Word-KORALLEN-AKTION-SPEKTRUM-NACH

SCHÖPKE ACTION SPEKTRUM FÜR KORALLEN
Veröffentlicht von Ronny Schöpke am 12. Juni 2016 | Kommentieren
Korallen Aktion Spektrum nach Schöpke
Vorwort.
In den letzten Jahren war es nicht möglich eine geeignete Lichtquelle in der Aquaristik über den
PAR (physicly Active Radiation µmol/(s·m²) bzw. W/m² für Sessile Wirbellose zu bestimmen.
Der Grund hierfür lag in der Tatsachen das dieser Wert nach McCree, K. J. (1971-01-01). “The
action spectrum, absorptance and quantum yield of photosynthesis in crop plants” bestimmt war.
Mc Cree beschreibt in seiner Arbeit die Absorption von Pflanzen in der Photosynthese Leistung.
Leider ist diese Kurve für sessile Wirbellose, (Koralline Lebensformen) welche Photosynthese über
ihre Zooxanthellen in einer Symbiose betreiben nicht anwendbar.
Um jedoch eine geeignete Aktionskurve in der Absorption zu finden, habe ich in Zusammenarbeit
mit der Firma Ocean Optics - welche das nötige Equipment gestellt hat - Absorptions Messungen
an Lebenden Korallen durchgeführt, um später aus einer Anzahl von Korallen eine Messkurve für
die PAR Wichtung von 200nm bis 1020 nm zu erstellen.
Hierfür möchte ich mich einmal bei Herrn Dr. Oliver Lischtschenko sowie Henry Langston bedanken. Auch gilt mein dank den ganzen Team von Ocean Optics.
Ebenfalls erhielt ich hier sehr viel Unterstützung von der Firma Korallenfarm Witten, welche mich
immer wieder mit Korallen unterstützt hat, um meine Messungen durchzuführen.
Natürlich gilt der dank auch meiner Familie, welche mir die Zeit für diese Arbeit eingeräumt hat.
Messaufbau
Um ein aussagekräftiges Ergebnis zu erhalten wurde ein Ocean Optics Flame Spektrometer verwendet, sowie eine Tungston Lichtquelle (Deuterium Halogen), um UV als auch den für das
menschliche Auge sichtbaren Bereich abzudecken.
Ebenfalls Ocean Optics.
Spektrometer
Specifications FLAME-S FLAME-T
SPECTROSCOPIC
Optical resolution:
Signal-to-noise ratio:
Dark noise:
Dynamic range:
Integration time:
Corrected linearity:
~0.1-10.0 nm FWHM (configuration dependent)
250:1 (full signal) 300:1 (at full signal)
50 RMS counts
1300:1 for a single acquisition, 8.5 x 10^7 (system)
1 ms – 65 seconds 3.8 ms – 10 seconds
>99%
ELECTRONICS
A/D resolution:
Power consumption:
Inputs/Outputs:
Trigger modes:
Strobe functions:
Gated delay feature:
Connectors:
16 bit
250 mA @ 5 VDC
8 x user programmable GPIOs
4 modes
Yes
Yes
USB, high density 40 pin JAE DD4 connector
DETECTOR
Detector:
Detector range:
Pixels:
Sony ILX511B linear silicon CCD array Toshiba TCD1304AP linear
silicon CCD array
190-1100 nm 190-1100 nm
2048 3648
PHYSICAL
Dimensions:
Weight:
89.1 mm x 63.3 mm x 31.9 mm (34.4 mm with feet)
265 g
Lichtquelle zur Anregung in der Absorption
Engineering Specifications
DH-2000-BAL
Sources:
Deuterium & Tungsten Halogen
Wavelength Range:
230 – 2500 nm
Color Temperature:
unknown
Nominal Bulb Power:
25 W (deuterium)
20 W (tungsten halogen)
Typical Output Power:
* 194 µW (deuterium bulb) /615 µW (tungsten bulb)
Warm-up Time:
** 25 minutes
Source Lifetime:
1,000 hours
Stability of Optical Output:
<5 x 10-6 peak-to-peak (0.1-10.0 Hz)
Drift of Optical Output:
<0.01% per hour
Trigger/Shutter Input Signal:
TTL; Up to 2.5 Hz maximum
Trigger/Shutter Connection:
SUB-D-15 pin
Integrated Filter Holder:
No
Operating Temperature:
5 °C – 35 °C
Operating Humidity:
5-95% without condensation at 40 °C
Power Requirements:
85-264 V 50/60 Hz
Power Consumption:
Approximately 78VA
Dimensions (W x H x L):
15 x 13.5 x 28.5 cm
Weight:
5,5 kg
Safety & Regulatory:
CE; ROHS, WEEE
Replacement Bulbs:
DH-2000-BD (deuterium)/DH-2000-BH (tungsten halogen)
* Typical output power coupled into a 600 μm UV/VIS fiber and measured with an optical power
meter integrated from 200 – 1100 nm
** Warm up time @23 °C ambient, free airflow, no vibrations
Messfaser
Messung Verschiedener Korallen
SPS
LPS
Anemonen
Acropora Tumida
duncopsomia Axifuga
Scheibenanemone Grün
Lila
Stylophora pistilata
Euphylia panancora
Entacmia Quadricolor
Grün Rot
Millepora Feuerkoralle
fungia
Poccilopra Damicornis
Grün/pink
Hydnopora
Acropora Florida
Echinophylia
Acropora Horrida
Caulastre Furcata
Acropora Humilis
Helofungia
acropora batunai
Euphyllia glabarensis
acropora Echinata
acropora microclados
acropora sarmentosa
Acropora Florida
seriatopora Stellata
montipora delicaluta
montipora rainbow
montipora digidata grün
lila pink
Acropora Nasuta
In der Messung wurden in einem Wasser gefülltem Becken mit einem Wasserstand von 10 cm immer wieder Korallen in der Absorption erfasst.
