Atlas Akvaryum: Akvaryumda Işığın Önemi
Akvaryum için Işık, Aydınlatmanın Önemi
Güneş enerjisinin bitkiler ve canlılar üzerindeki etkisi :
Derleyen ve yazan: Vildan Ergil
Güneş enerjisi dünyamız için, genel olarak yeryüzündeki tüm enerjilerin kaynağıdır diyebiliriz. (Dünyanın ayrıca içsel ısısı vardır ve güneş olmasa da milyar yıllarca bunu koruyabilir, ancak bu ayrıca bir makale konusudur ve şimdiki konumuzdan bağımsızdır.) Güneş milyarlarca yıl, dünya yüzeyine ve atmosferine enerji yollamıştır, onu yaşama uygun bir yörünge içinde tutmuştur. Astronomik miktarlardaki bu enerji, hidrojeni helyuma dönüştürme prosesinde oluşturulur (nükleer füzyon) ve fotonlar da aynı süreçte meydana getirilir uzaya yayılırlar. Dünya da özellikle son birkaç yüz milyon yıl, yaşamın çeşitlenmesi ve yüksek bitki yaşam formlarının oluşması açsından muhteşem bir zaman dilimidir. Tüm bu süreç boyunca, bitkiler güneşten foton alıp, bunu foto-kimyasal bir süreçten geçirip, besin üretme işlemini günümüzdeki haline kadar geliştirmişlerdir. Güneşten alınan ışığı ve atmosferden alınan karbondioksiti işleyerek atmosfere oksijen salmışlardır. Şu anda soluduğumuz hava, oksijen oranını bu sayede kazanmıştır.
Fotosentezi özetlersek; bitkiye gereken besinlerin üretilebilmesi için gerekli maddelerin;
taşıyıcı (2 NADP+) + Katalizör (3 ADP) + inorganik fosfat, gübre (Pi) + su(2 H2O) ------- sıcaklık(enzimlerin aktive olabileceği miktarda) ------- ışık(belli dalgaboylarında, nm) -------- =besin + oksijen + enerji(ATP)
reaksiyonuyla üretilmesidir. Bu süreçte, yaprağın üst katmanı olan katiküle, büyük miktarda foton çarpar. Fotonlar buradan epidermis'e geçer ve burada Mespphyll Palisade'a giriş yaparlar. MP, klorofillerin bulunduğu alandır ve fotosentetik tepkime burada gerçekleşir. Foton enerjsi, klorofillerde bulunan Thylakoid Membran içindeki photosystem adı verilen 2 büyük protein kompleksi sayesinde, besin, dolayısı ile enerjiye çevrilir. Tüm prosese birden fotosentez deriz ve aslında ayrıntıya inildiğinde, burada anlatıldığından çok daha ayrıntılıdır.
Güneş, buradaki tepkimede gerekli sıcaklık ve ışık şiddetini sağlar. Dünyadaki bitkiler uzun zaman alan bir süreçte, güneşten en fazla yararı sağlamaya adapte olmuşlardır.
Fotosentez tüm dünya yaşamına gerekli olan besini sağlar.
Temelde ışık nedir, güneş ışığı nasıldır, fotosentez hangi ışıkta gerçekleşir :
Foton, durağanken kütlesi olmayan, dalgalar halinde yayılan ama ölçümlendiğinde parçacık gibi davranan, 300.000km/sn hızda hareket edebilen enerji paketleridir. Dalgalar halinde yayılan bu enerji paketlerine foton dediğimizde, ışığa da fotonlardan oluşan enerji diyebiliriz.
Güneş ışığı, görebildiğimiz ve göremediğimiz dalga boylarında enerji içerir ve fotosentez, genellikle görülebilir ışığın belli noktalarında yoğun olarak gerçekleştirilir.
Aşağıdaki grafikte, özellikle hangi klorofillerin nerede aktive olduğunu ve bununla karşılaştırmalı olarak etkinlik seviyesini gözlemleyebilirsiniz.
Işık emilimi, fosfor ışığı, bioluminescence, hücresel emilim.
Işık, ışık absorb eden moleküle çarptığında, onu belli bir titreşim seviyesine çıkarır. Bu emilim 1 femtosaniye gibi devasa yüksek bir hızda gerçekleşir (1 fs=10-15 s). Bu süreçte emilim yapan molekülün kütlesi, fotondan çok daha büyük olduğundan (bkz: Born-Oppenheimer approximation, tahmini titreşim durum dağılımı ölçümü) molekül sabit kalır. Bu proseste enerjisi transfer edilen foton ortadan kalkar. Bu enerji, basit anlatımla elektron transferini etkiler (görünür ışıktaki biosentetik absorb noktaları, özellikle elektron sıçramasına sebep olun kısımdır, elektronlar daha yüksek enerji seviyelerine hareket ederler ) ve fotosentetik dönüştürme için gereken enerjiyi yaratır.
Fosfor ışığı : Burada bahsedilen enerji, özellikle UV ışınlar, absorb yeteneği olan madde tarafından emilir ve maddenin kendisi bu enerjiyi belli bir süreçte görünen ışık olarak serbest bırakır, bu nedenle fosfor gibi maddeler karanlıkta belli bir süre parlar. Aslında gündüz de parlama devam eder, ancak bu enerji ve dolayısı ile parlaklık çok küçük olduğundan, daha güçlü bir ışık kaynağı altında (mesela gün ışığı) farkedilemez.
Bazı canlılar içindeki kimi kimyasal tepkimeler ışımaya yol açar ve bazı canlılar (ateş böceği gibi) başka bir ışık kaynağına gerek duymadan kendi ışıklarını üretebilirler, buna bio-ışıldarlık, biyoluminosity denir. Bu derin deniz canlıları için sık kullanılan bir niteliktir.
