ReefCentral.ru для iOS
Бесплатный Tapatalk для ReefCentral.ru
Показатели освещения в гавайской приливной заводи
02.10.2013
Разделы: Освещение

Автор: Дана Риддл

Несмотря на то, что каждый аквариумист понимает, что освещение – важный аспект успешного содержания рифовой системы, до сих пор не прекращается дискуссия об интенсивности освещения, спектрального качества и световом периоде. В данной статье конкретизируется информация, которую я представил на MACNA 2013 (Marine Aquarium Conference of North America), проводившейся в Форт-Лодердейле, Флорида (у меня было всего 45 минут на презентацию объема информации, который соответствовал 2-дневному семинару). Я расскажу о том, какое количество освещения получают кораллы.

Первая часть проекта посвящена интенсивности освещения в мелководных приливных заводях. Данная приливная заводь несколько отличается от большинства подобных заводей на Гавайях тем, что приливы и отливы практически не влияют на ее глубину. На первый взгляд, возникает противоречие, поэтому см. объяснение ниже. См. Рисунок 1.

image001.png
Рисунок 1. Приливная заводь, обсуждаемая в данной статье.
Ее глубина остается относительно постоянной. Подробнее – см. в тексте.

Как видно на Фото 1, высота заводи - выше уровня прилива, вода поступает через «вытяжное отверстие» (на фото слева). Энергия волн усиливается трещиной в камне и сильная струя морской воды бьет наверх и опускается в заводь. Затем вода устремляется в северо-западном направлении, где снова выходит в океан. Высота воды в заводи, на большей части ее площади, примерно на 2 дюйма (~5 см) выше поверхности кораллов. Только при высоких волнах глубина становится больше (и тогда примерно 18 дюймов - ~45см). На Рисунке 2 видно, что кораллы растут в северо-западной части заводи, откуда вода выходит обратно в океан.

image003.jpg
Рисунок 2. В очень мелкой приливной заводи растут разнообразные кораллы.

Количество таксонов кораллов, обитающих в этой заводи впечатляет, среди них Porites lobata, Porites evermanni/ lutea, Pocillopora meandrina, Pocillopora damicornis и многие другие. Два коралла, Porites lobata и Pocillopora damicornis, считаются SPS кораллами и представляли особый интерес.

Приглашение выступить на MACNA поступило в декабре 2012 и мне необходимо было представить тему презентации и начинать формулировать стратегию для завершения проекта в конце лета. Я быстро согласился на предложение и начался отсчет времени. Через несколько месяцев я начал сомневаться в собственном благоразумии при выборе столь амбициозной серии экспериментов. Все что я мог сделать, это постепенно решать поставленные задачи, поэтому первый проект повлек за собой сбор данных по освещению в течение «типичного» зимнего дня на Гавайях. Возможно, на первый взгляд задача не кажется сложной, но пришлось столкнуться со многими проблемами. Во-первых, мои регистраторы данных PPFD (или PAR) сломались. Они отлично служили мне на протяжении многих лет, поэтому я заказал новую модель и программное обеспечение от Spectrum Technologies (Aurora, Illinois, USA). Дожидаясь доставки, я начал искать подходящий участок для использования оборудования. Участок должен был соответствовать нескольким критериям. Во-первых, заводь должна быть легко доступной и не слишком удаленной от моей лаборатории. Кроме того, участок должен быть достаточно плоский, чтобы по возможности избежать попадания теней по утрам и вечерам. Участок должен располагаться на небольшой глубине без сильных волн (даже небольшие волны способны сместить и перевернуть квантовый датчик, закрепленный при помощи пятифунтового груза для дайвинга). Более того, место должно быть безопасным в том плане, чтобы я мог на несколько минут оставить оборудование без присмотра. После оценки нескольких вариантов, я остановился на небольшой заводи к северу от деревни Кайлуа-Кона (западное побережье острова Гавайи). Уже была первая неделя февраля, прошло тридцать дней с момента принятия приглашения. Оставалось менее восьми месяцев до конференции, а до сих пор не было получено никаких данных. Помимо всех выше перечисленных условий, для получения информации, необходимой для начала проекта, день должен был быть относительно безоблачным. Пришлось следить за прогнозом погоды в местных новостях (канал Weather Channel не доступен на острове Гавайи. Хотя в нем нет необходимости: погода обычно хорошая и температура воздуха около 80F - ~27C). Звезды и планеты должны были поддержать меня – мне нужен был ясный солнечный день; оборудование (регистратор данных и компьютеризированный спектрометр) должно было быть установлено до восхода солнца и безошибочно работать на протяжении всего дня. Как оказалось, первая попытка оказалась неудачной. Время шло, а существенных результатов не было. Я начинал нервничать.

