Światło w naturze, porównania ze światłem w akwarium

[Gość]

Światło jest z pewnością jednym z kluczowych parametrów sukcesu w akwarystyce morskiej, a także podstawą, na której opiera się metoda berlińska.
Bez odpowiedniego światła niemożliwe byłoby utrzymanie koralowców o twardej skorupie, w tym Acropora, Montipore, Pocillopore, Seriatopore i wymagających mięczaków, takich jak małże.

Akwaryści z całego świata zrozumieli już złożony, wieloczynnikowy związek między szeregiem parametrów a zdrowiem i ubarwieniem naszych koralowców, ze szczególnym uwzględnieniem SPS (small polyped scleractinians).

 

Wprowadzenie najpierw lamp HQI o temperaturze 10 000 °K, a następnie 20 000 °K oraz niedawna dostępność wysokoemisyjnych lamp fluorescencyjnych (T5) z pewnością przyspieszyło proces, który rozpoczął się wiele lat temu.

Oczywiście jest wiele pytań, które każdy z nas, akwarystów, wciąż sobie zadaje i które oczywiście skupiają się na Świetle: Jaki jest najlepszy rodzaj światła? Jaka powinna być intensywność? Jaka jest moc żarówek?

Zacznijmy od rozważenia tego, co dzieje się w Naturze na przykładzie rafy polinezyjskiej i zobaczmy jej główne parametry dotyczące oświetlenia. W tym celu bierzemy pod uwagę napromieniowanie padające (PFFD) zawarte w widmie między 400 a 700 nanometrów i widzimy, że minimum mierzone w zimie wynosi 1600 µmol/M2/s (340 W/m2), podczas gdy maksimum w lato wynosi 2300 µmoli / M2 / s (500 watów / m2).

Zmienność może zależeć od dość dużego zestawu czynników, od pory dnia, od położenia słońca w stosunku do długości i szerokości geograficznej, od cząstek stałych, od zawiesiny powietrznej, od wilgotności, od innych gazów obecnych w atmosferze, od zachmurzenia i sezonowości. A do tego wszystkiego nawet pod wodą rzeczy się komplikują. W rzeczywistości należy założyć, że nie całe światło docierające do powierzchni wody dodaje następnie soczewkę, część światła jest w rzeczywistości odbijana (na podstawie kąta padania i współczynnika załamania wody), a fale powierzchniowe wpływają na intensywność światła w głąb, zachowując się jak szkło powiększające, a więc je intensyfikując lub przeciwnie, zmniejszając ("linie brokatu", Falkowski 1990), wtedy należy wziąć pod uwagę cząstki stałe,

 

Rozkład widmowy (PFFD) na różnych głębokościach w czystych wodach oceanicznych przyjmuje następujące wartości:

	1 mln	5 mln	10 m²	15 m²	20 m²
PFFD (olimoli / M2 / s)	1640	958	618	436	316

W tym momencie dodajemy złożoność systemu, biorąc pod uwagę fakt, że światło nie jest takie samo, ale raczej może przybierać zupełnie inne cechy.

Woda zasadniczo działa jak filtr modyfikujący widmo: czerwienie i żółcie znikają jako pierwsze, a błękity przenikają głębiej.

Spontanicznie nasuwa się pytanie, więc w akwarium, czego możemy się spodziewać?

Większość koralowców obecnych w naszych akwariach żyje w naturze na głębokościach od kilku do 15-20 metrów. W naszych akwariach żyją na głębokości od 5 do 50 cm.

Oczywiste jest, że na tych głębokościach ilość światła pochłanianego przez wodę jest bardzo mała, od 33% przy 700 nm do 4% przy 400 nm.

Poziom tłumienia światła w odległości 60 cm od lustra wody.

Pierwszym ważnym wnioskiem, jaki możemy wyciągnąć, jest to, że jeśli w naturze natężenie światła na poziomie powierzchni mieści się w zakresie od 350 do 500 Watt/m2, w akwarium z przezroczystą wodą poziom ten można zmniejszyć wykładniczo, bo kiedy chcesz aby dokonać porównania między naturą a naszymi akwariami, w grę wchodzą inne elementy, które należy wziąć pod uwagę:

• Na ilość światła i widmo pochłaniane w akwarium często wpływa pigmentacja wody spowodowana rozkładem substancji organicznych, stąd znaczenie stosowania
  dobrego węgla aktywnego.
• W przyrodzie pył zawieszony jest zwykle znacznie większy niż w akwarium.
• W oceanach natężenie światła NIE jest stałe, jak to często bywa w naszych akwariach (np. ze względu na kąt padania światła w ciągu dnia i sezonowość).