Burada belirtilen proseste, foton enerjisinin transferi ve bu yolla elde edilen enerjinin taşıma ve dolayısı ile dönüştürme için kullanılması sayesinde fotosentez, ışıkla bileştirme, gerçekleşir.
Görülebilir Işık Tayfı, beyaz ışık ve bitkiler için en makbul enerji aralıkları:
Işık, farklı enerji aralıklarının bir araya gelmesi ile beyaz görünür ve görülebilir ışık ya da beyaz ışık içeriği, 390 nm den 780 nm ye kadar uzanır ve beyaz görünen ışık, cristal prizmadan geçirildiğinde renk demetlerine ayrılır. Akvaryum ışığı seçerken kullandığımız kelvin değerleri aslen, görülebilir ışık içinde beyaz ışığın nereden nereye uzandığını gösterir. Mesela 2700, 3000, 6400, 9000, 12000 kelvin gibi sık kullanılan renk sıcaklıklarının (ki kelvin renk sıcaklığını gösterir) her gibinin ışık tayfında başladığı ve bittiği yer farklıdır. Dolayısı ile, bitki için yararlılık dereceleri de farklıdır. Mesela daha çok, yeşil-sarı-açık turuncu aralığa denk gelen, en parlak ışık, aslında bitkilerde klorofil a ve b için için en az kullanılan ışık aralığıdır. Bu nedenle ışığın miktarından ziyade, hangi aralığı hangi nano değerleri ne kadar ihtiva ettiği, daha önemlidir. Bunun için ölçümlemede kullanılan değer, watt, lümen hatta kelvinden ziyade PAR (Photosynthetic Activity Radiation), PAS (Photosynthetic Action Spectrum) ve en önemlisi, PUR (Photosynthetically Useful Radiation) olmalıdır. Aşağıda görülebilir ışık spektrumu ve nano değerlerin renkleri verilmiştir.
Red 780 - 622
Yellow	597 - 577
Green	577 - 492
Blue	492 - 455
Indigo	455 - 422
Violet	390 - 455
UV	390 -
a) Kelvin değerleri olarak ideal aralık
Kelvin, aşağıdaki siyah radyatör'ün sıcaklık yükseldikçe değişen rengine uyumlu olarak renk sıcaklığını belirleme amacı ile aydınlatma sektörüne uyarlanmıştır. Sıcaklık yükseldikçe, renk maviye doğru uzanır ve kelvin derecesi artar. Aşağıda eletromanyetik radyasyon yayan cismi inceleyin.
Aşağıda ayrıca, renk sıcaklıkları, bu sıcaklıkları nerede görebileceğimiz verilmiştir.
Piyasada, akvaryum ışığı ya da büyüme ışığı olarak satılan beyaz ışıkların büyük bölümü 6400, 6500 ve 6700 kelvindir, ki bu maviye kayan beyaz ışıktır. Bu bitkiler için "büyü!" komutudur, çünkü "tropik yaz ortası öğleden sonrasını" taklit eder ve bitkiler, dışarıda gün ışığında olduğunu hisseder. Aslen ideal olmayan nano değerlerini de içeriyor olup, amacı, bitkilere, en çok kullandıklarından ziyade, alışık olduklarını vermektir ve bu gerçekten işe yarar. Özellikle terestial bitkiler ve sığ su bitkileri için ideal kelvin değeri 6400 - 6700 arasıdır, ancak tüm günde ideal aralığı, 5500 - 9500 kelvine kadar genişletebiliriz.
İkinci olarak piyasada en çok kullanılan ışık türü 2700 - 3000 kelvindir. Günbatımını taklit eder, daha fazla kırmızı ışık içerir. Bu bitkilere, olgunlaşma, tohumlanma, çiçeklenme, meyvelenme sinyalleri gönderir. Bu ışık özellikle sığ akvaryumlar için yararlıdır, ancak 2700 - 3000 kelvinlik ışığın su penetrasyonu oldukça zayıftır, yani 12 inçten derin akvaryumlarda, genel spektrum olarak 6500 kelvine göre daha az ışık dibe ulaşır. Zira 2700 kelvinde, penetrasyonu yüksek mavi dalga boyu yoğunluğu gayet az, uzun dalga boyu ışıması, kırmızı kısım fazladır. Bu nedenle watt başına daha fazla enerji alınmak isteniyorsa ya da kırmızı tayf saf ve yoğun olarak zaten veriliyorsa, bu kelvin değeri tamamen kullanımdan çıkarılabilir ve bu büyük bir kayıp değildir. Aksi durumda; az sayıda 2700k kelvin bulundurmak, yüzeye yaklaşan ve çiçek açan bitkiler için fayda sağlayacaktır.
5500 kelvin ise tropik açık öğle güneşi olarak tabir edilebilir ve yine iyi bir ışık aralığı içerir, ancak fazlaca yeşil de içerir, 4000-5000 arasında ise gereksiz derecede fazla sarı vardır. (yeşil ve sarı fotosentezde en az kullanılan renklerdendir, hatta yeşil ışığın çoğu kullanılmak yerine yansıtılır ve bu da bitkileri yeşil renkte gösterir). Bu ışıklar, bitkilerin insan gözüne, parlak, yemyeşil ve taze görünmesine sebep olur. Görselliği arttırmak, CRI i yükseltmek ve spektrumu genişletmek maksadı ile, az sayıda 5500 kullanılabilir. (CRI -Color Rendering ındex- değerleri 5000 kelvin civarlarında yüksektir ve bu kısatma "renk sunum indeksi" ya da "renkleri doğru algılama endeksi" olarak adlandırılabilir.) Tüm bunların yanında, sığ (20 - 25 cm) akvaryumlarda bu ışık yararlı iken, daha derin akvaryumlarda, özellikle akvaryum dibi için verimli olmaz.
