بهترین نور برای نفوذ در آب چیست؟
توانایی نور برای نفوذ به آب یک عامل حیاتی برای طیف گسترده ای از فعالیت ها، از عکاسی زیر آب و تحقیقات علمی گرفته تا غواصی و ماهیگیری تجاری است. آب یک رسانه غیرفعال نیست. از طریق جذب و پراکندگی با نور تعامل دارد که بر اساس طول موج نور، شفافیت آب و شرایط محیطی متفاوت است. در حالی که هیچ منبع نوری در تمام محیط های آبی به طور کامل کار نمی کند، انواع خاصی از نور به طور مداوم در برش از طریق آب بهتر از سایرین است. این مقاله علم نفوذ نور در آب را بررسی می کند، موثرترین منابع نور را شناسایی می کند و نحوه انتخاب نور مناسب برای محیط های خاص را توضیح می دهد.
برای اینکه بفهمیم کدام نور نفوذ می کندبهتر است آب، ابتدا بررسی کنیم که چگونه نور با مولکولهای آب و ذرات معلق برهمکنش میکند. هنگامی که نور وارد آب می شود، دو فرآیند اصلی سرنوشت آن را تعیین می کند: جذب و پراکندگی. جذب زمانی اتفاق میافتد که مولکولهای آب یا مواد محلول-مثل مواد معدنی، جلبکها یا مواد آلی{3}}طول موجهای خاصی از نور را جذب میکنند و آنها را به گرما تبدیل میکنند و شدت نور را کاهش میدهند. پراکندگی زمانی اتفاق میافتد که نور به ذرات معلق مانند سیلت، پلانکتون یا رسوب برخورد میکند و باعث میشود نور در جهتهای تصادفی جهش کند. این پراکندگی دید را تار می کند و میزان مسافتی را که نور می تواند طی کند را محدود می کند. این فرآیندها با هم، آب را به محیطی بسیار کمتر شفاف نسبت به هوا تبدیل میکنند و پیامدهای عمیقی را در بر میگیرند که کدام نوع نور برای آنها مؤثرتر است.
طول موج تنها عامل مهم در تعیین میزان نفوذ نور در آب است. طیف الکترومغناطیسی شامل نور با طول موج های بلند (قرمز، نارنجی) تا کوتاه (آبی، بنفش) است. به طور کلی، طول موجهای کوتاهتر به طور موثرتری در آب نفوذ میکنند، زیرا مولکولهای آب، طول موجهای بلندتر را راحتتر جذب میکنند. به عنوان مثال، نور قرمز (620 تا 750 نانومتر) تقریباً به طور کامل در 10 تا 15 فوت اولیه آب شفاف جذب می شود و آن را برای روشن کردن اجسام در اعماق بیشتر بی فایده می کند. نور نارنجی (590-620 نانومتر) کمی بهتر است اما همچنان در فاصله 25 تا 30 فوتی جذب می شود. نور زرد (570-590 نانومتر) می تواند به عمق 35-45 فوت برسد، اما نور سبز (495-570 نانومتر) و آبی (450-495 نانومتر) است که واقعاً در نفوذ آب عالی است و اغلب در شرایط شفاف به صدها فوت می رسد.
نور آبیبا طول موج کوتاه خود، به ویژه در محیط های شفاف آب شور موثر است. در اقیانوس باز، جایی که کدورت (ابری ناشی از ذرات معلق) کم است، نور آبی می تواند تا عمق 300 فوتی یا بیشتر نفوذ کند. به همین دلیل است که اقیانوس در چشم انسان آبی به نظر می رسد-آب نور آبی را بیشتر از سایر طول موج ها پراکنده می کند و آن را به قابل مشاهده ترین رنگ در سطح تبدیل می کند. برای غواصان دریاهای عمیق-که در حال کاوش در آب های شفاف اقیانوس هستند، نور آبی ضروری است، زیرا طول موج های بلندتر قبل از رسیدن به اعماق قابل توجه جذب می شود. توانایی نور آبی برای به حداقل رساندن پراکندگی در آب شفاف، آن را برای فعالیت هایی مانند عکاسی در اعماق اقیانوس، که در آن حفظ دید در اعماق زیاد بسیار مهم است، ایده آل می کند.
