Home / Artigos / Luz nos aquários de corais

Luz nos aquários de corais

Luz nos aquários de corais
Luz é o principal recurso de suporte à vida em nosso planeta. Sendo fotossintéticos, muitos invertebrados marinhos necessitam de luz para sobreviver; suas algas simbióticas (zooxantelas) precisam de luz para a fotossíntese para produzir alimentos suficientes tanto para seu próprio uso como para o coral hospedeiro.

Autores: Dmitry Karpenko, Vahe Ganapetyan
Artigo publicado originalmente em Advanced Aquarist em Outubro de 2012, traduzido com autorização dos autores.

Todo aquarista deve estar sempre preocupado em fornecer a luz ‘correta’ para seus corais – tanto o espectro correto como a intensidade suficiente são importantes. Antes de considerar como implementar esta ‘luz correta’, vamos primeiro tentar entender que tipo de luz os organismos marinhos recebem em seu habitat natural.

Como ponto de partida, consideremos a distribuição espectral da luz solar em Fiji no mês de Julho, Fg. 1:

01_Fg. 1 - Distribuição espectral da energia luminosa no nível do mar
Fig. 1 – Distribuição espectral da energia luminosa no nível do mar

O eixo horizontal é o comprimento de onda em nanometro, e o eixo vertical é radiância espectral, em W/m2.nm. O olho humano é sensível a radiação na faixa entre aproximadamente 400 e 700 nm, portanto marcamos os comprimentos de onda menores que 400 nm (luz ultravioleta) ou maiores que 700 nm (radiação infravermelha) em preto, enquanto o espectro visível está destacado com as cores conforme percebidas pelo olho humano.

O gráfico da figura 1 foi obtido do espectro solar na fronteira com a atmosfera terrestre usando o software científico de simulação SMARTS 2.9.5. Esta simulação leva em conta a absorção de luz por diversos componentes da atmosfera, assim como a dispersão da luz no céu.

Vamos agora tentar ver que tipo de espectro luminoso está disponível para os organismos no seu ambiente natural. Nossa intenção é criar uma luminária ideal para nosso aquário de corais para gerar uma distribuição equivalente em determinada profanidade.

Corais diferentes vivem em profundidades variadas; alguns vivem em águas bem rasas, enquanto outros corais de águas profundas, como o Bathypates spp., pode ser achado a profundidades de até 8000 metros (5 milhas). Cerca de 20% de todos os corais são não-fotossintéticos; eles não precisam de nenhum tipo de luz como fonte de alimento. Muitos corais, entretanto, são fotossintéticos, e estas são espécies que mantemos mais costumeiramente em nossos aquários domésticos. Vamos tentar analisar que tipo de luz eles preferem.

Consideremos o gráfico da penetração da luz solar na água salgada em função do comprimento de onda, conforme compilação do Institute for Environment and Sustainability of the European Commission [4] (Fig. 2):

Fig. 2 - Penetração da luz na água salgada, em função do comprimento de onda
Fig. 2 – Penetração da luz na água salgada, em função do comprimento de onda

O eixo horizontal é o comprimento de onda, em nanometros, e o eixo vertical é a profundidade, em metros, na qual a intensidade daquele comprimento de onda é igual à 1% da intensidade na superfície. Fica claro, pelo gráfico, que os comprimentos de onda compreendidos entre aproximadamente 370 e 500 nm penetram melhor na água salgada. Em outras palavras, ultravioleta e a porção azul do espectro penetram melhor, enquanto verde penetra menos, amarelo e laranja penetram muito pouco, e finalmente a luz vermelha e comprimentos de onda maiores que 600nm são capazes de penetrar apenas em águas bem rasas.

A intensidade de luz na superfície pode ser definida como uma função Io(λ), onde λ é o comprimento de onda e Io é a intensidade para este comprimento de onda na profundidade zero. Assim, o espectro de absorção Ia(λ) na profundidade D pode ser determinado como

Ia(λ) = Io(λ) . K(λ).D (1)

Onde K(λ) é a absorção na água salgada como função do comprimento de onda.

O espectro na profundidade D será igual ao espectro na superfície Io(λ) menos a absorção Ia(λ):

I(λ) = Io(λ) – Ia(λ),

ou, substituindo (1) na expressão, ficamos com:

I(λ) = Io(λ). (1-K(λ).D) (2)

Desta expressão podemos derivar o gráfico da penetração da luz na água salgada d(λ):

d(λ) = (1 – I(λ))/Io)λ))/K(λ)) (3)

Assumindo que o gráfico na fig. 2 é baseado no pressuposto que a intensidade da luz na profundidade especificada é igual a 1% da intensidad na superfície, isto é, I(λ) = 0,01.Io(λ), podemos simplificar (3):

d(λ) = 0,99/K(λ) (4)

Substituindo a expressão (4) em (2), podemos derivar a distribuição espectral da luz em uma dada profanidade D:

I(λ) = Io(λ).(1-0,99.D/d(λ)) (5)

Onde Io(λ) é a intensidade do espectro na superfície e d(λ) é o gráfico da luz penetrando na água (fig. 2).

Fig. 3 – Distribuição espectral por comprimento de onda na superfície (azul claro), a 5m (azul) e 15 metros (azul escuro).

Usando a expressão (5) e os dados dos gráficos nas figs. 1 e 2, podemos obter o diagrama da distribuição da energia luminosa por comprimento de onda em uma dada profundidade. Como exemplo, no mesmo gráfico (fig. 3) nós mostramos a distribuição espectral relativa na superfície, e em profundidades de 5m (cerca de 16,4 pés) e 15m (49 pés). Nota: 15 metros é a profundidade máxima na qual ainda encontramos alguns corais que necessitam de luz na natureza. A profundidades maiores que 20m, o número de organismos dependentes da luz cai drasticamente.

O gráfico azul claro corresponde à irradiação na superfície; o gráfico azul a 5m de profundidade, e o gráfico azul escuro a 15 metros. Note que, com a profundidade, a parte vermelha do espectro virtualmente desaparece.

Fig. 4 - Absorção de luz pelas zooxantelas.
Fig. 4 – Absorção de luz pelas zooxantelas.

Durante centenas de milhões de anos de evolução, os organismos marinhos fotossintéticos ser adaptaram a utilizar preferencialmente as partes violetas e azuis do espectro, que são mais abundantes em seu ambiente, e não são muito sensíveis à parte vermelha do espectro (que, em contraste, é mais utilizada pelas plantas terrestres). Zooxantelas simbióticas em organismos marinhos fotossintéticos são algas primitivas Pyrrophyta [5] que contém principalmente clorofila a e c e pigmentos carotenóides (peridinina, xantinas, etc) que exibem absorção forte na faixa azul-verde do espectro [6,7,22]. Fig. 4 [22] demostra a absorção de luz pelas zooxantelas.

O eixo horizontal é o comprimento de onda em nanometros, e o eixo vertical é a absorção em unidade arbitrária. Pode-se ver do gráfico que as cores violeta e azul prevalescem fortemente sobre vermelho (e note-se também que no espectro vermelho, a faixa de 660-680nm é preferida).

Nossa conclusão principal do acima exposto é que as cores violeta e azul são as mais importantes para organismos fotossintéticos marinhos.