Başta 8000 (sık kullanılmaktadır), sonra 9000 sonrasında 10000 civarı kelvin değerinde ışık, 6500 kelvinin zayıfladığı 35 cm ve üstündeki tatlı su derinliklerinde taban bitkilerini ve kısa boylu kırmızı bitkileri destekler. Su penetrasyonu, 6500 kelvinden daha iyidir. Kara bitkilerinde de, su bitkilerinde de aslında fotosentez aralığı aynıdır ancak su, düşük kelvin derecelerinin bitkilere ulaşmasını engeller. Bu nedenle, yüksek tanklarda (bilhassa derin acı - tuzlu su tanklarında) kelvin derecesinin yükseltilmesi gerekebilir. Bu amaçla armatürlere eklenebilir. Mavi renkli balıkların rengini daha güzel gösterir ancak maviye kaydıkça özellikle yeşil bitkilerin renkleri nispeten doğallıktan uzaklaşır. Bunun yanında, 9300 kelvin ışığın mavimtrak görüntüsü, daha düşük kelvin derecelerinde kullanılan ışığın dengeleyicisi olarak kullanılıp, akvaryumun sarı-yeşilimsi, renkten uzaklaştırılması sağlanabilir.
Derin akvaryumlarda, dibe daha fazla ışık ulaşmasını sağlamak için zaman zaman 12000 kelvin değerinde ışıklar da kulllanılır. Bu ışıklar genelde deniz akvaryumlarında kullanılır, ancak birçok profesyonel bitkili tatlı su akvaryumu armatüründe de derinlik kaybını azaltmak ve görünümü maviye yaklaştırmak ya da dengelemek amaçlı kullanıldığı görülür. 6500 kelvin ışıkların arasına yine birkaç tane karıştırılabilir, bu, halihazırda ayrıca verilen mavi spektrumu destekler ve bu renklerdeki canlıların güzel renklerini ortaya çıkarır. 12000 kelvinden daha mavi ışıkların bitkili tatlı su akvaryumlarında kullanılması sık görülen bir durum değildir, kullanılıyorsa da, çok derin su penetrasyonu, görüntüsü veya mavi balıkların rengini vurgulamak için kullanılır. Yeşil bitkilerin renkleri yüksek mavi ışıklarda (13000-22000) doğru ve gerçekçi görünmez. KIsaca tatlı su bitkili akvaryumları için ideal değillerdir.
b) Nano değerler olarak ideal aralık
Bir önceki başlıktaki grafikte görülebileceği gibi, 640 nm den 685 nm ye kadar olan aralık, kırmızı tayftan en fazla yararın sağlandığı kısımdır. Kırmızı tayfta fotosentez, 642 ve özellikle 662 nm değerlerinde tavan yapar. Klorofil a ve b, enerji düzeyi çok düştüğü için, 700 nm den yukarıda genellikle fotosentez yapmaz, klorofil c ve d ise 730 nm de yüksek fotosentez yaparlar ve aslında bu klorofiller genelde kırmızı ve kahverengi algler tarafından kullanılır.
Şimdi düşündüğümüzde, hem algleri beslememek hem de yararı olmayan ışıkları kesmek için 700 nm den yukarı "infrared" bir dalga boyunda ışığın kullanılmaması gerektiğini buluruz. Ancak bu durum tam olarak böyle değildir. Fotosentezde kullanılmayan ya da çok az kullanılan dalga boylarındaki özellikle kızılötesi ışık, (az bir miktarda kullanılmalıdır) diğer aralıklardaki fotosentez faaliyeti için katalizör etkisi yapar. Yani 10 birim 660 fotosentezi + 2 birim 730 fotosentezi=12 birim fotosentez yerine 16 birim fotosentez oluşturur. Ayrıca bu sinerji, yeniden filizlenme, çiçeklenme ve tohumlanma faaliyetlerini teşvik eder. Buna "Emerson etkisi" denir. Bunlar yanında; "özel klorofil a" denen klorofil tipi 2 farklı noktaya duyarlı davranmaktadır, (special a - photosystems) bunlar tam olarak 680 nm ve 700 nm dir. Bu klorofil tipi, kırmızı ışıktan yararlanılan alanı genişletmekte ve daha etkin bir fotosenteze sebep olmaktadır. (Kimi araştırmalar, 700 nm den daha fazla verilen 680 nm nin bazı bitkilerde istenmeyen morfolojik değişikliklere sebep olduğunu söylemekte)
Ara segmentte, 510 ve 622 nm katalizör işlevi görmektedir.
Kırmızı tayf belirtildiği üzere, çiçeklenme, tohumlanma ve yeni filizler oluşturmada etkinken, mavi tayf, özellikle uzama ve büyüme faaliyetlerinde etkindir. Yüksek mavi ışık ve az kırmızı ışıkta, daha boylu bitkilerimiz olur, yeni yapraklar teşvik edilir. Kırmızı bitkiler nispeten kırmızı tayf'ı daha az kullanır ve yansıtırken, mavi tayfı Büyük oranda absorbe ederler. 430 nm özellikle son derece güçlü bir fotosentez aktivite noktasıdır. 453 nm ise klorofil b için bir tepe noktasıdır ve en yüksek ikinci mavi aktivite alanıdır. Bu alan 462 nm ye kadar devam eder. 470 nm civarlarında, %12 ye kadar klorofil, karotenoid ve antioksidan seviyesini yükselttiği bulunmuştur. 410 nm de yine faaliyeti teşvik eden bir dalga boyudur. Son zamanlarda, yukarıda bahsedilen "infrared" durumuna benzer bir durum yine "Ultraviolet" kısmında yaşandığına ilişkin bilgiler artmıştır. Pek çok bitki büyüme fikstüründe UV ışıklar kullanılmaya başlanmıştır. Yine bu bilgiye göre; UV, mesela 370-400 nm, bitkilerin zararlı ışınıma karşı savunma mekanizmasını harekete geçirir ve onları daha dayanıklı kılar, bitki daha sağlam gövde geliştirir, yapraklar kalınlaşır, zararlı böcekler kovulur, ayrıca bitkideki antioksidan seviyesi yükselir.
