Effetto della profondità sulla luce
La luce emessa dalla lampada, caratterizzata principalmente
da intensità e spettro, si modifica all'aumentare della
profondità essenzialmente per due motivi:
- assorbimento;
- allargamento del fascio di luce emesso all'aumentare della distanza
dalla lampada.
L'assorbimento può avvenire da parte di materiali opachi, come
rocce, piante, alghe, materiali d'arredamento, che schermano completamente
la luce eventualmente riflettendo in parte solo alcune lunghezze d'onda,
oppure da parte dell'acqua, che assorbe parzialmente la radiazione luminosa.
Mentre l'allargamento del fascio di luce emesso interessa soltanto l'intensità
della luce, l'assorbimento può anche modificare lo spettro della
radiazione in quanto l'acqua assorbe in misura diversa le radiazioni
a seconda della loro lunghezza d'onda.
Si partirà considerando un caso ideale, e via via si passerà
a vedere quali sono gli effetti che ci si può attendere dai diversi
fattori che entrano in gioco.
Effetto dell'assorbimento
L'assorbimento porta ad un calo esponenziale dell'intensità
all'aumentare della profondità. Normalmente l'equazione
che descrive tale diminuzione lungo un raggio di luce è
la cosiddetta legge di Lambert-Beer che si può scrivere
come: I=I0 exp(-kl d) dove I0
è l'intensità ad un certo punto (ad esempio in
superficie), I è l'intensità alla distanza d da
questo punto e kl è il coefficiente di assorbimento.
Quest'ultimo è funzione della lunghezza d'onda per cui,
come detto, la frazione assorbita non è la stessa per
tutte le radiazioni che compongono lo spettro.
Nella figura seguente è riportato l'andamento del coefficiente
di assorbimento in funzione della lunghezza d'onda per acqua
pura.
Con questi valori dei coefficienti di assorbimento, lo spettro a diverse
profondità risultante dall'assorbimento della luce emessa da
una lampada fluorescente a "spettro completo" (una Philips
TLD 940) diventa quello riportato nella seguente figura.
L'osservazione di questo grafico induce a qualche considerazione.
La radiazione a lunghezze d'onda minori (nel blu e nell'UVA) rimane
praticamente inalterata anche fino a 10 m.
La radiazione a lunghezze d'onda più lunghe (nel rosso principalmente)
viene invece assorbita per una frazione anche rilevante, tuttavia per
le profondità tipiche di un acquario (fino a 50 cm) l'assorbimento
non è trascurabile, ma non è neppure tale da comportare
una modifica sostanziale dello spettro. Anche fino ad 1 m di "cammino
ottico" del raggio nell'acqua la variazione dello spettro non è
accentuata.
Questo significa dunque che l'attenuazione dell'intensità della
luce e le modifiche allo spettro derivanti dall'assorbimento nell'acqua
in un acquario domestico non sono tutto sommato tali da determinare
sostanziali variazioni della luce fornita al variare della profondità.
La situazione si potrebbe modificare abbastanza nel caso di acque non
pure o pulite, con la presenza di particelle in sospensione o di sostanze
disciolte in grado di assorbire anch'esse la radiazione. Spesso ad esempio
composti organici, come quelli che si formano nei processi di decomposizione
del cibo non consumato e dei rifiuti degli organismi presenti in vasca,
danno picchi di assorbimento nel campo dei blu e degli UVA tendendo
a fornire all'acqua una colorazione ambrata o giallina. In tale evenienza
l'assorbimento aumenta, in quantità difficilmente prevedibile,
ma con un aumento che interessa principalmente le lunghezze d'onda più
corte (blu ed UVA), che sono quelle maggiormente assorbite da queste
classi di composti, mentre nel campo della radiazione rossa le variazioni
rispetto all'acqua pulita sono relativamente contenute.
Allargamento del fascio luminoso.
Il fascio di luce che parte da una sorgente luminosa
si può allargare e pertanto l'intensità cala allontanandosi
semplicemente dal punto di emissione a prescindere dall'assorbimento
da parte dell'acqua precedentemente discusso. Anche se è
opinione diffusa che tale diminuzione sia proporzionale alla
distanza al quadrato, tuttavia questo non è vero in generale
per tutte le sorgenti luminose. Anzi per le lampade fluorescenti
il calo (tranne che nelle zone più vicine alle estremità
della lampada, che però hanno relativamente poca importanza)
risulta proporzionale alla distanza dalla lampada e non al suo
quadrato. Per sorgenti puntiformi o quasi (ed a queste possono
essere assimilate le lampade ad alogenuri metallici e quelle
a vapori di mercurio con i propri riflettori) invece il calo
è effettivamente in pratica proporzionale alla distanza
al quadrato. Parrebbe pertanto più opportuno utilizzare
lampade fluorescenti per illuminare acquari più profondi,
visto che con l'aumentare della distanza con queste si ha un
calo di intensità in proporzione meno pronunciato. In
realtà occorre considerare alcune particolarità
dell'utilizzo delle lampade nelle vasche che alla fine possono
pesare parecchio sulla funzionalità.