نور سبز، در حالی که طول موج کمی بیشتر از آبی دارد، اغلب در محیط های آب شیرین بهتر از آبی است. آب شیرین معمولاً حاوی جلبکها، زبالههای آلی و ذرات معلق بیشتری نسبت به آب شور باز است و این مواد نور آبی را با شدت بیشتری پراکنده میکنند. با این حال، نور سبز با الگوهای جذب بسیاری از گیاهان آبزی و میکروارگانیسمها هماهنگ است و به آن اجازه میدهد به طور مؤثرتری از این ذرات عبور کند. در یک دریاچه یا رودخانه تیره، نور سبز می تواند 20 تا 30 درصد دورتر از نور آبی نفوذ کند، و آن را به گزینه ای ارجح برای ماهیگیری در آب شیرین، غواصی درونی و تحقیقات دریاچه تبدیل می کند. به عنوان مثال، ماهیگیران آب شیرین از چراغ های LED سبز برای جذب پلانکتون و طعمه ماهی استفاده می کنند، زیرا نور دید را از طریق کدورت آب حفظ می کند و یک "تله نور" بزرگتر برای طعمه ایجاد می کند.
تمایز بین آب شیرین و آب شور هنگام انتخاب بهترین نور برای نفوذ کلیدی است. آب شور، بهویژه در محیطهای باز اقیانوس، اغلب شفافتر با ذرات معلق کمتر است و شرایط بهینه را برای نور آبی ایجاد میکند. در این محیطها، طول موج کوتاه نور آبی، پراکندگی را به حداقل میرساند و به آن اجازه میدهد دورتر سفر کند و اجسام را در اعماق بیشتر روشن کند. برای مثال، شناورهای عمیق-دریایی، برای کاوش در کف اقیانوس به الایدیهای- آبی با شدت بالا تکیه میکنند، جایی که رنگهای دیگر مدتها قبل از رسیدن به چنین اعماق جذب میشوند.
در مقابل، آب شیرین اغلب سرشار از مواد آلی و جلبک است که نور آبی را پراکنده می کند و اثربخشی آن را کاهش می دهد. نور سبز، با طول موجی که کمتر در معرض پراکندگی توسط این ذرات است، گزینه بهتری است. در رودخانهای با سطح رسوب زیاد یا دریاچهای در طول شکوفایی جلبک، نور سبز میتواند دید را در جایی که نور آبی به یک درخشش بیفایده پراکنده میشود، حفظ کند. به همین دلیل است که بسیاری از چراغهای غواصی آب شیرین و فانوسهای ماهیگیری از الایدیهای سبز رنگ استفاده میکنند-که در شرایط کدورت معمول در آبهای داخلی نفوذ بهتری دارند.
کدورت، یا غلظت ذرات معلق در آب، بیشتر تأثیر می گذارد که کدام نور مؤثرتر است. در آبهای بسیار کدر-مثل یک رودخانه پر از گل و لای-پس از طوفان یا یک خلیج ساحلی با رواناب شدید- پراکندگی غالب است، و حتی نور با طول موج کوتاه-در تلاش برای سفر به دور است. در این شرایط، نور سبز اغلب موثرتر از آبی باقی میماند، زیرا احتمال کمتری دارد که طول موج آن توسط ذرات بزرگتری مانند سیلت یا ماسه پراکنده شود. به عنوان مثال، در آبی با کدورت بیش از 50 واحد کدورت نفلومتری (NTUs)، نور سبز می تواند دید را تا 5 تا 10 فوت حفظ کند، در حالی که نور آبی ممکن است تا حد بی فایده در 3 تا 5 فوت پراکنده شود.
