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Fiat lux! Oder wie beleuchte ich mein Aquarium?
Onlinemagazin - Technik
Samstag, den 12. April 2008 um 21:22 Uhr

Welche Beleuchtung eignet sich besonders gut für das Aqaurium?


Die Photosynthese

Die Photosynthese ist die Grundvoraussetzung für das Pflanzenwachstum. Beim Vorgang der Photosynthese wird Strahlungsenergie in chemische Energie umgewandelt. Im Fall der Aquariumspflanzen werden bei der Photosynthese Nährstoffe, in Form von in Wasser gelöstem Dünger mittels CO2 und Lichtenergie in die organischen Komponenten umgewandelt aus denen sich die Pflanze zusammensetzt.

6 CO2 + 6 H2O + Energie -> Photosynthese -> C6H12O6 + 6 O2

Aus Kohlendioxid, Wasser und Licht entsteht so Glucose und Sauerstoff.1

Für die Aquariumspflanzen ist Licht der wichtigste Faktor. Denn ohne Licht können für die Pflanzen lebenswichtige chemische Vorgänge (Photosynthese) nicht stattfinden. Zwar werden für diese Vorgänge unter anderem viele weitere Stoffe benötigt, diese sind jedoch meistens im Wasser schon vorhanden oder sind relativ einfach herbeizuschaffen. Ohne spezielle Lichtquellen wächst nichts.


Das Licht von der Sonne bis zur Pflanzen im Wasser

Die Intensität der Sonnenenergie auf der Erdoberfläche hängt in erster Linie vom Breitengrad des Standorts ab. Je weiter man sich vom Äquator wegbewegt, desto flacher ist der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen und desto niedriger ist der höchste Sonnenstand zur Mittagszeit (desto mehr Reflexion).

Mit der Höhe der Sonne über dem Horizont verändert sich außerdem die Spektralverteilung des Lichtes, das auf die Erde oder die Wasseroberfläche auftrifft. Zum besseren Verständnis möchte ich ein paar Beispiele vorführen:

• Die Mittagssonne im Juni (in Mitteleuropa) trifft mit 15’000 Lux (= 15’000 Lumen pro m2) auf die Erde auf. Sie hat dabei eine Farbtemperatur von ca. 5’000 Kelvin und deckt das komplette Lichtspektrum (von Infrarot bis Ultraviolett ab).

• Die Nachmittagssonne im September trifft zwar mit demselben Lichtstrom auf die Erde auf (15’000 Lux), hat dabei eine viel wärmere Farbtemperatur (ca. 3’500 Kelvin).

Aufgrund der Schrägstellung der Erdachse zu ihrer Umlaufbahn, verändert sich in nördlichen und südlichen Breiten die Tageslänge nach Jahreszeiten umso mehr, je weiter der Ort vom Äquator entfernt ist. Das Gebiet aus dem unsere Pflanzen stammen, hat während des ganzen Jahres einen etwa gleich langen Tag mit 13 Stunden.

Ein Teil des Lichtes geht an der Wasseroberfläche durch Reflexion verloren. Der Grad der Reflexion ist abhängig vom Einfallswinkel des Lichtes, wie auch vom herrschenden Wellengang.

Ist das Licht schlussendlich im Wasser angelangt, kann es weiter durch Partikel oder anderen gelösten Substanzen (u.a. Huminstoffe) im Wasser reflektiert oder auch absorbiert werden und geht so für die Photosynthese verloren.


Licht — naturwissenschaftlich

Wie läßt sich Licht beschreiben? Gibt es Licht und Licht oder ist Licht immer gleich?


Quelle: http://www.mpifr-bonn.mpg.de/public/angela/intro.html

Licht ist eine Welle und ihre Wellenlänge bestimmt auch die Farbe mit der das Licht widergegeben wird. Hier sind nicht die typischen sichtbaren Farben gemeint, sondern viel mehr die Spektralfarben. Das Lichtspektrum erstreckt von ultraviolett (kurzwellig) bis infrarot (langwellig), wobei das menschliche Auge nur Licht ab einer Wellenlänge von ca. 330 nm (Nanometer=1/1’000’000 Millimeter) bis zu einer Wellenlänge von ca. 770 nm wahrnehmen kann. Das grüne und gelbe Licht erscheint dabei dem menschlichen Auge am grellsten (je weiter in der Mitte desto greller).


Aktionsspektrum der Photosynthese einiger Pflanzenarten


Quelle: http://www.itg.uni-hannover.de/forschung/glaeser/abb1.htm

Für die Pflanzenzucht gilt jedoch anderes. Man kann erkennen, dass Wellenlängen oberhalb von 700 und unterhalb von 400 nm für die Photosynthese wirkungslos sind, wobei UV-Licht sogar eher hemmend auf das Pflanzenwachstum wirkt. Es wirkt also nur sichtbares Licht und davon der Blau- und Rotbereich. Die meisten Pflanzen besitzen Maxima in ihrer Photosyntheseempfindlichkeit im blauen (400-500 nm) und hellroten (600-700 nm) Bereich, nutzen aber auch 50% der grünen Strahlung (500-600 nm).