Biolumic adlı şirketin araştırmaları, hem zararlıları uzaklaştırma, hem bitki hastalıkları hem de horticultural alanda görülen birtakım zayıflıkları bertaraf için UV ışınlarının yararlı olduğunu söylemektedir. Yine Orphek firması, UV ışınlarının özellikle mercanlar üzerindeki olumlu etkilerinden bahsetmektedir. (Yine de UV ışınlarının bitkili akvaryumlar için gerekliliği hakkında net bir bilgiye rastlamadım.) Bu arada mavi ışığı algler de çok sever, zooanthellic alg, bol mavi ışıkta yüksek gelişme gösterir.
Mavi ışığın uzamayı desteklediğini söylemiştik ki, derin sularda ancak mavi ışık dibe inebilir ve bu da bitkilerin su yüzeyine ulaşmak için uzamalarını sağlar. Yani mavi ışık etkisi, gereksinime tepki olarak gelişmiştir. Daha enerjik ışık (daha mavi ışık, UV ye kayan) daha derine iner, derine indikçe de, derine inemeyen ışıkların etkisi azalır, derine inebilen ışığın önemi artar.
Mavi-mor kısmının ötesinde; UV(ultramor) 3 çeşittir ve yanlış değerler canlılara son derece zararlı olabilir. UVA 400 nm nin altından başlar ve en az zararlı UV dir. (Hatta 400 nm nin az miktarda kullanıldığında -yukarıda belirtildiği gibi- kayda değer bir yararı olduğu söylenmektedir.) 400 - 315 nm arası UVA, 315 - 280 nm arası UVB, 280 - 180 nm arası ile UVC olarak tanımlanır. UVB son derece zararlıdır ve neyse ki UVB nin bir kısmı, UVC nin tamamına yakını ile beraber, ozon tabakası tarafından tutulur.
Not : Karotenoidler:
380 ve 660 nm aralığında, klorofillerden daha farklı tepe noktalarında ışığı absorb ederler ve tüm fotosentez yapan organizmalarda karotenoid bulunur. Ksantofiller ve Karotenler olarak ikiye ayrlırlar ve bu iki grupta toplam 600 ün üzerinde çeşidi görülür. Klorofiller, en iyi yukarıda belirtilen nano değerlerde çalışırlar ve bu da yukarıda belirtilen aralıklar dışındaki ışığı klorofiller için yararsız kılar. Karotenoidler bu durumda devreye girer, klorofillerin yetersiz oldukları ışık aralıklarını nispeten kullanılabilir kılarlar, farklı aralıkları absorb edebilir ve kullanılabilir enerji olarak sunabilirler. 470-490 nm civarında karotenoid ışık absorb oranı tavan yapar. (Aşağıdaki grafikte tam aralıkları görebilirsiniz) Ayrıca çok fazla ışık absorbu nedeniyle oluşabilecek doku yanmaları bertaraf etmeye yararlar. UV ışınları gibi nedenlerle oluşan doku bozulmaları radikalleri ortaya çıkarır ve karotenoidler bunlarla savaşır. Karotenoidlerin bitki sağlığında büyük önemleri vardır. Ayrıca hayvan ve insan, karotenoidleri ancak bitkiler yolu ile alabilir ve karotenoidler sağlık açısından son derece önemlidirler. Aşağıdaki grafikte karotenoidlerin ve klorofillerin aktivite çizgilerini ve alttaki grafikte klorofil ve karotenoidlere göre düzenlenmiş bir büyüme ışığının spektrumunu görebilirsiniz.
c) Lux / Lumen / Watt olarak ideal aralık
Lüx aslen insan gözü içindir ve bitkiler için pek bir şey ifade etmez. İnsan gözünün ışık hassasiyeti ve en fazla ışık agıladığı değerleri belirlemek için kullanılır. 1 lüx=1lümen/m2. Sadece diyebiliriz ki, akvaryumun en dip köşelerindeki ışık 3000 lüx altında olmamalı, en yoğun noktada 100000-120000 lüx ü geçmemelidir. Okyanusta tropikal bir mercan resifinin su yüzeyindeki kısmına 100000-120000, 1 metre derinlikteki kısmına ise 20000-25000 lüx, ışık yoğunluğu düşer. Lüx değerine göre ölçülen akvaryum ışıkları önemli değildir, zira lüx, en çok, insan gözünün en iyi algıladığı yeşil ve sarı üzerinde tavan yapar ve yukarıda da bahsettiğimiz üzere bu renk aralığı, bitkiler için en az gereken aralıktır, dolayısı ile yüksek lüx, bitkiler için enerji kaybı olabilir. Derin deniz akvaryumlarında ise, -bitkili akvaryumlara nazaran daha mantıklı olarak- ışık miktarı ayarlamaları için kullanılabilir. Yine de mantıklı bir ölçüm birimi olarak kullanılabilir, mesela, zooxanthellae (mercanların iç dokularında bulunurlar) yeterli lux olmazsa yüksek derecede oksijen üretemez.
