Zářivý výkon Slunce je asi 4.1020 megawattů. Pouze zanedbatelná část tohoto
nepřestavitelného množství energie - ve formě elektromagnetického záření (včetně světla) - dopadá na
svrchní vrstvy zemské atmosféry a dále na povrch země a hladiny oceánů. A ještě menší část osvětluje
korálové útesy a umožňuje fotosyntézu.
Version 2015-I
Akvarijní osvětlení - Teoretický úvod
Souhrn
Základní světelné podmínky pod hladinou vody moří a oceánů (Intenzita osvětlení [Illuminance] a Spektrální distribuce záření [Spectral Irradiance]) se podstatně mění v průběhu dne, měsíce a roku a závisí na:
vlastnostech světla dopadajícího na hladinu vody, které dále závisí na:
zeměpisné oblasti
výšce slunce nad obzorem (elevace)
počasí
charakteru hladiny (klidná / zvlněná)
zakalení vody
hloubce vody
Cesta od Slunce ke korálovému útesu
Slunce
Zářivý výkon Slunce je asi 4.1020 megawattů.
Pouze zanedbatelná část tohoto nepřestavitelného množství energie - ve formě elektromagnetického záření (včetně světla) - dopadá na svrchní vrstvy zemské atmosféry a dále na povrch země a hladiny oceánů. A ještě menší část osvětluje korálové útesy a umožňuje fotosyntézu.
Svrchní vrstvy zemské atmosféry
Hodnota Celkové sluneční ozářenosti [Total Solar Irradiance] - množství zářivé energie dopadající na svrchní vrstvy zemské atmosféry - je
1.361 W/m2 v následujících vlnových délkách:
Ultrafialové - 100 - 380 nm
(UV)
Viditelné - 380 - 780 nm (asi 50% z celkového množství)
Infračervené - 780 – 1.000.000 nm
(IR)
I když se slunce jeví jako žluté, ve skutečnosti emituje barvy všech oblastí spektra - viz Spektrální distribuce záření [Spectral Irradiance] dále v tomto článku.
Zemský povrch
Relativně velká část (~30%) slunečního záření je odražena a pohlcena zemskou atmosférou (podstatná část UV a část IR). Takže Sluneční ozářenost [Solar Irradiance] na hladině moře je průměrně cca 1.000 W/m2 (průměr za 24 hod. je cca 250 W/m2) a podstatně závisí na konkrétní zeměpisné oblasti a počasí. O skutečných podmínkách v dané oblasti proto lépe vypovídá kumulativní hodnota, vyjádřená jako Roční insolace [Annual Insolation], jejíž hodnota se může pohybovat podle regionu v rozmezí 500 to 2.500 kWh/m2:
Světlo, dopadající na hladinu moře v tropických regionech v pravé poledne za jasné oblohy má následující klíčové vlastnosti:
Intenzita osvětlení [Illuminance] cca 110.000 lux (přímé sluneční světlo)
Spektrální distribuce záření [Spectral Irradiance] - viz graf níže
Osa X - vlnová délka
(UV - ultrafialová, V - viditelná, IR - infračervená)
Osa Y - Spektrální distribuce záření [Spectral Irradiance]
Šedá plocha - Celková spektrální distribuce slunečního záření
ve svrchní vrstvě atmosféry
Barevná plocha - Spektrální distribuce záření
[Spectral Irradiance] na hladině moře
Hladina mořské vody & Vodní sloupec
Vlastnosti hladiny vody a vodního sloupce podstatně ovlivňují světelné podmínky pod hladinou díky následujícím efektům:
Odraz (1)
- efekt rozhraní voda-vzduch
pokles intenzity osvětlení
Rozptyl (2) - efekt rozptýlených částic odrážejících světlo
difúze světla
pokles intenzity osvětlení
změna spektrální distribuce záření
Absorpce (3) - funkce hloubky
změna spektrální distribuce záření
pokles intenzity osvětlení
Pod hladinou vody
Intenzita osvětlení [Illuminance]
Pokles intenzity osvětlení s hloubkou v pobřežních vodách ukazuje následující graf:
Osa X - Intenzita osvětlení v % intenzity na hladině
Osa Y - hloubka vody v metrech
Intenzita osvětlení na hladině je navíc funkcí sluneční elevace.
Spektrální distribuce záření [Spectral Irradiance]
Změny spektrální distribuce záření pod hladinou vody je způsobena absorpcí, která je nejenom funkcí hloubky, ale je také odlišná pro každou vlnovou délku. Následující graf ukazuje propustnost čisté mořské vody pro světlo:
Osa X - vlnová délka
Osa Y - hloubka
Tento graf by vypadal odlišně pro pobřežní kalnější vody (maximální propustnost v zelené oblasti spektra) a pro brakické vody (maximální propustnost v červené oblasti spektra)
Korálový útes
Kromě výše uvedených existuje ještě další klíčový parametr, způsobující snížení množství světla dopadajícího na korály - umístění:
Pozice ve stínu útesu (1)
ovlivňuje množství dopadajícího světla především v časných ranních a pozdních odpoledních hodinách (obecně mimo poledne)
Překrytá pozice (2)
ovlivňuje množství dopadajícího světla po celý den
Praktický příklad
Následující příklad byl vytvořen pro oblast egyptských korálových útesů, s cílem odhadnout průměrné světelné podmínky pod hladinou vody v průběhu roku. Byly zvažovány následující parametry:
geografické podmínky
sluneční elevace
intensita osvětlení (odhad)
vlivy počasí (hrubý odhad)
odraz světla na hladině vody (odhad)
vliv zakalení vody (odhad)
hloubka
Sluneční elevace - 21 červen
Sluneční elevace - 22 prosinec
Východ slunce
Západ slunce
Délka dne
Max. úhlová výška
05:54
19:59
14:05
83°
Východ slunce
Západ slunce
Délka dne
Max. úhlová výška
06:47
17:00
10:12
36°
Výpočet intenzity osvětlení
Výpočet intenzity osvětlení
Hloubka [m]
Max [lx]
RHAD [lx] *
Hloubka [m]
Max [lx]
RHAD [lx] *
1
5
10
20.000
6.700
3.300
9.000
3.000
1.500
1
5
10
8.600
2.900
1.400
3.800
1.300
600
* RHAD = Zaokrouhlený denní hodinový průměr
Pro další použití v akvaristické praxi byl také vypočten Zaokrouhlený roční hodinový průměr s následujícími výsledky pro různé hloubky vody:
01 m - 6.400 lux
05 m - 2.100 lux
10 m - 1.100 lux
Akvarijní osvětlení - Mořské akvárium versus příroda
Klíčové rozdíly
I když je zřejmé, že neexistuje praktické řešení pro dosažení přírodní intenzity osvětlení tropických oblastí (cca 110.000 lux v pravé poledne za jasné oblohy) v mořském akváriu, dobrá zpráva je, že to ani není třeba, protože pomohou všechny níže uvedené rozdíly mezi přírodními podmínkami a podmínkami v mořském akváriu:
Žádná změna elevace osvětlovacího tělesa v průběhu dne
Žádné vlivy počasí
Obvykle klidný charakter hladiny
Obvykle velmi nízké zakalení vody
Malá hloubka vody
Nastavitelná délka dne
Výše uvedené výhodné rozdíly umožňují v akvaristické praxi napodobit přírodní světelné podmínky pod hladinou vody.
Tento článek ani jakákoli jeho část nesmí být žádným způsobem dále šířen v jakékoli formě bez předchozího písemného souhlasu společnosti coral-shop