Mohu hádat, na co jsi myslel. Článek o teplotě. Proboha, útesová akvária jsou v USA populární už asi dvacet let a někdo se najednou rozhodl, že potřebujeme poradit, jak udržet akvárium na správné teplotě. Stačí ji udržovat v rozmezí 21-26 stupňů Celsia a je to.
Nyní si představte následující situaci: přišli jste k lékaři a je čas změřit si teplotu. Sestra zatřese teploměrem ve vzduchu a zaznamená údaje. To je pravděpodobně vtip – tohle vůbec není vaše teplota! To ale připomíná, jak v některých případech kontrolujeme teplotu vody v akváriu! Souhlasím s tím, že údaje budou spolehlivé: skutečně ukazují teplotu vody v daném bodě a s největší pravděpodobností i teplotu většiny korálů v akváriu. Pokud však k osvětlení útesového akvária používáte závěsnou osvětlovací konstrukci s vysoce výkonnými žárovkami (zejména pokud je systém hliníkový a/nebo má vysoce leštěný interiér), mohou se v akváriu vyskytovat izolovaná „horká místa“. Nepřekvapivě nejtěžší dopad budou mít korály umístěné přímo pod lampou nebo vedle ní: jejich teplota může být výrazně vyšší než teplota okolní vody.
Výsledky jsou zřejmé. Některé korály mohou vybělit, i když je teplota vody měřená obvyklým způsobem v normálních mezích.
Tento článek prezentuje výsledky jednoduchých experimentů a porovnává zjištění s důležitými výsledky nedávno publikovanými ve vysoce respektovaném časopise Limnology and Oceanography. Stručně také probereme některé problémy související s teplotou závěsných osvětlovacích systémů a podíváme se na možnosti omezení přenosu tepla z lamp do akvária.
Nádrž o objemu 378 litrů (obsahující 283 litrů přírodní mořské vody) byla umístěna v zatemněné, klimatizované místnosti. Pro osvětlení korálů (hlavně Porites lobata и Pavona variace) byl použit závěsný systém se dvěma 400wattovými halogenidovými výbojkami. Na těchto korálech byl proveden experiment, jehož účelem bylo otestovat vliv paprsků červeného spektra na zooxanthely. V procesu kontroly různých parametrů pro jejich uvedení do normálu bylo zjištěno, že obě lampy byly zahřáté na různé teploty. Navíc korály pod jedním z osvětlovacích systémů byly teplejší (někdy výrazně teplejší) než teplota vody.
K měření teploty byl použit IR teploměr. Navzdory skutečnosti, že existovaly určité pochybnosti o správnosti teplotních odečtů lamp, schopnost tohoto zařízení správně měřit teplotu objektů umístěných ve vodě (i když v malé hloubce. Bylo tam pouze 7-15 cm vody nad korály zůstala otázka.A vzdálenost mezi svítidly a hladinou vody byla asi 15 cm nebo tak nějak). Tyto údaje (týkající se teploty) byly předloženy Washington DC MACNA. V rámci prezentace byla diskutována metodologie výzkumu.
Navzdory skutečnosti, že uvedené informace byly pro mě docela uspokojivé, rozhodl jsem se experiment zopakovat. Byly provedeny dva experimenty: jeden experiment byl zaměřen na sledování teploty vody a korálů pod silnými proudy a druhý experiment měřil stejné parametry za podmínek slabšího proudění vody. Místo IR teploměru jsem použil dva termistory a datalogger od Spectrum Technologies. Na základně korálů Porites byly tenkostěnným diamantovým vrtákem vyvrtány otvory o průměru o něco větším, než je vnější průměr termistoru. Tyto otvory nedosahovaly povrchu korálu přibližně o 3-4 mm. Termistor byl opatrně umístěn dovnitř otvoru a měřil teplotu přímo pod hranicí porézní tkáně/skeletu korálů Porites. Korály byly umístěny na síťovaném materiálu, který umožňoval volný oběh vody (pomocí 19litrového zařízení Carlson Surge Device, nebo CSD) kolem, nad a pod korály. Takové podmínky umožnily umístit kabeláž termistoru pod korály nebo na stranu. Datalogger byl naprogramován tak, aby každou minutu měřil teplotu a PAR (fotosynteticky aktivní záření) během 3-3.5hodinových experimentů (v tomto článku uvažujeme pouze měření teploty). Když bylo vše připraveno, datalogger začal číst informace a o několik minut později se rozsvítila 400wattová lampa. Teploty byly měřeny uvnitř a pod korálem (ve stínu). Teplota vody byla měřena pomocí kalibrovaného rtuťového (laboratorního) teploměru. Přesnost odečtů obou termistorů byla předem zkontrolována: dva senzory byly umístěny do ohřáté, míchané vody a byl sledován teplotní rozdíl. Hodnoty z těchto dvou senzorů zobrazené na displeji dataloggeru byly porovnány s hodnotami z kalibrovaného laboratorního teploměru. Údaje obou termistorů souhlasily s údaji laboratorního teploměru, chyba byla do 0.1°C při měření teplot v rozsahu ~20°C až ~40°C. Inženýři spektra schválili použití termistorů a kabelů v mořské vodě po dobu nepřesahující 24 hodin.