Kolejna bardzo ważna właściwość związana jest z kolorystyką koralowców. Czy w rzeczywistości kolor obserwowany na naszych koralowcach może zależeć od zastosowanego światła? W dziedzinie naukowej (Ken S. Feldman, Sanjay Joshi, Lauren F. Vernese, Elizabeth A. Huber, Kelly M. Maers, Matthew R. Test) przeprowadzono szereg eksperymentów, aby zrozumieć wpływ światła na kolor. Jednak bardzo ważne jest, aby określić, które zmienne są zaangażowane i opierać wyniki nie na „anegdotach”, ale na danych, które są pewne, ponieważ w ten sposób można zrozumieć złożoną wieloczynnikową zależność i nie mylić jej z „trywialnymi " metodologia zarządzania, jak to często bywa.

Pierwszym krokiem w tym kierunku jest zrozumienie, że „postrzegany” kolor koralowca zależy od wielu zmiennych, które wpływają na wiele dziedzin nauki, od genetyki molekularnej koralowców po fizykochemię związaną z absorpcją światło przez część pigmentów, fizyko-optyka powiązana z percepcją wzrokową, chemią i symbiotyczną relacją z zooxantellae;

 

Krótko mówiąc, nasze koralowce wytwarzają wiele „ kolorowych cząsteczek ” w odpowiedzi na różne bodźce.

Mówiąc o Świetle, możemy argumentować, że „postrzegany” przez obserwatora kolor korala jest kombinacją światła padającego, odbitego i ponownie wyemitowanego (fluorescencja).

Odbite światło nie „produktywnie oddziałuje” z żadną cząsteczką koralowca. Jego powierzchnia działa jak lustro, które selektywnie odbija padające światło, które w związku z tym odgrywa zasadniczą rolę w barwieniu odbitego światła.

Wręcz przeciwnie, ponownie emitowane światło (fluorescencja) implikuje molekularną interakcję między fotonami a receptorami koralowymi. Receptory, które „absorbują” światło o określonym widmie, odbijają je w innym widmie (fluorescencja), przesuwając je na długości fali w kierunku czerwieni: pochłaniają kolor niebieski i emitują kolor zielony. I oto powód, dla którego niektóre akwaria pojawiają się w bardzo zaakcentowanych kolorach.

W tym momencie konieczne jest przeprowadzenie porównania widmowego między różnymi rodzajami oświetlenia w akwarium oraz między nimi a widmem światła słonecznego.

Światło Led i światło słoneczne (Pomiary z profesjonalnym widmem fotometrycznym)

Światło Led i HQi (pomiary z profesjonalnym widmem fotometrycznym)

Światło Led i światło fluorescencyjne (Pomiary z profesjonalnym widmem fotometrycznym)

Światło Led i światło fluorescencyjne (Pomiary z profesjonalnym widmem fotometrycznym)

Światło LED i aktyniczne światło fluorescencyjne (Pomiary z profesjonalnym widmem fotometrycznym)

Z porównania różnych typów oświetlenia jasno wynika, że widma dostarczane przez lampy LED i HQi są najbardziej zbliżone do widma światła słonecznego, podczas gdy na lampy fluorescencyjne ma wpływ typowa konformacja trój- lub pięcio-fosforowa. podświetlanie piku w widmie w podświetlonych punktach.
Jeśli badane są punkty w celu wydobycia kolorów, na przykład za pomocą zmian w stosunku do kolorów podstawowych RGB, występuje większe zabarwienie w stosunku do czerwonego, niebieskiego i zielonego, jednak kosztem poprawności tonalnej.

Inną interesującą różnicą między różnymi rodzajami światła jest występowanie migotania, które oczywiście występuje tylko w świetlówkach, w przeciwieństwie do lamp HQi i LED.

lampa fluorescencyjna	Lampa LED

Efekt jest taki, że gdybyśmy użyli lampy fluorescencyjnej, nasze koralowce i nasze ryby byłyby poddane działaniu światła, którego intensywność zmienia się w czasie, bardzo szybko, a zatem niezauważalnego dla naszego oka, ale nie wiemy, czy łowi ryby. a koralowce mogą to interpretować w różny sposób i jakie mogą być skutki w perspektywie średnio- i długoterminowej. Najprawdopodobniej żaden, ale na pewno nie jest to aspekt drugorzędny i należy go brać pod uwagę, jeśli chodzi o sztuczne światło.