Die Photomorphogenese (Gestaltbildung (Morphose), hervorgerufen durch Lichteinwirkung)



Quelle: http://www.hanfburg.de/growing/special/licht/licht_special_2.jsp

Durch die Photomorphogenese wird die Form und das Wuchsverhalten der Pflanzen bestimmt! Gibt man Pflanzen beispielsweise nur sehr wenig Licht, oder Licht ohne jegliche Blauanteile im Wuchs, so setzt ein rasantes Längenwachstum („spargeln“) der Pflanze ein, wobei Blätter und Wurzeln klein bleiben. Spargelnde Pflanzen entwickeln, wenn überhaupt, sehr wenige Blüten.


Masseinheiten des Lichtes

Ein wichtiger Faktor für die Pflanzenzucht ist der Lichtstrom (nicht zu verwechseln mit Lichtstärke). Lichtstrom ist die Lichtleistung einer Lichtquelle für allseitig abgestrahltes Licht. Die Maßeinheit für den Lichtstrom wird in Lumen (lm) angegeben. Je mehr Licht eine Quelle abstrahlt umso höher der Lumen-Wert. Viele Lichtstromangaben werden oft in Lux angegeben, der Beleuchtungsstärke. Lux bedeutet einfach Lumen pro Quadratmeter. Die Sonne z.B. gibt unabzählbar viel Lumen ab, davon treffen aber auf jeden Quadratmeter Erdoberfläche ca. 15’000 Lumen auf. Das bedeutet, daß das die Sonne die Erde mit 15’000 Lux bestrahlt. Die Leistung einer künstlichen Lichtquelle wird in Watt gemessen. Ein grosser Teil der Leistung wird aber nicht in Licht sondern in unerwünschte Wärme umgesetzt. Die Lichtausbeute (lm/W) bezeichnet das Verhältnis von Lichtstrom und aufgenommener elektrischer Energie. Je grösser die Lichtausbeute desto geringer ist die freigewordene Wärmemenge. Die Einheit für Die Lichttemperatur ist Kelvin (K). Je niedriger die Kelvinzahl, desto wärmer erscheint das Licht.


Lichtquellen

In unseren Alltag haben viele verschiedene Lichtquellen Einzug gefunden. Welche sind jedoch für die Aquaristik einsetzbar? Hierbei möchte ich eigentlich gar nicht groß auf ungeeignete Lichtquellen eingehen.


Leuchstoffröhren

Sie geben (bei richtigem Einsatz) optimales Licht (ähnlich Metall-Halogen-Lampen), machen keine Temperaturprobleme und sind durch den geringen Preis im Betrieb und bei der Anschaffung äußerst attraktiv. Im Gegensatz zu Hochdruck-Entladungslampen gibt es beim Kauf von Leuchtstoffröhren, durch ein breiteres Angebot, viel mehr zu beachten.

Erst mal muss zwischen Standard-, Dreibanden- und Fünfbanden-Leuchtstoffröhren unterschieden werden. Obwohl alle drei Arten äußerlich alle gleich aussehen, unterscheiden sie sich in ihrer Funktionalität gewaltig. Standard-LSR kommen, weil sie unwirtschaftlich sind, aus der Mode, und werden durch Dreibandenlampen (höherer Lichtstrom, gute Farbwiedergabe), und Fünfbandenlampen (beste Farbwiedergabe) ersetzt. Beim Kauf ist auf jeden Fall auf die Bezeichnung zu achten. Die Bezeichnung von Leuchtstofflampen ist international standardisiert, auch wenn der Standard nicht von allen Herstellern verwendet wird. Bei Osram lauten die Bezeichnungen z.B. folgendermaßen:

L 36 W/31-830 (die letzten 3 Ziffern geben die international standardisierte Bezeichnung an)

L Bauart, hier z.B. in Stabform
36 W Stromleistung, hier z.B. 36 Watt
31 Lampenbezeichnung von OSRAM, hier z.B. Dreibandenlampe - warmweiß
8 int. Farbwiedergabestufe, entweder 8 (Dreibanden) oder 9 (Fünfbanden)
30 int. Farbtemperatur, in diesem Fall 30 für 3000K=warmweiß

Beim Kauf muss demnach auf die Wattanzahl und die internationale Kennzahl geachtet werden. Für die Aquaristik sind Dreibandenlampen (jene deren dreistellige int. Kennzahl mit einer "8" beginnt) interessant, da sie am meisten Licht abgeben. Fünfbandenlampen (z.B. Aquarienlampen, Grolux, Aqualux) besitzen zwar eine sehr gute Farbwiedergabe und decken damit das von den Pflanzen benötigte Spektrum (fast) perfekt ab, doch leider ist der Lichtstrom leider etwas schwach (d.h. wenig Lumen). Es würden sehr viele Fünfbandenlampen benötigt werden, so dass es sich preislich (Anschaffung und Betrieb) eher auszahlen würde Maataal-Halogen-Lampen mit entsprechender Klimaregelung zu verwenden.