در آب های با کدورت متوسط (10 تا 50 NTU)، مانند یک مصب ساحلی یا دریاچه ای با رشد متوسط جلبک، انتخاب بین نور سبز و آبی به نوع ذرات موجود بستگی دارد. جلبکهایی که حاوی کلروفیل هستند، نور آبی را جذب میکنند اما نور سبز را منعکس میکنند، و در آب غنی از جلبک سبز انتخاب بهتری است. برعکس، آب با سطوح بالای ذرات معدنی (مانند ماسه یا خاک رس) ممکن است نور سبز را بیشتر پراکنده کند و به رنگ آبی یک مزیت جزئی بدهد. در بسیاری از موارد، از ترکیب نور سبز و آبی برای متعادل کردن نفوذ و دید در این شرایط ترکیبی استفاده میشود و اطمینان حاصل میکند که نور میتواند انواع مختلف ذرات را برش دهد.
فراتر از طول موج، نوع منبع نور نقش مهمی در نفوذ دارد. دیودهای ساطع کننده نور (LED) به دلیل کارایی و توانایی خود در انتشار طول موج های خاص، انقلابی در روشنایی زیر آب ایجاد کرده اند. برخلاف لامپ های رشته ای یا هالوژن که طیف وسیعی از نور را تولید می کنند (از جمله طول موج هایی که به سرعت در آب جذب می شوند)، LED ها را می توان طوری طراحی کرد که تنها نافذترین طول موج ها-معمولاً آبی یا سبز را ساطع کنند. این خروجی متمرکز تضمین میکند که هیچ انرژی در طول موجهایی که به دید کمک نمیکنند هدر نمیرود، و باعث میشود LEDها بسیار موثرتر از لامپهای سنتی برای استفاده در زیر آب باشند.
ال ای دی هاهمچنین از نظر شدت و دوام مزایایی را ارائه می دهد. آنها در هر وات لومن بیشتری نسبت به سایر منابع نور تولید می کنند، به این معنی که می توانند نور روشن تری را با انرژی کمتر-یک ویژگی حیاتی برای دستگاه های باطری{2}}مانند چراغ های غواصی ارائه دهند. علاوه بر این، LED ها در برابر فشار و لرزش آب مقاوم هستند و آنها را برای اکتشافات عمیق دریاها یا محیط های ناهموار آب شیرین مناسب می کند. بسیاری از الایدیهای زیر آب نیز قابل تنظیم هستند و به کاربران اجازه میدهند تا روشنایی را بر اساس کدورت و عمق تنظیم کنند-کاهش تابش نور در آبهای کم عمق و افزایش شدت در شرایط عمیقتر و تاریکتر.
چراغهای تخلیه{0}شدت بالا (HID) اگرچه نسبت به LED کمتر رایج هستند، گزینه دیگری برای کاربردهای تخصصی هستند. چراغهای HID یک پرتوی متمرکز و قدرتمند تولید میکنند که میتواند به طور موثر در آب نفوذ کند، اگرچه حجیمتر و انرژی کمتری- نسبت به LEDها دارند. آنها اغلب در تنظیمات تجاری، مانند ساخت و ساز زیر آب یا عملیات جستجوی-و-نجات، که در آن حداکثر روشنایی بر قابلیت حمل اولویت است، استفاده می شود. مانند LED ها، چراغ های HID را می توان برای ساطع نور آبی یا سبز فیلتر کرد و نفوذ آنها را در محیط های خاص افزایش داد.
زاویه نورپرتو یکی دیگر از نکات مهم است. یک پرتو باریک و متمرکز با متمرکز کردن نور در یک جهت خاص، پراکندگی را به حداقل میرساند و به آن اجازه میدهد دورتر از یک پرتو گسترده و پراکنده حرکت کند. برای مثال، یک نور غواصی 1000-لومن با زاویه پرتوی 10 درجه، اجسام دورتر از نور 1000 لومن با زاویه 60 درجه را روشن میکند، که نور را در منطقه وسیعتری اما با شدت کمتر در فاصله پخش میکند. بسیاری از چراغهای زیر آب زوایای پرتو قابل تنظیمی را ارائه میدهند که بهترینهای هر دو جهان را برای استفاده همهکاره ترکیب میکنند - باریک برای فاصله، عریض برای روشن کردن مناطق بزرگ در آب کم عمق.
