A megfelelő fényforrás a vízinövények számára

Sok kérdést kapok kezdő akvaristáktól, hogy az adott akváriumuk számára a mostani fényük vajon megfelelő-e, vagy cserélni kellene, ha igen mire érdemes cserélni? A témakör felmerülő kérdéseinek akár önálló megoldásához néhány elvet és tényt kell ismerni és megérteni(!).

A cikk célkitűzése olyan információk átadása, mely segít átlátni és megérteni a vízinövények számára "jó" fény összetételét és erejét, és hogy ezeket milyen konkrét lámpatípusokkal tudjuk megvalósítani.

A spektrum fogalma

A spektrum megértéséhez kicsit távolodjunk el a konkrét lámpáktól, és fényektől, és vegyük alapul az elektromágneses sugárzást. Ez az elektromágneses tér mindenhol ott van(még vákuumban is), és benne hullámként terjednek a különböző "típusai"(UV,látható fény, infravörös, gamma stb.). A rendkívül kicsi hullámhossztól kezdve (tíz a mínusz tizenötödiken méter) több ezer méterig terjedhet egy-egy "típus" hullámhossza. 

A hullámhossz egy hullám két "domb csúcs" közötti távolsága. Úgy is fogalmazhatunk, hogy az a távolság, ami alatt a hullám ismétli ugyanazt az állapotát. A lenti képen megérthetővé válik. (Így halad a hullám az elektromágneses térben)

Ez a hullámhossz jellemzi az adott elektromágneses sugárzást. De mi köze van az akvárium fölött világító lámpának az elektromágneses sugárzáshoz? 

Az, hogy azt ad le. 

A látható fény, amit a szemünk is érzékel fényként, az elektromágneses sugárzás, pontosabban a annak egy kis szelete. 

Ezt a keskeny sávot az elektromágneses sugárzáson belül tudja érzékelni a szemünk, és a növények is ezt hasznosítják. Tehát az elektromágneses sugárzás egy elég sok dolgot magában foglaló fogalom, de minket most csak az a része érdekel, amit a növények ebből "látnak", és hasznosítanak.

Minden színhez(piros-sárga, kék, stb) egy adott hullámhossz tartozik. Konkrétan aszemünk a hullámhosszt érzékeli, és az agyunk ezt fordítja le nekünk színekre.

Ismerős a lentebb látható színskála? Ez a szivárvány, amit akkor kapunk, ha a nap fehér fénye megtörik az esőcseppeken, mint egy prizmán.

Tehát a fehér fény összetett fény, hisz fehérnek látjuk, de több színből áll. A fehér fénynek tehát spektruma( egyedi hullámhosszú összetevőkből áll) van.

A spektrum egyszerűen fogalmazva a különböző hullámhosszú összetevők egyvelege.

Ezen információk megértése után rátérhetünk a konkrét lámpákra, és az általuk leadott fehér(vagy bármilyen más) fény spektrumára. Hisz hiába fehér a szemünknek a fény, az nem mindig a szivárvánnyal lesz egyenértékű, hanem a látott fehér fényben az adott hullámhosszok(színek) más arányban vannak jelen a konkrét lámpákban, amit az akvárium fölé rakunk. Mondhatjuk úgy is, hogy fehér és fehér között is van különbség.

Lámpatípusok, és a spektrum

A növényes akvarisztikában két fő technológiát szoktunk használni. Létezik több is, de igazán nem terjedtek el. Ez a kettő a fénycső és a LED. Kimondhatjuk, hogy az akvaristák 99%-ánál ebből a kettő fajtából az egyik a fényforrás a növények számára.

A fénycső

Körülbelül 30-40 éve törtek be a piacra, és azóta is használatban vannak.

A fénycső alapvetően gázkisülés által adja a fényt, miközben az üvegcsőben a gáz plazmaállapotba alakul át. A gázmolekulák kisülése során először UV fény lesz, és a fénypornak nevezett, üvegre ragasztott anyag végzi az átalakítást, hogy látható fényt kapjunk. Az évtizedek alatt levetkőzték gyermekbetegségeiket, és az akvarisztika legelterjedtebb fényforrásaivá váltak. 

Két alapvető típusuk van használatban, a T8 és a T5, ami az átmérőjükre utal. A T8 a "hagyományos", vastagabb, a T5 a vékonyabb, modernebb, erősebb.

A T8 üzemeltetéséhez vasmagos fojtóra és gyújtóra van szükség, míg a T5 kizárólag elektronikus előtétről(ez a modernebb, kevésbé energiapocsékoló) üzemeltethető. A T8 is üzemeltethető előtétről, ekkor az elpazarlott energia is kevesebb lesz.

Alapvetően maga a két(T8-T5) fényforrás hatásfoka, tehát egységnyi W felvett energia által leadott fénymennyiség ( lumen - lm) hasonló. A fő különbség a teljesítménysűrűség, tehát az adott fényforrás felületen leadott fénymennyiség a T5 fénycsöveknél jóval nagyobb.  