Lümen de uluslararası toplam görülebilir ışık akısı veya emisyonu ölçüm birimidir. Şimdiye kadar watt/lümen olarak belli değerler verilerek, akvaryum ışık miktarı belirlenmeye çalışılmıştır, ancak bu oldukça sakat bir ölçüm birimidir. Mesela 20 watt T12 lambanın 800 lümenlik ve 40watt/lümenlik değeri, 13 wattlık t2 lambanın 950 lümen ve 73watt/lümen değerleri ile karşılaştırıldığında, "şu kadar watt" kullan demenin mantıksızlığı ortaya çıkar.
Başka bir örnek; daha önce 500 watt metal halide kullanılan bir akvaryumda, bunun yerine, 500 watt yüksek kalitede doğru tayfta led kullanılması son derece aşırı bir ışıklandırma yaratacaktır. Zira led wat/lümen değerleri fluoresan ve metal halide watt/lümen değerlerinden oldukça farklıdır ve hem lümen hem watt olarak, genel geçer bir değer verilemez ki, PAR/PUR değerlerini de hesaba katsak bu birimlendirme iyice geçerliliğini yitirir. "Bu akvaryuma 300 watt yeter" gibi birşey söylemek yerine, "x marka power ledden, x ölçülerde hi-tech bitkili tanka, x kelvin veya nano değerde, x watt ışık sağla diyebiliriz ve bu gayet mantıklı olur. Tabii led fikstürün doğru konumlandırılması da önemlidir.
d) PAR olarak ideal aralık
Lüx nasıl insan gözü için kullanılıyorsa, PAR da fotosentez yapan canlıların gözü için kullanılır yani bitkilerin gördüğü ışık aralığını belirtir. Photosynthetically Active Radiation anlamındadır. Kısaca Karotenoidlerden, tüm klorofil tiplerine, direkt olarak, fotosentez aktivitesi sağlayan ışık aralıklarını ifade eder ki bu da kısa anlatımla 380 - 730 nm arasındaki ışıktır. Bu aralığında 500 - 525 nm arası yeşil ışıktır ve neredeyse birkiler için bir değer ifade etmez, bu nedenle bitkiler bu rengi absorb etmeyip yansıtır ve bu yüzden yeşil görünürler. 490 - 610 nm arası ise gayet düşük efektifliktedir. Yine mavi tarafta 410 nm den aşağısı, kırmızı tarafta 700 nm den yukarısı değerli değildir. Ancak en iyi ışıklandırma hedeflenirken, görselliği arttırmak için biraz yeşil, emerson etkisi için ise az kullanılan aralılardan biraz ışık armatürlere eklenir.
PAR değerlerini kelvin değerleri ile eşleştirirsek, 6400 k gün ışığının, sadece bitki değil bayvan ve dolayısı ile balık, ayrıca insan sağlığı için çok önemli olduğunu söyleyebiliriz ki, 6400 kelvin ışığın PAR değeri yüksektir. Bağışıklık sistemi, dikkat, odaklanma, öğrenme gücü bu ışıktan olumlu etkilenir.
PAR etkilerini ifade eden birtakım terimler mevcuttur:
Phototropic Response (klorofil ışık tepkimesi): Bitkinin fotosenteze başlama anını tespit eder.
Photosynthetic Response: Fotosentez başladıktan sonra, fotosentez için gereken maddelerin klorofiller etrafındaki tepkilerini ve işletim seviyelerini ifade eder.
Chlorophyll Syntesis: Kloroplast içindeki klorofil türlerinin, ışık enerjisini, sentezlemede kullanmasını ve fotosentez elemanlarının çalışmalarını ifade eder. Bu çalışma, klorofil tiplerine göre, daha önce belirtilen nano ışık değerlerinde gerçekleşir.
Su derinliğine bağlı olarak, doğru spektrumdaki ışık, fotosentezi güçlendirir. karada 5000 - 6500 arası kelvin idealse ve derin suda bu ışık klorofillere yeterli ulaşmıyorsa, bu ışığın par değeri bu o derinlikte düşer, daha derine ulaşan mavi ışığın mesela 9000 kelvinin değeri artar, kullanışlı ışımaya ise PUR denir, aşağıdaki konuda açıklanmıştır.
Aşağıdaki grafikte, insan gözü, PAR (cklorofil gözü), güneş ışığı karşılaştırmasını görebilirsiniz ki, insan gözü renk görme derecesi ile klarofil görüsünün eşleşmediği açıktır.
e) PUR - PAS olarak ideal aralık:
PAR fotosentezin aktif olduğu aralığı ifade ederken, PAS (Photosynthetic Action Spectrum) ve eşanlamlısı, PUR (Photosynthetically Useful Radiation), fotosentez aralığındaki kullanışlı spektrumu ifade eder ve fotosentez için doğru ışığın belirlenmesindeki en önemli ölçüttür.
PAR aralığındaki nano değerler içindeki, yukarıda belirtilen kullanışsız kısımların azaltılması ve kullanışlı kısımların yükseltilmesi ile PUR değeri yukarıya taşınır. Ayrıca yine yukarıda belirtilen derinlik etkisi ve su penetrasyonu gücünün hesaplara katılması sayesinde, yine ortama göre pur gücü hesaplanır. Karada 5500 kelvin ışığın iyi etkisi varsa da, bu ışığın penatrasyonu düşük olduğundan, içerdiği spektrumun önemli bölümü, nispeten derin sulara erişemeyecek, dolayısı ile kapasitesine eş orantıda yararlılık ifade etmeyecektir (yüzeye yaklaşan bitkiler hariç), yani su bitkileri için 5500 kelvinin ideal koşulları yakalayamayacağı açıktır. 6500 kelvin ve 9300 kelvin ışıkların kombinasyonu ise, oldukça iyi sonuçların alınmasını sağlar, zira, değerli fotosentez aralıklarını içeren bu ışıklar nispeten daha derine ulaşıp "işe yarar" hale gelir, işe yaramak ise PUR demektir. 9000-10000 kelvinin verilmesi yani mavi ışığın artması demek, bitkilere, "uza" komutunun verilmesi demektir ve su bitkileri bu komut ile yüzeye ulaşmaya, bu sayede diğer değerli ışıklara erişmeye çalışır. 6500 kelvin de yüzeye yaklaştıkça daha değerli olur, böylece bitkiler tüm spektruma erişmiş olurlar. Tam olarak yüzeyde ise aldıkları 2700 kelvin çiçeklenme faaliyetlerini harekete geçirir.
