Kokia šviesa geriausiai prasiskverbia į vandenį?
Šviesos gebėjimas prasiskverbti į vandenį yra labai svarbus veiksnys įvairioms veikloms, pradedant povandenine fotografija ir moksliniais tyrimais iki nardymo ir komercinės žvejybos. Vanduo nėra pasyvi terpė; jis sąveikauja su šviesa per sugertį ir sklaidą, kurios skiriasi priklausomai nuo šviesos bangos ilgio, vandens skaidrumo ir aplinkos sąlygų. Nors nė vienas šviesos šaltinis neveikia tobulai visuose vandens nustatymuose, tam tikri šviesos tipai nuolat pranoksta kitus, praleidžiant vandenį. Šiame straipsnyje nagrinėjamas mokslas apie šviesos skverbimąsi vandenyje, nustatomi efektyviausi šviesos šaltiniai ir paaiškinama, kaip pasirinkti tinkamą šviesą konkrečioms aplinkoms.
Suprasti, kuri šviesa prasiskverbiaGeriausiai vandens, būtina pirmiausia ištirti, kaip šviesa sąveikauja su vandens molekulėmis ir suspenduotomis dalelėmis. Kai šviesa patenka į vandenį, jos likimą lemia du pagrindiniai procesai: absorbcija ir sklaida. Absorbcija įvyksta, kai vandens molekulės arba ištirpusios medžiagos -pavyzdžiui, mineralai, dumbliai ar organinės medžiagos-sugeria tam tikrus šviesos bangos ilgius, paversdamos juos šiluma ir sumažindamos šviesos intensyvumą. Išsklaidymas įvyksta, kai šviesa patenka į suspenduotas daleles, tokias kaip dumblas, planktonas ar nuosėdos, todėl šviesa atsimuša atsitiktinėmis kryptimis. Dėl šios sklaidos susilieja matomumas ir apribojama, kiek toli šviesa gali nukeliauti. Kartu dėl šių procesų vanduo tampa daug mažiau skaidria terpe nei oras, o tai daro didelę įtaką tam, kurios šviesos rūšys yra veiksmingiausios.
Bangos ilgis yra vienintelis svarbiausias veiksnys, lemiantis, kaip giliai šviesa prasiskverbia į vandenį. Elektromagnetinis spektras apima šviesą, kurios bangos ilgiai svyruoja nuo ilgos (raudonos, oranžinės) iki trumpos (mėlynos, violetinės). Apskritai trumpesnio ilgio bangos efektyviau prasiskverbia į vandenį, nes vandens molekulės lengviau sugeria ilgesnius bangos ilgius. Pavyzdžiui, raudona šviesa (620–750 nm) beveik visiškai sugeriama per pirmąsias 10–15 pėdų skaidraus vandens, todėl ji nenaudinga apšviesti didesniame gylyje esančius objektus. Oranžinė šviesa (590–620 nm) veikia šiek tiek geriau, bet vis tiek absorbuojama 25–30 pėdų atstumu. Geltona šviesa (570–590 nm) gali pasiekti 35–45 pėdų gylį, tačiau būtent žalia (495–570 nm) ir mėlyna (450–495 nm) šviesa puikiai prasiskverbia į vandenį, dažnai giedromis sąlygomis pasiekia šimtus pėdų.
Mėlyna šviesa, savo trumpo bangos ilgio, ypač efektyvus skaidraus sūraus vandens aplinkoje. Atvirame vandenyne, kur drumstumas (drumstumas dėl suspenduotų dalelių) yra mažas, mėlyna šviesa gali prasiskverbti į 300 pėdų ar didesnį gylį. Štai kodėl vandenynas žmogaus akiai atrodo mėlynas-vanduo mėlyną šviesą išsklaido labiau nei kitų bangų ilgių, todėl ji yra labiausiai matoma paviršiaus spalva. Giliųjų-jūrų narams, tyrinėjantiems skaidrų vandenyno vandenį, mėlyna šviesa yra būtina, nes ilgesni bangos ilgiai būtų sugeriami prieš pasiekiant didelį gylį. Mėlynos šviesos gebėjimas iki minimumo sumažinti sklaidą skaidriame vandenyje, todėl ji idealiai tinka tokiai veiklai kaip gilių{7}}vandenynų fotografavimas, kai labai svarbu išlaikyti matomumą dideliame gylyje.