Sabendo agora o que, do espectro luminoso, é naturalmente mais disponível para corais, vamos então considerar o ponto importante a seguir: como a irradiação por faixas diferentes do espectro afeta a coloração dos corais?

Antes de considerar a influência do espectro luminoso na coloração de corais, quero destacar que a coloração de um mesmo coral pode variar significativamente dependendo das condições. Infelizmente, é muito difícil garantir as mesmas condições para os corais no mesmo aquário – e é ainda mais difícil ainda para tanques diferentes. Sem fornecer as condições corretas para os corais, outras medidas para melhorar a coloração, como ajuste do espectro, podem ser em vão.

Aquaristas experientes sabem muito bem quão variável é a coloração do mesmo coral em condições diferentes. Existem três fatores principais que afetam isto: espectro e intensidade da luz, quantidade de comida disponível na água (embora os pólipos dos corais recebam uma parte significativa de sua energia das zooxantelas, eles também são capazes de capturar partículas da coluna d’água), e da pureza da água. Este último fator é o mais fácil de se controlar: técnicas para manter condições perfeitas da água em aquários de corais são bem conhecidas. O segundo fator também pode ser solucionado facilmente, visto que existe uma grande variedade de alimentos para corais no mercado. Ao mesmo tempo muitos aquaristas acreditam que, se existem peixes no aquário de corais, estes vão conseguir alimento suficiente de partículas na coluna d’água provenientes da alimentação dos peixes (e também dos dejetos dos peixes que são consumidos pelos corais).

Luz é o último fator importante requerido para boa saúde e coloração dos corais, e que ainda não foi estudada o suficiente em aquarismo de recife de corais.

Esta situação é bem complexa, visto que corais podem ser bem variáveis, e uma mesma espécie pode conter cromoproteínas diferentes (proteínas responsáveis pela coloração) – o seu tipo e quantidade são também determinados geneticamente, na mesma maneira que, por exemplo, é determinada a colorações olhos nos humanos. Muitas destas proteínas são fluorescentes, isto é, elas absorvem luz em um certo comprimento de onda e irradiam em outro comprimento de onda.

A image abaixo mostra exemplares da mesma espécie, Acropora millepora, nas quais diferentes cromoproteínas prevalescem:

Fig. 5 - Exemplares de Acropora millepora com cromoproteínas prevalescentes diferentes: (A) baixa concentração de cromoproteínas, a coloração das zooxantelas prevalesce; (B) proteínas fluorescentes verdes; (C) proteínas fluorescentes vermelhas; (D) cromoproteínas não-fluorescentes. Imagem cortesia de Dr. C. D’Angelo e Dr. J. Widenmann, Universidade de Southhampton, UK, Coral Magazine Nov/Dez 2011
Fig. 5 – Exemplares de Acropora millepora com cromoproteínas prevalescentes diferentes: (A) baixa concentração de cromoproteínas, a coloração das zooxantelas prevalesce; (B) proteínas fluorescentes verdes; (C) proteínas fluorescentes vermelhas; (D) cromoproteínas não-fluorescentes. Imagem cortesia de Dr. C. D’Angelo e Dr. J. Widenmann, Universidade de Southhampton, UK, Coral Magazine Nov/Dez 2011

Fluorescência não é só observada em corais duros mas, por exemplo, em Zoanthideos e pólipos de Palythoa que podem exibir colorações muito mais brilhantes quando irradiados com comprimentos de ondas curtos provenientes das chamadas lâmpadas actínicas.

Fluorescência de corais é muito bonita mas não é sempre fácil de observar. Olhemos a resposta do olho humano às cores (gráfico de sensibilidade espectral) (Fig. 6). Elementos sensíveis à luz no olho são representados por dois tipos de células, os chamados cones e bastonetes. Os primeiros são responsáveis por distinguir as cores e os segundos por tons de cinza. Os cones trabalham melhor durante o dia, enquanto os bastonetes trabalham melhor à noite. Lembremos o ditado ‘à noite todos os gatos são pardos’: isto é porque à noite usamos principalmente os bastonetes para enxergar. Os bastonetes não distinguem entre cores, eles são sensíveis apenas ao brilho relativo de um objeto. Os bastonetes são mais sensíveis à porção verde-esmeralda do espectro, em torno de 510nm (claro que, visto pelos bastonetes, esta luz é percebida apenas como uma intensidade maior de cinza, em lugar de verde).

Fig. 6 - Função luminosa do olho humano
Fig. 6 – Função luminosa do olho humano

Há três tipos de células nos cones, cada uma sensível a uma parte do espectro. Os cones tipo S são sensíveis ao violeta e azul (S representa ‘short’, comprimentos de onda mais curtos); bastonetes tipo M enxergam o verde e o amarelo (comprimentos de onda médios) e bastonetes L (comprimentos de onda longos) são sensíveis a laranja e vermelho. Estes três tipos de cones, além dos bastonetes que são sensíveis ao verde-esmeralda, são responsáveis pela visão de cor em humanos. Os bastonetes contém um pigmento sensível à cor, o rhodopsin, e sua característica espectral depende das condições de luz. Para luz mais fraca, o rhodopsin tem um pico de absorção em torno de 510nm (o espectro da luz do céu no lusco-fusco), e assim eles são responsáveis pela visão em condições de baixa iluminação. Com níveis maiores de iluminação, o rhodopsin sofre fotoinibição e sua sensibilidade cai, ao mesmo tempo que o pico de absorção se desloca para a região azul. O resultado disso é que, com iluminação suficiente, o olho humano usa os bastonetes como detectores de ondas mais curtas (azuis); as células S são sensíveis na faixa de 400-500nm, com máximo em 420-440nm; células M são sensíveis na faixa de 460-630nm, pico em 534-555nm; células L são sensíveis na faixa de 500-700nm, com pico em 564-580nm [1]. A sensibilidade de células L e M tem uma certa superposição. Assim, é errado pensar que certos cones reagem apenas a determinadas cores – eles apenas reagem mais ativamente a certas cores que a outras [2]. O olho humano é mais sensível nas faixas onde as sensibilidades dos cones tipo L e M se superpõem: em 555nM (amarelo-verde). A função de sensibilidade espectral [3] dos receptores no olho humano é mostrada na fig. 6.

Uma conclusão importante aqui é que a sensibilidade do olho humano à luz depende da frequência. Por exemplo, radiação da mesma intensidade é percebida como 27 vezes mais forte para o comprimento de onda de 555nm que para o comprimento de onda de 450nm; esta diferença cresce para 57 vezes em 420nm, e 125 vezes (!) em 410nm.

Fig. 7 - Mistura aditiva de cores
Fig. 7 – Mistura aditiva de cores

Humanos percebem um objeto visualmente pela soma da sua luz refletida e da emissão intrínseca do objeto (um objeto é considerado emissor de luz se a emissão total em uma certa faixa de comprimento de onda é maior que a luz incidente na mesma faixa). Usualmente objetos somente refletem luz, e sua cor é determinada pela proporção em que diferentes comprimentos de onda incidentes são absorvidos ou refletidos. Por exemplo, folhas verdes absorvem todas as frequências incidentes exceto o verde, que é refletido – por isso percebemos as folhas como verdes. Quando um objeto não somente reflete, mas também emite sua própria luz, o olho combina os espectros emitidos e refletidos formando a cor percebida. A cor resultante depende da proporção das intensidades e frequências de ambas, luz refletida e emitida. A adição das cores é ilustrada pelo diagrama da fig. 7.