Tüm spektrum içinde, en derine ulaşan ışık, 450 - 480 nm aralığındadır. Aşağıda, derinlere hangi ışıkların ne kadar inebildiğini görebilirsiniz.
Genellikle yapılan watt / litre hesaplarının amacına ulaşmamasının nedenlerinden biri de PUR değerinin hesaba katılmamasıdır. Derin suya düşük kelvin değerleri ya da yeşil spektrumu bol yüksek lüx değerleri taşıyan ışıklar verip, litre başına 0,5 - 1 watt elektrik harcasanız bile iyi sonuç alamayabilir, üstüne algleri teşvik eder ve elektrik israf edersiniz. Gelişen teknoloji ile, tam da gereken nano aralıkları veren ledlerin kullanılması, 500 watt elektrik kullanan ama ideal verim alamayan bir akvaryumun, 200 watt ile mükemmel verime erişmesine olanak tanımıştır.
PUR dan daha önemli bir fotosentetik ışık ölçümlendirme birimi var mı derseniz; bu soruya cevap, "ULE" olarak verilebilir, yani, Useful Light Energy. Bu tam olarak, doğru derinlikte, doğru canlıya, ihtiyaç duyduğu kadar, tam ihtiyaç duyduğu aralıktan, mümkün olduğu kadar az enerji harcayarak, ışık sağlamak böylece optimum değerleri yakalamak anlamına gelir.
Birçok akvaristin çok sevdiği T5, T8, T12 CFL (Cool Fluorescent Light) lambalar, aslında kullanılmayan aralıktan çok fazla ışık üretir, dolayısı ile yeterli fotosentetik etkiyi yaratmak için gerekenden çok daha fazla enerji harcarlar. Tüm o flüoresanların içinden, gereksiz ışığı ayırıp bunu wattan düşseniz, çok daha verimli bir PAR elde edersiniz, bir de derinlik, bitki türü gibi etmenlerle birleştirip, daha idealini bulursanız çok daha iyi bir PUR değeri elde edersiniz, üstüne bir de daha efektif armatürlerle bunu yaparsanız (mesela 1w led lambalar 3w lerden (led: light emitting diode, ışık yayan diyot, tek yönlü elektrik geçişinde ışık yayan madde) daha efektiftir watt/ışık orantısında) iyi bir ULE de yakalarsınız. Ancak bunu led ile flüoresandan çok daha rahat yaparsınız, bu, led ile aydınlatmanın neden çok daha efektif olduğunu bir kez daha gösterir. Tabii tüm bunlar yanında flüoresan da, CRI değeri yüksek, fotosentetik değeri düşük olan birçok ışık kaynağına nispetle çok daha efektiftir, şimdiye, yani led teknolojisi günümüzdeki haline varana kadar, hep flüoresan tercih edilmesinin sebebi budur. Özellikle T2 fluoresanların watt ve spektral efektifliği oldukça iyidir, özellikle de dar alanlarda.
Aşağıdaki 12 watt led karşısında 175 watt metal halide test sonucu bunu açıkça göstermektedir. Aşağıdaki grafikte mor çizgi, metal halide lamba, mavi çizgi par, koyu mavi çizgi ise led i gösteriyor. Gördüğünüz gibi çok daha az watt ile çok daha fazla gerekli değer sağlanmış. Hatta alttaki grafikte kullanılan led 630 nm gibi görünüyor, bu 660 olsaydı büyüme farkı daha da açılırdı.
Sadece kırmızı ve mavi aralıktan en gerekli tepe noktalarında ledler kullanıp bunu sadece emerson etkisi yaratacak ledlerle zenginleştirirseniz, bitkiler için ideal ortamı sağlayabilirsiniz ancak, su rengi ve bitkileriniz garip görünebilir. Kelvin değerleri ile ifade ettiğimiz beyaz ledlerin armatürlere eklemenin sebebi, daha çok görüntünün daha doğal olmasını sağlamaktır. Bu nedenle su, bitki, balık görüntüsünün en iyi olduğu aynı zamanda, yararsız aralıkların az, yararlı aralıkların ideal değerde verildiği bir armatür mükemmel armatürdür.
Akvaryum için doğru ışığı etkileyen diğer faktörler:
Doğru ışık spesifik duruma göre tayin edilmiş ışıktır, aşağıda değişkenleri inceleyebilrsiniz.
Deniz suyu, tatlı suya göre daha yoğundur, daha fazla enerji absorb eder. Bu nedenle tatlı suda penetrasyonu daha düşük kırmızı ışıkların önemi, tuzlu suya göre daha yüksektir. En berrak denizde dahi ışık 1000 m altına inmez, buraya kadar inenlerde de belli aralıktaki mavi dalgaboylarıdır.
Su içerisindeki partiküller yoğunlaştıkça, ışık daha az derine iner, bu da bitkilerin uygun derinlikte dahi yeterli ışık alamamasına sebep olabilir.
Yukarıda pek çok kez bahsedildiği üzere su derinliği, ışık dalga boyları seçiminde önemli bir kriterdir.