W tym miejscu, po obejrzeniu niezliczonych zmiennych charakteryzujących drogę światła w przyrodzie, uzasadnione jest pytanie, czy nasze akwarium nie może być zbyt oświetlone , choć na pierwszy rzut oka może się to wydawać sprzecznością.

 

Zacznijmy od przemówień często słyszanych wśród akwarystów:

• SPS potrzebuje jasnego światła
• Korale LPS wymagają mniej światła niż korale SPS
• Korale miękkie wymagają mniej światła niż korale twarde

Zakładając, że słuszne może być przekonanie, że intensywne oświetlenie jest niezbędnym warunkiem sukcesu w hodowli symbiotycznych koralowców (Acropora, Stylophora, Pocillopora, Montipora itp.), równie niesłuszne jest twierdzenie, że akwarium nie może być „ przesadzone”. oświetlony " .

Jak można ten fakt uświadomić? Czy to naprawdę możliwe, że nasze koralowce są nadmiernie oświetlone w przeciwieństwie do tego, co od zawsze uważano wśród akwarystów?

Istnieje wiele opinii na temat ilości światła w akwarium, a producenci dokładają wszelkich starań, aby oferować coraz mocniejsze źródła światła, zaczęliśmy od 70w HQi, aby przejść do 150w i stopniowo do 250, potem 400 i wreszcie 1000 watów.

Z drugiej strony pasjonaci, zwłaszcza akwaryści lubiący małe polipowe korale kamienne (SPS), są przekonani, że ich koralowce są „głodzone” światła.

Udokumentowano eksperymenty udowadniające, że nie jest to do końca prawdą, ale tylko częściowo.

Musimy zatem zacząć od powodów, które pozwalają nam powiedzieć, ile światła jest wystarczające i konieczne dla naszych koralowców. Dlatego zaczynamy od pomiaru punktu nasycenia

Dzięki zastosowaniu „miernika aktywności fotosyntezy” możemy zapytać koralowce jaki jest ich punkt nasycenia, ten miernik to nic innego jak fluorometr z modulowaną amplitudą (PAM) .

Jest to narzędzie zdolne do „zrozumienia” zapotrzebowania na światło przez organizmy fotosyntetyczne, w tym zooksantelle obecne w tkance koralowców.

PAM w połączeniu z miernikiem PAR pozwala oszacować liczbę fotonów użytych do fotosyntezy oraz tych w nadmiarze.

W ten sposób możliwe jest określenie idealnego natężenia światła do fotosyntezy oraz „ PUNKTÓW NASYCENIA ”.

Następnie będzie można określić, kiedy jest za dużo światła, a tym samym sytuacja „potencjalnego zagrożenia” dla koralowców, znana jako „ PUNKT ZATRZYMANIA ZDJĘCIA ”.

Wykreślenie zmiennych biorących udział w wykresie określa poziom nasycenia/fotoinhibicji, który występuje, gdy krzywa fotosyntezy staje się płaska.

W tej hipotetycznej sytuacji nasycenie zaczyna się od intensywności około 400 µmol · m² · s (lub około 20 000 luksów).

Aby lepiej zrozumieć te pojęcia, zobaczmy kilka przykładów zastosowanych do zwierząt, które wszyscy dobrze znamy:

Warianty Pavony

Punkt nasycenia: 110 µmol · m² · s (około 5500
luksów) Punkt fotoinhibicji: ~ 350 µmol · m² · s (około 17500 luksów).

Pority lutea

Punkt nasycenia: ~ 400 µmol · m² · s (około 20 000
luksów) Fotopunkt hamowania: ~ 750 µmol · m² · s (około 37 500 luksów).

różowa pocillopora

Punkt nasycenia: 275 µmol · m² · s (około 13 750 luksów)
Punkt fotohamowania: 425 µmol · m² · s (około 21 250 luksów).