Quando olhamos para um monitor de computador, testemunhamos o efeito ilustrado por esta figura: cada pixel da tela corresponde a três sub-pixels, vermelho, verde e azul, e todas as cores são obtidas da combinação de suas intensidades.

Note-se que a cor púrpura e seus matizes, como magenta ou fúcsia, são únicas por ser não-espectrais, ou extra-espectrais: não existe um comprimento de onda específico associado a estas cores, elas são misturas, e um dos componentes necessários é o violeta, com o comprimento de onda de 400nm [3], além do vermelho. Se uma fonte de luz não tem radiação nesta faixa, perde-se até 20% da paleta de cor – e estas são cores muito intensas, juntamente com suas sombras! É interessante notar também que a combinação de amarelo e azul resulta em uma cor que é visualmente percebida como branco puro.

Fig. 8 - Absorção e emissão de comprimentos de onda por pigmentos fluorescentes em organismos marinhos. Esta imagem é cortesia de Dan Kelley.
Fig. 8 – Absorção e emissão de comprimentos de onda por pigmentos fluorescentes em organismos marinhos. Esta imagem é cortesia de Dan Kelley.

A visão de cor é principalmente determinada de forma genética. Não estamos falando aqui de defeitos de visão de cor, como o daltonismo, mas cada pessoa percebe cores a seu próprio modo, e estas diferenças podem ser significativas. Aparentemente é muito importante ser capaz de ajustar a distribuição espectral de uma luminária, para achar uma cor aceitável para o usuário no seu aquário de corais.

Para observar a fluorescência de corais precisamos irradiar as proteínas fluorescentes com luz de um comprimento de onda específico. Olhemos para o gráfico de absorção e radiação de luz para os pigmentos fluorescentes mais comuns em organismos marinhos, como mostrado na fig. 8.

O eixo horizontal são as frequências que causam fluorescência em várias cromoproteínas; o eixo vertical é o comprimento de onde emitido como resultado da fluorescência. Pode-se notar que praticamente todos os pigmentos absorvem comprimentos de onda mais curtos e emitem comprimentos de onda mais longos. Como mostramos acima, o olho humano é mais suscetível à faixa de 550nm, e quanto mais luz é emitida nesta faixa, mais brilhante aparece ao olho humano. Assim, proteínas específicas disponíveis em organismos marinhos absorvem luz fracamente percebida pelo olho humano e emitem fluorescência em cores que aparecem muito mais brilhantes ao olho humano. Sob luz puramente ‘actínica’, que apenas contém comprimentos de onda curtos, nosso aquário vai brilhar com luzes coloridas, sendo que a luz incidente quase não é percebida por nossos olhos. Isto cria a impressão de haver pontos de luz nos pólipos dos corais, que brilham no escuro!

As cores dos corais, como percebidas pelo olho, também dependem da cor da luz incidente. A cor de qualquer objeto que vemos representa a porção refletida da luz incidente. Como mostramos acima, quando iluminadas por uma luz com todo o espectro de cores, as folhas das plantas absorvem a maioria do espectro incidente e reflete a parte verde, por isso percebemos as folhas como verdes. Se, entretanto, iluminarmos as folhas com uma luz onde a parte verde do espectro está faltando – por exemplo, se iluminarmos as folhas com luz vermelha – elas aparecerão pretas para nós, pois toda a luz incidente será absorvida. De forma similar, objetos brancos parecem brancos sob uma luz com espectro total porque ela reflete de maneira uniforme todo o espectro incidente, mas aparecerão da cor da luz que for irradiada sobre eles: vermelho, verde, azul, ou qualquer das suas combinações.

De volta aos corais – vamos considerar um organismo contendo uma proteína que, quando irradiada com 420nm, vai fluorescer com 520 nm. Por razões de simplicidade, vamos supor que nossa fonte de luz apenas emita em 420 nm, e que o coral absorva esta luz totalmente, sem reflexão alguma. O olho humano tem sensibilidade extremamente baixa para este comprimento de onda (quase invisível para nós), enquanto que é muito sensível para a radiação resultante da fluorescência. Veremos esta fluorescência muito bem sob uma fonte ‘negra’ de luz puramente actínica. Se a fonte de luz fornece radiação em outros comprimentos de onda, a cor resultante do organismo marinho será a somatória da luz fluorescente com a luz refletida. Se a luminária contém comprimentos de onda aos quais o olho humano é muito sensível, em especial ao redor de 550nm, vermos principalmente a luz refletida da luminária, e a percepção da fluorescência do coral será mais fraca com uma iluminação de fundo mais brilhante.

Nossa conclusão é que para a melhor observação da fluorescência, nós devemos iluminar o tanque com uma luz tal que a porção defletida vai nos atrapalhar o mínimo na visão da luz irradiada pelos corais. Comprimentos de onda necessários para a fluorescência de todas as cromoproteínas são numerosos, e não há um único comprimento de onda que poderia ser usado para fazer uma luz actínica ideal. Baseado na figura 8, a fluorescência é observada em uma faixa muito ampla de luz incidente, principalmente entre 400 e 500 nm, e diferentes organismos tem conjuntos de proteínas fluorescentes diferentes. Para a melhor fluorescência precisamos ter a capacidade de ajustar o espectro luminoso nesta faixa de 400 a 500nm, de acordo com as necessidades particulares de cada aquário.

Notemos que a fluorescência será observada na faixa de 400 a 450nm, particularmente porque os olhos são menos sensíveis naquela faixa. A luz nesta faixa é em geral chamada de ‘luz actínica’.

Com certeza a fluorescência de corais é um dos principais fatores para a beleza de um aquário, mas a luz na faixa de 400-500nm também tem outra importância: esta é a luz mais apropriada para promover a fotossíntese marinha. Portanto, esta parte do espectro é da maior importância para um aquário marinho.

Esta conclusão confere com os resultados experimentais neste campo [16]. Fragmentos de Acropora millepora foram mantidos por seis semanas sob quantidades equivalentes de luz vermelha,verde e azul. A conclusão do artigo é que “a intensificação da pigmentação dos corais é dependente do componente azul do espectro e regulava nos níveis transcripcionais”, e “acumulação pela luz de proteínas GFP (Green Fluorescent Proteins) observadas sob a exposição à luz verde é provavelmente devida a luz residual azul passando pelo filtro verde”. Os experimentos também revelaram que a radiação na faixa de 430 nm é mais eficiente em promover a coloração protetora brilhante dos corais: “Entre os conhecidos FPs e CPs, somente as propriedades de absorção das CFPs bate em termos espectrais com a faixa principal de absorção da clorofila a e c em 430 nm, tornando-os viáveis para proteção efetiva do sistema fotossintético das zooxantelas”.

A intensidade da luz também é muito importante no crescimento e produção ativa de cromoproteínas fluorescentes.

Uma fonte de luz pode ser talvez caraterizada da melhor maneira pela distribuição espectral da energia ótica radiada em diferentes comprimentos de onda. Esta característica é normalmente representada pela sua curva espectral. Para a maioria das fontes de luz, entretanto, a curva espectral não está disponível, em geral, e em seu lugar é fornecida apenas uma estimativa do fluxo luminoso medido em lumens.

