REEF Φωτισμός

Κλειδωμένο
Άβαταρ μέλους
golf
Global Moderator
Posts in topic: 1
Δημοσιεύσεις: 852
Εγγραφή: Σάβ 10 Φεβ 2018, 10:35
Τοποθεσία: Αιγάλεω
Έχει βάλει Like: 179 times
Του έχουν βάλει Like: 248 times

REEF Φωτισμός

Δημοσίευση από golf » Κυρ 18 Φεβ 2018, 23:06

ΦΩΣ ΣΕ REEF ΕΝΥΔΡΕΙΑ
Από Dmitry Karpenko & Vahe Ganapetyan


Το φως είναι ένας από τους κύριους- ενισχυτικούς πόρους ζωής στον πλανήτη μας. Ως φωτοσυνθετικά, πολλά θαλάσσια ασπόνδυλα απαιτούν το φως για να ζήσουν. Η zooxanthellae χρειάζεται φως για τη φωτοσύνθεση, προκειμένου να παράγει αρκετή τροφή τόσο για τη δική της διατροφή όσο και για το κοράλι που τη φιλοξενεί.
Ίσως κάθε χομπίτας να είναι πρόθυμος να παρέχει το "σωστό" φως στα κοράλλια του- το σωστό φάσμα και την σημαντικά ικανοποιητική ένταση. Προτού εξετάσουμε πώς θα εφαρμόσουμε αυτό το "σωστό φως", θα προσπαθήσουμε αρχικά να καταλάβουμε ποιο είδος θαλασσίων οργανισμών παίρνει φως στο φυσικό περιβάλλον τους.
Σαν αρχή, θα εξετάσουμε τη φασματική διανομή της ηλιακής ενέργειας στα νησιά Φίτζι τον Ιούλιο, σχέδιο 1:

image001 (512 x 306).jpg
Σχέδιο 1 φασματική διανομή της ενέργειας φωτός του ήλιου στο επίπεδο της θάλασσας

Ο οριζόντιος άξονας της γραφικής παράστασης είναι το μήκος κύματος, στα nanometers, και ο κάθετος άξονας είναι η φασματική ακτινοβολία, σε W/m 2·nm. Το ανθρώπινο μάτι είναι ευαίσθητο στην ακτινοβολία μεταξύ 400 και 700nm, επομένως χαρακτηρίσαμε τις κάτω από 400nm (ultraviolet φως) και πάνω από 700nm (υπέρυθρη ακτινοβολία) ακτινοβολίες, ενώ τα ορατά μήκη κύματος είναι χρωματισμένα όπως τα αντιλαμβάνεται το μάτι.
Το διάγραμμα στο σχέδιο 1 έχει ληφθεί από το ηλιακό φάσμα της ατμόσφαιρας χρησιμοποιώντας το επιστημονικό λογισμικό προσομοίωσης SMARTS 2.9.5. Αυτός ο προσομοιωτής απορροφά το φως και αναλύει τα διάφορα συστατικά της ατμόσφαιρας καθώς επίσης και του διεσπαρμένου φωτός από τον ουρανό.
Τώρα ας προσπαθήσουμε να ανακαλύψουμε ποιο είδος φάσματος είναι απαραίτητο στους θαλάσσιους οργανισμούς στο φυσικό περιβάλλον τους. Στην προσπάθειά μας να φτιάξουμε ένα ιδανικό φωτιστικό για το reef ενυδρείο μας θα προσπαθήσουμε να παραγάγουμε μια παρόμοια φασματική διανομή σε ορισμένα βάθη.
Διαφορετικά είδη κοραλλιών ζουν σε διαφορετικά βάθη: μερικά ζουν στα πολύ ρηχά, ενώ τα κοράλλια που ζουν βαθιά, όπως Bathypates SSP, μπορούν να βρεθούν στα βάθη μέχρι 8000 μέτρα (περίπου 5 μίλια). Περίπου 20% όλων των κοραλλιών είναι μη φωτοσυνθετικά, δεν απαιτούν οποιοδήποτε φως ως πηγή τροφίμων. Τα περισσότερα κοράλλια, εντούτοις, είναι φωτοσυνθετικά, και αυτά είναι τα είδη που συχνά κρατάμε στα ενυδρεία μας. Θα προσπαθήσουμε να υπολογίσουμε ποιο είδος φωτός προτιμούν.
Εξετάσαμε τη γραφική παράσταση της ηλιακής διείσδυσης στο θαλάσσιο νερό, ανάλογα με το μήκος κύματος, που συντάσσεται από το Ίδρυμα για το Περιβάλλον και την Υποστήριξης της Ευρωπαϊκής Επιτροπής (σχέδιο 2):

image 2.jpg
Σχέδιο 2 διείσδυση του φωτός στο νερό της θάλασσας, ανάλογα με το μήκος κύματος

Ο οριζόντιος άξονας είναι το μήκος κύματος, σε nanometers, και ο κάθετος άξονας είναι το βάθος, σε μέτρα, στα οποία η ένταση εκείνου του μήκους κύματος είναι ίση με ένα τις εκατό της έντασης στην επιφάνεια. Είναι σαφές από αυτήν την γραφική παράσταση ότι τα μήκη κύματος μεταξύ 370 και 500nm διαπερνούν καλύτερα το βάθος. Με άλλα λόγια, το violet και το blue του φάσματος διαπερνούν καλύτερα το νερό της θάλασσας, ενώ το green φως είναι πολύ χειρότερο σε αυτό, το yellow- orange είναι ακόμα χειρότερο, και το red φως με τα μήκη κύματος πάνω από 600nm μπορεί να διεισδύσει μόνο στα πολύ ρηχά νερά.

Σημείωση: 15m είναι το μέγιστο βάθος στο οποίο μπορούμε ακόμα να βρούμε πολλά φωτοσυνθετικά κοράλλια στη φύση. Στα βάθη κάτω από 20m, ο αριθμός φωτοσυνθετικών ειδών μειώνεται αισθητά.

image 3.jpg
Σχέδιο 3 φωτιστική φασματική διανομή προς το μήκος κύματος στην επιφάνεια (light blue), στα 5m (blue) και 15m (dark blue)

Η light blue γραφική παράσταση αντιστοιχεί στην ακτινοβολία στην επιφάνεια, η blue γραφική παράσταση- σε βάθος 5m, και το dark blue - σε βάθος 15m. Σημειώστε ότι κατεβαίνοντας βαθύτερα, το κόκκινο μέρος του φάσματος εξαφανίζεται ουσιαστικά.
Κατά τη διάρκεια των εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών εξέλιξης, θαλάσσιοι φωτοσυνθετικοί οργανισμών προσαρμόστηκαν για να χρησιμοποιήσουν καλύτερα κυρίως τα violet και blue μέρη του φάσματος, που είναι αφθονότερα στο περιβάλλον τους, και δεν είναι ευαίσθητα στο κόκκινο φάσμα (που, αντίθετα, χρησιμοποιείται περισσότερο στις επίγειες εγκαταστάσεις). Η συμβιωτική zooxanthellae στους θαλάσσιους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς είναι πρωτόγονη άλγη Pyrrophyta που περιέχει κυρίως τη χλωροφύλλη Α και C και καρωτίνη (peridinine, xanthins, κ.λπ...) η οποία ενισχύει την απορρόφηση στο γαλάζιο- πράσινο φάσμα. Το σχέδιο 4 δείχνει την φωτιστική απορρόφηση της zooxanthellae.

image 4.jpg
Σχέδιο 4 ελαφριά απορρόφηση από τα zooxanthellae

Ο οριζόντιος άξονας είναι το μήκος κύματος, στα nanometers, και ο κάθετος άξονας είναι η διείσδυση σε αυθαίρετες μονάδες. Μπορείτε να δείτε από τη γραφική παράσταση ότι τα violet και blue χρώματα επικρατούν περισσότερο του red (σημειώστε ότι για το κόκκινο φάσμα, το ποσοστό 660- 680nm είναι προτιμότερο).
Το κύριο συμπέρασμά μας από τα ανωτέρω είναι ότι το violet και το blue φως είναι σημαντικότερο για τους θαλάσσιους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς.

Ξέροντας αυτό που είναι φυσικά διαθέσιμο στα κοράλλια από το χρωματικό φάσμα, θα εξετάσουμε τώρα το επόμενο σημαντικό ζήτημα: πώς η ακτινοβολία από τα διαφορετικά φάσματα έχει επιπτώσεις στο χρωματισμό κοραλλιών;
Προτού εξετάσουμε την επιρροή του φάσματος στο χρωματισμό κοραλλιών θα επιθυμούσα να επισημάνω ότι ακόμη και ο χρωματισμός του ίδιου κοραλλιού μπορεί να ποικίλει σημαντικά ανάλογα με τις συνθήκες. Δυστυχώς, είναι πολύ δύσκολο να παρασχεθούν ακριβώς οι ίδιες συνθήκες για τα κοράλλια, ακόμη και στο ίδιο ενυδρείο- και αυτό είναι ακόμα δυσκολότερο για δύο διαφορετικά ενυδρεία. Χωρίς παροχή των σωστών συνθηκών για τα κοράλλια, άλλες προσπάθειες να βελτιωθεί ο χρωματισμός τους, όπως οι ρυθμίσεις του φάσματος, θα είναι μάταιες.
Οι πεπειραμένοι χομπίστες ξέρουν καλά πόσο μεταβλητός είναι ο χρωματισμός του ίδιου κοραλλιού σε διαφορετικές συνθήκες. Υπάρχουν τρεις κύριοι παράγοντες που έχουν περισσότερες επιπτώσεις: το φάσμα, η ένταση και το ποσό τροφίμων που είναι διαθέσιμο στο νερό (αν και οι πολύποδες του κοραλλιού λαμβάνουν μια σημαντική μερίδα της ενέργειάς τους από την zooxanthellae, είναι επίσης ικανοί να συλλάβουν τα μόρια τροφίμων από την υδάτινη στήλη), και από την καθαρότητα του νερού. Αυτός ο τελευταίος παράγοντας είναι ευκολότερος να ελεγχθεί: οι τεχνικές για να διατηρηθεί το παλιό νερό στα ενυδρεία είναι ευρέως γνωστές. Ο δεύτερος παράγοντας, επίσης, μπορεί να λυθεί εύκολα δεδομένου ότι υπάρχουν διάφορες τροφές κοραλλιών που είναι εύκολα διαθέσιμες στην αγορά. Συγχρόνως πολλοί χομπίστες θεωρούν ότι, εάν υπάρχουν ψάρια ζωντανά σε ένα ενυδρείο, τα κοράλλια θα πάρουν την τροφή από τα μικρά μόρια που επιπλέουν γύρω από τη σίτιση των ψαριών.
Το φως είναι ο τελευταίος σημαντικός παράγοντας που απαιτείται για την καλή υγεία και τον χρωματισμό των κοραλλιών, και όμως δεν έχει μελετηθεί αρκετά καλά για τα ενυδρεία.
Η κατάσταση είναι μάλλον σύνθετη εν τούτοις, δεδομένου ότι τα κοράλλια μπορούν να είναι πολύ μεταβλητά, και ακόμη και τα ίδια είδη μπορούν να περιέχουν διαφορετικές χρωμοπρωτεΐνες (πρωτεΐνες αρμόδιες για το χρωματισμό)- ο τύπος και το ποσό τους καθορίζονται επίσης γενετικά, με τον ίδιο τρόπο όπως, για παράδειγμα, το χρώμα των ματιών του ανθρώπου. Πολλές από αυτές τις πρωτεΐνες είναι φθορίζουσες για παράδειγμα απορροφούν το φως ενός ορισμένου μήκους κύματος και ακτινοβολούν ένα διαφορετικό μήκος κύματος.
Το σχέδιο 5 παρουσιάζει τέσσερα δείγματα των ίδιων ειδών,millepora Acropora, στο οποίο επικρατούν διαφορετικές χρωμοπρωτεΐνες:

image 5.JPG
Σχέδιο 5 τα δείγματα millepora Acropora με διαφορετικά chromoproteins επικράτησης: (A) η χαμηλή συγκέντρωση chromoproteins, το χρώμα των zooxanthellae εξουσιάζει (B) πράσινες φθορισμού πρωτεϊ'νες (C) κόκκινες φθορισμού πρωτεϊ'νες (D) μη- φθορίζουσες chromoproteins. Εικόνα του Δρ C. D'Angelo και του Δρ J. Wiedenmann, πανεπιστήμιο Southampton, UK, περιοδικό κοραλλιών, Νοε/Δεκ. 2011

Ο φθορισμός βεβαιώνεται όχι μόνο στα σκληρά κοράλλια αλλά, παραδείγματος χάριν, σε Zoanthidae και Palythoya polyps που εκθέτουν τον πολύ φωτεινότερο χρωματισμό όταν ακτινοβολούνται με το αποκαλούμενο μικρό μήκος κύματος "ακτινικό" φως.
Ο φθορισμός κοραλλιών είναι πολύ όμορφος αλλά είναι όχι πάντα εύκολος να παρατηρηθεί. Ρίξτε μια ματιά στη φωτεινή λειτουργία (φασματικό διάγραμμα ευαισθησίας) του ανθρώπινου ματιού (το σχέδιο 6). Φωτοευαίσθητα στοιχεία του ματιού αντιπροσωπεύονται από δύο τύπους κυττάρων- οι αποκαλούμενοι αμφιβληστροειδοί κώνοι και ράβδοι. Ο πρώτοι είναι αρμόδιοι για τη διάκριση των χρωμάτων, και οι δεύτεροι- για τους γκρίζους τόνους. Οι κώνοι λειτουργούν καλύτερα κατά τη διάρκεια της ημέρας, οι ράβδοι- τη νύχτα. Θυμηθείτε το ρητό "που όλες οι γάτες είναι γκρίζες στο σκοτάδι". Αυτό είναι ακριβώς επειδή βλέπουμε κυρίως με τις ράβδους στο σκοτάδι, παρά με τους κώνους. Οι ράβδοι δεν διακρίνουν χρώματα: αισθάνονται μόνο τη σχετική φωτεινότητα ενός αντικειμένου. Οι ράβδοι είναι οι πιο ευαίσθητοι στο πράσινο φάσμα του σμαραγδιού, με μήκος κύματος περίπου 510nm (φυσικά, όταν βλέπουμε από τις ράβδους, αυτό το φως θεωρείται μόνο ως φωτεινότερη σκιά του γκρι παρά πράσινο.
Υπάρχουν τρεις τύποι κυττάρων στους κώνους, κάθε ένας ευαίσθητος σε ένα συγκεκριμένο μέρος του φάσματος. Οι κώνοι τύπου S είναι ευαίσθητοι στo μωβ και στο μπλε (για μικρά μήκη κύματος), τον m- τύπο- για πράσινο και κίτρινο (μεσαία μήκη κύματος), και τον L- τύπο- για το πορτοκάλι και το κόκκινο (μακρά μήκη κύματος). Αυτοί οι τρεις τύποι κώνων, (μαζί με τις ράβδους που είναι ευαίσθητες στο σμαραγδένιο πράσινο μέρος του φάσματος) είναι αρμόδιοι για τα ορατά χρώματα στους ανθρώπους. Οι ράβδοι περιέχουν ένα χρώμα- την ευαίσθητη χρωστική ουσία, rhodopsin, και το φασματικό χαρακτηριστικό τους εξαρτάται από τον φωτισμό. Για το αδύνατο φως, η απορρόφησης του rhodopsin είναι κατά περίπου 510nm (το φάσμα του ουρανού στο λυκόφως). Και επομένως οι ράβδοι είναι αρμόδιοι για το ορατό λυκόφωτος, όταν τα χρώματα είναι δύσκολο να διακριθούν. Σε υψηλότερα επίπεδα rhodopsin φωτισμού η εικόνα φαίνεται ξεθωριασμένη, και οι μειώνεται η ευαισθησία της, ενώ η προσρόφηση μετατοπίζεται στην μπλε περιοχή. Κατά συνέπεια, κάτω από το ικανοποιητικό φως, το ανθρώπινο μάτι μπορεί να χρησιμοποιήσει τις ράβδους ως (μπλε) μικρού κύματος ανίχνευση. Τα S- κύτταρα είναι ευαίσθητα στο ποσοστό 400- 500nm με ένα μέγιστο κατά 420- 440nm Τα M- κύτταρα είναι ευαίσθητα σε 460- 630nm, με ένα μέγιστο κατά 534- 555nm Τα L- κύτταρα είναι ευαίσθητα στο ποσοστό 500- 700nm με ένα μέγιστο κατά 564- 580nm. Τα μέτρα ευαισθησίας για μακρύ- και μεσαίο- μήκους κύματος είναι ευρύ και επικαλύπτονται. Επομένως είναι λανθασμένο να θεωρηθεί ότι ορισμένοι τύποι κώνων αντιδρούν μόνο σε ορισμένα χρώματα- ακριβώς αντιδρούν πιο ενεργά σε ορισμένα χρώματα απ' ό,τι σε άλλα. Το ανθρώπινο μάτι είναι το πιο ευαίσθητο στην κλίμακα ευαισθησίες του M- και L- τύπων κώνων πάνω από 555nm (κιτρινοπράσινο φως). Η γενική φασματική λειτουργία ευαισθησίας των ανθρώπινων ματιών παρουσιάζεται στο σχέδιο 6:


image 6.jpg
Σχέδιο 6 φωτεινή λειτουργία του ματιού

Ένα σημαντικό συμπέρασμα εδώ είναι ότι η ανθρώπινη ευαισθησία ματιών στο φως εξαρτάται από το μήκος κύματος. Παραδείγματος χάριν, η ακτινοβολία της ίσης δύναμης είναι αντιληπτή 27 φορές φωτεινότερη για το μήκος κύματος 555nm απ' ό,τι για 450nm, αυτή η διαφορά αυξάνεται 57 φορές για 420nm, και 135 φορές (!) για 410nm.
Οι άνθρωποι αντιλαμβάνονται οπτικά οποιοδήποτε αντικείμενο ως συνάθροισμα της αντανάκλασης του φωτός του και της εγγενούς εκπομπής του αντικειμένου (ένα αντικείμενο εξετάζεται ως φωτεινή εκπομπή εάν η συνολική εκπομπή της σε μια ορισμένη σειρά μήκους κύματος είναι υψηλότερη από τη μειωμένη φωτεινή ενέργεια στην ίδια περιοχή). Συνήθως τα αντικείμενα μόνο αντανακλούν το φως, και το χρώμα τους καθορίζεται από την αναλογία, στην οποία τα διαφορετικά μήκη κύματος που αγγίζουν την επιφάνειά τους απορροφούνται ή αντανακλούνται. Παραδείγματος χάριν, τα πράσινα φύλλα απορροφούν όλα τα ορατά μήκη κύματος εκτός από πράσινο, το οποίο αντανακλάται- επομένως το αντιλαμβανόμαστε πράσινο. Όταν ένα αντικείμενο όχι μόνο απεικονίζει αλλά και εκπέμπει το φως του, το μάτι συνδυάζει το εκπεμπόμενο και απεικονισμένο φάσμα στο αντιληπτό χρώμα του. Το παραγόμενο χρώμα εξαρτάται από την αναλογία των εντάσεων και των μηκών κύματος του απεικονισμένου και εκπεμπόμενου φωτός. Αυτή η προσθήκη χρώματος εμφανίζεται καλύτερα στο διάγραμμα που παρουσιάζεται στο σχέδιο 7:

image 7.jpg
Σχέδιο 7 πρόσθετη μίξη χρώματος

Κατά τον έλεγχο σε υπολογιστή, επιβεβαιώνεται το αποτέλεσμα που εμφανίζεται στο διάγραμμα: κάθε pixel στην οθόνη αποτελείται από τρία υπό- pixel: κόκκινο, πράσινο και μπλε, και όλα τα χρώματα λαμβάνονται από το συνδυασμό των εντάσεών τους.
Σημειώστε ότι το καθαρό μοβ χρώμα και οι αποχρώσεις του, όπως το magenta ή το φούξια, είναι μοναδικά στην ύπαρξη μη- φασματικών ή extra- φασματικών: δεν υπάρχει κανένα συγκεκριμένο μήκος κύματος που να συνδέεται με αυτά τα χρώματα, είναι μίγματα, και ένα από τα απαραίτητα συστατικά είναι το βιολετί, με μήκος κύματος περίπου 400nm, και το κόκκινο. Εάν μια συγκεκριμένη πηγή φωτός δεν έχει καμία ακτινοβολία σε αυτήν την κλίμακα, πάνω του 20% ολόκληρης της παλέτας χρώματος χάνεται- και αυτά είναι πολύ φωτεινά χρώματα και οι σκιές τους! Είναι επίσης ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι με το συνδυασμό του κίτρινου και του μπλε χρώματος προκύπτει το θεωρητικά καθαρό λευκό χρώμα.
Το χρώμα κληρονομείται κυρίως γενετικά. Δεν μιλάμε για την έλλειψη του χρώματος, όπως η αχρωματοψία- αλλά κάθε πρόσωπο αντιλαμβάνεται τα χρώματα με τον δικό του τρόπο, και αυτή η διαφορά μπορεί να είναι πολύ σημαντική. Προφανώς, είναι πολύ σημαντικό να είναι σε θέση να ρυθμίσει το φάσμα του φωτός, για να βρει το κατάλληλο χρώμα στο ενυδρείο.
Για να προσέξουμε το φθορισμό των κοραλλιών θα πρέπει να ακτινοβολήσουμε τις πρωτεΐνες φθορισμού με φως συγκεκριμένου μήκους κύματος. Εξετάστε το διάγραμμα μηκών κύματος απορρόφησης και ακτινοβολίας για τις περισσότερες κοινές διαθέσιμες λάμπες φθορισμού στους θαλάσσιους οργανισμούς, παρουσιάζονται στο σχέδιο 8:

image 8.jpg
Σχέδιο 8. Μήκη κύματος απορρόφησης και εκπομπής για τις διαθέσιμες λάμπες φθορισμού στους θαλάσσιους οργανισμούς. Dan Kelley

Ο οριζόντιος άξονας είναι το μήκος κύματος που προκαλεί ο φθορισμός σε διάφορες χρωμοπρωτεϊνες ο κάθετος άξονας είναι το μήκος κύματος που εκπέμπεται ως αποτέλεσμα του φθορισμού. Μπορείτε να δείτε ότι ουσιαστικά όλες οι χρωστικές ουσίες απορροφούν τα πιο μικρά μήκη κύματος και εκπέμπουν τα πιο μακριά μήκη κύματος. Όπως έχουμε παρουσιάσει ανωτέρω, το μάτι είναι το πιο ευαίσθητο στα 550nm, και όσο πιο κοντινό στο εκπεμπόμενο φως είναι σε εκείνο το μήκος κύματος, τόσο φωτεινότερα αντιληπτό θα γίνει αυτό. Κατά συνέπεια, οι συγκεκριμένες πρωτεΐνες που είναι διαθέσιμες στους θαλάσσιους οργανισμούς απορροφούν το φτωχό ορατό στα μάτια μικρό μήκος κύματος και φθορίζουν με ένα χρώμα που φαίνεται πολύ φωτεινότερο στο μάτι μας. Κάτω από το καθαρό "ακτινικό" φως, που περιέχεται μόνο στα μικρά μήκη κύματος, το ενυδρείο μας θα λάμψει με τα φωτεινά χρώματα, ενώ το φως από την φθορίζον λάμπα είναι σχεδόν αόρατο στο μάτι. Αυτό δίνει την εντύπωση μικροσκοπικών φωτεινών πολύποδων σε κάθε κοράλλι, τα οποία λάμπουν στο σκοτάδι.
Το χρώμα ενός κοραλλιού, όπως γίνεται αντιληπτό από το μάτι, εξαρτάται επίσης από το χρώμα της πτώσης του φωτός. Το χρώμα οποιουδήποτε αντικειμένου που βλέπουμε αντιπροσωπεύει την απεικονισμένη μερίδα του μειωμένου φωτεινού φάσματος. Δεδομένου ότι έχουμε επισημάνει παραπάνω, όταν φωτίζεται από ένα φως πλήρους- φάσματος, τα φύλλα των περισσότερων επίγειων φυτών απορροφούν σχεδόν όλα τα μέρη του ορατού φάσματος, και απεικονίζουν το πράσινο μέρος- επομένως τα αντιλαμβανόμαστε ως πράσινα. Εντούτοις, εάν ακτινοβολήσουμε τα φύλλα με ένα φως στο οποίο το πράσινο μέρος του φάσματος λείπει- κόκκινο φως, παραδείγματος χάριν- αυτά θα φανούν μαύρα σε εμάς, επειδή όλο το φως πτώσης απορροφάται. Κατά τρόπο παρόμοιο, το άσπρο αντικείμενο φαίνεται άσπρο κάτω από το πλήρες φάσμα φωτός, επειδή απεικονίζει ομοιόμορφα όλα τα μέρη του φάσματος, αλλά "θα λάβει" το χρώμα οποιουδήποτε φωτός του ρίχνουμε σε αυτό: κόκκινο, πράσινο, μπλε ή ο συνδυασμός τους.
Πίσω στα κοράλλια- ας εξετάσουμε έναν οργανισμό που περιέχει μια πρωτεΐνη που, όταν ακτινοβολείται από φως 420nm, θα φθορίσει από το μήκος κύματος 520nm. Για λόγους απλότητας, υποθέστε ότι η πηγή φωτός μας ακτινοβολεί μόνο στο μήκος κύματος 420nm, και το κοράλλι απορροφά αυτό το φως ολοκληρωτικά, χωρίς αντανάκλαση. Το ανθρώπινο μάτι έχει την εξαιρετικά χαμηλή ευαισθησία σε αυτό το μήκος κύματος (σχεδόν αόρατο), ενώ είναι πιο ευαίσθητο στο μήκος κύματος που ακτινοβολείται από το κοράλλι ως αποτέλεσμα του φθορισμού. Θα δούμε αυτόν τον φθορισμό πολύ καλά στο "σκούρο" καθαρό ακτινικό φως. Εάν η πηγή φωτός περιλάβει ακτινοβολία σε άλλα μήκη κύματος, το προκύπτον χρώμα του θαλάσσιου οργανισμού θα προσθέσει φθορισμό στο απεικονισμένο φως. Εάν η πηγή φωτός περιέχει τα μήκη κύματος, στα οποία το μάτι είναι πολύ ευαίσθητο (ειδικά κοντά στο 550nm), θα δούμε κυρίως το φως από το φωτιστικό, και η αντίληψη για το φθορισμό των κοραλλιών θα είναι αδύνατη σε αυτό το φωτεινό φόντο.
Το συμπέρασμά μας είναι ότι για την καλύτερη παρατήρηση του φθορισμού, θα φωτίσουμε το ενυδρείο με τέτοιο φως που θα εμποδίζει στο ελάχιστο το φως που ακτινοβολείται από τα κοράλλια. Τα μήκη κύματος φωτός που απαιτούνται για το φθορισμό όλων των χρωμοπρωτεϊνών είναι πολυάριθμα, και δεν υπάρχει ούτε ένα μεμονωμένο μήκος κύματος που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ενός ιδανικού ακτινικού. Με βάση το σχέδιο 8, ο φθορισμός παρατηρείται αρκετά ευρέως σε μια σειρά των μειωμένων μηκών κύματος φωτός, κυρίως μεταξύ 400 και 500nm, και οι διάφοροι οργανισμοί έχουν διαφορετικά πρωτεϊνικά σύνολα φθορισμού. Για τον καλύτερο φθορισμό χρειαζόμαστε την ικανότητα να ρυθμίσουμε το χαμηλό φάσμα στα 400- 500nm, σύμφωνα με τις ανάγκες του ενυδρείου.
Σημειώστε ότι ο ισχυρότερος φθορισμός θα παρατηρηθεί σε 400- 450nm, ιδιαίτερα επειδή η ευαισθησία των ματιών σε εκείνη την κλίμακα είναι πολύ χαμηλή. Το φως σε αυτήν την κλίμακα καλείται συνήθως "ακτινικό φως."
Σίγουρα, ο φθορισμός κοραλλιών είναι ένας από τους κύριους παράγοντες για να παρέχει την ομορφιά ενός reef, αλλά το φως σε ποσοστό 400- 500nm έχει επίσης άλλη σημασία: είναι το βέλτιστο φως για να προωθήσει τη θαλάσσια φωτοσύνθεση. Επομένως αυτό το μέρος του φάσματος είναι εξαιρετικά σημαντικό για ένα reef.
Αυτό το συμπέρασμα ταιριάζει καλά με την πειραματική έρευνα σε αυτόν τον τομέα. Κομμάτια της αποικίας millepora Acropora διατηρήθηκαν για έξι εβδομάδες κάτω από τα συγκρίσιμα ποσά κόκκινου, πράσινου, και μπλε φωτός. Το συμπέρασμα του άρθρου είναι ότι "η αύξηση του χρώματος των κοραλλιών εξαρτάται πρώτιστα από το μπλε συστατικό του φάσματος και ρυθμίζεται στο μεταγραφικό επίπεδο," και η "φωτεινή- οδηγημένη συσσώρευση των GFP- ομοειδών πρωτεϊνών που παρατηρούνται επάνω στην πράσινη φωτεινή έκθεση οφείλεται πιθανώς στο υπόλοιπο μπλε φως που περνά το πράσινο φίλτρο". Τα πειράματα επίσης αποκάλυψαν ότι η ακτινοβολία στο ποσοστό 430nm είναι πιο αποτελεσματική για την προώθηση του προστατευτικού φωτεινού χρωματισμού των κοραλλιών: "Μεταξύ των γνωστών FPs και το CPs, μόνο οι ιδιότητες απορρόφησης CFPs φασματικά ταιριάζουν με τη σημαντικότερη ζώνη απορρόφησης της χλωροφύλλης a και c ~430nm, που τους καθιστά κατάλληλους για το αποτελεσματικό προστατευτικό κάλυμμα του φωτοσυνθετικού συστήματος των zooxanthellae."
Η ένταση του φωτός είναι επίσης πολύ σημαντική για την αύξηση και την ενεργό παραγωγή φθορισμού χρωμοπρωτεϊνών.
Μια πηγή φωτός θα μπορούσε να χαρακτηριστεί καλύτερα, ίσως, από τη φασματική διανομή της οπτικής ενεργειακής ακτινοβολίας στα διαφορετικά μήκη κύματος. Αυτό το χαρακτηριστικό αντιπροσωπεύεται συνήθως από τη φασματική καμπύλη. Για τις περισσότερες κοινές πηγές φωτός, εντούτοις, το φασματικό χαρακτηριστικό είναι συνήθως μη διαθέσιμο, και αντί αυτού μια κατ' εκτίμηση φωτιστική προσέγγιση, στις μονάδες λούμεν.
Οι μονάδες λούμεν είναι η ορατή φωτεινή ακτινοβολία, όπως γίνεται αντιληπτή από το ανθρώπινο μάτι- ανάλογα με την ευαισθησία του ματιού στα διάφορα μήκη κύματος. Σημείωση: Μια μονάδα λούμεν είναι η συνολική φωτεινή ροή που εκπέμπεται ομοιόμορφα από μια πηγή φωτός με τη φωτεινή ένταση ενός κεριού πέρα από μια στερεά γωνία ενός στερακτινίου (ένας κώνος με τη γωνία περίπου 65.5° στην κορυφή). Το κερί είναι η φωτεινή ένταση, σε μια δεδομένη κατεύθυνση, μιας πηγής που εκπέμπει τη μονοχρωματική ακτινοβολία του μήκους κύματος 555nm (δηλ. το μήκος κύματος στη μέγιστη ευαισθησία του ανθρώπινου ματιού), και έχει μια ακτινοβόλο ένταση σε εκείνη την κατεύθυνση του 1/683 Watt ανά στερακτίνιο.
Ένα Watt της οπτικής δύναμης που ακτινοβολείται στο μήκος κύματος 555nm αντιστοιχεί σε 683lm. Για οποιαδήποτε άλλα μήκη κύματος, είναι ίσο με την οπτική δύναμη που εκπέμπεται σε εκείνο το μήκος κύματος που πολλαπλασιάζεται με τη λειτουργία φωτεινότητας του ματιού για το ίδιο μήκος κύματος. Για να καθορίσουμε τις συνολικές μονάδες λούμεν που εκπέμπονται από μια πηγή φωτός πρέπει να συνοψίσουμε τις μονάδες λούμεν για όλα τα εκπεμπόμενα μήκη κύματος.
Είναι εμφανές ότι η ίση φωτεινή ενέργεια έντασης στα διάφορα μέρη του φάσματος θα γίνει αντιληπτή διαφορετικά από το μάτι: μια ισχυρή πηγή στο ποσοστό 400- 450nm θα θεωρηθεί ως πολύ αμυδρό φως, και μια πηγή φωτός που εκπέμπει στην υπέρυθρη περιοχή θα φανεί μαύρη. Επομένως μια εκτίμηση της φωτεινής ροής στις μονάδες λούμεν ισχύει μόνο όταν η φασματική διανομή του φωτός είναι ασήμαντη και το μόνο πράγμα που πειράζει είναι η φωτεινότητα, όπως γίνεται αντιληπτό από το μάτι.
Στην περίπτωσή μας, μια πιο κατάλληλη παράμετρος για τον προσδιορισμό της φωτεινής ακτινοβολίας θα ήταν ο αριθμός φωτονίων ανά δευτερόλεπτο, που αφορούν κάθε τετραγωνικό μέτρο: μmol·photons/m 2 / s.
Κατά τη διάρκεια των εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών, θαλάσσιοι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί εξελίχθηκαν, προσαρμόστηκαν στα διάφορα φωτεινά επίπεδα. Για κάθε φωτοσυνθετικό οργανισμό τρεις κατώτατες τιμές ορίων μπορούν να καθοριστούν. Πρώτα το ελάχιστο φως που απαιτείται για τη συντήρηση της βιομάζας του φωτοσυνθετικού οργανισμού- είναι το ελάχιστο απαραίτητο φως που δεν θα οδηγήσει στο κέρδος ή την απώλεια μάζας. Η δεύτερη αξία κατώτατων ορίων αφορά το φωτισμό στον οποίο η αποδοτικότητα φωτοσύνθεσης είναι υψηλότερη. Και τέλος το τρίτο, ανώτερο κατώτατο όριο είναι το μέγιστο φως που μπορεί να χρησιμοποιηθεί- δεν υπάρχει καμία βελτίωση στο ποσοστό φωτοσύνθεσης επάνω από εκείνο το κατώτατο όριο. Αυτά τα τρία κατώτατα όρια, φυσικά, εξαρτώνται από τους ιδιαίτερους οργανισμούς, αλλά μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε έναν υπολογισμό για τους θαλάσσιους φωτοσυνθετικούς ζωντανούς οργανισμούς στα ρηχά νερά. Μπορούμε ακίνδυνα να πούμε 80-100 μmol·photons/m 2 / s χαμηλό φως, 150- 200- μέσο, και 300- 400- βέλτιστο. Το όριο κορεσμού της φωτοσύνθεσης είναι περίπου 600- 700μmol·photons/m 2 / s. Στα reef ενυδρεία, θα επιτύχουμε έναν σημαντικά καλύτερο φωτισμό από το ελάχιστο κατώτατο όριο- κατά προτίμηση κοντά στο βέλτιστο κατώτατο όριο.
Θεωρήστε ακόμα ένα πείραμα με την millepora Acropora για να επεξηγήσετε την παραγωγή των χρώμοπρωτεϊνών κάτω από το λιγότερο βέλτιστο φωτισμό, και όταν είναι το φωτεινό επίπεδο στη βέλτιστη αξία για τα είδη (Fig.9).