Bulanıklık ve yoğunluk gibi etkiler geçirgenliği etkiler; mesela cam tamamen şeffaf görünse de aslında ışığı belirli bir derecede absorbe eder ve geçişini engeller, zira insan görünün en çok gördüğü renkleri geçirmek hatta çoğu zaman bunun dışındaki ışıkları engellemek için dizayn edilmişlerdir. En kaliteli süper şeffaf cam, 15 mm kalınlıkta, güneş ışığının %10 unu keser. Akriliğin geçirgenliği neredeyse tuzlu su geçirgenliğine yakındır, dolayısı ile ışık geçirgenliği çok daha iyidir. Kısacası, materyal tipine göre ve dalga boylarının niteliklerine göre geçirgenlik değişir. Kırmızı görünen ışık su penetrasyonu çok zayıftır dedik, ancak çok daha uzun dalga boylarına çıkıldıkça, vücudumuz bile tamamen şeffaflaşır. Mesela uzun dalga boylu tarafta, radyo dalgalarına karşı şeffafızdır. Aynı şekilde kısa dalga boylu tarafta, gamma ve x ışınlarına karşı da neredeyse şeffafızdır (mesela yüksek kalsiyum içeriğinden dolayı kemiklerimiz daha az şeffaftır, bu da onları x-ısınlarında görmemizi sağlar). Görülebilir ışık farklıdır, iyonlaşma için enerjisi düşüktür, güçlü biçimde maddeler tarafından emilir, elektron koparma gücü yüksektir, bu yüzden özellikle görülebilir ışığın başladığı ve bittiği yere nispeten yakın ışıklar en fazla fotosentezin gerçekleştiği alanlardır.
Kısaca geçirgenlik ana tema olarak madde tipine, yapısına ve ışık dalga boyu enerjisine bağlıdır. Bir led fikstür altına konulmuş cam hele ki kirli olursa, ışık efektifliğini azaltacaktır.
Işık kaynağı yüksekliği:
Özellikle yayılım açısı ile birlikte akvaryuma giren ışığı çok etkiler. Işık kaynağı yükseldikçe yayılım alanı genişler ve ışığın yoğunluğunun çoğu yolda kaybedilir. Bununla beraber, çok alçakta tutulan ışık dar yayılım nedeni ile her yere doğru yoğunlukta ulaşamayabilir. Işık kaynağının yüksekliği yayılım alanı ve ihtiyaca göre ayarlanmalıdır.
Su içinde ve su dışında da ışık armatürlerinin yüksekliği, birim alana düşen ışık miktarını etkiler, aşağıda inceleyebilirsiniz.
Işık kaynağı - zemin açısı, ışık yoğunluk daireleri, ve ışık yönü :
Dünyada ekvatora düşen ışık spektrumu ile kutuplara düşen ışığın spektrumunun farklı olmasına yol açar, bu farklılığın minyatür versiyonlarını deneylerde görmek de mümkündür. Maksimum ışıktan faydalanabilmek için ışığı doğru açıda almak önemlidir. Bunun yanında bitkilere yandan ışık verildiğinde, bitki yana doğru uzanır ve şekli bozulur. Burada ışık yönü yanlıştır. ışığın tam tepeden gelmesi genelde idealdir.
Işık yoğunluğu daireleri derken; örneğin bir powerled'den akvaryum zeminine ulaşan ışığın yoğunluğunun, direkt led'in altındaki bölgede, daha dar açıda ışın alan bölgelere göre daha fazla olması kastedilmektedir. Bu nedenledir ki, armatür üzerindeki farklı nano değerleri taşıyan ledlerin her çeşidinin heryere, mümkün olduğu kadar yakın oranlarda dağılması hedeflenmelidir. Homojen ışık dağılımı, sağlıklı sonuç alınlası açısından önemlidir. Ledler dışındaki birçok ışık kaynağı; mesela fluoresanlar, MH lambalar vs. 360 derece ışık yayar, bu, dar açılı bir ledin geniş bir alan üzerinde kullanılmasına göre avantaj gibi görünse de, aslında gereksiz yönlere doğru ışık saçıldığından enerji israfı söz konusudur. Bunu azaltmak için, bu tip lambalarla reflektör kullanımı yargındır.
Bugün ledlere entegre edilen ya da önüne koyulan merceklerle ışınım açılarının değiştirilmesi alışılageldik bir durumdur. piyasada genellikle 120 derece yayılımlı ledler kullanılıyor olmakla beraber, merceklerle bu oran daha geçiş ya da dar açılara taşınmaktadır. Mesela 90 derece açılı ledler de sıkça akvaryum ışıklandırmasında kullanılmaktadır. Mercekler gibi ledlerin bağlandığı fikstürler de eğimli olabilmekte, ışığı yaymaya ya da yoğunlaştırmaya yardım etmektedir.
Işık kaynağı materyal kalitesi ve verimlilik:
Işık armatürlerinin, led alpullerinin kalitesi ve enerji/ışık orantısını etkiler. Akvaryum aydınlatmasında; endirekt günışığı, sodyum buharlı lambalar, cıva buharlı lambalar, metal halide lambalar, bildiğimiz ampuller, flüoresanlar ve son olarak ledler kullanılmıştır. Bu lamba türlerinden bir çoğu akvaryum aydınlatması için hiç de efektif olmadığı halde kullanılmış ya da denenmişlerdir. Bu ışık kaynaklarından (endirekt gun ışığı kullanılan bazı biyotoplar ve havuzlar hariç) sadece 3'ü efektiflik açısından ön plana çıkar. Günışığı Metal Halide, T2, T5, T8 flüoresanlar ve 2013 sonu, 2014 ve 2015 de patlama yapmak üzere ledler. Peki ledler son dönemde neden bu kadar fazla kullanılmaya başladı? Aşağıda maddeler halinde verilmiştir.