Um eine gleichbleibende Messung zu erhalten, wurde jede Messung fünf Mal wiederholt um die
Richtigkeit der einzelnen Aufnahmen sicher zu stellen.
Auch wurde jede gemessene Korallenart über 4 Wochen, je einmal in einer Woche einer fünfmaligen Messung unterzogen um Veränderungen oder Messfehler über die Zeit auszuschließen.
Hierbei zeigte sich das in der Absorption nur minimale Veränderungen von +- 3% von statten gingen.
Dieses Ergebnis konnte hier als Beweis für die funktionierende Darstellung der kompletten Photosynthetischen Anregung mittels der Beleuchtungsquelle (Tungston Deuterium Halogen) in einer
Konstante genommen werden.
Diese Photosynthetische Absorptionskurve spiegelt also die volle Verwertbarkeit der jeweiligen
Lichtenergie in der Farbausbildung durch UV Schutz als auch der benötigen Lichtwellen, welche
das Wachstum steuern dar.
Um hier wiederum zu überprüfen wie weit die Messungen korrekt sind, wurde hier in der Reflektion
gegen gemessen.
Dieser Arbeitsschritt wurde wie Eingangs bereits erwähnt in einer definierten Abfolge an diversen
Korallen durchgeführt.
Acropora Humils
Auswertung
Die so erstellten Absorptionsdaten wurden im nächsten Arbeitsschritt in ein Programm eingelesen
um diese damit möglichst genau Verrechnen zu können.
In der Verrechnung der bis dato erfassten Korallen, konnte so eine erste Mittelwertkurve im Bereich der SPS Koralle ( Short Polyp Scleractinia) und der LPS Koralle ( Large Polyp Scleractinia)
erstellt werden.
Durchschnittswert von LPS (Large Polyp Scleractinia ) in der Gesamt Absorption der Farbgebung
und Photosynthese.
Durchschnittswert von SPS (Short Polyp Scleractinia) in der Gesamt Absorption der Farbgebung
und Photosynthese
Um diese Verrechnung verwertbar zu dokumentieren habe ich hierbei sämtliche Rohdaten noch
einmal einzeln ineinander hoch gerechnet und durch die Anzahl der Messkurven geteilt, um dabei
einen genauen Mittelwert zu erhalten.
Problematik der Wassertiefe.
Durch die Anregung in der Absorption ab 200 nm kam hier die Frage auf, welches Licht den in den
einzelnen Wassertiefen verwertbar wäre.
Hierzu habe ich ein Tiefenmessung von Herrn Henning Wiese genutzt und hier die Penetration des
Lichtes in 3 m Wassertiefe genommen.
Der Grund hierfür liegt darin das die meisten der in der Meerwasser Aquaristik gepflegten Tiere
aus einer Tiefe zwischen 0,5 und 10m Tiefe stammen.
Auch Korallenfarmen in den Tropischen Breitengraden nutzen Wassertiefen um 3 m für ihre Zuchtstationen.
Tiefenmessung von Eiji Myorin Japan.
Tiefenmessung Henning Wiese mit Lighting Passport.
Ebenfalls wurden hier auch andere Messdaten als Vergleich zu Hilfe genommen.
Erstellung der einzelnen Kurven auf das tatsächlich anliegende
Licht im Mittelwert zu 3 m Wasserpenetration.
