Aquarienbeleuchtung

Licht - einmal ganz allgemein

von Nikolai Frederik Slomma


Nichts Arges, wird sich Mancher denken. Um die Fische zu sehen, reicht doch eine Lampe. Von wegen, wird ein anderer einwenden, das ist extrem wichtig für die Pflanzen und damit für das Aquarium. Nun, wenn man sich klar macht, was Licht bewirkt, ergeben sich daraus schon einige Notwendigkeiten für die sinnvolle Beleuchtung eines Aquariums. Gegenstand dieser Betrachtung ist weitgehend nur der sichtbare Anteil der elektromagnetischen Strahlung im Bereich von 390 – 760 Nanometern. Die aquaristisch teilweise relevante UV A, - B, - C Strahlung im Bereich von 100 – 380 Nm bleibt außen vor, da mit ihnen kein Becken „beleuchtet“ wird. Der geneigte Leser möge mir verzeihen, wenn Ausdrücke auftauchen, bei denen er im Geiste nur noch abwinkt. Ich bin davon überzeugt, dass es nur mit „einfach“ in unserem schönen Hobby nicht weitergeht. Nichts desto trotz erläutere ich jene Begriffe so gut es eben geht.

Naheliegend scheint der berechtigte Wunsch des Aquarianers, Fische und Pflanzen im rechten Licht betrachten zu können. Im reinen Fischbecken sind die Anforderungen an Licht vergleichsweise gering. Das Meiste ergibt sich aus dem Folgenden. Es wird jedoch am Schluss noch einmal zusammenfassend darauf eingegangen. Wichtiger als die optische ist die biologische Funktion des Lichtes.

Photosynthese - oder besser Assimilation und Dissimilation

Die Photosynthese ist der Prozess, der Lichtenergie in chemische Energie umzusetzen vermag. Mit Hilfe des Chlorophylls (Blattgrüns) und Licht vermag die Pflanze aus anorganischem Kohlendioxid und Wasser organische Verbindungen aufzubauen. Über eine komplizierte Funktionskette erhalten wir neben anderen, besonders für die Pflanze wichtigen Stoffen, vor allem zwei Stoffwechselprodukte: Glucose (Traubenzucker) und Sauerstoff. Die Energie für die Umwandlung erhält sie über die Absorption von Licht. Übrig bleibt Sauerstoff. So schlicht sich das liest, so ist dieser Licht bedingende Prozess die Ursache für die Entstehung der Atmosphäre und die Entwicklung der gesamten Biomasse auf diesem Planeten. Diese bemerkenswerte Leistung haben die bei Aquarianern so unbeliebten zur Assimilation fähigen Cyanophyceae (Cyanobakterien/Blaualgen) vollbracht. Allerdings gibt es nicht die eine Blaualge, sondern etwa 2000 verschiedene Cyanophyceaen. Die Cyanobakterien brachten in der Urzeit katastrophale Auswirkungen für die anderen Lebewesen der Welt mit sich. In einer von Sauerstoff freien Umgebung lebten ausschließlich Anaerobier, auf die der neu gebildete aggressive Sauerstoff verheerend wirkte. Mit der Zunahme des Sauerstoffgehaltes zogen sich Anaerobier zurück oder entwickelten sich weiter. Einigen gelang es, Sauerstoff zu „atmen“. Bei der Atmung nehmen Bakterien den Sauerstoff der Umgebung auf und bauen organische Verbindungen in einer langen, sich ergänzenden Kette ( Stoffwechsel) wieder zu Kohlendioxid und Wasser um. Die Pflanzen erwähne ich auch in diesem Zusammenhang, da die in der Glucose gespeicherte Energie von ihnen ebenfalls über Atmung wieder freigesetzt wird. Die frei werdende Energie dient den notwendigen Lebensprozessen und die, letztendlich mineralisierten Stoffe, den Pflanzen wieder als Nahrungsgrundlage. Hier schließt sich der Kreislauf.