Fluxo luminoso em lumens é potência luminosa irradiada visível, conforme percebida pelo olho humano – dependendo da sensibilidade deste aos diferentes comprimentos de onda. Nota: Um lumen é o fluxo total luminoso emitido uniformemente por uma fonte luminosa com intensidade de uma vela através de um ângulo sólido de um esteroradiano (um cone com o ângulo de aproximadamente 65,6º no seu ápice). Vela é a intensidade luminosa, em uma dada direção, de uma fonte que emite radiação monocromática de comprimento de onda de 555 nm (isto é, o comprimento de onda no pico da sensibilidade do olho humano), e tem a intensidade irradiante naquela direção de 1/683 W por esteroradiano.

Um Watt de potência óptica irradiado no comprimento de onda de 555 nm corresponde a 683 lm (lumens). Para qualquer outro comprimento de onda, ele é igual à potência óptica emitida naquele comprimento de onda multiplicado pela função da sensibilidade do olho humano naquele mesmo comprimento de onda. Para determinar o total de lumens emitido por uma fonte de luz é necessário somar todos os lumens para cada comprimento de onda emitido.

Fig. 9 - Um experimento com Acropora millepora ilustrando a produção de cromoproteínas em nível insuficiente para fotossíntese, e intensidade de iluminação ótima para esta espécie.
Fig. 9 – Um experimento com Acropora millepora ilustrando a produção de cromoproteínas em nível insuficiente para fotossíntese, e intensidade de iluminação ótima para esta espécie.

É evidente que a intensidade da mesma quantidade de energia luminosa em várias partes do espectro será percebida de forma diferente pelo olho: uma fonte poderosa na faixa de 400-450 nm será percebida como uma luz fraca, enquanto que uma fonte luminosa na faixa do infravermelho aparecerá negra. Portanto, uma estimativa do fluxo de luz em lumens só é válida quando a distribuição espectral desta luz não for importante, e a única coisa que importa é o brilho, conforme percebido pelo olho humano.

Em nosso caso, uma maneira mais apropriada para determinar a radiação luminosa seria o número de fotons por segundo atingindo uma superfície de 1 metro quadrado: µmol.fotons/m2.s.

Durante centenas de milhões de anos de evolução, os organismos marinhos se adaptaram a diferentes níveis de potência luminosa. Para cada organismo fotossintético pode ser definido tres valores limites [14]. O primeiro nível (menor intensidade) determina o mínimo de luz necessária para manutenção da biomassa fotossintética do organismo – é o mínimo de luz necessária que não resultará em ganho ou perda de massa. O segundo nível é referente à iluminação na qual a fotossíntese atinge seu máximo. Finalmente, o terceiro nível, o maior valor, é o máximo de luz que pode ser utilizada – não ocorre nenhuma melhoria acima deste nível. Estes três níveis dependem, naturalmente, de cada organismos em particular, mas podemos utilizar uma estimativa para organismos marinhos vivendo em águas rasas. Podemos estimar com segurança que 80-100 µmol.fotons/m2.s seria um limite inferior, 150-200 o valor médio, e 300-400 o ótimo. A saturação ocorre ao redor de 600-700 µmol.fotons/m2.s.

Em nossos aquários de corais, devemos buscar um nível significativamente melhor que o valor inferior – de preferência próximo ao valor ótimo.

Vamos considerar ainda um outro experimento com Acropora millepora para ilustrar a produção de cromoproteínas sob condições abaixo da iluminação ótima, e quando o nível de luz atinge o valor ótimo para a espécie (fig. 9).

Em relação à intensidade de luz este trabalho também mostra que cromoproteínas não são formadas sob iluminação abaixo de 100 µmol.fotons/m2.s, e seu número cresce quase linearmente como aumento da intensidade luminosa até cerca de 700 µmol.fotons/m2.s.

Fig. 10 - Um tubo típico actínico: Giesemann Actinic Plus
Fig. 10 – Um tubo típico actínico: Giesemann Actinic Plus

Entretanto, não é uma boa idéia prover tanta luz em um aquário doméstico, visto que corais podem se tornar muito exigentes quanto aos parâmetros ambientais sob estes níveis extremos de iluminação. Sob condições da água abaixo das ideais, estes níveis de iluminação podem levar ao resultado contrário: o branqueamento de corais.

O experimento ilustra que o nível ótimo de iluminação melhora o crescimento e a coloração de corais, tanto para proteínas normais como para as cromoproteínas fluorescentes.

Concluindo do discorrido acima, luz na faixa de 400-500 nm é a mais adequada para organismos fotossintéticos marinhos, e a porção de comprimento de onda mais curto (400-450 nm) é a mais adequada para a coloração brilhante.

Vamos considerar as fontes de luz actínica mais populares para aquários. Estas são tubos fluorescentes que irradiam na faixa de 400-500 nm, como a Giesemann Actinic Plus, fig. 10.

Fig 11 - O espectro da POWERCHROME actinic plus
Fig 11 – O espectro da POWERCHROME actinic plus

Olhando a distribuição espectral deste tubo, vemos que, além do espectro puramente actínico, que é necessário para a fluorescência dos corais, também temos um pico parasítico bem claro ao redor de 550 nm. Como já foi apontado, o olho humano é 20 vezes mais sensível para comprimento de onda nesta faixa do que na faixa actínica que causa fluorescência (ver fig. 6).

Como resultado disto, este bulbo é visualmente perceptível como brilhante, quase branco, mas com forte tom azul-violeta. A fluorescência resultante vai ser parcialmente ‘apagada’ como resultado desta radiação parasítica na faixa mais visível.

Em anos recentes foram feitas várias tentativas de se produzir um tubo actínico de espectro mais estreito. Um dos melhores é o Giesemann POWERCHROME atínia plus, que reduz significativamente a porção de 450-500 nm (fig. 11).

Podemos ver que a porção ‘parasítica’ do espectro deste tubo é menor, e que a faixa de 420-430 nm está melhor representada. Entretanto, este tubo também aparece aos nossos olhos como bem brilhante, por causa do pico ainda existente em 500 nm. Até agora, tubos fluorescentes convencionais não são tão eficientes para observação da fluorescência em aquários de corais.

A Alternativa

Desesperado? Ainda não! Recentemente houve alguns avanços na área de fontes de luz de estado sólido, e muitas luminárias para aquários agora são construídas com LEDs.A vantagem de luminárias LEDs sobre fontes convencionais são muitas; vamos considerar apenas os principais fatores.

Vantagem #1: Alta eficiência e baixa geração de calor

Alta eficiência tem dois componentes. Em primeiro lugar, os LEDs são aproximadamente duas vezes mais eficientes que tubos convencionais ou HQIs em converter energia elétrica em luminosa. Em segundo lugar, LEDs irradiam somente em uma direção, e portanto não bloqueiam a sua própria luz. Utilizando-se de lentes adequadas, a luz dos LEDs pode ser facilmente concentrada em uma região desejada. Boas lentes de LEDs são compactas em tamanho e, ao mesmo tempo, ajudam a transferir até 90% da luz produzida através da superfície da água. Em comparação, quando usando tubos convencionais com refletores, apenas 40% da luz penetra a superfície. Os melhores refletores, muitas vezes desajeitados, podem aumentar isto para 60% de penetração da luz, e o tubo ainda bloqueia parcialmente a luz retornando do refletor. A eficiência resultante dos melhores LEDs pode ser até 3 vezes maior que a dos melhores tubos. Consequentemente, LEDs podem gerar mais de 4,5 vezes menos calor. Isto quer dizer que, instalando uma luminária LED sobre um aquário podemos provavelmente eliminar a necessidade de um chiller caro (que também consome muita energia elétrica). Assim, luminárias LED podem conseguir ganhos significativos de energia; além da economia propiciada, a redução no impacto ambiental também é importante.

