Спектры света (освещение аквариума)

То, что человек называет спектром, в действительности является нашим впечатлением от облучения сетчатки глаза волнами длиной от 380 нм до 780 нм (1 нм = 0,000 001 мм). Человеческий организм не способен воспринимать электромагнитное излучение другой частоты, однако в указанном диапазоне волны разной длины нам кажутся различно окрашенными. Так, самые короткие волны из видимого человеческим глазом спектра мы называем фиолетовыми, на другом краю спектра находятся самые длинные волны, дающие ощущение красного цвета. Между ними лежат все остальные цвета и их оттенки, знакомые нам по радуге: синий, зеленый, желтый и оранжевый. Раскаленные газы излучают электромагнитное излучение в узком диапазоне спектра, поэтому их свечение кажется цветным. К примеру, если газ неон заставить светиться, пропуская через него электрический разряд, а полученный свет разложить при помощи призмы, то вы увидите только лишь узкую голубую полоску, а в остальной части видимого спектра этот газ не излучает. Такой спектр называют линейным. Раскаленные твердые тела излучают во всем диапазоне видимого света, их спектр называется непрерывным. Он характерен и для солнечных лучей, порождающихся смесью различных светящихся газов, каждый из которых излучает в узком диапазоне, вместе же они перекрывают весь видимый спектр.

Смесь излучения всех видимых цветов радуги мы воспринимаем как белый свет. В действительности это лишь иллюзия человеческого мозга, что очень легко доказать при помощи призмы, разлагающей белый луч на его радужные составляющие.

Интенсивность свечения в различных частях солнечного спектра неодинакова: например, в нем преобладают желтые, красные и зеленые составляющие, а синяя часть спектра ослаблена. Из-за этого солнечный свет воспринимается нами как слегка желтоватый. Проходя сквозь атмосферу Земли, лучи ослабевают, причем неодинаково в разных частях спектра. Например, в пасмурный день освещение не кажется Желтоватым - оно даже слегка голубоватое, потому что водяной пар в облаках интенсивно поглощает красные лучи и сравнительно хорошо пропускает голубые.

Такое изменение естественного освещения объясняет происхождение широко употребляемых терминов, связанных со спектральными характеристиками ламп: теплое, нейтральное и холодное свечение. Не имея возможности подробно исследовать спектр лампы, люди на глаз определяют избыток красных лучей (теплый свет), сбалансированный спектр (нейтральный свет) или избыток голубых (холодный свет).

Оттенок света может до неузнаваемости изменить разглядываемую картинку. Мы привыкли к тому, что все освещенное солнечными лучами кажется нам естественным. Но стоит зайти солнцу за тучу, и окружающие лица нам кажутся уже не такими веселыми: красных лучей в спектре стало меньше, а синие, которые лучше пробиваются сквозь облака, не настраивают нас на жизнерадостный лад. Во время заката и рассвета, напротив, голубые лучи солнца теряются в нижних, пыльных слоях атмосферы, а красные проходят беспрепятственно, придавая окружающим пейзажам драматизм и пафос. Удивительно также и то, что мозг все время подправляет в нашем сознании цветовую палитру, и мы не замечаем, что краски стали более голубыми или более красными, нам кажется, что предметы под разными светильниками остались прежними, но общее впечатление все же изменяется. Мы хорошо знаем, что в помещениях с искусственным светом люди порой выглядят вполне естественно, а порой, если лампы подобраны неправильно, лица становятся просто мертвецкими. Более необычные эффекты можно заметить в условиях, на которые человеческий глаз и мозг не рассчитывали. Например, проникнув сквозь толщу морской воды, солнечный свет на большой глубине теряет свои длинные лучи, и красная кровь кажется зеленой!

В аквариуме заметно изменить наше восприятие растений и рыб могут лампы холодного и теплого свечения. Последние придают приятный теплый оттенок всей композиции в водоеме, растения будто бы купаются в солнечных лучах. Но такие лампы не подчеркивают яркие краски рыб, зеленый и голубой блеск чешуи при таком освещении теряется. Холодное освещение, напротив, хорошо подчеркивает цвета рыб и их блеск, но растения смотрятся несколько необычно.

Чтобы вы могли оценить особенности свечения той или иной лампы, лучше всего найти ее спектральный анализ. Компании-производители аквариумного оборудования предлагают специальные лампы, зная особый интерес аквариумистов. К теме спектра, и приводят диаграмму на упаковке лампы. Спектр ламп общего назначения указывают не так тщательно, вы можете найти его лишь в каталогах фирмы-производителя, да и то не всегда. Вместо этого на упаковке могут быть приведены другие характеристики: цветовая температура и индекс цветопередачи.