Žalia šviesa, nors ir turi šiek tiek ilgesnį bangos ilgį nei mėlyna, dažnai pranoksta mėlyną gėlo vandens aplinkoje. Gėlame vandenyje paprastai yra daugiau dumblių, organinių šiukšlių ir suspenduotų dalelių nei atvirame sūriame vandenyje, ir šios medžiagos agresyviau išsklaido mėlyną šviesą. Tačiau žalia šviesa atitinka daugelio vandens augalų ir mikroorganizmų absorbcijos modelius, leidžiančius jai efektyviau prasiskverbti pro šias daleles. Drumstame ežere ar upėje žalia šviesa gali prasiskverbti 20–30 % toliau nei mėlyna, todėl tai yra tinkamiausias pasirinkimas žvejojant gėlame vandenyje, nardant vidaus vandenyse ir tyrinėjant ežerus. Pavyzdžiui, gėlavandeniai meškeriotojai naudoja žalias LED lemputes planktonui ir masalinėms žuvims pritraukti, nes šviesa palaiko matomumą per vandens drumstumą ir sukuria didesnį grobio „šviesos spąstus“.
Gėlo ir sūraus vandens skirtumas yra labai svarbus renkantis geriausią prasiskverbimo šviesą. Sūrus vanduo, ypač atvirame vandenyne, dažnai yra skaidresnis, jame yra mažiau suspenduotų dalelių, todėl susidaro optimalios sąlygos mėlynai šviesai. Tokiose aplinkose mėlynos šviesos trumpas bangos ilgis sumažina sklaidą, todėl ji gali nukeliauti toliau ir apšviesti objektus didesniame gylyje. Pavyzdžiui, giluminiai-vandeniniai laivai remiasi didelio-intensyvumo mėlynais šviesos diodais, kad galėtų tyrinėti vandenyno dugną, kur kitos spalvos būtų sugertos dar ilgai prieš pasiekiant tokį gylį.
Priešingai, gėlame vandenyje dažnai gausu organinių medžiagų ir dumblių, kurie išsklaido mėlyną šviesą ir mažina jos efektyvumą. Žalia šviesa, kurios bangos ilgis yra mažiau jautrus šių dalelių sklaidai, tampa geresniu pasirinkimu. Upėje, kurioje yra daug nuosėdų, arba ežere dumblių žydėjimo metu žalia šviesa gali išlaikyti matomumą ten, kur mėlyna šviesa būtų išsklaidyta į nenaudingą švytėjimą. Štai kodėl daugelyje gėlavandenių nardymo žibintų ir žvejybos žibintų naudojami žali šviesos diodai,-kurie geriau prasiskverbia drumstomis vidaus vandenų sąlygomis.
Drumstumas arba suspenduotų dalelių koncentracija vandenyje dar labiau įtakoja, kuri šviesa yra efektyviausia. Labai drumstame vandenyje-tokiame, kaip dumblo-prikrauta upė po audros arba pakrantės įlanka su stipriu nuotėkiu-dominuoja sklaida ir net trumpo-bangos ilgio šviesa stengiasi nukeliauti toli. Tokiomis sąlygomis žalia šviesa dažnai išlieka veiksmingesnė nei mėlyna, nes mažesnė tikimybė, kad jos bangos ilgis bus išsklaidytas didesnių dalelių, tokių kaip dumblas ar smėlis. Pavyzdžiui, vandenyje, kurio drumstumas viršija 50 nefelometrinio drumstumo vienetų (NTU), žalia šviesa gali išlaikyti matomumą iki 5–10 pėdų, o mėlyna šviesa gali būti išsklaidyta iki nenaudingos 3–5 pėdų atstumu.
