Illuminazione acquario marino: tutto quello che devi sapere [Guida Scientifica]

Abbiamo già parlato del tema illuminazione acquario marino in questo blog. In questo post però, vogliamo approfondire un tema molto importante e altrettanto delicato, che a volte viene trascurato dagli acquariofili. Questo perché c’è molto poco materiale nel web. Quello che segue è un articolo molto scientifico, quindi dovrai leggere con attenzione anche se abbiamo cercato di renderlo più facile possibile. Ringraziamo per questo prezioso materiale il nostro caro veterinario e chimico Luca Omini.

Illuminazione acquario marino: la clorofilla

La vita sulla terra nasce milioni di anni fa. Uno dei principali artefici di questo miracolo è stata l’elaborazione da parte di alcuni batteri di una sostanza capace di utilizzare l’energia solare, per trasformare sostanze inorganiche (come anidride carbonica ed acqua) in sostanze organiche capaci di sostenere il metabolismo degli stessi batteri. Questa sostanza la conosciamo tutti con il nome di clorofilla ed è presente sia nelle piante terrestri che nelle piante e nelle alghe acquatiche.
La luce è una fonte di energia prodotta dal sole. Altro non è che un insieme di onde energetiche con diversa lunghezza che corrispondono a colori con tonalità diverse (almeno questo è quello che leggono i nostri occhi).

Tanto più piccola è la lunghezza d’onda, tanto più il colore che ci appare è freddo (verde, blu, viola, fino ad arrivare all’ultravioletto, non visibile all’occhio umano). Invece tanto più la lunghezza d’onda è ampia, tanto più i colori ci appaiono caldi (giallo, arancione, rosso, fino all’infrarosso, anch’esso non visibile).
Questa introduzione ci serve per spiegare che la clorofilla, di cui ne esistono diversi sottotipi ed i più rappresentati sono il tipo a ed il tipo b, è una molecola che si è specializzata a utilizzare al meglio due zone dello spettro luminoso, una nel campo dei blu ed una nel campo dei rossi.

illuminazione in acquario — *Clorifilla di tipo A e di tipo B*

Illuminazione acquario marino: lo spettro solare

A questo punto possiamo iniziare a parlare dello spettro luminoso, ovvero dell’insieme delle lunghezza d’onda che compongono un fascio luminoso. Prendiamo come punto di partenza lo spettro solare, in quanto tutti gli organismi della terra si sono evoluti in funzione di esso.

La luce migliore per i nostri acquari, quindi, è quella che maggiormente si avvicina alla luce del sole.
Vediamo nel dettaglio come sono fatti gli spettri luminosi di quattro delle più comuni tipologie di lampade presenti sul mercato: HQI, T8, T5 e LED.

Spettro luminoso T8, T5 e HQI

T8 e T5 sono abbastanza simili come funzionamento, sono le cosiddette lampade fluorescenti e sono chiamate così perché la luce non viene prodotta direttamente dalla scarica elettrica, ma attraverso la ionizzazione di un gas nobile (neon, argon, xeno) si eccitano sostanze fosforate presenti sulla parete del tubo.

Questo è il principale limite di questo tipo di lampade, ovvero ogni elemento fosforato produce luce in un range limitato di lunghezze d’onda. Ecco quindi il motivo della nascita di lampade trifosforo e penta fosforo, nate con l’intento di fornire una maggior omogeneità nello spettro luminoso.

Nella figura sottostante sono messi a confronto gli spettri luminosi di due tipologie di lampade fluorescenti dai quali è possibile comprendere meglio quanto spiegato sopra.

Nonostante la scarsa omogeneità di emissione, che influisce principalmente sulla resa cromatica, si può vedere come nei campi di lunghezza d’onda che interessano la clorofilla la quantità di radiazione sia ben rappresentata, il che rende questo tipo di lampade adeguate per l’allevamento di organismi foto sintetici.

Un’altra tipologia di lampade molto utilizzate in acquariofilia (ma non solo) sono le HQI, ovvero le lampade ad alogenuri metallici. In questo caso una scarica elettrica eccita una miscela di gas alogenati che raggiungono temperature tali da emettere una luce molto intensa.