برنامههای کاربردی، اثربخشی واقعی نور آبی و سبز در جهان را برجسته میکنند. در غواصی تفریحی، LED های آبی استاندارد برای غواصی های عمیق-اقیانوس هستند، جایی که توانایی آنها در نفوذ به آب شفاف به غواصان اطمینان می دهد که می توانند در عمق 100 فوتی یا بیشتر حرکت کنند و حیات دریایی را مشاهده کنند.ال ای دی های سبز،از سوی دیگر، برای غواصی در آب شیرین در دریاچه ها یا رودخانه ها ترجیح داده می شوند، جایی که جلبک ها و رسوبات را برش می دهند تا سنگ ها، ماهی ها و ساختارهای زیر آب را آشکار کنند.
ماهیگیری مثال دیگری از چگونگی تأثیر نفوذ نور بر عملکرد ارائه می دهد. ماهیگیران از چراغ سبز در آب شیرین برای جذب زئوپلانکتون استفاده می کنند که به نوبه خود طعمه ماهی و شکارچیان بزرگتر را می کشد. توانایی نور سبز برای نفوذ به آب کدر تضمین می کند که "تله نور" به اندازه کافی گسترش یابد تا یک منطقه تغذیه ایجاد کند. در آب های شور، اغلب از نورهای آبی برای جذب ماهی مرکب و ماهی دریایی استفاده می شود که به طول موج های کوتاهی که در اقیانوس باز نفوذ می کنند، حساس هستند.
تحقیقات علمی نیز بر طول موج های نور خاص متکی است. زیست شناسان دریایی که در حال مطالعه موجودات{1} اعماق دریا هستند، از LED های آبی برای روشن کردن سوژه های خود بدون ایجاد مزاحمت در آنها استفاده می کنند، زیرا بسیاری از موجودات دریایی عمیق-برای تشخیص نور آبی تکامل یافته اند. Limnologists (دانشمندانی که اکوسیستم های آب شیرین را مطالعه می کنند) استفاده می کنندچراغ سبزبرای مشاهده زندگی گیاهان و رفتار ماهی ها در دریاچه ها، جایی که طول موج های سبز بهتر در آب غنی{0} آلی نفوذ می کنند.
توجه به این نکته ضروری است که هیچ نوری نمی تواند بر کدورت شدید غلبه کند. در آبی به قدری کدر که دید به چند اینچ محدود میشود-مانند رانش گل-در اثر رودخانه-حتی بهترین LEDهای سبز یا آبی نیز برای نفوذ مشکل دارند. در این موارد، نزدیکی به هدف مهمتر از نوع نور است. قرار دادن نور نزدیک به شی مورد نظر (به عنوان مثال، غواصی که نوری را نزدیک یک سنگ نگه می دارد) تنها راه برای دستیابی به دید است.
عوامل محیطی مانند عمق و زمان روز نیز با نفوذ نور در تعامل هستند. در اعماق شدید (200+ فوت)، حتی نور آبی نیز به تدریج جذب میشود و برای حفظ دید، نیاز به الایدیهای-شدت بسیار بالا یا چراغهای HID است. در طول ساعات روز، نور خورشید مکمل نور مصنوعی است، با طول موج های آبی و سبز از خورشید که اثربخشی نورهای زیر آب را افزایش می دهد. در شب، نور مصنوعی باید به تنهایی کار کند و نیاز به منابع آبی یا سبز متمرکز-با شدت بالا را افزایش دهد.
در خاتمه،بهترین نورنفوذ آب به محیط بستگی دارد: نور آبی در آب شور شفاف برتری دارد، جایی که طول موج کوتاه آن جذب و پراکندگی را به حداقل می رساند. نور سبز در شرایط آب شیرین یا گل آلود برتر است، جایی که در برابر پراکندگی جلبک ها و رسوبات مقاومت می کند. LED ها با توانایی انتشار طول موج های متمرکز و راندمان بالا، موثرترین منابع نور برای استفاده در زیر آب هستند که هم از نظر نفوذ و هم از نظر دوام بهتر از لامپ های سنتی بهتر عمل می کنند. با تطبیق طول موج نور با نوع آب و کدورت، کاربران می توانند دید را برای غواصی، ماهیگیری، تحقیقات یا هر فعالیت زیر آب به حداکثر برسانند.
https://www.benweilight.com/lighting-لوله-لامپ/زیر آب-ماهیگیری-light-15000-lumens-green.html