Lighting:
μmol•photon/m2/with
100 400
Red fluorescent
image 9a.jpg

Green fluorescent
image 9b.jpg
Daylight
image 9c.jpg
Fig.9 ένα πείραμα με millepora Acropora επεξηγεί την παραγωγή των χρωμοπρωτεϊνών ανεπαρκών για τη φωτοσύνθεση, και ένταση για το βέλτιστο φωτισμό για αυτό το είδος.

Όσον αφορά την φωτεινή ένταση αυτής της εργασίας επίσης δηλώνει ότι οι χρωμοπρωτεΐνες δεν διαμορφώνονται κάτω από τα επίπεδα φωτισμού των 100 μmol·photons/m 2·s, και ο αριθμός τους αυξάνεται σχεδόν γραμμικά μαζί με την αύξηση της φωτεινής έντασης μέχρι περίπου 700 μmol·photons/m 2·s.
Εντούτοις, μια καλή ιδέα είναι να δώσουμε τόσο φως στο ενυδρείο, δεδομένου ότι ένα κοράλλι μπορεί να γίνει πολύ απαιτητικό στο περιβάλλον του στις παραμέτρους κάτω από τέτοια υψηλά επίπεδα φωτισμού. Υπό τους λιγότερο από τέλειους όρους τέτοια υψηλά επίπεδα φωτισμού μπορούν να παραγάγουν ένα αντίθετο αποτέλεσμα: λεύκανση κοραλλιών.
Το πείραμα διευκρινίζει ότι τα βέλτιστα φωτεινά επίπεδα βελτιώνουν την αύξηση και το χρωματισμό κοραλλιών, και για κοινές και φθορίζοντες χρωμοπρωτεΐνες.
Ολοκληρώνοντας τα παραπάνω, το φως σε κλίμακα 400- 500nm είναι το ευεργετικότερο για τους θαλάσσιους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς, και συγκεκριμένα (400- 450nm) είναι το πιο χρήσιμο για το φωτεινό χρωματισμό τους.
Ας εξετάσουμε τις δημοφιλέστερες ακτινικές πηγές φωτός για ένα reef ενυδρείο. Αυτοί είναι συνήθως λάμπες φθορισμού που ακτινοβολούν κυρίως στα 400- 500nm, όπως Giesemann Actinic Plus, σχέδιο 10:

image 10.jpg
Σχέδιο 10 χαρακτηριστική ακτινική λάμπα φθορισμού: Giesemann Actinic Plus

Εξετάζοντας τη φασματική διανομή αυτής της λάμπας μπορούμε να δούμε ότι εκτός από το καθαρό ακτινικό φάσμα, που απαιτείται για το φθορισμό κοραλλιών, υπάρχουν επίσης ευδιάκριτες "παρασιτικές" αιχμές περίπου στα 550nm. Όπως έχουμε επισημάνει, το ανθρώπινο μάτι είναι πάνω από 20 φορές πιο ευαίσθητο στα μήκη κύματος σε αυτήν την σειρά παρά στη "ακτινική" σειρά που προκαλεί το φθορισμό (βλ. το σχέδιο 6).
Κατά συνέπεια, αυτή η λάμπα γίνεται οπτικά αντιληπτή ως αρκετά φωτεινή, σχεδόν άσπρη, αλλά με την ισχυρή blue- violet απόχρωση. Ο προκύπτων φθορισμός μερικώς "θα εξασθενίσει" ως αποτέλεσμα αυτής της παρασιτικής ακτινοβολίας. Τα τελευταία χρόνια οι πολλές προσπάθειες έγιναν να δημιουργήσουν ¨ακτινικές λάμπες¨. Μία από τις καλύτερες είναι οι Giesemann POWERCHROME actinic plus 450- 500nm (σχέδιο 11):

image 11.jpg
Σχέδιο 11 το φάσμα της λάμπας POWERCHROME actinic plus

Μπορούμε να δούμε ότι η "παρασιτική" μερίδα του φάσματος αυτής της λάμπας είναι μικρότερη και η κλίμακα 420- 430nm αντιπροσωπεύεται καλύτερα. Εντούτοις, αυτή η λάμπα, φαίνεται αρκετά φωτεινή στο μάτι, λόγω του peak στα 550nm. Μέχρι τώρα, οι συμβατικές λάμπες φθορισμού δεν είναι τόσο αποδοτικοί για την παρατήρηση του φθορισμού σε ένα reef ενυδρείο.
Απελπισμένος; Όχι! Αρκετά πρόσφατα, υπήρξε μια σημαντική ανακάλυψη στον τομέα του φωτισμού σε reef ενυδρεία, κατασκευάζονται τώρα με τη χρήση LEDs. Τα πλεονεκτήματα των leds φωτιστικών πέρα από τις συμβατικές πηγές φωτός είναι πολλά και θα εξετάσουμε μόνο τους κύριους παράγοντες.

