By Dmitry Karpenko, Vahe Ganapetyan
Spettro della luce solare negli oceani
L'asse verticale è l'energia irradiata misurata in w\m2
Cerchiamo ora di scoprire che tipo di spettro di luce è disponibile per gli organismi marini nel loro ambiente naturale. Il nostro tentativo e di costruire una lampada ideale per le nostre vasche di barriera,cercheremo di generare una distribuzione spettrale simile a quella in determinate profondità sottomarine.
I coralli vivono su varie profondità: alcuni vivono in acque molto basse, mentre coralli di profondità possono essere trovati sui fondali fino a 8000 metri.
il 20% di tutte le specie di coralli sono non fotosintetici, non richiedono alcuna luce come fonte di cibo. La maggior parte dei coralli, tuttavia, sono fotosintetici...Cercheremo di capire che tipo di luce che preferiscono.
Nel corso di centinaia di milioni di anni gli organismi fotosintetici marini si sono evoluti e adattati per utilizzare al meglio soprattutto il viola e le parti blu dello spettro, che sono più abbondanti nel loro ambiente, al contrario non sono molto sensibili allo spettro rosso (che, al contrario, è più attivamente utilizzato dalle piante terrestri).
Zooxantelle simbiotiche in organismi fotosintetici marini,presentano un forte assorbimento nella zona blu-verde dello spettro
come si vede nella foto subito sotto.
L'asse orizzontale rappresenta la lunghezza d'onda, in nanometri, e l'asse verticale è l'adsorbimento
Si può vedere dal grafico che viola e blu sono i colori che prevalgono fortemente
(notare che per lo spettro rosso, la gamma 660-680nm è preferibile)
Considereremo ora il prossimo aspetto importante: come l'irradiazione da diversi campi di spettro influisce la colorazione dei coralli:
Prima di considerare l'influenza dello spettro di luce sulla colorazione dei coralli vorrei far notare che anche la colorazione dello stesso corallo può variare notevolmente a seconda delle condizioni. Purtroppo, è molto difficile fornire condizioni esattamente identiche per i coralli, anche nello stesso acquario , e questo è ancora più difficile per i due acquari diversi.....
Senza fornire le giuste condizioni per i coralli, altri tentativi di migliorare la loro colorazione, quali le rettifiche dello spettro della luce, saranno vani !!!
Ci sono tre fattori principali che influenzano principalmete :
1 spettro della luce e l'intensità
2 quantità di cibo disponibile in acqua
3 purezza dell'acqua
La situazione è piuttosto complessa,i coralli possono essere molto variabili,anche la stessa specie può contenere diverse cromoproteine (proteine responsabili di colorazione),il loro tipo e la quantità di quanto ne contengano sono anche determinate geneticamente (nello stesso modo come, ad esempio, il colore degli occhi di umani). Molte di queste proteine sono fluorescenti, cioè assorbono la luce di una certa lunghezza d'onda e irradiano una lunghezza d'onda differente.
Fig.sotto
mostra quattro esemplari della stessa specie, Acropora millepora, in cui prevalgono diverse cromoproteine:
Le Fluorescenze sono testimoniate non solo dai coralli duri ma, per esempio, in Zoanthidae e Palythoya polipi che presentano una colorazione molto luminosa quando irradiata con luce cosiddetta a breve lunghezza d'onda "attinica".
Una nota importante da tenere a mente e questa:
la sensibilità dell'occhio umano alla luce dipende dalla lunghezza d'onda. Ad esempio, la radiazione di parità potere è percepito 27 volte più luminoso per la lunghezza d'onda di 555nm che per 450nm; questa differenza aumenta di 57 volte per 420 nm, e 135 volte per 410nm (!).
Per la migliore osservazione delle fluorescenze, si deve illuminare la vasca con piu lunghezze d'onda per ricreare una luce attinica ideale!Le lunghezze d'onda richieste per fluorescenza di tutte le cromoproteine sono numerose,.
Sulla base della fig sotto., la fluorescenza è osservata in una ampia gamma di lunghezze d'onda di luce che vanno soprattutto tra 400 e 500 nm.
Notare che la fluorescenza più forte sarà osservata tra i 400-450nm gamma, soprattutto perché la sensibilità dell'occhio in tale intervallo è molto bassa. La luce in questo campo è di solito chiamata "luce attinica."
Sicuramente, la fluorescenza è uno dei fattori principali per fornire la bellezza di un acquario di barriera, ma la luce nel range 400-500nm ha anche altre importanze: è la luce più ottimale per promuovere la fotosintesi marina. Pertanto questa parte dello spettro è di estrema importanza per un acquario di barriera.
La conclusione dell'articolo è che "il miglioramento della pigmentazione dei coralli dipende in primo luogo dalla componente blu dello spettro,Gli esperimenti hanno rivelato che le radiazioni nella gamma 430nm sono più efficaci nel promuovere la colorazione brillante dei coralli
Durante le centinaia di milioni di anni di evoluzione gli organismi fotosintetici marini si sono adattati a diversi livelli di potenza di luce. Per ciascun organismo fotosintetico possono essere definiti tre valori di soglia:
1valore: determina la luce minima necessaria per il mantenimento della biomassa di organismi fotosintetici - è la luce minima richiesta che non si tradurrà in guadagno o perdita di massa
2valore: soglia illuminazione relativa alla quale l'efficienza della fotosintesi è massima
3valore: è la luce massima che può essere utilizzata, non vi è alcun miglioramento nel tasso di fotosintesi sopra tale soglia
Possiamo tranquillamente chiamare 80-100 mmol · photons/m2/s luce bassa, 150-200 - media,300-400 - ottimale. Il limite di saturazione della fotosintesi è di circa 600-700μmol · photons/m2/s.