Lo spettro di emissione risulta essere più omogeneo rispetto alle lampade fluorescenti. Anche se lontano dallo spettro solare, e benché risulti un po’ scarso di intensità nella zona tra i 600 ed i 700 nm resta una buona fonte luminosa, considerando anche l’efficienza energetica (di cui parleremo in seguito).

Illuminazione acquario marino: Spettro luminoso LED

Infine ci sono i LED, acronimo che sta per Light Emitting Diode: senza entrare nello specifico, sono costituiti da un materiale semiconduttore che emette luce se sottoposto ad un campo elettrico.

Illuminazione in acquario -Spettro luminoso dei LED — Spettro luminoso dei LED

Lo spettro luminoso dei led è quello che maggiormente si avvicina allo spettro solare, pur non replicandolo esattamente.
Inoltre vediamo come la quantità di radiazione nei punti che interessano la clorofilla sia decisamente ben rappresentata.
Le due figure sopraindicate si riferiscono a due tipi di led. Uno con 2700 gradi Kelvin e uno con 5000 gradi Kelvin.
Parliamo di temperatura cromatica, che per definizione è il colore emesso da un corpo nero ideale scaldato ad una certa temperatura (espressa in gradi Kelvin).

Più la temperatura si alza, tanto più lo spettro si sposta verso i blu ed i viola.

Al contrario, se la temperatura si abbassa, i gialli ed i rossi saranno più rappresentati (si parla quindi di luce fredda nel primo caso e di luce calda nel secondo).
Ai fini della fotosintesi non cambia moltissimo. Ma sicuramente dal punto di vista estetico (e soprattutto nel marino) è meglio avere uno spettro luminoso con una buona componente di blu. Ecco perché ci si orienta di solito su lampade con temperatura di colore dai 10000°K in su.
A parte le lampade a ioduri metallici, che per l’acquariologia sono progettate già per avere un’alta temperatura di colore, nel caso dei led e dei tubi fluorescenti si miscelano lampade con luce bianca e lampade con luce blu fino ad ottenere il livello desiderato.

Illuminazione acquario marino: Lux e Lumen

L’ultimo commento riguarda la quantità di luce prodotta (flusso luminoso) la cui unità di misura è il lumen e correlata ad esso è la misura dell’illuminamento, cioè la quantità di lumen emessi su di una superficie avente un’area di 1 metro quadro e viene espressa in lux.

Le lampade fluorescenti hanno normalmente una resa di 50-60 lumen per ogni watt consumato, le lampade ad alogenuri metallici si stabiliscono intorno agli 80 lumen per watt, mentre i led ormai viaggiano intorno ai 150 lumen per watt.

Oltre all’evidente risparmio energetico, a cosa serve sapere quanti lumen abbiamo e soprattutto quanti lux?

Quindi, la clorofilla raggiunta una certa intensità luminosa, la sua capacità di elaborazione resta costante anche se l’intensità aumenta, un effetto che viene chiamato punto di saturazione.
Per quanto riguarda gli organismi che alleviamo nelle nostre vasche, ci sono numerosi articoli scientifici che, per i coralli più esigenti, collocano questo punto tra i 20000 ed i 30000 lux (1, 2, 3).
Questo significa che andare oltre questo limite:

Sarebbe un inutile dispendio di soldi ed energia elettrica, perché la clorofilla presente nelle zooxantelle non è in grado di utilizzare il surplus di radiazione luminosa.
Sarebbe anche uno stress per il corallo, che deve mettere in atto tutta una serie di processi biochimici per evitare o riparare i danni di una simile esposizione.

Quindi bisognerebbe iniziare a ragionare non in termini di watt per litro, come peraltro si è fatto fino adesso, ma in termini di superficie da illuminare e proporzionare l’intensità luminosa a seconda della fonte scelta.

L’altezza della colonna d’acqua

Per quanto riguarda l’altezza della colonna d’acqua che assorbirebbe gran parte delle radiazioni luminose, bisognerebbe sempre basarsi su evidenze scientifiche, che ci dicono qualcosa di molto interessante. Le radiazioni con le lunghezze d’onda più ampie, sono quelle meno penetranti, iniziano ad attenuarsi intorno ai 5 metri.

Illuminazione acquario — *Assorbimento dei colori*

Se consideriamo le nostre vasche, dove l’altezza della colonna d’acqua può variare da 30 a 80 cm, risulta evidente che l’assorbimento della radiazione luminosa è del tutto trascurabile.