Πλεονέκτημα 1: Υψηλότερη αποδοτικότητα και λιγότερη θερμότητας
Η υψηλότερη αποδοτικότητα έχει δύο συστατικά. Πρώτα είναι ότι τα LEDs είναι δύο φορές αποδοτικότερα από τις συμβατικές λάμπες φθορισμού ή τα Metal Halide στη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε φως. Ο δεύτερος είναι ότι τα LEDs ακτινοβολούν μόνο σε μια κατεύθυνση του πλάνου και ως εκ τούτου δεν είναι ικανά να εμποδίσουν το φως τους. Με τη χρησιμοποίηση των κατάλληλων φακών, το φως μπορεί να συγκεντρωθεί εύκολα στην επιθυμητή περιοχή. Οι καλοί φακοί των led είναι συμπαγείς στο μέγεθος και, συγχρόνως, μπορούν να βοηθήσουν να μεταφέρουν μέχρι 90 τοις εκατό του παραχθέντος φωτός στην επιφάνεια του νερού. Για σύγκριση, κατά την χρησιμοποίηση συμβατικών λαμπών με ανακλαστήρες συνήθως μόνο το 40% του φωτός διαπερνά την επιφάνεια. Οι καλύτεροι ανακλαστήρες (συχνά δυσκίνητοι) μπορούν να παραγάγουν μέχρι και 60% της φωτεινής διείσδυσης, και οι ίδιες οι λάμπες εμποδίζουν μερικώς το φως όταν επιστρέφει από τον ανακλαστήρα. Η επακόλουθη αποδοτικότητα των καλύτερων leds μπορεί να είναι τρεις φορές υψηλότερη έναντι των καλύτερων φωτεινών λαμπών. Συνεπώς, τα LEDs μπορούν να παραγάγουν 4,5 φορές λιγότερη θερμότητα. Αυτό ουσιαστικά σημαίνει ότι με την εγκατάσταση ενός led φωτιστικού πάνω από ένα reef ενυδρείο μπορούμε πιθανώς να εξαλείψουμε την ανάγκη για ένα ακριβό ψυκτικό (που καταναλώνει επίσης σημαντική ενέργεια). Κατά συνέπεια, τα leds μπορούν να επιτύχουν σημαντική αποταμίευση (εκτός από την οικονομική επίδραση, η περιβαλλοντική επίδρασή τους είναι επίσης σημαντική!).


Πλεονέκτημα # 2: Εκτεταμένος κύκλος ζωής

Σαν στερεάς κατάστασης πηγή φωτός, μια ελαφριά εκπέμπουσα δίοδος δεν έχει μέρη που φθείρονται γρήγορα, όπως μια πυρακτωμένη ίνα. Όταν τα λειτουργούμε κάτω από εκτιμώμενο ρεύμα, και υπό τον όρο ότι αυτά να μην υπερθερμαίνονται, αυτά υποβιβάζονται πολύ αργά. Αλλά τα LEDs έχουν επίσης τις συγκεκριμένες ανάγκες τους που πρέπει να εξεταστούν κατά το σχεδιασμό ενός φωτιστικού.
Η διάρκεια ζωής του καλύτερου διαθέσιμου LEDs στην αγορά σήμερα (Cree XT-E, LUXEON Rebel ES) είναι πράγματι πολύ υψηλή, εάν αφαιρείται ικανοποιητικά η θερμότητα και είναι κατάλληλα ρυθμισμένο το ρεύμα. Φυσικά, αυτά είναι νέα LEDs και η λειτουργία τους έχει εξεταστεί για δεκάδες χρόνια, αλλά χρησιμοποιώντας τα σύνθετα πρότυπα η πτώση τους και η φωτεινότητας ζωής τους σε αυτή την περίοδο μπορεί να υπολογιστεί. Θα αναφερθούμε σε δύο τύπους τέτοιων προβλέψεων: με βάση το πρότυπο Cree (που θα το ονομάσουμε το "χειρότερο σενάριο περίπτωσης" ή "το απαισιόδοξο πρότυπο"), και στην παρένθεση παρέχουμε τους αριθμούς βασισμένους στο πρότυπο της Philips LUXEON Rebel ES (που καλούμε "αισιόδοξο πρότυπο"). Εάν όλοι οι απαραίτητοι όροι λειτουργίας τηρούνται, θα παίρνουμε ακόμα περίπου 70% της αρχικής ακτινοβολίας της οδήγησης μετά από 40 (150) χιλιάδες ώρες λειτουργίας. Αυτοί οι αριθμοί μεταφράζονται σε 10 (33) έτη λειτουργίας ενός φωτιστικού συστήματος, που παρέχει 12 ώρες λειτουργίας καθημερινά! Μετά από αυτήν την περίοδο το LEDs θα συνεχίσει να χάνει τη φωτεινότητά του, που φθάνει περίπου στο 50% της αρχικής φωτεινότητας μετά από 100 (200) χιλιάδες ώρες!
Η πιθανότητα μιας αποτυχίας ενός LED σε ένα φωτιστικό είναι αρκετά χαμηλή, περίπου 1% κατά τη διάρκεια της περιόδου των 50 χιλιάδων ωρών της λειτουργίας του, και μετά από αυτήν την περίοδο η πιθανότητα αυξάνεται σε 50% μέχρι τις 200 χιλιάδες ώρες. Τα LEDs σε ένα φωτιστικό συνδέονται συνήθως σε σειρά, και επομένως, εάν ένα LED καεί, θα επηρεαστεί ολόκληρη η σειρά. Εάν εξετάζουμε αυτούς τους αριθμούς στατιστικά, πιθανό είναι ότι αυτό μπορεί να συμβεί μετά από 10 έτη, σε ένα φωτιστικό με περίπου 200 LEDs. Εντούτοις το τέλος ζωής ενός LED είναι ένα πιθανολογικό γεγονός και μπορεί να συμβεί κατά τη διάρκεια των πρώτων ωρών της ζωής του. Στην πράξη, εάν οι όροι είναι καλοί, η διάρκεια ζωής σύγχρονου LEDs είναι αρκετά μεγάλη. Στη σύγκριση, οι συμβατικές λάμπες φθορισμού πρέπει να αντικατασταθούν κάθε τέσσερις έως έξι μήνες. Με βάση το χειρότερο σενάριο περίπτωσής μας, σημαίνει ότι θα πρέπει να αντικατασταθούν τουλάχιστον 20 φορές κατά τη διάρκεια της διάρκειας ζωής ενός φωτιστικού led. Υπό τον όρο ότι το κόστος των λαμπών φθορισμού για το φωτισμό των reef ενυδρείων μπορεί να είναι αρκετά υψηλό, ένα φωτιστικό led μπορεί να παρέχει τη σημαντική αποταμίευση για παράδειγμα., όχι μόνο χρηματική, αλλά και του χρόνου που επρόκειτο να ξοδευτεί για την απόκτηση και την αντικατάσταση των λαμπών φθορισμού.



Πλεονέκτημα # 3: Δυνατότητα να ρυθμιστεί ο φωτισμός και το φάσμα

Κατά τη χρησιμοποίηση των dimmable leds, το φως που εκπέμπεται από τα LEDs μπορεί να ρυθμιστεί εύκολα. Οι χομπίστες συχνά χρησιμοποιούν ειδικούς drivers που μιμούνται την ανατολή και τη δύση, παρόμοια με το φυσικό φωτισμό, αλλάζουν κατά τη διάρκεια της ημέρας. Είναι σημαντικό να σημειωθεί, εντούτοις, ότι η ανατολή και η δύση στην Ισημερινή ζώνη είναι πολύ σύντομοι συγκριτικά με τα υψηλότερα γεωγραφικά πλάτη, και η ημέρα είναι ίση με τη νύχτα (δηλ. υπάρχει πάντα μια περίοδος φωτός 12 ώρες). Εξετάστε το διάγραμμα που παρουσιάζεται στο σχέδιο 12:

image 12.jpg
Το σχέδιο 12 η απεικόνιση επιδεικνύει πώς ο χρόνος της ημέρας (AE) έχει επιπτώσεις στη γωνία του εισερχόμενου φωτός του ήλιου

Η πραγματική ακτινοβολία στην επιφάνεια εξαρτάται από πολλαπλούς παράγοντες, όπως συννεφιές, το ποσό υδρατμών στον αέρα, η ατμοσφαιρική διαταραχή, κ.λ.π. Η έκθεση στην ηλιακή ακτινοβολία που μετριέται στο Great Barrier Reef μια τυπική ημέρα παρουσιάζεται στο σχέδιο 13.

image 13.jpg
13 Ακτινοβολία και ηλιακή ανύψωση για τις 2 Σεπτεμβρίου 1998 στο One Tree Island, Great Barrier Reef (23°30'S, 152°06'E)

Επίσης σημειώστε ότι το φως σχεδόν πλήρως απεικονίζεται όταν αγγίζουν οι ακτίνες ήλιων την επιφάνεια ύδατος στις μικρές γωνίες. Η αντανάκλαση εξαρτάται επίσης από την ταχύτητα αέρα. Αυτές οι εξαρτήσεις εμφανίζονται στο διάγραμμα στο σχέδιο [ 14.21 ].

image 14.jpg
Σχέδιο 14 συντελεστής ανάκλασης του φωτός του ήλιου σε σχέση με την ηλιακή ακτινοβολία. Το θεωρητικό και μετρημένο ποσοστό του φωτός του ήλιου όπως αντανακλάται από μια ήρεμη επιφάνεια σε σχέση με την ηλιακή ανύψωση