Um eine zuverlässige Kurve im Mittelwert zu bekommen, wurde nun im nächsten Arbeitsschritt die
Mittelwertkurve von LPS (Large Polyp Scleractinia) und SPS (Short Polyp Scleractinia) mir der
Wassertiefen Penetration auf 3m Tiefe verrechnet.
Auch diese 3m Kurve wurde aus verschiedenen Aufnahmen /Tage ermittelt, um eine relative Konstante zu erhalten.
Verrechnung des SPS Mittelwertes auf 3m Tiefen Spektrum.
Farbig die ungerechnete Absorption Mittelwerts Kurve von SPS
Hier fällt natürlich der Wegfall der erhöhten Rot und UV nahen Wellenlängen auf.
Diese Fallen aus dem Raster, da in dieser Tiefe die Penetration des Wassers die Absorption in dieser Konzentration nicht zulässt. Wobei am Ende doch genau dieses Spektrum verarbeitet wird, jedoch in einem sehr geringem Verhältnis.
Absorption Koralle /Wasserpenetration.
Fertig gerechnete Absorptionskurve für SPS = Action Spektrum Schöpke SPS
Dieser Arbeitsschritt wurden dann auch mit LPS (Large Polyp Scleractinia )durchgeführt.
Absorption Action Spectrum LPS (Large Polyp Scleractinia) Schöpke
Um wiederum ein Actionspektrum für Steinkorallen LPS/SPS zu bekommen wurden diese beiden
Spektren wiederum ineinander verrechnet.
Schöpke Action Spectrum for Stony Corals
Vergleich auf Proteine
Vergleich auf
Chlorophyll a,b,c
https://de.wikipedia.org/wiki/Chlorophylle
Carotine
https://de.wikipedia.org/wiki/Carotine
Phycocyanin
https://de.wikipedia.org/wiki/Phycocyanin
Phycoerythrin
https://de.wikipedia.org/wiki/Phycoerythrin
Zooxanthellen
https://de.wikipedia.org/wiki/Zooxanthelle
Man sieht auch hier wie nach der Schöpke Action Kurve alle benötigten Funktionen der Koralle bedient werden.
Anwendung
Natürlich muss die Schöpke Action Kurve im PAR erst in Versuchsmessungen zur Anwendung
kommen.
Dies Geschieht versuchsweise in dem SGAL von Asensetek
Hierzu wurde eine Plasma Lampe der Firma Gavita einer Messung unterzogen.
Messung
84 cm Abstand Beleuchtungselle zu Messe Sensor
Messröhre mit 60cm Wasserstand
Raum ohne Tageslicht oder andere Lichtquellen.
Wichtung nach:
Measurement Time:
Product Name:
Manufacturer:
Plant Name:
User:
Schöpke LPS SPS
17.07.2015 13:31:24
Plasma
Temperature:
36 ℃
Humidity:
Distance of Light Source:
Lamp Warm-up Period:
Height of Plant:
Note:
%
0,84 m
15 min
mm
Ronny
Parameter Value
Parameter
PPFD (400~700 nm)
PPFD IR (701~780 nm)
PPFD R (600~700 nm)
PPFD G (500~599 nm)
PPFD B (400~499 nm)
PPFD UV (380~399 nm)
YPFD (400~700 nm)
YPFD (380~780 nm)
YPFD IR (701~780 nm)
YPFD R (600~700 nm)
YPFD G (500~599 nm)
YPFD B (400~499 nm)
YPFD UV (380~399 nm)
R/ B
R/ FR
Illuminance
λp (380~780 nm)
λD (380~780 nm)
CCT
CRI
Value
91.215 μmol/㎡s
4.8720 μmol/㎡s
24.276 μmol/㎡s
37.907 μmol/㎡s
29.043 μmol/㎡s
1.7292 μmol/㎡s
55.131 μmol/㎡s
55.686 μmol/㎡s
0.1491 μmol/㎡s
4.8195 μmol/㎡s
26.745 μmol/㎡s
23.574 μmol/㎡s
0.3895 μmol/㎡s
0.84
4.98
7.8810 lux
5705 nm
498 nm
496 K
6751
Wichtung nach
MC Cree Pflanzenkurve
Measurement Time:
Product Name:
Manufacturer:
Plant Name:
User:
17.07.2015 13:39:01
plasma2
20 min
Temperature:
36 ℃
Humidity:
Distance of Light Source:
Lamp Warm-up Period:
Height of Plant:
Note:
Parameter Value
%
0,84 m
15 min
mm
Ronny
Parameter
PPFD (400~700 nm)
PPFD IR (701~780 nm)
PPFD R (600~700 nm)
PPFD G (500~599 nm)
PPFD B (400~499 nm)
PPFD UV (380~399 nm)
YPFD (400~700 nm)
YPFD (380~780 nm)
YPFD IR (701~780 nm)
YPFD R (600~700 nm)
YPFD G (500~599 nm)
YPFD B (400~499 nm)
YPFD UV (380~399 nm)
R/ B
R/ FR
Illuminance
λp (380~780 nm)
λD (380~780 nm)
CCT
CRI
Value
96.776 μmol/㎡s
5.3120 μmol/㎡s
27.495 μmol/㎡s
41.115 μmol/㎡s
28.176 μmol/㎡s
1.6289 μmol/㎡s
0.0000 μmol/㎡s
82.879 μmol/㎡s
1.0272 μmol/㎡s
25.455 μmol/㎡s
35.191 μmol/㎡s
20.232 μmol/㎡s
0.9787 μmol/㎡s
0.98
5.18
8.3614 lux
6208
498 nm
515 K
6054
Action Spektrum Schöpke SPS
Measurement Time:
17.07.2015 13:39:01
1.