V podmínkách těchto experimentů se teplota korálů zvyšovala rychleji než teplota vody. Obrázek 1 ukazuje teploty korálů a vody za podmínek vysokého proudu. Obrázek 2 ukazuje teplotu za podmínek snížení pulzního výboje zařízení Carlson Surge Device.
Obrázek 1. Graf změn teploty korálů a vody v akváriu pod výkonnou lampou.
Pokud je v akváriu silný proud.
Obrázek 2. Stejné jako na obrázku 1, ale s menším průtokem vody.
Je jasné, že během obou experimentů se korály ohřívaly rychleji než voda; přitom byl rozdíl teplot 1.6°C (při slabším průtoku vody) a 0.8C (při silném proudu). Všimněte si, že za podmínek těchto experimentů bylo možné změnit pouze periodicitu pulzu z CSD, nikoli rychlost (která samozřejmě zůstala stejná).
Digitální průtokoměr založený na rychlosti proudu zaznamenal maximální rychlost 42 cm/s s frekvencí 30 sekund pro „silný“ průtok a s intervalem ~1.5 minuty pro slabý průtok. Frekvence silného výboje je přibližně stejná jako proudění havajských útesů za klidného dne, ale rychlost je třikrát větší, než jakou zažívají koráli za „normálních“ podmínek. Je docela rozumné předpokládat, že teplota korálů a vody nebude stejná.
To vyvolává otázku vlivu sluneční energie na ohřev korálů v jejich přirozeném prostředí. Katharina Fabricius (jméno důvěrně známé seriózním akvaristům z její práce s měkkými korály) napsala v roce 2006 článek, v němž poznamenala, že korály mohou být ve skutečnosti teplejší než voda kolem nich. Dále poznamenala, že barva korálů určuje, jak korál absorbuje světlo, a proto ovlivňuje množství zahřívání. Výsledek její práce je prostě ohromující: teplota mořské hladiny se stala indikátorem možného začátku bělení korálů. Fabricius přitom počítá s vlivem dalších faktorů; Pigmentace korálů může hrát významnou roli při určování, zda korál přežije vlnu veder (El Nino).
Systém osvětlení a přenos tepla
Osvětlovací systém hraje významnou roli při zaostřování světla a odrážení UV a IR záření. To se ukázalo jako výsledek provedených experimentů. Použil jsem dvě závěsné lampy: vnitřek jedné byl lakovaný a vnitřek druhé leštěný hliník. Lesklý hliníkový povrch, snad v kombinaci s drobnými rozdíly v geometrii zavěšené konstrukce, odrážel viditelné záření mnohem účinněji než zavěšená konstrukce, jejíž vnitřní povrch byl natřen bílou barvou. Je zřejmé, že lesklý povrch také účinněji odrážel infračervené záření (o čemž svědčí vyšší teplota korálů pod ním).
Toto téma nepochybně vyžaduje další studium, abychom získali jasnější pochopení přenosu tepla z lamp na korály a jak se vyhnout souvisejícím problémům. Ve většině situací akvaristé jednoduše nemohou používat IR teploměry a samozřejmě by bylo zcela nepraktické používat ke kontrole teplot termistory. V této situaci můžeme nejvíce udělat, je najít způsoby, jak minimalizovat přenos tepla do akvária. Přejdeme proto k diskusi o dalších bodech zmíněných v této sérii experimentů.