Αυτό σημαίνει ότι ο φυσικός φωτισμός κάτω από το νερό δεν είναι ικανοποιητικός για τη φωτοσύνθεση έως ότου αυξηθεί ο ήλιος φτάσει τις15 μοίρες πέρα από τον ορίζοντα. Σε περίπου 30 λεπτά μετά από αυτό ο φωτισμός αυξάνεται γρήγορα, περίπου τη μισή από την καθημερινή μέγιστη. Επομένως η πραγματική περίοδος φωτός είναι περίπου 9 ώρες. Αυτοί είναι οι παράγοντες που ένας χομπίστας πρέπει να εξετάσει εάν επιθυμεί να προσομοιώσει τη φύση.
Τώρα ας εξετάσουμε τα σημαντικά χαρακτηριστικά του φωτός, τα οποία απαιτούνται για τα περαιτέρω συμπεράσματά μας.
Πρώτα τέτοιο χαρακτηριστικό είναι η CCT- Σχετική Θερμοκρασία Χρώματος. Η CCT μιας δεδομένης πηγής φωτός χαρακτηρίζει τη θερμοκρασία ενός απολύτως μαύρου σώματος που θα ακτινοβολούσε σε ένα παρόμοιο φάσμα. Όσο καυτότερο είναι το μαύρο σώμα, τόσο υψηλότερος θα είναι η CCT και το πιο μπλε ή "παγωμένο" θα είναι το φως. Σαν απεικόνιση, το φως του ήλιου έχει μια κίτρινη απόχρωση, ενώ μπλε- τεράστια αστέρια με υψηλή θερμοκρασία στην επιφάνεια: 10000K και περισσότερο (Sirius, παραδείγματος χάριν) – φαίνεται γαλαζωπό ακόμη και με γυμνό μάτι.
Ας συγκρίνουμε τα φάσματα ακτινοβολίας από δύο διαφορετικούς απόλυτους μαύρους οργανισμούς με διαφορετικό CCT. Τα διαγράμματα δείχνουν επίσης το μήκος κύματος εικόνα 15, το φάσμα μιας πηγής φωτός με CCT 5500K, και σχέδιο 16 - με το CCT 6500K:

image 15.jpg
Σχέδιο 15 το φάσμα μιας πηγής φωτός με CCT 5500K

image 16.jpg
Σχέδιο 16 το φάσμα μιας πηγής φωτός με CCT 6500K

Μπορείτε να δείτε ότι το μήκος κύματος αυξάνεται με την αύξηση της CCT: είναι ίσο με 444nm για το σχετικά θερμό φως 6500K. Για έναν λαμπτήρα 8000K το υπολογισμένο μήκος κύματος είναι 420nm. Από πρακτικής απόψεως, 20000K είναι ανόητο. Εντούτοις, οι κατασκευαστές λαμπτήρων συχνά "μειώνουν" το φάσμα σε μια ιδιαίτερη σειρά ειδικού ενδιαφέροντος, με το φάσμα παρόμοιο με αυτό που παρουσιάζεται στο σχέδιο 17:

image 17.jpg
Σχέδιο 17 το φάσμα του Grassy glow super blue 25000K

Ακόμα και εδώ το μήκος κύματος αυτής της λάμπας είναι περίπου 450nm, έχει θερμοκρασία χρώματος 25000K!
Κατά συνέπεια, η CCT δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως κριτήριο για τη σύγκριση των ιδιαίτερων φασμάτων πηγής φωτός. Επιπλέον, ούτε οι υψηλές τιμές CCT δεν εγγυώνται ότι θα πάρουμε το απαραίτητο "ακτινικό" φάσμα.
Ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό είναι CRI - ο Δείκτης Απόδοσης Χρώματος. Δυστυχώς αυτός ο όρος ερμηνεύεται συχνά λανθασμένα. Χαρακτηρίζει την επιρροή της πηγής φωτός στην αντίληψη για το χρώμα ενός αντικειμένου. Αυτή η παράμετρος επιδεικνύει πόσο σωστά μια πηγή φωτός με ένα ιδιαίτερο CCT θα αποδώσει το χρώμα ενός φωτισμένου αντικειμένου, έναντι μιας ιδανικής πηγής- ένα απολύτως μαύρο σώμα με την ίδια θερμοκρασία χρώματος. Για να καθορίσει ο CRI, ένα σύνολο 8 τυποποιημένων δειγμάτων χρώματος είναι φωτισμένο από την πηγή και από το φως ενός σώματος που βρίσκεται πίσω με την ίδια θερμοκρασία χρώματος. Εάν κανένα από τα δείγματα δεν αλλάξει το χρώμα του, ο CRI είναι ίσος με το 100. Ο δείκτης μειώνει στην αντίστροφη αναλογία στον αριθμό αλλαγών χρώματος στα δείγματα. Συνήθως θεωρείται ότι ένα CRI επάνω από 80 είναι καλό. Είναι σημαντικό να ξέρετε, εντούτοις, ότι ο CRI υπολογίζεται για τις πηγές φωτός με μια ιδιαίτερη θερμοκρασία χρώματος. Δεν είναι σωστό να συγκριθεί ένα 2700K, με 82 CRI πηγή φωτός με ένα 5000K, πηγή 85 CRI.

Επίσης σημειώστε ότι η CCT και ο CRI καθορίζονται μόνο για τις πηγές φωτός πλήρους φάσματος. Ο CRI του μονοχρωματικού φωτός είναι κοντά σε μηδέν, και η CCT του δεν μπορεί να υπολογιστεί. Εξετάστε το σχέδιο 15, σχέδιο 16- μπορείτε να δείτε ένα ευρύ φάσμα, που είναι κοντά στα 120nm και που τελειώνει περίπου στα 3000nm. Σε ολόκληρη αυτήν την κλίμακα ένα σαφές μέγιστο είναι παρόν, και το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας ακτινοβολείται σε μια στενή ζώνη μήκος κύματος. Το φάσμα ακτινοβολίας ενός μαύρου σώματος δεν μπορεί ποτέ να έχει τη μορφή μιας περιορισμένης ζώνης ακίδας, παρόμοια με το φάσμα μιας μονοχρωματικής πηγής φωτός, και επομένως, ο υπολογισμός της CCT για τέτοιες πηγές δεν έχει κανένα νόημα.
Όλες οι φθορισμού και metal halide λάμπες έχουν ένα ιδιαίτερο φάσμα, ενώ το φως του ήλιου έχει ένα συνεχές φάσμα. Το ιδιαίτερο φάσμα είναι ένα αποτέλεσμα της χρησιμοποίησης ατμού υδραργύρου (και άλλων μετάλλων), με διάφορα peak διαφορετικών μήκων κύματος, συνήθως στην ultraviolet κλίμακα. Οι φωσφόροι στη λάμπα μετατρέπουν αυτήν την ακτινοβολία στις στενές ζώνες του ορατού φωτός. Ένα ιδιαίτερο φάσμα εναντίον του συνεχές παρουσιάζεται στο σχέδιο 18:

image 18.jpg
Σχεδ. 18 Συνεχές (άνω) και ιδιαίτερο (κάτω) φάσμα

Τα διάκενα- μήκη κύματος που λείπουν σε ένα ιδιαίτερο φάσμα- σημαίνουν ότι ορισμένες αποχρώσεις του χρώματος δεν μπορούν να δοθούν σωστά κάτω από τέτοιο φωτισμό και, κατά συνέπεια, η πηγή φωτός θα έχει έναν δείκτη απόδοσης χαμηλού χρώματος (CRI). Φυσικά, οι κατασκευαστές ελαφριών βολβών προσπαθούν να αποφεύγουν τα μεγάλα διάκενα στο φάσμα. Κοιτάξτε τα φάσματα των δημοφιλών θαλασσίων mh: BLV HIT 10000K και BLV HIT 14000K (σχέδιο 19).
image 19a.jpg
Σχέδιο 19 το φάσμα του
Metal Halide BLV10000 (α).



image 19b.jpg
Σχέδιο 19 το φάσμα του Metal Halides BLV 14000K (β)

Αυτές οι λάμπες δεν έχουν τα μεγάλα διάκενα στο φάσμα τους, έτσι ώστε η ένταση σε ένα ορισμένο μήκος κύματος να μειώνεται στο μηδέν, ως εκ τούτου και οι δύο λάμπες είναι πλήρους φάσματος και το CRI τους μπορεί να καθοριστεί. Συγχρόνως, εκθέτουν τα σαφή ιδιαίτερα peak , που σημαίνουν ότι κατά τη χρησιμοποίηση αυτών των λαμπών, η ακριβής απόδοση χρώματος δεν μπορεί να επιτευχθεί. Σημειώστε ότι χρησιμοποιούνται λάμπες με διαφορετικό CCT: 10,000Κ- 14.000Κ σε αυτό το παράδειγμα. Η κύρια διαφορά τους είναι στο σημαντικό τμήμα της ακτινοβολίας 400- 440nm στη δεύτερη λάμπα, ενώ στα 460nm λείπει. Αυτό είναι λογικό και σαφές: όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία ενός απόλυτα μαύρο σώματος, τόσο περισσότερο το φάσμα του θα μετατοπισθεί σε περιοχή με μικρό μήκος κύματος. Δεδομένου ότι το ποσοστό 400- 450nm είναι το σημαντικότερο για ένα reef ενυδρείο, και επειδή, προκειμένου να προσελκυστεί ο πελάτης, οι κατασκευαστές υπολογίζουν συχνά το CCT για να ικανοποιήσουν τα ενδιαφέροντά τους, μπορούμε ακίνδυνα να δηλώσουμε ότι η μέγιστη ακτινοβολία στην απαραίτητη σειρά επιτυγχάνεται μόνο όταν δηλώνεται ένα CCT περίπου 20000K. Ρίξτε μια ματιά στο φάσμα μιας Metal Halide λάμπας 400w Hamilton 20000K (σχέδιο 20):

image 20.jpg
Σχέδιο 20 το φάσμα μιας Metal Halide 400W Hanilton Radium 20000K

Αυτή η λάμπα ακτινοβολεί μια σημαντική μερίδα της δύναμής της στα 400- 450nm, με ένα αξιοπρόσεχτο peak περίπου στο 420- 430nm. Μόνο ένα μικρό μέρος της ακτινοβολούμενης ισχύος σε μεγαλύτερο εύρος μήκους κύματος καθίσταται ορατό στο μάτι σαν violet- blue.
Οι υψηλές λάμπες CCT χαρακτηρίζονται συχνά από ένα σημαντικό τμήμα της ακτινοβολίας στην κλίμακα 420- 430nm. Οι πεπειραμένα χομπίστες προτείνουν λάμπες των 20000K για την παροχή του καλύτερου χρώματος για τους θαλάσσιους οργανισμούς. Αυτές οι συμβουλές, που λαμβάνονται μέσω ετών πρακτικής, ταιριάζουν καλά με τα συμπεράσματα που παραγάγαμε ανωτέρω.
Φυσικά, υπάρχει μια εξαίρεση από οποιοδήποτε κανόνα. Στην περίπτωσή μας, μια τέτοια εξαίρεση είναι θαλάσσιοι οργανισμοί που ζουν μόνο στα ρηχά ύδατα στο φυσικό βιότοπό τους, στην παλιρροιακή ζώνη παραδείγματος χάριν. Αυτό είναι μια σημαντική επιφύλαξη: υπάρχουν είδη που μπορούν να ζήσουν και σε ρηχά ύδατα και στο μέσο βάθος, και είναι αρκετά ανεκτικοί του χαμηλού φάσματος. Ορισμένα είδη, εντούτοις, μπορούν να ζήσουν μόνο κοντά στην επιφάνεια, και δεν μπορούν να επιζήσουν ακόμη και στα μικρά βάθη. Τέτοια είδη δεν προσαρμόζονται καλά, όχι μόνο στον πιο αδύνατο φωτισμό αλλά και σε ένα διαφορετικό φάσμα. Ορισμένα είδη αποικιακών polyps του γένους Zoantidae είναι ένα παράδειγμα αυτού.
Τώρα ας εξετάσουμε το φάσμα που ακτινοβολείται από διάφορα LEDs. Το φάσμα των cool white led γύρω στα 7000K παρουσιάζεται στο σχέδιο 21.