Vantagem #2: Vida útil ampliada

Sendo uma fonte de luz de estado sólido, um LED não tem partes sujeitas a desgaste, como um filamento incandescente. Quando operado dentro das suas especificações, e garantindo que não ocorra superaquecimento, LEDs de qualidade se degradam muito lentamente. Entretanto, LEDs tem suas necessidades específicas que temos que levar em consideração ao desenhar uma luminária.

A vida útil dos melhores LEDs disponíveis no mercado hoje (Cree XT-E, LUXEON Rebel ES) é muito grande, se o calor gerado é removido com eficiência e a fonte de energia elétrica é adequada. Claro que estes novos LEDs foram testados por dezenas de anos, usando modelos complexos para simular vida útil, e a queda de luminosidade durante este período pode ser estimada. Vamos nos referir a dois tipos nesta estimativa: baseado no modelo Cree (que chamaremos de ‘cenário de pior caso’) e em parêntesis vamos fornecer dados baseados no modelo Philips para seu LUXEON Rebel ES (que chamaremos de ‘modelo otimista’). Se todas as condições operacionais forem preenchidas, obteremos cerca de 70% da radiação inicial após 40 (150) mil horas de operação. Estes dados se traduzem em 10 (33) anos de operação para uma luminária submetida a um foto-período de 12 horas. Após este período, os LEDs vão perder luminâncica atingindo cerca de 50% do valor inicial após 100 (200) mil horas!

A probabilidade de uma falha simples de um LED em uma luminária é bem baixa, cerca de 1% durante um período de 50 mil horas de operação, e após este período a probabilidade sobe a 50% nas 200 mil horas de operação. Muitos LEDs em luminárias são em geral conectados em série, o que significa que quando um dos LEDs falha, aquele circuito todo fica afetado. Se olharmos estes dados de forma estatística, é provável que para uma luminária com 200 LEDs isto pode acontecer em 10 anos. Entretanto, a morte de um LED é um evento probabilístico e pode acontecer de um determinado LED ‘fritar’ durante suas primeiras horas de operação. Na prática, se as condições de operação forem boas, a vida útil de LEDs modernos é muito longa.

Em comparação, tubos fluorescentes convencionais precisam ser repostos a cada 4 a 6 meses. Baseado em nosso cenário de pior caso, isto significa que eles terão sido substituídos ao menos 20 vezes durante a vida útil de uma luminária LED. Sabendo que o custo de tubos especiais para aquários marinhos pode ser alto, uma luminária LED pode prover economia significativa; isto é, não apenas monetária, mas também no tempo que é gasto em adquirir e trocar os tubos fluorescentes.

Vamos calcular a possível economia ao usar uma luminária LED. Uma luminária LED de 300W pode substituir uma luminária de T5 de 900W usada um um aquário de 160 galões (608 litros). Em 10 anos a luminária LED vai economizar ((900 – 300)/1000)*12*365*10 = 26.280 KWh de energia elétrica. O custo da eletricidade depende de onde você vive, quanto você usa e possivelmente seu perfil de uso; as taxas de uma mesma concessionária pode variar de 12c a 15c por KWh [17] (nos EUA). Para nossa estimativa vamos usar um valor de 15c por KWh, que é um exemplo razoável (você pode ver o quanto gasta de energia olhando sua conta de luz). Baseado nos 15c por KWh, a luminária LED vai economizar $3.942 apenas em energia. Se levarmos em conta o custo médio de um tubo T5 de 80W como sendo em torno de $25, vamos economizar adicionalmente $25*10*20 = $5.000 nas trocas de tubo. Sua economia total em 10 anos será de $8.942. Isto é um ‘melhor cenário’ estimado e não consideramos outras despesas adicionais – por exemplo, de um chiller para remover o excesso de calor, assim como a sua necessidade de energia elétrica. Além disso, há os valores não-monetários – como o conforto de não ter que se preocupar com manutenção da luminária por 10 anos! Assim, as economias durante o período de operação são várias vezes superiores ao custo da luminária LED mais sofisticada. Em outras palavras, você não apenas economiza, você ganha dinheiro ao longo da vida útil de sua luminária.

Vantagem #3: Habilidade de ajustar a iluminação e o espectro

Quando usados drivers dimerizáveis, os LEDs podem ser facilmente ajustáveis. Aquaristas geralmente usam controladores especiais para imitar nascer e por do sol, similar às condições de iluminação natural ao longo do dia. É importante, entretanto, se notar que nascer e por do sol na zona equatorial são muito mais rápidos comparados com latitudes mais altas, e a duração do dia é igual à da noite (ou seja, o foto-período é sempre de 12 horas). Vejam o diagrama mostrado na fig. 12 [20]:

Fig. 12 - A ilustração mostra como a hora do dia (A-E) afeta o ângulo da luz solar incidente. Imagem cortesia da NASA Earth Observatory.
Fig. 12 – A ilustração mostra como a hora do dia (A-E) afeta o ângulo da luz solar incidente. Imagem cortesia da NASA Earth Observatory.

A real irradiação na superfície depende de múltiplos fatores, como nuvens, a quantidade de água evaporada no ar, turbulência atmosférica, etc. A insolação medida em um recife da Grande Barreira de Corais em um dia típico é mostrada na fig. 13 [21]:

Fig. 13 - Irradiação e elevação solar em 2 de Setembro de 1998 em One Tree Island, Grande Barreira de Corais (23º30’S, 152º06’E) (Imagem cortesia de A. Salih, dados não publicados)
Fig. 13 – Irradiação e elevação solar em 2 de Setembro de 1998 em One Tree Island, Grande Barreira de Corais (23º30’S, 152º06’E) (Imagem cortesia de A. Salih, dados não publicados)

Note também que a luz é quase toda refletida quando os raios solares tocam a superfície em ângulos baixos. Reflexão também depende da velocidade dos ventos. Estas dependências estão ilustradas no diagrama da Fig. 14 [21].

Fig. 14 - Reflexão da luz solar em relação à incidência. Valores teóricos e medição percentual da luz do sol refletida em uma superfície completamente lisa em relação à elevação solar (baseados em cálculos de Weinberg, 1976; Grichenko in Weinberg, 1976)
Fig. 14 – Reflexão da luz solar em relação à incidência. Valores teóricos e medição percentual da luz do sol refletida em uma superfície completamente lisa em relação à elevação solar (baseados em cálculos de Weinberg, 1976; Grichenko in Weinberg, 1976)

Isto significa que a iluminação natural sob a água não é suficiente para fotossíntese até que a elevação do sol sobre o horizonte alcance aproximadamente 15º. Aproximadamente 30 minutos depois disto a iluminação cresce rapidamente para atingir metade do valor máximo diário. Portanto, o foto-período real é de apenas 9 horas. Estes são fatores que o aquarista tem que considerar se ele quer replicar os ciclos naturais da luz solar.