Egy példa, egy 18 wattos 60 cm hosszú T8 fénycső által leadott össz fény 1300-1400 lumen, míg egy 55 cm-es 24w-os T5 fénycső 1600-1850 lumen fényerő leadására képes. Tehát közel azonos hosszon a T5 fénycső több fényt képes leadni( de a felvett energia ezzel arányos)

De térjünk vissza a spektrumra.

A növényekben (főleg) lévő klorofill molekulák a lenti képen látható tartományokban "érzékenyek". Ugye a klorofillok feladata az, hogy a fényt hasznosítsák, hogy ez után a fény, átalakulva mint kémiai energia, hasznosulhasson.

 A képen azt látjuk, hogy a klorofill molekulák főleg a kék és a piros összetevőknél tudják legjobban hasznosítani a fényt. Ezt nyugtázva, jelentsük ki, hogy ez a két szín a lényeg, ha fényforrást választunk, ha CSAK a növényi növekedés  (lenne)  a cél.

A színhőmérséklet, és a Kelvin érték
A Kelvin egy hőmérsékleti mértékegység, és a fényforrások színhőmérsékletét jellemzik vele. Az "abszolút fekete" test izzítása során változik annak színe, ami egy konkrét hőmérséklethez tartozik.

A villanykörte színe, mivel valóban izzik a wolfram szál, a valódi hőmérséklete nagyban egybevág a színhőmérsékletével.

Ez már más technológiáknál nincs így, pl. egy fénycső esetében már csak a színét jellemezzük a színhőmérséklettel, a valódi hőmérsékletéről nem ad információt.

Az alacsony színhőmérséklet (1-3000 K ) pirosas-narancsos színt ad ( villanykörte), a magas (10000-16000 K) pedig már egyenesen kék, a kettő között lesz "fehér" színe a fénynek. Szokás még az alacsony tartományokat "meleg", a magas tartományokat "hideg" fényeknek hívni.

A fénycsövek tipikus spektrumképeit különböző Kelvin értékeknél alább láthatjuk:

Erre azt mondjuk, hogy jó a spektruma a növényi fejlődés tekintetében. Azért, mert a kék és a piros tartományban van egy kiugró érték.

A "840-es", 4000 K-es csőnél a kék bár még nem veszélyesen kevés, de használat során az igényesebb növények érezhetően gyengébben fejlődnek alatta.

A 865 és 965-ös a "tökéletes" érték, a leggyakrabban használt fényforrás, a 6500 K. A képen a jobb oldali két spektrumkép mutatja be. A kék és a piros megfelelő mértékben van jelen.

A 880-as cső, tehát a 8000 K-es színhőmérséklet egy hajszálnyival "hidegebb", ami a magasabb K értékből következik. A saját tapasztalataim szerint még ez is tökéletesen megfelel a növények számára, de enyhén érezni, hogy "hidegebb" fényt ad, egy 4000 K vagy 6500 K-es csőhöz képest.

A spektrum képeken a kék és piros összetevőn kívül látni egy zöld tartományban kiugró értéket is. Ez a legtöbb növény számára nem hasznosítható, hisz fizikailag magától értetődő, hogy a tárgyak színe attól függ, melyik színt veri vissza. A növény zöld, tehát a zöld növény a zöld színt nem hasznosítja, visszaveri. De teljesen hasztalan lenne az, hogy zöld szín is van a fénycsőben? Nem, ettől látjuk őket majd olyan szép üde zöldnek, hisz ha nincs zöld szín amit visszaverjen, mi sem láthatjuk a valódi színét.

Viszont az akvarisztikában nem csak zöld növények vannak. Alapvetően ők is klorofillok segítségével veszik fel a fényenergiát, de tény, hogy léteznek más színtestek is a klorofillokon kívül, különböző funkciókkal és eltérő fény hasznosítással. A téma könnyed átláthatósága miatt ezekre most nem térek ki részletesen.
Maradjunk annyiban, hogy főként a kék és piros szín kell mindenkinek.

A "8500 K" lilás fénycső spektruma

Létezik viszont a fénycsöveknek egy másik típusa, ami nem fehér fényt ad le. Ezek a "8500 K "-es csövek, és általában lilás, rózsaszínes a színük. A K értékéből logikusan következő szín itt nem jelenik meg, tulajdonképpen itt ütközik ki, hogy a K értéke nem mindig ad pontos információt az adott fénycső spektrális összetételéről, hiszen a nem izzó fényforrásoknál(amilyen a fénycső is) a kék és sárga összetevők arányából számítják a K-értékét.




A bal oldalt látható cső spektrális képét és a színét összevetve logikus, miért lilás a színe: a piros és a kék színek összekeverésével kapjuk ezt a színt.


Ezt a típusú fénycsövet főleg növénynevelésre használják, hisz pont abban a kék és piros tartományban világít, ami a növényi fotoszintézishez szükséges.

A LED

A LED alapvetően félvezető diódák fénykibocsátásán alapszik áram hatására. Maga a technológia meglehetősen régóta jelen van, de mint fényforrás leginkább csak az utóbbi 5-10 évben kezdenek igazán teret hódítani maguknak.

Alapvetően "kényesebbek", mint a fénycső, több feltételnek kell teljesülni a hosszú élettartam eléréséhez. Részben ez miatt is van/volt rossz hírük a növényes akvarisztikában.