Vidutiniškai drumstame vandenyje (10–50 NTU), pavyzdžiui, pakrantės estuarijoje arba ežere, kuriame auga vidutiniškai dumbliai, pasirinkimas tarp žalios ir mėlynos šviesos priklauso nuo esamų dalelių tipo. Dumbliai, kuriuose yra chlorofilo, sugeria mėlyną šviesą, bet atspindi žalią šviesą, todėl žalia spalva yra geresnis pasirinkimas vandenyje, kuriame gausu dumblių. Ir atvirkščiai, vanduo, kuriame yra daug mineralinių dalelių (pvz., smėlio ar molio), gali labiau išsklaidyti žalią šviesą, suteikdamas mėlynai nedidelį pranašumą. Daugeliu atvejų žalios ir mėlynos šviesos derinys naudojamas siekiant subalansuoti prasiskverbimą ir matomumą tokiomis mišriomis sąlygomis, užtikrinant, kad šviesa galėtų prasiskverbti į įvairių tipų daleles.
Be bangos ilgio, šviesos šaltinio tipas vaidina svarbų vaidmenį prasiskverbimui. Šviesos-diodai (LED) padarė revoliuciją povandeniniame apšvietime dėl savo efektyvumo ir gebėjimo skleisti tam tikrus bangos ilgius. Skirtingai nuo kaitrinių ar halogeninių lempučių, kurios skleidžia platų šviesos spektrą (įskaitant bangų ilgius, kurie greitai sugeria vandenį), šviesos diodai gali būti sukurti taip, kad skleistų tik skvarbiausius bangos ilgius,-paprastai mėlynus arba žalius. Ši fokusuota išvestis užtikrina, kad energija nebus švaistoma bangų ilgiams, kurie nedaro įtakos matomumui, todėl šviesos diodai yra daug efektyvesni nei tradicinės povandeninės lemputės.
šviesos diodaitaip pat turi pranašumų intensyvumo ir ilgaamžiškumo požiūriu. Jie sukuria daugiau liumenų vienam vatui nei kiti šviesos šaltiniai, o tai reiškia, kad jie gali tiekti ryškesnę šviesą su mažiau energijos-svarbiausia funkcija akumuliatoriams{2}} maitinamiems įrenginiams, pvz., nardymo lemputėms. Be to, šviesos diodai yra atsparūs vandens slėgiui ir vibracijai, todėl jie tinka giluminiam-jūros tyrinėjimui arba atšiaurioms gėlo vandens aplinkoms. Daugelis povandeninių šviesos diodų taip pat yra pritemdomi, todėl naudotojai gali reguliuoti ryškumą pagal drumstumą ir gylį, -sumažindami akinimą sekliame vandenyje ir padidindami intensyvumą gilesnėmis, tamsesnėmis sąlygomis.
Didelio-intensyvumo išlydžio (HID) lemputės, nors ir rečiau nei šviesos diodai, yra dar viena specializuotų programų parinktis. HID lemputės sukuria galingą, sufokusuotą spindulį, kuris gali efektyviai prasiskverbti į vandenį, nors jos yra stambesnės ir mažiau efektyvios energijos- nei šviesos diodai. Jie dažnai naudojami komerciniuose įrenginiuose, pvz., statant po vandeniu arba atliekant paieškos{4}}ir{5}}gelbėjimo operacijas, kur pirmenybė teikiama didžiausiam ryškumui, o ne perkeliamumui. Kaip ir šviesos diodus, HID lemputes galima filtruoti ir skleisti mėlyną arba žalią šviesą, taip pagerinant jų prasiskverbimą į tam tikrą aplinką.
Šviesos kampassija yra dar vienas svarbus aspektas. Siauras, sufokusuotas spindulys sumažina sklaidą, sutelkdamas šviesą tam tikra kryptimi, leisdamas jai nukeliauti toliau nei platus, išsklaidytas spindulys. Pavyzdžiui, 1000 -liumenų nardymo lemputė 10 laipsnių spindulio kampu apšvies objektus toliau nei 1000 liumenų šviesa 60 laipsnių kampu, o tai skleidžia šviesą platesnėje srityje, bet mažesniu intensyvumu atstumu. Daugelyje povandeninių žibintų yra reguliuojami spindulių kampai, derinant geriausius iš abiejų pasaulių, kad būtų galima įvairiapusiškai naudoti – siauras atstumas, platus, skirtas apšviesti didelius plotus sekliame vandenyje.