Int. Kennzahl Farbtemperatur (in Kelvin) Lichtfarbenbezeichnung
827 2700 Interna
830 3000 Warmton / Warmweiß / warm white
840 4000 Hellweiß / Kaltweiß / cool white
860 / 865 6000 / 6500 Tageslichtweiß / daylight

Es ist jedoch auch möglich mit Dreibandenlampen ein für die Aquaristik entsprechendes Spektrum abzudecken. Im Wuchs empfiehlt es sich hauptsächlich "daylight"-Lampen zu verwenden, also jene mit der internationalen Kennzahl 860 (Osram, Sylvania) bzw. 865 (Philips). Diese haben sehr viele Blauanteile und sind verantwortlich für buschigen Wuchs mit kurzen Internodien. Oft ist es auch hilfreich "warm white"-Lampen (830) dazuzuhängen. Diese versorgen die Pflanzen mit dem restlichen Farbspektrum, und geben ganz nebenbei auch etwas mehr optisches Licht ab. Es müssen jedoch mindestens doppelt so viele "daylight" wie "warm white" eingesetzt werden, da sonst die Pflanzen zu "spargeln" beginnen könnten.

Mit Standardleuchtstoffen: Diese wurden in 50er-Jahre entwickelt und hat nur eine mäßige Lichtausbeute (70 lm/W) und ebenfalls nur eine mäßiger Farbwiedergabe (zwischen etwa 60 bis 70 auf dem Index). Die nutzbare Lebensdauer 5000 h.

Mit Dreibandenleuchtstoffen: Die aktuelle Lampen haben eine Lichtausbeuten bis 104 lm/W (T5) und eine gute Farbwiedergabe mit einem Index um 85. Lichtstromeinbusse über die gesamte Lebensdauer ist etwa nur 10 %, weshalb die nutzbare Lebensdauer bis zum endgültigen Verlöschen ist.

Mit Vollspektrumleuchtstoffen: Diese Lampen haben eine verbesserter Farbwiedergabe (zwischen 95 und 98 auf dem Index) aber dafür eine magere Lichtausbeute mager (etwa 65 lm/W). Lichtstromeinbusse über die gesamte Lebensdauer ist etwa 20 %, weshalb die nutzbare Lebensdauer ebenfalls bis zum endgültigen Ausbrennen ist.

Unterschiede zwischen Standard-, Dreibanden-, und Fünfbandenleuchtstofflampen
Lampenbezeichnung Farbtemperatur (in K) Lichtstrom (in lm)
Osram L 58 W/30 3000 4600
Osram L 58 W/31-830 3000 5200
Osram L 58 W/32-930 3000 3750

Allgemein ist zu sagen das die Leuchtstoffröhren am besten mit Reflektoren betrieben werden und darin liegt der große Vorteil der T5 (Eigenverschattung).


HQI

Halogen-Metalldampflampen: Die Lichtausbeute liegt bei 80 lm/W und der Farbwiedergabeindex 75 bis 85, bei höherer Leistung (ab 250 W) auch ein Index über 90 möglich. Nutzbare Lebensdauer etwa 6.000 h.


HCI/CDM

Halogen-Metalldampflampen mit Keramikbrenner: Durch die höhere Brennertemperaturen wird eine höhere Lichtausbeute bis 90 lm/W und bessere Farbwiedergabe mit einem Index über 90 erreicht. Die nutzbaren Lebensdauer liegt etwa bei 9’000 bis 15’000 Stunden.


HQL

Quecksilberdampf-Hochdrucklampen welche seit 1936 fast unverändert auf dem Markt sind und wohl daher sehr schlechte Lichtausbeute (50 lm/W) und Farbwiedergabe (45 bis 57 auf dem Index) haben. Die Lebensdauer liegt etwa bei 6’000 bis 9’000 h.

Einzig der Preis erklärt warum diese Beleuchtung immer noch erstaunlich häufig gekauft wird! Wenn immer wie möglich sollte man diese Beleuchtung vermeiden.


Bibliographie:

Sander, Martin, Aquarientecknik im Süss- und Seewasser, Stuttgart, 1998
http://www.hereinspaziert.de/projekte.htm


1 Die Pflanze benötigt schon eine Menge Energie für die Produktion von Blattsubstanz, Fasern und Wurzeln. Das sind die primären Wachstumsprioritäten aller Pflanzen. Ist genügend Licht da, dann wird mit dieser Lichtenergie zuerst dieser Impuls befriedigt und die überschüssige Energie wird für die Vermehrung genutzt. Das heißt, es wird für die Produktion von Blüten und den mit der Fortpflanzung verbundenen Substanzen eingesetzt. Reduziert man jedoch das Licht auf ein wesendlich niedrigeres Niveau, dann wird die Pflanze alles verfügbare Licht dazu nutzen, ihre Blattmasse und Höhe zu vergrößern, bevor sie in der Lage ist Blüten zu produzieren.
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Zuletzt aktualisiert am Montag, den 12. Januar 2009 um 09:21 Uhr
 

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