Sehlicht und Wuchslicht

Diese beiden Begriffe beschreiben nichts weiter als die unterschiedlichen Maxima des Lichtempfindens von Mensch und Pflanze. Die schaurig schöne Pflanzenlampe Gro-Lux kennt wohl jeder. Der violette Schein der Lampe ergibt sich aus den besonders betonten Farben Blau und Rot. Diese Farben sind die Bereiche des Spektrums, in dem Pflanzen ihre höchste Absorption haben.

Üblicherweise wird in der Aquaristik an dieser Stelle statt des Begriffes der Absorption derjenige der Assimilationsleistung bzw. Sauerstoffproduktion verwendet. Das macht insofern einen Unterschied, als ein Absorptionsspektrum die aufgenommene Lichtenergie beschreibt und die entsprechende Assimilationskurve die Umsetzung der Lichtenergie anhand der Sauerstoffproduktion. Im Diagramm verlaufen Absorptionsspektrum und Wirkspektrum (Assimilationskurve) bei verschiedenen Pflanzen ziemlich parallel. Bei anderen Pflanzen wird die absorbierte Lichtenergie vor allem im blauen Spektralbereich nicht in dem Maße in Assimilationsleistung umgesetzt, wie das Absorptionsspektrum es erwarten ließe. Für die Sauerstoffproduktion ist der rote Spektralbereich der wichtigere. 

Ein Teil der absorbierten Energie wird von der Pflanze anderweitig verwendet. (z.B. Morphogenese).

 

 

 

Den grüngelben Bereich zwischen Blau und Rot empfinden Pflanzen als finster. Dafür gibt es den passenden Begriff der „Grünlücke“. Grün wird als einzige Farbe von Pflanzen nicht absorbiert, sondern reflektiert. Das erklärt die grüne Farbe der Blätter – meistens. Manchmal spielen z.B. überlagernde rote Pigmente als Sonnenschutz eine Rolle.

In einer von der Sonne beschienenen Welt voller grüner Pflanzen ist der Weg nicht mehr weit, welche Farbe Tiere und auch der Mensch am besten wahrnehmen können. Es ist vor allem der grüne und der gelbe Bereich des Spektrums. Die höchste Empfindlichkeit des menschlichen Sehens besteht bei einer Wellenlänge von 555 nm, die Maxima der Pflanzen jeweils um 450 nm und 700 nm. Geben wir also den Pflanzen und Fischen möglichst viel von ihrem optimalen Spektrum. Für Pflanzen gilt das durchaus, wie wir noch sehen werden. Für Fische gibt es jedoch die biologische Notwendigkeit für viel Sehlicht nicht. Ganz im Gegenteil, die meisten Fische fühlen sich bei gedämpftem Licht erkennbar wohler.

Das setzt allerdings die Annahme voraus, dass Fische in der Regel ein ähnliches Sehlichtoptimum haben wie wir Menschen. Da ich dafür noch keine direkten Quellen habe, erwartet dieser Absatz schon absehbar seine Überarbeitung. Ein Indiz für die mögliche Richtigkeit dieser Annahme ist der aus dem folgenden Diagramm zu erkennende Sachverhalt, dass der grüngelbe Bereich des Spektrums im Wasser die geringsten Absorptionsverluste erfährt.

Neben den Reflexionsverlusten des Lichts beim Übergang von der Atmosphäre ins Wasser, bedingt durch Einfallswinkel des Lichts, Brechungsindex und Oberflächenbedeckung des Wassers, ergeben sich Weitere auf dem Weg durchs Wasser. Es wird sowohl von sichtbaren (filtrierbaren) als auch unsichtbaren suspendierten Teilchen zum einen gestreut und reflektiert und zum anderen in Form von Wärmeenergie absorbiert. Die Summe der Verluste im Wasser bezeichnet man als Attenuation oder Extinktion.