К счастью, вторая попытка оказалась удачной. На Рисунке 3 представлены результаты. Регистратор данных PAR записывал показатели PPFD на глубине 5 см каждую минуту на протяжении всего светового периода, почти 700 измерений. Спектрометр Ocean Optics USB 2000 регистрировал десятки тысяч точек спектральных данных. Темой следующей статьи будет качество освещения. На рисунке 3 представлены показатели PPFD.

image005.png
Рисунок 3. Плотность фотосинтетического фотонного потока под водой (Underwater Photosynthetic Photon Flux Density,PPFD) на глубине 5 см.
Аквариумисты-любители зачастую называют эти величины PAR (фотосинтетическое активное излучение, Photosynthetically Active Radiation).

Как видно на изображении 3, восход солнца примерно в 7 часов утра, а закат около 18:15, при этом световой период составляет примерно 11.25 часов. Погода в течение дня стояла преимущественно ясная (лишь небольшой дым от расположенного поблизости вулкана). Высокие облака появились всего на несколько минут во второй половине дня (примерно с 15:45 до 16:30 pm). Сенсор PAR фиксировал данные с очень маленькими интервалами и «мерцающие линии», возникшие в результате воздействия волн, появившихся под воздействием больших волн и ветра, очевидны в промежуток времени от 10 утра и примерно до 16 часов. На Рисунке 4 представлены данные с линией тренда, что позволяет нам оценивать сглаженные данные.

image007.png
Рисунок 4. Показатели PPFD под водой с линией полиномиального тренда.
На графике видно, что сглаженные данные показывают пик PPFD около полудня ~1,000 µmol·m²·sec. 
На маленьком фото – регистратор данных WatchDog и датчики.

Наконец-то у меня появились данные для работы, напряжение стало спадать. Сейчас уже можно было заниматься анализом полученных данных.

Суточное количество света

Мгновенные значения PPFD очень важны, но это лишь часть всей истории. Самое лучшее сравнение – это сравнение PPFD с дождем. Мгновенное значение PPFD (количество фотонов, попадающих на данную площадь поверхности за определенный промежуток времени) эквивалентно количеству капель дождя, попадающих на такой же участок за такой же промежуток времени. Подход, применяющийся в метеорологических сводках, представляющих дождь как количество капель, упавших на квадратный метр за одну секунду, в нашем случае не подходит. Нам важнее общее количество дождя в дюймах или сантиметрах. Тоже самое касается и света – нас интересует общее количество фотонов за определенный световой период. Это называется суточное количество света (Daily Light Integer, or DLI). DLI представляет собой сумму всех фотонов, попавших на один квадратный метр в течение светового периода (в часах). Суммировать все 700 мгновенных значений PPFD было бы утомительным занятием. К счастью, программа WatchDog справляется с такой задачей всего за два клика. На Рисунке 5 представлены значения DLI над поверхностью воды и под водой.

image009.png
Рисунок 5. Общее количество света в приливной заводи над поверхностью воды и на глубине 5 см в течение светового периода продолжительностью 11.25 часов.
Только 65% поверхностного света достигает глубины 5 см.

Выводы и обсуждение

У западного побережья Большого острова Гавайи имеется несколько здоровых коралловых рифов (но количество видов кораллов относительно небольшое). И хотя остров расположен всего на широте ~20 к северу от экватора, этот регион подвержен сезонным изменения солнечной радиации (Ки-Уэст, Флорида, широта примерно 25N). Разумеется, количество света и продолжительность светового периода меньше, соответственно, чем летом, но информация, представленная в статье, отражает показатели в типичный зимний (февральский) день. Все туристы и жители Большого Острова Гавайи знают, что остров все еще является действующим вулканом; два открытых жерла вулкана в настоящее время выбрасывают в атмосферу тонны токсичных газов. Несомненно, такая смесь вулканических газов и дым от горящих лесов (что вызвано потоками горячей лавы) уменьшает количество видимого света, достигающего поверхности земли. Дым от горящих лесов также поглощает часть ультрафиолетового излучения. Однако, в те дни, когда проводились измерения при помощи регистраторов данных, дыма от горящих лесов было не так много.