Nel nostro acquario di barriera, dovremo ottenere una illuminazione significativamente migliore rispetto alla soglia minima - preferibilmente vicino alla soglia ottimale.
ecco in foto come reagisce un acropora ai diversi lumen forniti:
100 400
Tuttavia, non è sempre una buona idea fornire troppa quantità di luce in acquari domestici, dal momento che un corallo ad alti livelli di illuminazione in condizioni non perfette puo essere sogetto allo sbiancamento del corallo
Una delle migliori lampade in commercio è la Giesemann POWERCHROME attinica plus, con la parte di spettro 450-500nm significativamente ridotta
vedi foto sotto.
Di recente, c'è stato un importante passo avanti nel campo della illuminazione a stato solido, e molti impianti di illuminazione per acquari di barriera sono ora costruiti con l'utilizzo dei LED. I vantaggi di apparecchi a LED oltre le tradizionali fonti di luce sono molti, considereremo solo i fattori principali.
Vantaggio n1: maggiore efficienza e minore generazione di calore
i LED sono circa due volte più efficiente di tubi fluorescenti o lampade ad alogenuri metallici a convertire l'energia elettrica in luce
i LED irradiano solo in una direzione del piano e quindi non sono atti a bloccare la luce propria. Utilizzando lenti appropriate la luce del LED può essere facilmente concentrata nella regione desiderata. delle lenti buone sono di dimensioni compatte e, possono aiutare a trasferire fino al 90 percento di luce prodotta attraverso la superficie dell'acqua,Di contro,quando si utilizzano lampade tradizionali con riflettori solitamente solo il 40% della luce penetra la superficie.
Il LED e in grado di generare oltre 4,5 volte meno calore. Ciò significa in pratica che installando un apparecchio a LED sopra una vasca di barriera probabilmente possiamo eliminare la necessità di un costoso refrigeratore
Vantaggio # 2: il ciclo di vita estesa Se utilizzato o al di sotto della corrente nominale, I LED di alta qualità degradano molto lentamente. Ma anche i LED hanno le loro esigenze specifiche, che devono essere considerate in fase di progettazione.
La Durata della vita dei migliori LED disponibili sul mercato oggi (Cree XT-E, Luxeon Rebel ES) è davvero molto alto, se sono forniti di rimozione del calore e alimentazione corretta. Naturalmente, questi sono i nuovi LED e il loro funzionamento non e stato testato per decine di anni ....
la caduta di luminosità nel tempo può essere stimato:
Se sono rispettate tutte le condizioni di funzionamento richieste avremo che dopo 40 mila ore di funzionamento (circa 10 anni) avremo ancora il 70% della luminosita iniziale.
La probabilità di guasto del singolo LED su un'attrezzatura è piuttosto bassa, circa 1% nel periodo delle 50 mila ore di funzionamento, e dopo questo periodo la probabilità aumenta al 50% sulle 200 mila ore.
Vantaggio # 3: Possibilità di regolare l'illuminazione e lo spettro
Quando si usano driver dimmerabili, la luce emessa dai LED può essere facilmente regolata. Acquariofili spesso utilizzano i controller speciali per imitare albe e tramonti, simili alle variazioni di illuminazione naturale durante il giorno.
Utilizzare solo due tipi di LED (bianco e blu) non è sufficiente, perché perdiamo una quantità significativa di luce nella gamma 400-450nm -Il campo spettrale 450 nm può essere facilmente implementato utilizzando un Reale LED blu con un picco corrispondente. Anche lo spettro bianco diminuisce rapidamente nel range rosso scuro, intorno a 650-660nm.
Secondo il modello mostrato in fig.sotto , è richiesta anche questa parte dello spettroper gli organismi fotosintetici in acque poco profonde e l'aggiunta di questo intervallo può essere utile, ed e anche ma uno strumento per enfatizzare il colore rosso in acquario di barriera.
Che tipo di spettro dobbiamo raggiungere come risultato? Risposta: Qualcosa di molto vicino allo spettro delle migliori lampade che sono disponibili in commercio oggi. A titolo di esempio, fig. sotto mostra lo spettro di Ecotechmarine Radion, ReefBuilders 2011 LED vincitore
Come si può vedere, il divario nella gamma 480nm sia correttamente riempito (questo dispositivo utilizza LED blu del Cree). Inoltre, un piccolo picco nella gamma 660nm è disponibile. Tuttavia, eventuali lunghezze d'onda nel range 400-430nm, che potrebbero promuovere la fluorescenza di molti organismi marini, sono praticamente assenti.
Questa gamma è presente nella maggior parte degli apparecchi a LED. Fino a poco tempo, nessun LED di qualità adeguata era disponibile sul mercato per la gamma 420nm. Per le poche offerte disponibili i prezzi erano piuttosto alto, con il tempo di funzionamento di breve e di scarsa efficienza.
Utilizzando questi LED di nuova generazione nella gamma di lunghezza d'onda puro attinica, è possibile creare un apparecchio a LED conveniente con uno spettro adeguato richiesto per gli acquari di barriera...
Molti appassionati hanno cercato di utilizzare i LED a basso costo cinesi no-brand nel campo attinica pura. Tuttavia, la loro efficienza è bassa e, di conseguenza, il cristallo deteriora rapidamente a causa del surriscaldamento. La cosa pegggiore di questo deterioramento è che e difficile stimare visivamente, dal momento che la sensibilità dell'occhio nella gamma 420nm è molto scarsa.
Gradi Kelvinin temperatura
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