* Tam istenilen nano aralıktan ışık verebilmeleri
* Kullanışlı akım ve gerilim değerleri
*Darbe ve titreşim dayanıklılıkları
* Uzun kullanım ömürleri (200 bin saate ulaşabilen)
* İstenildiği gibi forma sokulmaları, cubuk, şerit, cip, çoklu tekli birçok kullanım şekli.
* Diger diyotlara (diyot; doğru yöndeki dirençleri ihmal edilecek kadar küçük, ters yönde çok büyük olan tek yönlü eleman)göre çok daha küçük doğru yön direnci
* Birçok ışık kaynağına göre daha az ısınmaları
* Üretilirken kullanılan materyal miktarı ve çeşitliliği
* Hemen tam kapasite ışımaya geçebilmeleri
* Enerji efektifliği
Nichia (Nichia), Osram (Topled), Cree (Cree Powerled), Lumileds (Luxeon), Philips (Bridgelux), Toyota gibi markalar, dünya çapında led endüstrisine liderlik ederler. Cree, bunların içinde, özellikle ledlerinin parlaklığı ile ünlüdür ve watt/light olarak çok yüksek kalitede led üretir. Luxeon da piyasanın en ünlü markalarındandır.
Spesifik Işık ihtiyacı:
Işık ihtiyacı, akvaryumlar için; bakılan canlıların ihtiyacına göre değişkenlik gösterir. Bazı bitkiler yüksek ışıktan, bazıları düşük ışıktan, bazıları ise renk özellikleri bakımından nispeten farklı ışıklardan hoşlanır. Akvaryumdaki alçak-yüksek alanlar, gölgeli-açık alanlar, canlıların saklanma ihitiyacı, gün içi ışık değişkenliği, canlıların göz yapısı, reflektif objeler dikkate alınarak, ışık ve canlıları seçmek, en doğru sonuca ulaşmada anahtar rolü ornar.
Kişisel beğeniler de doğru ışığın seçilmesinde rol oynayabilir, mesela, mercanların ve mavi balıkların renklerini vurgulamak isteyen bir akvaryum sahibi daha mavi ışıkları fikstürüne ekleyebilir. Ya da bazı bitkili akvaryum sahipleri, sıcak renklerden, sarı-turuncumsu görüntüden hoşlanırken, bazıları daha saf beyaz ya da mavimtırak renklerden hoşlanabilir. Canlılara uygunluğu birinci sırada tuttuktan sonra kişisel beğeniler de doğru ışığın seçiminde etkili olur.
Bitkili akvaryumlar için doğru ışık kaynakları ve spektrumu seçmek:
Konuya bir örnekle başlayalım;
Ortalama derinlikteki 30-50 cm bir akvaryuma litre başına 0,5 watt - led gibi bir maksimum enerji değeri biçtiniz diyelim, bu da 200 watt etti. (ki bu ledleri dimlenebilir yaparsanız, böylece fazla ışığı istediğiniz zaman kesebilir hale gelirsiniz) Sonra total watt'ın %40'ını 1 watt 6500k-6700k (Cree XB-D Daylight iyi sonuç vermektedir) beyaz ışıklarla doldurdunuz. %10 kadar 9325 kelvin eklediniz, ki bu hem mavi spektrumu güçlendirdi, hem de derine inen ışık miktarını arttırdı. Aynı zamanda bu ekleme, görünen ışık rengini ayarlamada size yardım eder. Tabii bunu yapabilmek için bu ışığı ayrı kanaldan dimleyebiliyor olmalısınız. Kaldı %50. Bunu da, spesifik olarak; 730nm(%2), 700 nm (%2) 680 nm (%2) 660nm(%15), 640nm(%7), 470nm (%4), 450nm(%8), 430nm(%8), 410nm(%2), ledlere dağıtabilirsiniz. (410 yerine 390 kullanan armatürler de mevcuttur) Bu durumda, hem görüntü olarak hem de fotosentez gücü olarak dengeli bir tablo sunacaktır. Akvaryumun derinliğine ve aradığınız renk etkisine göre, 9325 kelvin beyaz led'in miktarı %5 civarında arttırılıp 6500 k dan düşülebilir. Bu tabloya yeşil eklemeye gerek yoktur, zira beyaz 6500k ışık yeterli derecede yeşil içerir. Aynı şekilde %5 i, 9300k yerine, 2700 k değerine kaydırabilir, daha yumuşak ve sarımtırak bir renk elde eder ve kırmızı tayfı güçlendirebilirsiniz, tabii bu ışığın ışık/enerji orantısı çok daha düşüktür.
Yukarıdaki değerler 400 lt - 50 cm derinlikte bir tank için geçerli olabilir. Ama bu karışım tüm tanklar ve tüm kişisel beklentiler için doğrudur da diyemeyiz.
Kendi tankım için led ayarlaması:
Kendi kurduğum tank boyutları:
Bu makale; toplam 200'ün üzerinde, makale, web sayfası, forum sayfası, akademik siteler, wiki sayfası, üniversite araştırmaları üzerinden derlenerek, şahşi yazım tarzımla oluşturulmuştur, bu nedenle bir kaynakça veremiyorum, ancak, ziyaret edilen sayfalar web geçmişi üzerinde kayıtlıdır. Elbetteki bazı konuya ilişkin yabancı makaleler orantısal olarak çok daha fazla yardımcı oldu, bunları ayrıca kayıtlı tutuyorum.
Tüm bilgileri gelişen durum ve araştırmalara göre güncellenebilir.
Çalışma tamamen tamamlanmış değildir.