image 21.jpg
Σχέδιο 21 το φάσμα λευκών leds

Αυτό το φάσμα δεν είναι ιδιαίτερο, αλλά έχει έναν σημαντικό βύθισμα στην κλίμακα 470- 500nm. Αυτό το βύθισμα μπορεί να αντισταθμιστεί εύκολα με την προσθήκη των blue leds στο φωτιστικό. Ρίξτε μια ματιά στη φασματική διανομή δύναμης με διαφορετικά χρώματα LEDs της σειράς Philips LUXEON Rebel ES (σχέδιο 22).

image 22.jpg
Σχέδιο 22 φασματική διανομή δύναμης του Philips LUXEON Rebel ES color LEDs

Η ακτινοβολία των μπλε led είναι η καταλληλότερη να αντισταθμίσει την απαραίτητη κλίμακα 470- 490nm. Ακόμη και μια καλύτερη αντιστοιχία θα μπορούσε να επιτευχθεί με τη χρησιμοποίηση led με κλίμακα 475nm- ευτυχώς, τέτοια LEDs υπάρχουν!
Για να εξηγήσουμε καλύτερα αυτό, εξετάσαμε κατά κατηγορίες, τα οποία οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν για να χαρακτηρίσουν τα LEDs τους. Κατηγορία είναι μία ομάδα LEDs που έχουν επιλεχτεί σύμφωνα με μια ορισμένη παράμετρο. Υπάρχουν κατηγορίες αποδοτικότητας, κατηγορίες CCT και CRI, και η κατηγορία του κυρίαρχου μήκους κύματος (DWL) είναι διαθέσιμη για μονοχρωματικά (μόνο χρώμα) LEDs.. Η κατηγορία DWL για το μπλε LUXEON Rebel παρουσιάζεται στον πίνακα 1.

image 00.jpg
πίνακας 1 κατηγορίας LUXEON LED με βάση μήκος κύματος

Παίρνοντας ένα led κατηγορίας με τον κώδικα 4, μπορούμε να ομαλοποιήσουμε τη φασματική καμπύλη του άσπρου led στo μήκος κύματος από το 430 στο 600nm κλίμακας.

Θα γυρίσουμε τώρα στην πραγματική εφαρμογή των led για τα reef ενυδρεία. Η χρησιμοποίηση ακριβώς δύο τύπων LEDs (άσπρων και μπλε) δεν είναι ικανοποιητική, επειδή ένα τέτοιο φωτιστικό θα χάσει ένα σημαντικό ποσό φωτός στην κλίμακα 400- 450nm - πολύ λιγότερο από ότι μετριέται στον ωκεανό, σε βάθος μερικών μέτρων. Η κλίμακα 450nm μπορεί εύκολα να κλιμακωθεί με τη χρήση Royal Blue LEDs με το αντίστοιχο peak . Εκτός από αυτό, το φάσμα των άσπρων led μικραίνει γρήγορα στη σκούρο κόκκινη κλίμακα, περίπου 650- 660nm. Σύμφωνα με το πρότυπο που παρουσιάζεται στο σχέδιο 4, αυτό το μέρος του φάσματος απαιτείται επίσης για τους επιφανειακούς φωτοσυνθετικούς οργανισμούς και η προσθήκη αυτού του φάσματος μπορεί να είναι ευεργετική- θα βοηθήσει επίσης να εμφανιστεί το κόκκινο χρώμα στα reef ενυδρεία. Ποιο είδος φάσματος θα επιτύχουμε κατά συνέπεια; Απάντηση: Κάτι πολύ κοντά στο φάσμα των καλύτερων φωτιστικών που είναι εμπορικά διαθέσιμα σήμερα. Σαν απεικόνιση, το σχέδιο 23, παρουσιάζει το φάσμα του Ecotechmarine Radion, νικητής της επίδειξης δύναμης των led στο ReefBuilders το 2011 [ 18 ].

image 23.jpg
Σχέδιο 23 Γραφική παράσταση φάσματος του led φωτιστικού Ecotechmarine Radion

Όπως μπορείτε να δείτε, το κενό στο ποσοστό 480nm καλύπτεται κατάλληλα (αυτό το φωτιστικό χρησιμοποιεί μπλε LEDs Cree). Εκτός αυτού, παρουσιάζεται ένα μικρό peak στην κλίμακα 660nm. Εντούτοις, οποιαδήποτε μήκη κύματος στην κλίμακα 400- 430nm, που θα μπορούσε να προβιβάσει το φθορισμό πολλών θαλασσίων οργανισμών, λείπουν ουσιαστικά.
Αυτή η κλίμακα λείπει στην πλειοψηφία των led φωτιστικών. Μέχρι σήμερα, κανένα LED της κατάλληλης ποιότητας δεν ήταν διαθέσιμο στην αγορά για την κλίμακα των 420nm. Για τις λίγες διαθέσιμες προσφορές που υπήρχαν, οι τιμές ήταν αρκετά υψηλές, μαζί με το σύντομο χρόνο λειτουργίας και τη φτωχή αποδοτικότητα. Συγχρόνως, η απαραίτητη συνολική ακτινοβολία σε αυτήν την σειρά μήκους κύματος ήταν αρκετά σημαντική, και η προσθήκη του κατάλληλου αριθμού LEDs είχε σοβαρές επιπτώσεις στο συνολικό κόστος του φωτιστικού. Κατά συνέπεια, οι κατασκευαστές εγκατέστησαν ένα μικρό κλάσμα του απαραίτητου αριθμού του καθαρού ακτινικού LEDs, στην καλύτερη περίπτωση. Στην αρχή του 2012 αυτή η κατάσταση είχε τη δυνατότητα να αλλάξει γρήγορα με την εισαγωγή αποδοτικών και σχετικά ανέξοδων 420nm LEDs [ 15 ]. Με τη χρησιμοποίηση αυτής της νέας γενεάς LEDs στην καθαρή ακτινική σειρά μήκους κύματος, έγινε δυνατόν να δημιουργήσουμε ένα προσιτό led φωτιστικό με το κατάλληλο φάσμα που απαιτείται για τα reef ενυδρεία.
Πολλοί χομπίστες προσπάθησαν να χρησιμοποιήσουν ανέξοδα, no name, κινέζικα LEDs στην καθαρή ακτινική κλίμακα. Εντούτοις, η αποδοτικότητά τους είναι χαμηλή και, κατά συνέπεια, το κρύσταλλο επιδεινώνεται γρήγορα λόγω της υπερθέρμανσης. Το χειρότερο από όλα, αυτή η επιδείνωση είναι δύσκολο να υπολογιστεί οπτικά, δεδομένου ότι η ευαισθησία του ματιού στην 420nm κλίμακα είναι πολύ φτωχή. Εκτός αυτού, η φασματική διανομή τέτοιας χαμηλής ποιότητας LEDs μπορεί να είναι πολύ ευρεία (από 350nm στην υπεριώδη σειρά, και μέχρι το πράσινο φως): αυτά τα πιο υψηλά μήκη κύματος έχουν επιπτώσεις στη διαφάνεια του φθορισμού κοραλλιών. Συγχρόνως η έρευνα που πραγματοποιείται από το Κέντρο Ερευνών της Ευρωπαϊκής Επιτροπής [ 12 ] δείχνει ότι το UV φως με τα πιο χαμηλά μήκη κύματος μπορεί να προκαλέσει αντιαισθητικό φθορισμό των μικρών σωματιδίων που αιωρούνται στο νερό (σχέδιο 24).

image 24.jpg
Σχέδιο 24 Φωσφορίζοντα μικρά σωματίδια μέσα στο νερό κάτω από τον UV φωτισμό

Το διάγραμμα περιέχει διάφορες γραφικές παραστάσεις για φωσφορίζοντα σωματίδια διαφορετικών μεγεθών. Ενδιαφερόμαστε συνήθως για τα μόρια που ταξινομούνται περίπου 60 μm, τα οποία είναι άφθονα σε ένα reef ενυδρείο. Όταν ακτινοβολούντα με μήκη κύματος 370- 380nm, αυτή η φωσφορίζουσα ακτινοβολία μπορεί να είναι αρκετά σημαντική.
Τα φασματικά διαγράμματα της προηγούμενης γενεάς LEDs περιείχαν μια σημαντική μερίδα της ακτινοβολίας 370nm που προκάλεσε αξιοπρόσεχτο φωσφορίζουσα ακτινοβολία των ελεύθερων μορίων στο ενυδρείο, ως εκ τούτου πολλοί κατασκευαστές DIY led φωτιστικών, σύστηναν τη χρήση λίγων καθαρών ακτινικών LEDs.
Ευτυχώς, η νεότερη γενεά LEDs έχει ένα αποδοτικό εύρος ζώνης περίπου 30nm [ 15 ], και με τη χρησιμοποίηση LEDs στα 400- 430nm μπορούν να αποφύγουν την φωσφορίζουσα ακτινοβολία των αιωρούμενων σωματιδίων, ακόμα κι αν η συνολική δύναμη ακτινοβολίας μπορεί να είναι αρκετά υψηλή.
Θα προσπαθήσουμε τώρα να υπολογίσουμε τα ποσά φωτός στις επιλεγμένες σειρές μήκους κύματος: 400- 440nm, 440- 480nm, 480- 520nm, και 520-700nm. Κάθε σειρά αντιστοιχεί σε ένα κανάλι χρώματος, σε ένα φωτιστικό και μπορεί να επιτευχθεί με τη χρησιμοποίηση ενός τύπου ή ενός συνδυασμού διάφορων τύπων LEDs.
Η έκθεση στην ηλιακή ακτινοβολία στην ωκεάνια επιφάνεια εξαρτάται από την παρουσία σύννεφων, τη θέση του ήλιου, και άλλους παράγοντες. Για τις εκτιμήσεις μας θα υποθέσουμε μια μέση μηνιαία έκθεση στην ηλιακή ακτινοβολία 1789 J/cm 2, βασισμένη στις στατιστικές 3 μηνών για τα Φίτζι [ 20 ]. Υποθέτοντας μια περίοδο φωτός 12 ωρών, αυτό μεταφράζει σε 413 W/m 2.
Από την ολοκλήρωση της ηλιακής ακτινοβολίας σύμφωνα με σχ.3, θα λάβουμε τη διανομή της ορατής φωτεινής δύναμης στις ανωτέρω υπο- κλίμακες για τα διαφορετικά βάθη (πίνακας 2): Πίνακας 2 μέση φωτεινή δύναμη (στο W ανά sq.m.) για τις καθορισμένες φασματικές σειρές κατά τη διάρκεια της ημέρας