 

 

Aus der von Menschen und Pflanzen grundsätzlich unterschiedlichen „Sicht“ des Lichts ergibt sich ein praktisches Problem. 

Wie beschreibe ich Licht? 

Die Beschreibung des Lichts an sich ist unproblematisch, die relevanten Messgrößen werden nachfolgend erläutert. Das Problem entsteht, weil die üblichen Maßeinheiten auf der Empfindlichkeit des menschlichen Sehens basieren und diese eben nicht die gleiche ist wie die der Pflanzen. Bei Pflanzenlampen, wie beispielsweise der Gro-Lux, wird der Lichtstrom von den Herstellern aus gutem Grund gar nicht erst angegeben. Wie will ich auch mit der Messgröße Lumen, (basierend auf dem menschlichen Sehen) die Qualitäten einer Pflanzenlampe im blauen und roten Bereich des Spektrums beurteilen? Deshalb lassen sich Pflanzenlampen nicht objektiv miteinander vergleichen. Auch andere Leuchtmittel lassen sich mit diesen Mitteln nicht auf ihre Brauchbarkeit im Pflanzenaquarium hin überprüfen. Diesem Mangel hat sich Robert Miele auf seiner Homepage angenommen. ... (Hereinspaziert.de

Maßeinheiten 

Raumwinkel:

Ein Raumwinkel von 1° entspricht einem räumlichen Winkel, der als gerader Kreiskegel mit der Spitze in der Mitte einer Kugel mit einem Radius von einem Meter aus der Kugeloberfläche eine runde Fläche von einem m² beleuchtet. Das wird auch als 1 Steradiant (sr) bezeichnet.

Lichtstärke:

Gemessen wird in Candela (cd). Ein cd ist die Lichtstärke, die eine Lichtquelle mit 555 nm in eine bestimmte Richtung ausstrahlt, in welcher die Strahlungsstärke 1/683 Watt je Raumwinkel beträgt. Aus diesem engen Spektralbereich ergibt sich die Unmöglichkeit, Leuchtmittel sowohl für das menschliche Auge als auch für die Pflanzen als brauchbar zu klassifizieren. Einzige Ausnahme könnte die HQI-Lampe mit Daylight-Spektrum darstellen, da sie ein relativ sonnengleiches Spektrum aufweist.

Lichtstrom:

Gemessen wird in Lumen. Ein Lumen ist gleich dem Lichtstrom, den eine punktförmige Quelle mit einer Lichtstärke von einem Candela (1 cd) nach allen Richtungen gleichmäßig in den Raumwinkel von einem Steradiant (1 sr) ausstrahlt.

Der Lichtstrom in Lumen ergibt sich aus der Multiplikation von Lichtstärke in cd und dem Raumwinkel in sr:   lm = cd x sr

Leuchtdichte:

Gemessen wird in Candela pro Quadratzentimeter (cd/cm²). Das beschreibt den Wert mit dem eine bestimmte Lichtstärke auf eine bestimmte Fläche trifft.

Beleuchtungsstärke:

Gemessen wird in Lux (lx). Ein Lux entspricht der Beleuchtungsstärke auf einer Fläche von einem Quadratmeter, gleichmäßig beleuchtet mit einem Lichtstrom von einem Lumen: 1 lx = 1 lm/m²

Leistung:

Gemessen wird in Watt (W). Die Leistungsaufnahme gibt den Wert an verbrauchter elektrischer Energie an. Da der Strom bei unterschiedlichen Leuchtmitteln in unterschiedlichen Anteilen in Licht und Wärme umgesetzt wird, ist z.B. eine auf Watt/Liter basierende Beleuchtungsempfehlung zu ungenau.

Lichtausbeute:

Bezeichnet das Verhältnis von abgegebenem Lichtstrom in Lumen zur aufgenommenen Energie in Watt, kurz lm/W, jedoch leider wiederum bezogen auf 555nm Wellenlänge.  

 

 

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