Agora vamos considerar outras características importantes da luz, que são necessárias para outras conclusões.

A primeira destas características é CCT – Correlate Color Temperature. CCT de uma determinada fonte de luz caracteriza a temperatura de um corpo negro que iria irradiar um espectro semelhante. Quanto mais quente o corpo negro, maior será a CCT e maior o conteúdo de luz azul (ou ‘fria’). Para ilustrar, a luz do sol tem um tom amarelado, enquanto gigantes azuis – estrelas gigantes com temperatura na superfície de 10.000K e acima (por exemplo, siriús) – aparecem azuladas mesmo a olho nú.

Vamos comparar o espectro de radiação de dois corpos negros diferentes com temperaturas CCT diferentes [10]. Os diagramas também mostram o comprimento de onda dominante. Fig. 15 mostra o espectro de uma fonte de luz com 5.500K, e a fig. 16 mostra 6.500K CCT:

Fig. 15 - Espectro de uma fonte de luz com CCT 5.500K
Fig. 15 – Espectro de uma fonte de luz com CCT 5.500K
Fig. 16 - Espectro de uma fonte de luz com CCT 6.500K
Fig. 16 – Espectro de uma fonte de luz com CCT 6.500K

Você pode ver que o comprimento de onda dominante cai com o aumento do CCT: é igual a 444 nm para a luz relativamente quente de 6.500K CCT. Para um tubo de 8000K CCT o comprimento de onda calculado é de cerca de 420 nm.

Em termos práticos, CCTs acima de 20.000K não fazem sentido. Entretanto, alguns fabricantes de lâmpadas frequentemente extrapolam o espectro para uma faixa de interesse especial, oferecendo tubos semelhantes ao mostrado na fig. 17:

Fig. 17 - O espectro do tubo Grassy glow super blue 25.000K
Fig. 17 – O espectro do tubo Grassy glow super blue 25.000K

Mesmo que o comprimento de onda dominante deste tubo seja em torno de 450 nm, ele tem um CCT de 25.000K! [11]

Assim, CCTs não podem ser usados como critério de comparação de espectros de fontes de luz em particular. Mesmo valores altos de CCT não garantem que teremos o desejado espectro actínico.

Outra característica importante é o CRI – o Color Rendition Index. Infelizmente este termo é em geral interpretado de forma errada. Ele caracteriza a influência de uma fonte de luz na percepção da cor de um objeto. Este parâmetro mostra como uma fonte de luz com um CCT em particular vai mostrar a cor de um objeto iluminado, comparada com uma fonte ideal – um corpo negro com a mesma temperatura de cor. Para determinar o CRI, um conjunto de 8 padrões de cores é iluminado com a fonte e com a luz de um corpo negro com a mesma temperatura de cor. Se nenhuma das amostras muda sua cor, o CRI é igual a 100. Este índice reduz em proporção inversa da mudança de cores nas amostras. Em geral aceita-se que um CRI acima de 80 já seja um bom valor. É importante saber, porém, que CRI é calculado para uma fonte com uma determinada temperatura de cor. Não é apropriado comparar-se uma fonte de luz de 2700K, com CRI de 82, com outra fonte com 5.000K e CRI de 85.

Note-se também que CCT e CRI são definidos apenas para fontes de espectro completo. O CRI de uma fonte monocromática é perto de zero, e o seu CCT não pode ser calculado. Vejam a fig. 15 e a fig 16 – pode-se ver um espectro amplo, começando próximo a 120 nm e terminando perto de 3.000 nm. Nesta ampla faixa existe um máximo muito claro, e a maioria da energia é irradiada em torno de uma faixa estreita de comprimento de onda. O espectro de radiação de um corpo negro nunca pode ter a forma de um pico estreito, similar ao espectro de uma fonte monocromática e, assim, calcular CCT para tal fonte não faz sentido.

Todas as fontes fluorescentes e HQIs tem um espectro discreto, enquanto a luz solar tem um espectro contínuo. Espectro discreto resulta de usar descarga de vapor de mercúrio (e outros metais), com vários picos em diferentes comprimentos de onda, muitos na faixa ultravioleta. Fósforo no tubo converte a radiação em faixas de luz visível. Um espectro discreto comparado com um contínuo é mostrado na fig. 18:

Fig. 18 - espectro contínuo (em cima) e discreto (embaixo).
Fig. 18 – espectro contínuo (em cima) e discreto (embaixo).

Os ‘buracos’ – comprimentos de onda que estão faltando em um espectro discreto – significam que certos matizes de cores não podem ser corretamente reproduzidos sob esta iluminação, e como resultado, a fonte de luz terá um CRI baixo. É claro que fabricantes tentam evitar buracos grandes no espectro. Vejam o espectro de um tubo HQI bem popular: BLV HIT 10.000K e BLV HIT 14.000K (Fig 19):

Fig. 19 - Espectro de HQI BLV HIT 10.000K (a)
Fig. 19 – Espectro de HQI BLV HIT 10.000K (a)

 

Fig. 19 - Espectro de HQI BLV HIT 14.000K (b)
Fig. 19 – Espectro de HQI BLV HIT 14.000K (b)

Estes bulbos não tem buracos tão profundos no seu espectro tais que a intensidade em certos comprimentos de onda cairia a zero, assim ambos são classificados como de espectro amplo e o seus CRIs podem ser determinados. Note-se que bulbos com diferentes CCT : 10.000K e 14.000K são usados neste exemplo. A principal diferença é na porção significativa de 400-440 nm no segundo bulbo, onde o pico de 460 nm está faltando. Isto é lógico e claro: quanto mais alta a temperatura de um corpo negro, mais o seu espectro se desloca para a região de comprimentos de onda mais curtos. Visto que a faixa de 400-450 nm é a mais importante para aquários de corais, e porque, para atrair clientes, os fabricantes calculam o CCT para satisfazer seus interesses, nós podemos seguramente afirmar que a máxima radiação na faixa desejada é conseguida somente quando um CCT de aproximadamente 20.000K é declarado. Vejam o espectro de uma HQI Hamilton de 400W com 20.000K CCT (fig. 20):

Fig. 20 - Espectro de uma HQI Hamilton Radium de 400W com 20.000K CCT
Fig. 20 – Espectro de uma HQI Hamilton Radium de 400W com 20.000K CCT

Este bulbo irradia uma porção significativa de sua potência na faixa de 400-450nm, com um pico bem marcado em 420-430 nm. Somente uma pequena porção da potência irradiada nas faixas de comprimentos de onda mais longos é responsável por tornar esta luz visível, ao invés de escura para os olhos como azul-violeta.

Bulbos com CCT altos são caracterizados por uma porção significativa da radiação na faixa de 420-430 nm. Aquaristas experientes recomendam bulbos de 20.000K para manter as melhores cores para organismos marinhos. Este conselho, obtido através de anos de prática, confirma as conclusões a que chegamos acima.