Az egyik alapvető "gond" velük, hogy elég szűk tartományban sugározzák a fényt. Ez azt jelenti, hogy alapvetően elég nehéz belőlük a fénycsövekhez hasonló összetett fehér fényt kicsikarni. A fehér LED egy kék LED, amiben a félvezető "szennyezésével" érik el a fehéresebb színt.

De ez a spektrumban is meglátszik, ez egy tipikus "fehér LED" spektruma:

Láthatjuk, hogy a kék eléggé domináns a többi színhez képest.

Az egyes, LED lámpákat gyártó akvarisztikai cégek is tisztában vannak a problémával, így az ő termékeik közül már egyre több felel meg a növénytartás kritériumainak, tehát megfelelő spektrumú LED lámpákat árulnak, ezeket valószínűleg speciális "szennyezésű" kék LED-ekkel szerelik.

A "tipikus" fehér LED élőben.

Viszont sok barkács lámpagyártó a oldalsó képen látható "fehér LED"-et használja, jobb híján. De nincs veszve semmi, hisz létezik egyszínű piros LED, ami pont kiegészíti a fehér LED gyengeségét, a piros szín hiányát. A két színkarakterisztikájú fényforrás együttes használatával igen szép eredményeket érnek el a LED-et használó növényes akvaristák.

De ez mellett léteznek már "full-spektrum" LED-ek is, amik színükben a növénynevelő("8500K") fénycsövek színét idézik. Itt a kék mellett már a piros is igen markáns, így a növényi fotoszintézis számára sok energiát szolgáltatnak. Viszont színük miatt önmagukban nem alkalmasak akvárium világításra, mivel a kék és piroson kívül az összes többi színben gyengék, így a színhelyességük( az a tulajdonság, hogy alattuk  tárgyak mennyire adják a valós színüket) gyengék.

A "full-spektrum" LED spektruma

A növénynevelő LED színe

A LED-el kapcsolatban tehát két felmerülő "probléma" van: A spektrum  kérdése, ami javítható, illetve a fokozottabb melegedés kérdése, főleg a nagyobb teljesítményű típusoknál.

A spektrum tekintetében a megfelelő színű szalagok keverése a megoldás, míg a fokozott melegedést hűtéssel,(alusín, ventilátor) illetve a LED fényerejének a leszabályozásával tudjuk kivédeni ("dimmelés"), mivel a túlmelegedő LED csökkent élettartamban és a csökkenő fényerőben tud kiütközni.

Kijelenthetjük, hogy megfelelő minőségű, jól összerakott, a kényes pontjaira ügyelő lámpák hatékonyabbak, mint fénycsöves lámpák, legyen az "barkács", vagy gyári megoldás.

A fény erőssége

A fény spektrumán kívül annak erőssége is mérvadó, hisz alapvetően ez az érték áll összefüggésben azzal, hogy a növény a fotoszintézis számára mennyi energiát képes begyűjteni.

A fény alapvető mértékegysége a lumen, a lux pedig az egy négyzetméterre érkező lumen értékét jelöli.

Általában a növényes akvarisztikában egy kissé elnagyolt, de hozzávetőlegesen jó mértékegységet használnak, a watt / litert, tehát egy literre átlagosan hány watt teljesítmény jut. Ehhez el kell osztanunk a fényforrások watt értékét a literek számával. 

Mivel a mai fényforrások watt értékéhez igencsak más lumen érték is tartozhat, ezért pontosabb, ha a w/l helyett a lumen / liter értékével számolunk. Ehhez bővebben nincs mit hozzáfűzni, hisz a lumen egy nyers adat arra vonatkozóan, mennyi fényt ad le a fényforrás.

Konkrét lámpa típusoknál viszont van értelme a lumen értékét kicsit árnyalni. A fénycső, mivel kör keresztmetszetű, nem csak lefelé, hanem oldalra és felfelé is világít, ezért reflektálni kell. Ennek hatásfoka a reflektor fényvisszaverő képességén, és a geometriáján nagymértékben múlik.

A LED viszont leginkább lefelé világít, legtöbbször 120 fokban, így nincs szükség reflektorra, sokkal több fény juthat le így az akváriumba azonos lumen értéknél(ami a fényforrás összes leadott fényét jelenti)

A (jó minőségű) LED másik előnye a fénycsőhöz képest a hatásfokbeli különbség.

• Egy villanykörte hatásfoka 8-9 lm/w,
• egy fénycsőé 60-90 lm/w ig terjed,
• míg a LED-ek hatásfoka 60-130 lm/w is lehet.

Tehát, 100 watt felvett energiára egy villanykörte átlagosan 8-900 lumen-, egy fénycső 6000-9000-, egy LED fényforrás pedig 6000-13000 lumen fényerőt ad le.

Az, hogy mekkora fényerőt kell megcéloznunk a növényes akváriumban, főként lámpatípus és növényzet függő. Általánosságban, a 10-20 lm/l érték kis-, a 20-40 lm/l közepes-, a 40-100 lm/l pedig erős fényt takar.

Köszönöm, hogy elolvastad!