Montipora capitata

Punkt nasycenia: ~ 135 µmol · m² · s (około 6750 luksów)
Fotopunkt hamowania: ~ 250 µmol · m² · s (około 12500 luksów).

Gęsta Sinularia

Punkt nasycenia: ~ 207 µmol · m² · s (około 10 350 luksów)
Punkt fotohamowania: ~ 400 µmol · m² · s (około 20 000 luksów).

Tridacna maksyma

Punkt nasycenia: 600 µmol · m² · s (około 30 000 luksów)
Punkt fotoinhibicji: brak fotoinhibicji przy 1900 µmol · m² · s (około 95 000 luksów) ..

Stosunkowo niski punkt nasycenia tych koralowców pokazuje, że wcale nie jest prawdą, że koralowce są „nienasyconymi gąbkami” w stosunku do światła.

 

Tak naprawdę w przyrodzie istnieje wiele przyczyn, które „zasłaniają” światło słoneczne, jak widzieliśmy we wstępie (chmury, burze, odbicia i załamania, ruch powierzchniowy, nachylenie promieni słonecznych, zawieszone cząstki, osady, wprowadzenie pigmentowanej wody słodkiej i pełne gruzu, bąbelków z powodu ruchu wody na powierzchni i koloru).

Ponadto koralowce mogą wykorzystywać mechanizmy „ochronne”, cofając swoje polipy i powodując swego rodzaju „samodzielne cieniowanie”, dlatego przystosowują się zarówno do braku światła, jak i jego nadmiernej obecności.

Wydaje się oczywiste, że stosunkowo niski poziom światła jest lepszy niż poziomy, które są zbyt wysokie dla większości testowanych zwierząt. Pewne jest również, że poziomy 200-300 µmol fotonów · m² · s (~ 10 000 - 15 000 luksów) są wystarczające do aktywacji procesów fotoinhibicji u większości koralowców, z określonymi konsekwencjami.

Natężenie światła na głębokości 30 cm ze świetlówkami	Natężenie światła na głębokości 30 cm z lampami HQi

W praktyce można powiedzieć, że koralowce fotosyntetyczne, które wymagają bardzo intensywnego światła, takiego jak generowane przez systemy oświetleniowe z żarówkami 250-400 wat, są raczej wyjątkiem niż regułą.

W obecności bardzo intensywnego światła, wręcz przeciwnie, można osiągnąć proces fotoinhibicji, który, jeśli w krótkim okresie może być tolerowany, w dłuższej perspektywie może prowadzić do spowolnienia wzrostu
, jeśli nie również do pogorszenia samo zwierzę.

Oczywiste jest również, że wszystko musi być również sparametryzowane do średniej żywotności naszych lamp, do głębokości naszego zbiornika oraz do temperatury barwowej naszych lamp, które znacząco wpływają na moc świetlną.

Poniższa tabela przedstawia poziomy nasycenia różnych gatunków, które zwykle trzymamy w naszych akwariach.

Kliknij tabelę, aby zobaczyć ją na pełnym ekranie

Na zakończenie przypomnijmy sobie naukę z natury, patrząc na poniższe zdjęcie

Niektóre gatunki Acropory doskonale zaaklimatyzowały się do 76m głębokości.

W tym przypadku obraz jest wart tysiąca słów: Większość twardych koralowców jest w stanie przystosować się do ekstremalnych warunków oświetleniowych, co nie oznacza, że WSZYSTKIE korale mogą żyć w słabym świetle: oczywiście zawsze potrzebny jest zdrowy rozsądek, ale przede wszystkim trochę wrażliwość.

Dla pogłębienia tematu polecamy następujące lektury, na których opiera się ta relacja:

„ Koralowe zabarwienie i światło padające: esej fotograficzny ” – Wydziały Chemii, Inżynierii Przemysłu i Inżynierii, Uniwersytet Stanowy Pensylwanii, Ken S. Feldman, Lauren F. Vernese, Elizabeth A. Huber, Kelly M. Maers, Matthew R. Test (Marzo 2008)

„ Błyszczące linie: więcej niż estetyka? „, Dana Riddle (Maggio 2006)

“ Ile światła?! Analiza wybranych bezkręgowców płytkowodnych ”Wymagania świetlne, Dana Riddle (Marzo 2007).

„ Podwodne pole światła i jego porównanie z oświetleniem metalohalogenkowym ” Sanjay Joshi (Agosto 2005)