É claro que sempre existe uma exceção a cada regra. Em nosso caso, tal exceção é composta por organismos marinhos que vivem em águas rasas em seu ambiente natural, a zona das marés, por exemplo. Esta é uma importante observação: existem espécies que podem viver tanto em águas rasas como em profundidades médias, e elas são bem tolerantes ao espectro de luz. Certas espécies, entretanto, somente vivem perto da superfície, e não podem sobreviver mesmo em profundidades pouco maiores. Tais espécies não se adaptam bem, não só com iluminação fraca mas também com espectros diferentes. Algumas espécies de pólipos coloniais e do gênero dos Zoantideos são exemplo disso.

Vamos agora considerar o espectro irradiado por vários LEDs. O espectro de um LED cool-white com CCT em torno de 7.000K é mostrado na figura 21.

Fig. 21 - Espectro de um LED branco
Fig. 21 – Espectro de um LED branco

Este espectro não é discreto, mas tem uma queda significativa entre 470-500 nm. Este buraco pode ser compensado adicionando um LED azul à luminária. Veja a distribuição espectral da potência para diferentes cores de LEDs na série Philips LUXEON Rebel ES (Fig. 22).

Fig. 22 - Distribuição espectral da potência da Philips LUXEON Rebel ES
Fig. 22 – Distribuição espectral da potência da Philips LUXEON Rebel ES

Radiação dos LEDs azuis é mais adequada para compensar a faixa 470-490 nm. Melhor combinação ainda seria obtida adicionando um LED com pico em 475 nm, e felizmente, este LED existe!

Para explicar melhor isto, vamos considerar o termo ‘bin’, que fabricantes usam para caracterizar seus LEDs. Um bin é um grupo de LEDs que foram selecionados conforme um certo parâmetro. Existem bins para eficiência, CCT e CRI, e bins de comprimento de onda dominante (DWL) são disponíveis para LEDs monocromáticos. Bins DWL para LEDs azuis LUXEON Rebel são mostrados na tabela 1.

Tabela 1 - Distribuição em bins por comprimento de onda para LEDs LUXEON
Tabela 1 – Distribuição em bins por comprimento de onda para LEDs LUXEON

Vamos agora nos voltar à implementação de luminárias LED para nossos aquários.

Fig. 23 - Espectro da luminária LED Ecotechmarine Radion
Fig. 23 – Espectro da luminária LED Ecotechmarine Radion

Usar apenas dois tipos de LEDs (branco e azul) não é suficiente, porque uma luminária assim vai perder uma parte significativa de luz na faixa de 400-450 nm – mais do que é medido no oceano, na profundidade de apenas alguns metros. A faixa de 450 nm pode ser preenchida facilmente usando LEDs Royal Blue com o seu correspondente pico. Além disso, o espectro dos LEDs brancos cai rapidamente na faixa vermelha, ao redor de 650-660 nm. De acordo com o modelo mostrado na fig. 3, esta parte do espectro é necessária para organismos fotossintéticos de águas rasas, e adicionar esta faixa pode ser benéfico – vai também ajudar a realçar a cor vermelha no aquário. Que tipo de espectro deveríamos buscar, como resultado? Resposta: algo muito próximo das melhores luminárias que são disponíveis comercialmente hoje em dia. Como ilustrado na fig. 23, vemos o espectro da Radion da Ecotechmarine, ganhadora do concurso de 2011 de LEDs da ReefBuilders [18].

Como se pode ver, o buraco na faixa de 480 nm é preenchido corretamente (esta luminária usa LEDs Cree azuis). Além disso, um pico pequeno existe em 660 nm. Entretanto, comprimentos de onda na faixa de 400-430 nm, que promovem a fluorescência de muitos organismos marinhos, está faltando nesta luminária.

Fig. 24 - Fosforescência de pequenas partículas na água sob iluminação UV
Fig. 24 – Fosforescência de pequenas partículas na água sob iluminação UV

Esta faixa está faltando na maioria das luminárias LEDs. Até recentemente, nenhum LED de qualidade estava disponível no mercado para a faixa de 420 nm. Para os poucos disponíveis, os preços eram muito altos, além de baixa vida útil e eficiência. Ao mesmo tempo, a radiação necessária nesta faixa é muito grande, e acrescentar a quantidade de LEDs requerida afetava muito o custo de produção. Como resultado, os fabricantes instalavam uma pequena fração do número necessário de LEDs com luz actínica pura. No início de 2012 esta situação mudou com a introdução de LEDs eficientes e de custo relativo baixo na faixa de 420 nm [15]. Ao usar esta nova geração de LEDs na faixa actínica, foi possível criar luminárias LED com o espectro necessário para aquários de corais.

Muitos hobistas tentaram usar LEDs chineses de baixo custo na faixa actínica. Entretanto, sua eficiência é baixa e, como resultado, o cristal deteriora rapidamente pelo aquecimento. Pior de tudo, esta deterioração é difícil de se estimar visualmente, já que o olho humano tem pouca sensibilidade nesta faixa de 420 nm. Além disso, a distribuição espectral destes LEDs pode ser muito alta (de 350 nm na faixa ultra-violeta até o verde), e estes comprimentos de onda afetam a visibilidade da fluorescência dos corais. Ao mesmo tempo, pesquisas conduzidas pela European Commission Joint Research Cener [12] mostram que a luz ultra-violeta com comprimentos de onda curtos podem causar fosforescência de partículas suspensas na água (Fig. 24).

O diagrama mostra diversos gráficos para a fosforescência de partículas de diferentes tamanhos. Estamos mais interessados em partículas de tamanho ao redor de 60µm, que são abundantes em um aquário de corais. Quando irradiadas com luz de comprimento de onda menor que 370-380 nm, esta fosforescência pode ser bem significativa.

Diagramas espectrais amplos de gerações mais antigas de LEDs continham uma porção significativa de radiação de 370 nm que causava fosforescência bem perceptível de partículas suspensas, de tal forma que se recomendava aos construtores DIY que usassem poucos LEDs actínicos puros.

Felizmente as novas gerações de LEDs tem uma largura de banda de 30 nm [15], e ao se usar LEDs na faixa de 400-430 nm, podemos evitar a fosforescência de partículas suspensas, mesmo com a potência irradiada bem alta.

Vamos agora tentar estimar o total de luz nas faixas selecionadas: 400-440 nm, 440-480 nm, 480-520 nm, e 520-700 nm. Cada faixa corresponde a um canal de cor em uma luminária lED e pode ser conseguida com uma combinação de diferentes tipos de LEDs.

Insolação na superfície do oceano depende da presença de nuvens, posição do sol e outros fatores. Para nossas estimativas vamos assumir uma insolação mensal de 1789 J/cm2 baseada em 3 meses de estatística para Fiji [20]. Assumindo um foto-período de 12 horas, isto se traduz em 413W/m2.

Integrando a radiação solar de acordo com a Fig. 3, vamos obter a distribuição da luz visível nas faixas acima para diferentes profundidades (Tabela 2):

Tabela 2 - Potência média luminosa (em W por m2) para as faixas definidas do espectro diurno
Tabela 2 – Potência média luminosa (em W por m2) para as faixas definidas do espectro diurno

Embora a tabela seja baseada em distribuição espectral disponível em profundidades específicas, note-se que a faixa de 400-500 nm é a mais solicitada, visto que ela produz a melhor coloração e fluorescência em corais, enquanto que radiações de comprimentos de onda mais longos na faixa de 500-700 nm são pouco utilizadas por organismos marinhos fotossintéticos. Ao mesmo tempo, este comprimento de onda, em combinação com a faixa de 400-420 nm, vai promover a reprodução fiel da cor púrpura.