Product Name:
plasma2
2.
Manufacturer:
20 min
3.
Plant Name:
4.
User:
Ronny
5.
Temperature:
36 ℃
6.
Humidity:
%
7.
Distance of Light Source: 0,84 m
8.
Lamp Warm-up Period:
15 min
9.
Height of Plant:
mm
10.
Note:
Parameter
PPFD (400~700 nm)
PPFD IR (701~780 nm)
PPFD R (600~700 nm)
PPFD G (500~599 nm)
PPFD B (400~499 nm)
PPFD UV (380~399 nm)
YPFD (400~700 nm)
YPFD (380~780 nm)
YPFD IR (701~780 nm)
YPFD R (600~700 nm)
YPFD G (500~599 nm)
YPFD B (400~499 nm)
YPFD UV (380~399 nm)
R/ B
R/ FR
Illuminance
λp (380~780 nm)
λD (380~780 nm)
CCT
RI
1.
Value
96.776 μmol/㎡s
5.3120 μmol/㎡s
27.495 μmol/㎡s
41.115 μmol/㎡s
28.176 μmol/㎡s
1.6289 μmol/㎡s
45.710 μmol/㎡s
46.014 μmol/㎡s
0.0259 μmol/㎡s
3.3643 μmol/㎡s
22.121 μmol/㎡s
20.232 μmol/㎡s
0.2625 μmol/㎡s
0.98
5.18
8.3614 lux
6208 nm
498 nm
515 K
6054
Schöpke Action Spectrum LPS
Measurement Time:
17.07.2015 13:39:01
1.
Product Name:
plasma2
2.
Manufacturer:
20 min
3.
Plant Name:
4.
User:
Ronny
5.
Temperature:
36 ℃
6.
Humidity:
%
7.
Distance of Light Source: 0,84 m
8.
Lamp Warm-up Period:
15 min
9.
Height of Plant:
mm
10.
Note:
Parameter
PPFD (400~700 nm)
PPFD IR (701~780 nm)
PPFD R (600~700 nm)
PPFD G (500~599 nm)
PPFD B (400~499 nm)
PPFD UV (380~399 nm)
YPFD (400~700 nm)
YPFD (380~780 nm)
YPFD IR (701~780 nm)
YPFD R (600~700 nm)
YPFD G (500~599 nm)
YPFD B (400~499 nm)
YPFD UV (380~399 nm)
R/ B
R/ FR
Illuminance
λp (380~780 nm)
Value
96.776 μmol/㎡s
5.3120 μmol/㎡s
27.495 μmol/㎡s
41.115 μmol/㎡s
28.176 μmol/㎡s
1.6289 μmol/㎡s
63.178 μmol/㎡s
63.913 μmol/㎡s
0.2851 μmol/㎡s
7.0301 μmol/㎡s
32.817 μmol/㎡s
23.339 μmol/㎡s
0.4354 μmol/㎡s
0.98
5.18
8.3614 lux
6208 nm
λD (380~780 nm)
CCT
CRI
498 nm
515 K
6054
1.
Diese Vergleichsmessungen zeigen die Richtigkeit und Funktion der Schöpke Action Kurve
SPS/LPS LPS und SPS auf.
Schlusswort
Mit dem Action Spektrum nach Schöpke für LPS/SPS sowie SPS und LPS ist es also nun möglich
Beleuchtungen für die Nutzbarkeit von sessilen Wirbellosen nach PAR µmol/(s·m²) zu beurteilen.
Der Begriff und Einheit des Schöpke Action Spektrums sind bereits rechtlich geschützt und dürfen
nur nach Erlaubnis von Herrn Ronny Schöpke verwendet werde.
Ronny Schöpke
Bad Griesbach 12.06.2016