Цветовая температура ничего не говорит о деталях спектра, но характеризует степень "теплоты" или "холодности" свечения и измеряется в градусах Кельвина. Чем больше величина, тем больше свечение сдвигается в голубую, холодную сторону. Низкие значения, напротив, соответствуют красноватому, теплому свечению. Например, цветовая температура лампы накаливания 2700°К, ее свет кажется желтовато-оранжевым. Обычному дневному свету соответствует 5500°К, лампы с цветовой температурой 6500°К кажутся нейтрально-белыми. Лампам холодного свечения, которые могут применяться в аквариумистике, соответствует 18000°К, их свет голубоватый. Запомните, что цветовая температура является искусственной характеристикой, не имеющей ничего общего с температурой внутри лампы. Это лишь способ приблизительно оценить в спектре преобладание красных или голубых составляющих.

В последнее время на лампах можно встретить и такую характеристику, как CRI (Color Rendering Index), то есть индекс цветопередачи. Если человеческий глаз привык считать солнечный спектр естественным, то с помощью CRI оценивают, как точно лампа имитирует солнечный спектр. Для этого индекс цветопередачи дневного света принимают за 100. Чем ближе CRI лампы к этой величине, тем естественней выглядят освещенные ею предметы. У современной лампы накаливания это значение равно 90. При выборе ламп для домашнего водоема вы можете не обращать особого внимания на эту величину, поскольку лампы приходится отбирать по другим, более важным критериям. Индекс цветопередачи всех применяемых в аквариумистике ламп будет достаточно высоким.

До сих пор мы говорили о спектре и величинах, характеризующих его, лишь для того, чтобы оценить, как будут смотреться рыбы и растения.

Но ни слова не было сказано о том, как растения развиваются при освещении различного спектра. Логика рассуждений здесь проста и очевидна. Основным процессом для зеленых растений является фотосинтез, происходящий только на свету и только в присутствии хлорофилла - вещества, которое возбуждается световыми волнами определенной частоты. Все ранее сказанное касалось спектров излучения, то есть спектров светящихся тел. Остальные тела обладают спектрами поглощения. Например, сажа кажется нам черной потому, что она поглощает свет во всех частях видимого спектра, снег, напротив, белый, потому что он не поглощает ни одну из частей спектра, а отражает их. Меченосец для нас красный, потому что его кожа отражает красные лучи, а остальные части спектра она поглощает. Растения кажутся нам зелеными как раз по той причине, что спектр поглощения хлорофилла имеет провал в этой цветовой части, он не нуждается в зеленом свете.

Если растения осветить так, что спектр света будет совпадать со спектром поглощения хлорофилла, то оба они окажутся в идеальных условиях. Специально для теплиц выпускают лампы, которые если не на все 100 % подходят для этого, то, по крайней мере, эффективнее других. Для ламп такого рода даже есть специальное обозначение - фитолампа, то есть лампа для растений (от греческого слова "фитос" - "растение").

Чтобы оценить, насколько та или иная лампа помогает фотосинтезу, пользуются такой характеристикой, как PAR (Photosynthetic Active Radiation), то есть величина фотосинтетически активной радиации.

PAR чем-то напоминает индекс цветопередачи, но последняя характеристика связана с эстетическим восприятием, а первая указывает на эффективность роста растений. К сожалению, эту величину указывают редко, лишь на специальных тепличных лампах. Измерить ее самостоятельно очень сложно, поскольку для этого вам придется получить полные спектральные характеристики лампы.

Как вы уже могли догадаться, лампы с высоким значением PAR, то есть такие, под которыми растения находятся в благоприятных для них условиях, обладают низким CRI. Проще говоря, фитолампы искажают естественные цвета и дают слишком желтый цвет. Поэтому их можно применять во вспомогательных аквариумах, в тепличках, но не в декоративных водоемах.

Обратите внимание на следующие практические рекомендации:

Для хорошего роста растений применяйте лампы теплого света (2600-4000°К), у которых в спектре свечения есть пики на тех же участках, что и у хлорофилла в спектре поглощения.
Для того чтобы выявить красоту декоративного водоема, используйте лампы нейтрального белого света (6500-6800°К) с улучшенной цветопередачей. Под ними растения нормально развиваются. Такие лампы могут быть использованы в качестве основного и единственного источника света.
Для того чтобы проявить окраску рыб в полной мере, лучше использовать лампы холодного свечения (12000-18000°К). Они малопригодны для выращивания растений, потому что имеют низкую величину PAR. Если позволяют размеры водоема, то можно поближе к переднему стеклу установить лампу холодного свечения, а дальше, в центре и у задней стенки, - лампы теплого свечения.

Старые аквариумисты могут вам рассказать, что раньше, когда не было никаких специальных ламп, а применялись лишь обычные лампы накаливания, растения имели нормальный рост. Это вполне легко понять, поскольку лампы накаливания действительно дают теплый свет, который способствует фотосинтезу. Их недостаток - в слабом свете по сравнению с современными люминесцентными лампами. Однако об этом - в следующей главе.

И. Шереметьев