Svítidla s lesklým vnitřním povrchem nebyla původně vybavena akrylátovými zábranami. To je nesprávné, protože neposkytuje ochranu proti selhání lampy v důsledku tepelného šoku způsobeného postříkáním (v takovém případě by se do akvária mohlo dostat i potenciálně nebezpečné UV záření). Ochranné sklo neboli „ochrana proti stříkající vodě“ také absorbuje část IR záření. Aby se normalizovalo UV záření (čti: eliminujte ho) během experimentů, byly z plechu Lexan vyříznuty listy vhodné velikosti a instalovány do svítidel.
S ohledem na možnost eliminace vzestupného proudění svítidlem instalací ochranného skla se teplota svítidla rychle zvýšila a nahoře dosáhla 97.7º C. Tento problém byl vyřešen následovně: pět otvorů o průměru asi 5 mm byly vyvrtány v ochranné fólii, což umožnilo nasměrovat proudění horkého vzduchu nahoru, skrz osvětlovací tělesa a ven přes horní část zařízení. Obrázky 3 a 4 ukazují teplotní graf s „zavřenými“ a „otevřenými“ svítidly. Obrázek 3 ukazuje teplotu svítidla (°F) před vyvrtáním otvorů a Obrázek 4 ukazuje teplotu svítidla s otvory a výsledný pokles teploty systému.
Snad nejdramatičtějším pozorováním bylo, že lesklý hliníkový povrch byl účinnější než bílý lakovaný povrch svítidla. Účinnost hliníkového povrchu byla dostatečná pro použití méně výkonných výbojek (tedy místo 400 wattů – 250 wattů) a získání srovnatelné intenzity světla. Představte si snížení vašich účtů za energii v důsledku sníženého výkonu – to vše v důsledku výběru svítidel s účinným reflexním povrchem.
Tato pozorování přesahují, že korál je o několik stupňů teplejší než okolní voda. Mluvíme o jednom z hlavních problémů údržby útesového akvária – nákladech. Za určitých okolností může správný výběr osvětlovacího zařízení pomoci snížit, nebo dokonce eliminovat náklady na pořízení a údržbu vodního chladicího zařízení.
Stává se, že při našich pokusech vytvořit z našeho pohledu „přirozené“ a „vhodné“ podmínky pro symbiotické bezobratlé může právě použití vysoce výkonných výbojek narušit hranice tepelné tolerance korálů a zničit je. zvířata existovat v „horkém místě“ osvětlovacího zařízení . V některých případech řešení problému nespočívá ve vodním chladicím zařízení, ale v účinném osvětlovacím systému, který umožňuje použití méně výkonných lamp.
Kromě toho by mělo být zřejmé, že „dobrý“ proud může zlepšit situaci oteplování korálů. Jedná se však o dvousečný meč, protože čerpadla ve vodě mohou přenášet další teplo do vody, a tím ji ohřívat. Navíc je možné, že nízké průtoky by mohly vést k ještě vyšším teplotám, než jsou uvedeny v textu. Tento článek však není určen k prozkoumání všech možných scénářů, kdy se teplota může stát kritickým faktorem, ani k prozkoumání dalších způsobů snížení teploty v akváriu. Naším úkolem je dokázat, že za určitých podmínek přijímají korály teplo ze světelných zdrojů. Korály umístěné přímo pod vysoce výkonné lampy (400 nebo 1000 wattů) vyžadují neustálé sledování známek snížené pigmentace. To, co jsme považovali za zabarvení způsobené vysokou úrovní PAR, může být ve skutečnosti výsledkem kombinace tří faktorů: světla, tepla a (pokud lampa není chráněna tak, jak by měla) UV záření. I když je docela možné, že teplota jako jediný faktor může způsobit změnu barvy.
Možná tento článek odráží obecný stav záliby v útesovém akváriu. Nyní se bavíme o detailech – většinu hlavních problémů jsme již vyřešili. Ale takové maličkosti se někdy stávají určujícími faktory, zda vás korál potěší nebo zda zemře; a také určují rozdíl ve výši účtů za elektřinu. Můžeme si jen gratulovat k pokroku v akvaristickém koníčku, kterého jsme za poslední dvě desetiletí zaznamenali. Ale je to také další důkaz toho, kolik se toho ještě musíme naučit.