Praktinės programos pabrėžia tikrąjį{0}}mėlynos ir žalios šviesos efektyvumą pasaulyje. Pramoginio nardymo metu mėlyni šviesos diodai yra giluminio-vandenyno nardymo standartas. Jų gebėjimas prasiskverbti į skaidrų vandenį užtikrina, kad narai gali naršyti ir stebėti jūros gyvybę 100 pėdų ar didesniame gylyje.Žali šviesos diodai,kita vertus, yra pageidaujama nardyti gėlame vandenyje ežeruose ar upėse, kur jie perkerta dumblius ir nuosėdas, kad atskleistų uolas, žuvis ir povandenines struktūras.
Žvejyba yra dar vienas pavyzdys, kaip šviesos skverbtis įtakoja našumą. Žvejai gėluose vandenyse naudoja žalias šviesas, kad pritrauktų zooplanktoną, kuris savo ruožtu pritraukia masalines žuvis ir didesnius plėšrūnus. Žalios šviesos gebėjimas prasiskverbti į drumstą vandenį užtikrina, kad „šviesos spąstai“ tęsiasi pakankamai toli, kad sukurtų maitinimosi zoną. Sūriame vandenyje mėlynos šviesos dažnai naudojamos kalmarams ir pelaginėms žuvims pritraukti, kurios yra jautrios trumpiems bangų ilgiams, prasiskverbiantiems į atvirą vandenyną.
Moksliniai tyrimai taip pat remiasi tam tikrais šviesos bangos ilgiais. Jūrų biologai, tyrinėjantys giliavandenius-jūros organizmus, naudoja mėlynus šviesos diodus, kad apšviestų objektus jų netrukdydami, nes daugelis giliavandenių{2}}tvarinių išsivystė aptikti mėlyną šviesą. Limnologai (mokslininkai, tyrinėjantys gėlo vandens ekosistemas) naudojažalia šviesastebėti augalų gyvenimą ir žuvų elgseną ežeruose, kur žalios bangos geriau prasiskverbia į organinį{0}} turtingą vandenį.
Svarbu pažymėti, kad jokia šviesa negali įveikti didelio drumstumo. Tokiame drumstame vandenyje, kad matomumas ribojamas iki kelių colių-pavyzdžiui, purvo nuošliauža-paveikta upė-, net geriausi žali arba mėlyni šviesos diodai sunkiai prasiskverbs. Tokiais atvejais artumas prie taikinio yra svarbesnis nei šviesos tipas; Šviesos padėtis arti dominančio objekto (pvz., naras, laikantis šviesą prie uolos) yra vienintelis būdas pasiekti matomumą.
Aplinkos veiksniai, tokie kaip gylis ir paros laikas, taip pat sąveikauja su šviesos skverbimu. Ekstremaliame gylyje (200+ pėdų) net mėlyna šviesa palaipsniui sugeriama, todėl norint išlaikyti matomumą, reikia labai didelio-intensyvumo šviesos diodų arba HID lempučių. Šviesiu paros metu saulės šviesa papildo dirbtinę šviesą, o mėlynos ir žalios saulės bangos padidina povandeninių šviesų efektyvumą. Naktį dirbtinė šviesa turi veikti atskirai, todėl reikia daugiau sutelktų, didelio{5}}intensyvumo mėlynos arba žalios spalvos šaltinių.
Apibendrinant,geriausia šviesaprasiskverbti į vandenį priklauso nuo aplinkos: mėlyna šviesa puikiai tinka skaidriame sūriame vandenyje, kur jos trumpas bangos ilgis sumažina absorbciją ir sklaidą; žalia šviesa yra pranašesnė gėlo vandens ar drumstose sąlygose, kur ji atspari dumblių ir nuosėdų išsklaidymui. Šviesos diodai, pasižymintys gebėjimu skleisti fokusuotus bangos ilgius ir dideliu efektyvumu, yra efektyviausi šviesos šaltiniai povandeniniam naudojimui, pranokstantys tradicines lemputes tiek prasiskverbimu, tiek ilgaamžiškumu. Priderindami šviesos bangos ilgį prie vandens tipo ir drumstumo, naudotojai gali maksimaliai padidinti matomumą nardymo, žvejybos, tyrinėjimų ar bet kokios kitos povandeninės veiklos metu.
https://www.benweilight.com/lighting-tube-bulb/underwater-žvejyba-light-15000-lumens-green.html