Spectral sub-ranges, nm
Depth, m (feet) 400-440 440-480 480-520 520-700 Total power
0 (0) 55 64 62 232 413
5 (16.4) 54 63 60 163 340
10 (32.8) 53 61 57 94 266
15 (49.2) 52 60 55 26 193


Αν και ο πίνακας είναι βασισμένος στη φυσικά διαθέσιμη φασματική διανομή στα διευκρινισμένα βάθη, σημειώστε ότι το φάσμα 400- 500nm είναι περισσότερο σημαντικό, δεδομένου ότι παρέχει τον καλύτερο χρωματισμό και το φθορισμό στα κοράλλια εκτιμώντας ότι, η πιο μακροχρόνια ακτινοβολία μήκους κύματος στο ποσοστό 500- 700nm είναι κακώς χρησιμοποιημένη από τους θαλάσσιους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς. Συγχρόνως, το ανθρώπινο μάτι είναι πολύ ευαίσθητο στα 520- 600nm και επομένως δεν χρειαζόμαστε πάρα πολύ τη δύναμη ακτινοβολίας σε εκείνη την σειρά: ακόμη και μικρά ποσά φωτισμού θα είναι επαρκή για το μάτι για να αντιληφθεί τη δεξαμενή. Εν τω μεταξύ, η συμπλήρωση 660nm LEDs μπορεί να είναι ευεργετική για επιφανειακούς οργανισμούς. Συγχρόνως, αυτό το μήκος κύματος, σε συνδυασμό με τα 400- 420nm, θα προβιβάσει τη σωστή απόδοση του violet χρώματος.
Όπως έχουμε παρουσιάσει, το 400- 480nm είναι το σημαντικότερο για τους θαλάσσιους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς. Στο φυσικό περιβάλλον τους τα κοράλλια παίρνουν 52 με 55W/m 2 της οπτικής δύναμης στα 400- 440nm και 60 με 64W/m 2 το φάσμα 440- 480nm.
Εάν μόνο αυτά τα μήκη κύματος χρησιμοποιούνταν στο φωτιστικό, χρησιμοποιώντας την εμπειρική έκφραση Watts/m 2 = 0.21*L [ 19 ], μπορούμε να φτάσουμε τα επίπεδα φωτισμού μεταξύ 528 και 567 μmol·photons/m 2 / s. Όπως παρουσιάστηκε ανωτέρω, αυτό είναι ικανοποιητικό για την κατάλληλη αύξηση και το χρωματισμό των φωτοσυνθετικών κοραλλιών.
Εντούτοις, δεν συνιστούμε τόση πολλή δύναμη ακτινοβολίας όλη την ώρα πάνω στη δεξαμενή, και οι ακόλουθοι παράγοντες πρέπει να εξεταστούν:
Εκτός από τις αναφερθείσες κλίμακες μήκους κύματος, για μια βελτιωμένη οπτική επίδραση οι περισσότεροι χομπίστες θα χρησιμοποιήσουν επίσης LEDs σε άλλες κλίμακες. Αυτά τα LEDs θα συμβάλουν επίσης στη συνολική ακτινοβολούσα οπτική δύναμη.
Η ακτινική δύναμη άνω των 400μmol·photons/m 2 / s μπορεί να είναι πάρα πολύ υψηλή. Η παραγωγή χρωμοπρωτεϊνών σταματά κάτω από 100 μmol·photons/m 2 / s π.χ., σε επίπεδο φωτισμού 4 φορές μικρότερο.
Πολλοί χομπίστες χρησιμοποιούν ελεγκτές για να μιμηθούν ανατολές/ δύσεις και κλιματολογικές συνθήκες, και η ακτινοβολούσα δύναμη μπορεί να αλλάξει σημαντικά κατά τη διάρκεια της ημέρας. Σημαίνεται ότι η δύναμη κατά τη διάρκεια της περιόδου φωτός είναι λιγότερο από η μέγιστη δύναμη.
Οι θαλάσσιοι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί χρησιμοποιούν αποτελεσματικότερα την ακτινοβολία με μήκη κύματος περίπου 430nm, και αυτή η κλίμακα υποκινεί επίσης τον εντατικότερο χρωματισμό τους. Πιστεύουμε ότι η λογικότερη μέγιστη δύναμη ακτινοβολίας πρέπει να είναι περίπου 45W/m 2 για τα 400- 440nm και περίπου 40W/m 2 για τα 440- 480nm. Εάν η δεξαμενή είναι φωτισμένη μόνο με αυτό το μήκος κύματος για 12 ώρες, με σύντομες ανατολές και δύσεις ειδικά για την Ισημερινή ζώνη, θα λάβουμε μια μέση δύναμη ακτινοβολίας 400μmol·photons/m 2 / s, η οποία είναι ικανοποιητική για τη βέλτιστη παραγωγή χρωμοπρωτεϊνών. Δεδομένου ότι το φωτιστικό είναι πιθανό να περιλάβει LEDs σε άλλες σειρές μήκους κύματος, μπορούμε ακίνδυνα να υποθέσουμε ότι αυτοί οι αριθμοί περιλαμβάνουν κάποιο περιθώριο δύναμης.
Επίσης σημειώστε ότι αν και η δύναμη ακτινοβολίας 400 μmol·photons/m 2 / s είναι βέλτιστη για το χρωματισμό των κοραλλιών, τέτοιος υψηλός φωτισμός απαιτεί τέλειες συνθήκες νερού στη δεξαμενή. Η δύναμη ακτινοβολίας 4 φορές κάτω από αυτό το επίπεδο είναι ήδη επαρκής για να αρχίσει την παραγωγή χρωμοπρωτεϊνών στα κοράλλια. Συνιστούμε να ξεκινάτε αργά, με τα αρχικά επίπεδα φωτισμού κοντά στο χαμηλότερο όριο περίπου 100μmol·photons/m 2 / s. Μέσα σε αρκετούς μήνες μπορείτε βαθμιαία να αυξήσετε το φωτισμό, ενώ παρακολουθείτε στενά τις παραμέτρους του νερού και την αντίδραση των κοραλλιών. Εάν το σύστημα είναι σταθερό και όλες οι παράμετροι είναι στη βέλτιστη σειρά, η οπτική δύναμη μπορεί να αυξηθεί βαθμιαία μέχρι 400μmol·photons/m 2 / s.
Όπως έχουμε δει, οι επίσημες παράμετροι όπως CRI και το CCT δεν είναι πολύ χρήσιμες για το εάν ένα ιδιαίτερο φωτιστικό είναι κατάλληλο για μια δεξαμενή. Συγχρόνως πρέπει να επισημάνουμε πάλι ότι η ικανοποιητική δύναμη στην κλίμακα μήκους κύματος 400- 480nm είναι αυστηρά σημαντική. Εάν αυτός ο όρος τηρείται, άλλες παράμετροι του φωτιστικού μπορούν να επιλεχτούν βασισμένα στις μεμονωμένες προτιμήσεις του ιδιοκτήτη (ακριβώς σιγουρευτείτε ότι η συνολική ακτινοβολούσα δύναμη δεν υπερβαίνει τις συνιστώμενες τιμές). Πρέπει να αναγνωρίσουμε, δυστυχώς, ότι τα περισσότερα από τα εμπορικά διαθέσιμα φωτιστικά σήμερα χρησιμοποιούν μόνο τα 450nm και πάνω, ενώ μια τελικά σημαντική κλίμακα μεταξύ 400 και 440nm αφήνεται συνήθως έξω, ή αντιπροσωπεύεται ανεπαρκώς.




ΠΗΓΕΣ

· David H.Hubel, Eye, Brain and Vision. 256p., 1995, ISBN/ASIN: 0716760096
· http://www.ecse.rpi.edu/~schubert/Li...le-Chapter.pdf
· http://ies.jrc.ec.europa.eu/uploads/...R_22217_EN.pdf
· http://rybafish.umclidet.com/zooksan...a-korallov.htm
· http://medbiol.ru/medbiol/botanica/000a984c.htm
· http://ies.jrc.ec.europa.eu/uploads/...R_22217_EN.pdf - 26p.
· R.W.Burnham, R.M.Hanes, C.J.Bartleson Color: A Guide to Basic Facts and Concepts. New York: John Wiley, 1953
· Thai K. Van, William T Haller, and George Bowes Comparison of the Photosyntetic Characteristics of Three Submersed Aquatic Plants.www.plantphysiol.org/content/58/6/761.abstract
· http://www.led-professional.com/prod...t-uv-led-chips
· C.D'Angelo, J.Wiedenmann, Blue light and its importance for the colors of stony corals, Coral Magazine, Nov./Dec. 2011
· How much electricity costs, and how they charge you
· Ecotech Marine's Radion XR30w wins the 2011 Reef Builders LED showdown
· http://www.onsetcomp.com/support/kno...nit-conversion
· http://earthobservatory.nasa.gov/Fea...ance/page2.php
· Leletkin V.A., Popova L.I., Light absorption by carotenoid peridinin in zooxanthellae cell and setting down of hermatypic coral to depth, Zh. Obshch. Biol. 2005 May-Jun;66 (3)



Κλειδωμένο

Επιστροφή στο “Φωτισμός”