eine Mischung aus Strontium- und Kupferverbindungen

Die verschiedenen Metalle oder chemischen Verbindungen, die die verschiedenen Feuerwerksfarben erzeugen. Bildnachweis: Basisfeuerwerksbild von Artur Strecker/Pixabay, Infografik von Scott Sutherland

Es können auch mehrere Sterne unterschiedlichen Typs in die gleiche Hülle gepackt werden, was bei ihrer Explosion zu einem spektakulären mehrfarbigen Schauspiel führt.

Wenn die Wunderkerzen zufällig in eine Schale gepackt werden, entsteht eine kugelförmige Darstellung, die als Pfingstrose bekannt ist und nach der Blume benannt ist.

Feuerwerksdesigner können die Darstellung jedoch geschickt nach ihren Wünschen gestalten, indem sie verschiedenfarbige Sterne und verschiedene Wunderkerzenmischungen kombinieren und die Sterne sorgfältig in bestimmten Mustern platzieren. Auf diese Weise erhalten wir andere blütenähnliche Darstellungen wie Dahlie, Chrysantheme und Stempel.

Dieses zusammengesetzte Bild zeigt (von links nach rechts) Pfingstrosen, Chrysanthemen, Dahlien und Stempel. Bildnachweis: Bilder von Tuan Hung Nguyen/Pixabay, Komposition von Scott Sutherland

Beliebt sind auch baumartige Palmen- und Weidendarstellungen, und die Muster können auch so angeordnet werden, dass Ringe, Sterne, Spinnen, Wasserfälle und viele andere Formen entstehen.

Spezialeffekte können durch die Anordnung von Schichten aus Schießpulver und Sternen erzielt werden, die zu unterschiedlichen Zeiten explodieren. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, eine größere Hülle mit mehreren kleineren Hüllen zu bepacken. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Zusammensetzung der Sterne so zu ändern, dass sie länger brennen, beim Brennen knistern und pfeifen oder abbrennen und dann einen Kern freilegen, der explodiert.

Dieses Neujahrsfeuerwerk zeigt die Vielfalt der möglichen Muster und Farben. Bildnachweis: Nick/Pixabay

Und das wirklich Tolle daran ist, dass die Kenntnis der Wissenschaft, die in die Herstellung dieser fantastischen Ausstellungen einfließt, die Ehrfurcht, die sie hervorrufen, absolut nicht beeinträchtigt!

In Kanada sind nicht alle Arten von Feuerwerkskörpern legal.

Nach Angaben der Canadian National Fireworks Association umfasst die Liste der illegalen Feuerwerkskörper Flaschenraketen, Kirschbomben, M-80-Salutschüsse, Flash-Cracker, Snap- und Throw-Down-Torpedos, Zigarettenladungen, Streichhölzer und Sprite-Bomben. Feuerwerkskörper stehen ebenfalls auf der Liste, obwohl jeder, der sie verwenden möchte, bei Natural Resources Canada eine Genehmigung beantragen kann.

Ein M-80 Salute (oben links) und eine Cherry Bomb (unten links) c/o 'Pyrogrimace/Wikimedia (CC BY 4.0). Flash-Cracker (oben rechts) c/o Ritesh Man Tamrakar/Flickr (CC BY 2.0). Sprite Bombs and Snaps (unten rechts), c/o Natural Resources Canada.

Natural Resources Canada listet mehrere Sicherheitstipps für Feuerwerkskörper auf, darunter:

Lesen Sie alle Anweisungen zum Feuerwerk. Planen Sie die Schussreihenfolge, bevor Sie beginnen.

Wählen Sie einen breiten, freien Standort ohne Hindernisse. Mindestabstände zu Zuschauern entnehmen Sie bitte den Sicherheitshinweisen am Feuerwerk.

Feuern Sie nicht bei Wind.

Personen unter 18 Jahren, die Feuerwerkskörper benutzen, müssen von einem Erwachsenen beaufsichtigt werden.

Verankern Sie das Feuerwerk auf einer guten Zündunterlage, z. B. einem mit Erde oder Sand gefüllten Eimer.

Halten Sie Wasser in der Nähe: Entsorgen Sie gebrauchte Feuerwerkskörper (einschließlich Ablagerungen) in einem Eimer mit Wasser.

Vorsichtig anzünden: Zünden Sie die Sicherung immer an der Spitze an.

Versuchen Sie niemals, ein Feuerwerk in der Hand anzuzünden oder ein brennendes Feuerwerk zu halten, es sei denn, auf dem Etikett ist angegeben, dass es zum Halten in der Hand bestimmt ist.

Warten Sie mindestens 30 Minuten, bevor Sie sich einem Feuerwerk nähern, das nicht gezündet hat.

Versuchen Sie niemals, ein Feuerwerk, das nicht gezündet hat, erneut anzuzünden.

Versuchen Sie niemals, ein defektes Feuerwerk zu reparieren.

Gemeinden haben in der Regel auch eigene Regeln und Satzungen darüber, wann und wo Anwohner Feuerwerkskörper zünden dürfen. Wenn Sie dieses Jahr Ihr eigenes Feuerwerk planen, prüfen Sie sicherheitshalber vorher die örtlichen Vorschriften.