Как мы видели, линзовый эффект проходящих волн создает «сверкающие линии» и в приливной заводи на глубине 5 см мгновенное количество света может быть очень различным. Когда к данным добавляется линия тренда, мы видим, что максимальная интенсивность освещения под водой - в дневное время, она составляет около 1,000 µmol·m²·sec.

На общее количество фотонов (или DLI, как продемонстрировано на Рисунке 5) также влияет ясность неба, но значительно сильнее – глубина воды. Поскольку глубина небольшая, мы не можем избежать воздействия высоты солнца и отражения поверхности воды. Поскольку высота солнца зимой меньше, чем летом, угол падения света достаточно высокий и часть света просто отражается поверхностью воды. Следовательно, в этом случае около 35% солнечного света отражается или поглощается водой (существует также вероятность, что свет рассеивается частицами, растворенными в воде, такой эффект называется «мутность»).

Суточное количество света (DLI) дает нам возможность сравнить количество света в естественной среде и в аквариуме. Можем ли мы сопоставить количество естественного света с аквариумным освещением? Мы можем ответить на этом вопрос при помощи простых математических действий.

Пример

Коралл в аквариуме получает 500 µmol·m²·sec и продолжительность светового периода составляет 12 часов. Что такое DLI и как как сравнить этот показатель с данными приливной заводи? Не забывайте, мы хотели подсчитать общее количество фотонов, попадающих на поверхность за весь световой период. В аквариуме произвести расчеты совсем несложно, поскольку в большинстве систем лампы либо работают на полную мощность, либо отключены.

500 µmol·m²·sec * 60 секунд в минуте * 60 минут в 1 часе * 12 часов в световом периоде = 21,600,000 µmol фотонов. Число слишком громоздкое, поэтому разделим его на 1,000,000, чтобы конвертировать µmol в молекулярную массу фотонов. Наш показатель DLI (молекулярная масса фотонов за 12-часовой световой период) составляет 21.6.

Показатель DLI в приливной заводи равен 22.3, поэтому аквариумный коралл получает 500 µmol·m²·sec за 12-часовой световой период, это примерно столько же света, сколько получают кораллы на мелководье (на глубине 5 см) на Гавайях в феврале. Если мы увеличим интенсивность освещения до 525 µmol·m²·sec, при этом световой период также составит 12 часов, в этом случае мы превысим естественный зимний показатель DLI. Разумеется, можно было бы уменьшить интенсивность света и увеличить продолжительность светового периода и получить такой же показатель DLI.

Первый блок данных был получен. Интенсивность освещения в зависимости от времени (над поверхностью воды и под водой) были зарегистрированы. Компьютер и спектрометр Ocean Optics выполнили поставленные перед ними задачи и спектральные данные были готовы для анализа. По мере выполнения первой задачи, я бы получил второй блок данных. Просто для уверенности, или скорее, потому что я не ищу легких путей.

Я почувствовал облегчение. Проанализированные данные продемонстрировали количество света в приливной заводи и подтвердили, что таких же показателей можно добиться в аквариуме. Но все же осталось много вопросов. Какое количество света на самом деле необходимо кораллам, обитающим в приливной заводи? Как они реагируют на высокую интенсивность освещения – способны ли их зооксантеллы безгранично адаптироваться или же эта заводь представляет собой среду, где кораллам не совсем комфортно, но они все же выживают. Каково спектральное качество солнечного света на такой маленькой глубине? Насколько сопоставимо спектральное качество света под водой с аквариумным освещением? Я начал осознавать объем предстоящей работы и снова впал в стрессовое состояние. А дата конференции MACNA неумолимо приближалась. Мне придется собрать достаточно информации, чтобы подготовить 45-минутную презентацию. Полученных мною данных хватало лишь на несколько минут выступления. При этом нет никакой гарантии, что полученные в будущем данные окажутся практически значимыми. И во что я ввязался?

В следующий раз мы рассмотрим потребности кораллов, обитающих в приливной заводи и как они используют (или не используют) имеющуюся в их распоряжении солнечную энергию.

Первоисточник: www.advancedaquarist.com
Переведено специально для ReefCentral.ru
Если вы увидели этот материал на другом сайте - значит, он был украден.
Просим сообщать о замеченных фактах на info@reefcentral.ru
Количество показов статьи: 3672