In teoria le pareti dell'acquario possono riflettere gran parte
delle radiazioni che incidono meno perpendicolarmente alla superficie
dei vetri. Dunque soltanto una certa parte di raggi che partono
dalla lampada escono attraverso i vetri laterali, mentre gli
altri subiscono anche più di una riflessione rimanendo
all'interno della vasca finché non incontrano una superficie
opaca. Infatti se si prova a guardare attraverso i vetri laterali
della vasca verso l'alto in direzione della lampada, ci si potrà
accorgere che soltanto in certe posizioni si riesce a vedere
direttamente la "luce emessa dalla lampada", costituita
dai raggi che escono direttamente attraverso i vetri proprio
perché gran parte dei raggi emessi vengono invece riflessi
e rimangono all'interno dell'acquario. In un certo senso l'acquario
si comporta come un'enorme fibra ottica di grande sezione. In
alcune vasche di acquari pubblici (come ad esempio nella vasca
delle meduse all'acquario di Genova ed in quella di alcuni pesci
di mare aperto mediterranei all'acquario del Museo oceanografico
di Monaco) si sfrutta infatti questo fenomeno per illuminare
vasche alte alcuni metri fornendo luce soltanto dall'alto, con
un effetto piuttosto scenografico. Nell'acquario domestico tuttavia
è bene non fare troppo affidamento su questo fenomeno
sia perché i vetri possono essere ricoperti da un sottile
strato di alghe che riduce sensibilmente la riflessione sia
perché comunque la luce viene in gran parte assorbita
sui materiali di arredamento.
Inoltre vi è anche da considerare come i riflettori possono
modificare il fascio luminoso emesso dalle lampade. In effetti
i riflettori per lampade puntiformi forniscono fasci molto più
concentrati e direzionati di quelli (quando sono utilizzati)
forniti da lampade fluorescenti, per le quali, visto che l'emissione
è diffusa dalla superficie esterna della lampada, è
progettualmente molto più difficile concentrare il fascio
di luce. Il risultato è che con lampade puntiformi risulta
più semplice illuminare la zona desiderata alla profondità
a cui si trova ed a tal fine in genere è sufficiente
regolare solo la distanza del gruppo lampada-riflettore dalla
superficie dell'acqua. Viceversa con lampade fluorescenti, pur
se dotate di riflettore, il posizionamento è quanto più
vicino alla superficie dell'acqua (compatibilmente con la protezione
dagli spruzzi) per ridurre le dispersioni laterali al di sopra
dell'acqua. Di regola pertanto le fluorescenti si trovano a
circa 10-15 cm al di sopra della superficie, mentre le lampade
ad alogenuri metallici od a vapori di mercurio a 60-80 cm .
Quindi, anche se il calo dell'intensità in relazione
alla distanza segue le leggi prima citate, all'interno dell'acqua
la distribuzione dell'intensità con una lampada ad alogenuri
metallici od a vapori di mercurio (posta più lontano
dalla superficie) può risultare più uniforme che
con una lampada fluorescente.
La situazione che si realizza è schematizzata nel seguente
grafico dove viene riportato il calo dell'intensità della
radiazione rispetto a quella entrante alla superficie dell'acqua,
che si determina per effetto dell'allargamento del fascio luminoso.
È evidente che la distribuzione fornita dalla lampada ad alogenuri
metallici è più uniforme di quella risultante con una
lampada fluorescente. Quest'ultima d'altra parte non può essere
disposta molto lontano dalla superficie dell'acqua in quanto anche con
gli eventuali riflettori o plafoniere disponibili sul mercato gran parte
della radiazione emessa verrebbe indirizzata verso l'esterno senza entrare
in vasca. In altre parole con lampade ad alogenuri metallici fornite
di riflettori risulta più facile (o meglio più efficiente)
la copertura delle zone che si desidera illuminare da parte del cono
di luce prodotto. In definitiva le lampade fluorescenti sono penalizzate
dalla mancanza di riflettori della stessa efficienza di quelli per lampade
ad alogenuri metallici quando si tratta di illuminare in profondità
e non tanto dall'assorbimento da parte dell'acqua, che come visto è
comunque piuttosto modesto. Purtroppo non è possibile realizzare
riflettori di elevata efficienza per lampade fluorescenti a causa dell'emissione
diffusa dalla superficie interna dove sono disposti i fosfori, anche
se i riflettori presenti sul mercato non funzionano probabilmente in
modo ottimale e sarebbe possibile in molti casi fare di meglio.
Pagina iniziale
E' assolutamente vietata la riproduzione, anche
parziale, del testo e delle foto presenti in questo articolo,
senza il consenso dell'autore.
|