Como mostramos, a faixa de 400-480 nm é a mais importante para organismos fotossintéticos marinhos. Em seu ambiente natural, corais recebem 52 a 55 W/m2 de potência luminosa na faixa de 400-440 nm e 60 a 64 W/m2 na faixa de 440-480 nm.

Se usarmos apenas estas faixas em nossa luminária, usando a expressão empírica Watt/m2 = 0,21*L [19], podemos conseguir níveis de iluminação entre 528 e 567 µmol.fotons/m2.s. Como foi mostrado acima, isto é suficiente para crescimento adequado e coloração de corais mais exigentes.

Entretanto, não recomendamos usar tanta potência por todo o foto-período sobre o aquário, e os seguintes fatores precisam ser considerados:

  • Aparte as faixas de comprimentos de onda mencionados, para um efeito visual melhor muitos hobistas irão também utilizar LEDs em outras faixas. Estes LEDs irão contribuir para a potência total irradiada.
  • Potência irradiada acima de 400µmol.fotons/m[SUP]2[/SUP].s pode ser muito alta. A produção de cromoproteínas cessa abaixo de 100 µmol.fotons/m2.s, isto é, em um nível 1/4 daquele valor.
  • Muitos aquaristas utilizam controladores para imitar o nascer e o por do sol e outros efeitos, e a potência irradiada pode variar muito durante o dia. O valor médio durante o foto-período é menor que o valor máximo.
  • Organismos fotossintéticos marinhos utilizam mais eficientemente a radiação na faia em torno de 430 nm, e esta faixa também estimula a coloração mais intensa.

Acreditamos que o valor mais razoável de potência de radiação deve ser ao redor de 45W/m2 para a faixa de 400-440 nm e de cerca de 40W/m2 para a faixa de 440-480 nm. Nota: aqui e acima mencionamos radiação luminosa, em lugar de potência elétrica consumida pelos LEDs. Para determinar o número de LEDs necessários em uma luminária e sua corrente nominal, estes números devem ser convertidos em potência elétrica, que depende da eficiência dos LEDs utilizados. Este cálculo, a seleção de LEDs específicos e outras matérias referentes à construção de uma luminária LED serão considerados em um próximo artigo.

Se o aquário for apenas iluminado nestas faixas de comprimentos de onda por 12 horas, com nascer e por do sol curtos específicos à região equatorial, obteremos uma média de potência irradiada de 400 µmol.fotons/m2.s, que é suficiente para produção ótima de cromoproteínas. Visto que a luminária provavelmente vai incluir LEDs em outras faixas de comprimentos de onda, podemos assumir com segurança que estes números incluem alguma margem de potência.

Note-se também que, embora 400 µmol.fotons/m2.s de potência irradiada seja ótimo para a coloração dos corais, tal nível de iluminação exige condições ótimas na qualidade da água. Potência de radiação luminosa de 1/4 deste valor já é suficiente para iniciar a produção de cromoproteínas nos corais. Recomendamos começar lentamente, com valores iniciais perto do limite inferior de cerca de 100 µmol.fotons/m2.s. Dentro de alguns meses pode-se gradualmente aumentar a iluminação, enquanto se monitora de perto os parâmetros da água e a reação dos corais. Se o sistema é estável e todos os parâmetros estão na faixa ótima, a potência luminosa pode ser gradualmente aumentada até o nível de 400 µmol.fotons/m2.s.

Como vimos, parâmetros formais como CRI e CCT não são muito úteis pra determinar se uma certa luminária é apropriada para um aquário. Ao mesmo tempo precisamos novamente destacar que suficiente potência na faixa de 400-480 nm tem importância critica. Se as condições são preenchidas, outros parâmetros da luminária podem ser selecionados baseados nas preferências individuais do aquarista (apenas certifique-se que a potência total irradiada não exceda os valores recomendados). Temos que admitir, infelizmente, que a maioria das luminárias comercialmente disponíveis utilizam apenas a faixa de 450 nm e acima, muitas vezes deixando de lado a faixa muito importante entre 400 e 440 nm.

Referências:

http://en.wikipedia.org/wiki/Color_vision
David H.Hubel, Eye, Brain and Vision. 256p., 1995, ISBN/ASIN: 0716760096
http://www.ecse.rpi.edu/~schubert/Light-Emitting-Diodes-dot-org/Sample-Chapter.pdf
http://ies.jrc.ec.europa.eu/uploads/fileadmin/Documentation/Reports/Global_Vegetation_Monitoring/EUR_2006-2007/EUR_22217_EN.pdf
http://rybafish.umclidet.com/zooksantella-%E2%80%93-nevolnica-korallov.htm
http://afonin-59-bio.narod.ru/4_evolution/4_evolution_self/es_13_algy.htm
http://medbiol.ru/medbiol/botanica/000a984c.htm
http://batrachos.com/node/442
http://reefcentral.com/forums/showpost.php?p=20296037&postcount=27
http://www.photo-mark.com/notes/2010/nov/19/plancks-despair/
http://reefbuilders.com/2010/06/17/grassy-glow-25000-k-metal-halide-bulb-from-volx-japan-hits-the-mark-for-blue-light-addicts/
http://ies.jrc.ec.europa.eu/uploads/fileadmin/Documentation/Reports/Global_Vegetation_Monitoring/EUR_2006-2007/EUR_22217_EN.pdf – 26p.
R.W.Burnham, R.M.Hanes, C.J.Bartleson Color: A Guide to Basic Facts and Concepts. New York: John Wiley, 1953
Thai K. Van, William T Haller, and George Bowes Comparison of the Photosyntetic Characteristics of Three Submersed Aquatic Plants. www.plantphysiol.org/content/58/6/761.abstract
http://www.led-professional.com/products/leds_led_modules/semileds-achieves-40-external-quantum-efficiency-for-ultraviolet-uv-led-chips
C.D’Angelo, J.Wiedenmann, Blue light and its importance for the colors of stony corals, Coral Magazine, Nov./Dec. 2011
How much electricity costs, and how they charge you
Ecotech Marine’s Radion XR30w wins the 2011 Reef Builders LED showdown
http://www.onsetcomp.com/support/knowledgebase/unit-conversion
http://earthobservatory.nasa.gov/Features/EnergyBalance/page2.php
http://reefkeeping.com/issues/2002-09/atj/feature/index.php
Leletkin V.A., Popova L.I., Light absorption by carotenoid peridinin in zooxanthellae cell and setting down of hermatypic coral to depth, Zh. Obshch. Biol. 2005 May-Jun;66 (3)

Sobre Walmyr Buzatto

Veja Também

Dottyback Diadema / Diadem dottyback

Índice1 Ficha Resumida2 Informações Gerais3 Descrição4 Agressividade Ficha Resumida Nome Popular Dottyback Diadema / Diadem …

One comment

  1. Material muito bom sobre um tema tão importante e atual já que passamos por uma crise energética, aqui em Ribeirão Preto o calor chega a ser num fator limitante para nossos aquários e o resfriamento a saída, led ao meuver é a solução.

Deixe uma resposta

Facebook

css.php