Iluminação de Aquários Plantados

Este artigo se aplica a utilização de lâmpadas convencionais.

Luz

Quando foi a primeira vez que você parou para pensar o que é a Luz? A luz sem dúvida é uma das coisas mais estranhas e maravilhosas que podemos experimentar no dia a dia, é algo tão mundano que muitas pessoas nunca pararam para pensar sobre isso, porém os poetas, os sábios  e, mais recentemente os cientistas, por séculos e séculos tem se esforçado para entender essa parte tão intrigante do nosso universo, do nosso dia a dia. 

A luz é uma parte pequena do espectro eletromagnético, pelo fato de enxergarmos a luz com nossos olhos muitas vezes esquecemos que a luz é uma onda magnética, no gráfico do espectro magnético abaixo você poderá entender melhor onde se encaixa essa pequena fatia que podemos ver, a luz visível,  em meio a uma enorme variedade de radiações que existem no universo.

Luz x Plantas

Bilhões de anos atrás, quando os primeiros organismos biológicos começaram a surgir neste planeta, a primeira fonte de energia desses organismos era de origem química, compostos presentes no ambiente serviam como fonte de energia para o metabolismo desses seres arcaicos, durante milhares de milhares de anos eles se aperfeiçoaram nessa função e sobreviveram. Após eras e eras o planeta mudou, a composição química dos oceanos, a composição química da atmosfera, todas as condições lentamente permitiram que esses seres pudessem seguir o caminho da evolução, ao longo de mais alguns milhões e milhões de gerações, se adaptaram as novas condições, que mudavam muito lentamente, e exploraram novas possibilidades de existência,  alguns deles começaram a usar a luz como fonte de energia e a vida explodiu em formas e variedades de seres que ocuparam definitivamente cada canto possível para a vida neste planeta. 

Plantas, bactérias e fungos possuem uma gama de substâncias sensíveis a luz, não só a luz visível, mas do ultravioleta ao infravermelho, muito além do que nossos olhos são capazes de enxergar. Essas substâncias são responsáveis por várias funções metabólicas nas plantas e como mediadoras de outras várias funções fisiológicas e morfológicas, como a germinação, o crescimento internodal, a forma, tamanho e movimento das folhas, a síntese de clorofila e a floração, para citar alguns. Uma curiosidade sobre a relação das plantas com a luz é que pesquisas moleculares confirmaram que o Fitocromo, uma proteína com função de fotorreceptor ativado pela luz ultravioleta e infravermelha, é uma herança de organismos Procariontes muito mais antigos que as plantas, ou seja, o mecanismo de ativação/reação a luz já existia quando as plantas se diferenciaram no começo da vida neste planeta. 

Decomposição da Luz solar Branca

Plantas tem suas funções biológicas particularmente relacionadas as faixas vermelha e azul do espectro de luz visível e infravermelho e ultravioleta do espectro magnético não visível aos nosso olhos. Neste momento alguém pode estar pensando: -Mas e o verde? A maioria das plantas são verdes! - Essa é uma curiosidade de como a física funciona em nossos olhos. Quando as plantas recebem a luz, ela chega até elas na forma da luz do Sol, que é composta e por isso nos parece branca (imagem acima), como já falamos lá no começo a luz é uma fonte de energia, mas as plantas não aproveitam toda essa energia, logo o que não é aproveitado é descartado, traduzindo isso em realidade as plantas "se livram" dessa radiação extra emitindo de volta, a maior parte dessa radiação não aproveitada e reemitida está na faixa do verde, por isso o pigmento responsável pela fotossíntese, a clorofila, nos parece verde aos olhos e por isso a maioria das plantas são verdes: elas estão se livrando do excesso de radiação que não será aproveitado por elas. Algumas plantas possuem uma quantidade maior de outros pigmentos e por isso podem ter tons diferentes de verde ou cores diferentes do amarelo ao vermelho intenso, passando por todos os tons possíveis nesse caminho: rosa, laranja, salmão e até púrpura. Você já deve ter observado que algumas plantas sempre emitem novas folhas em um tom profundo de vermelho, o pigmento responsável por essa cor vermelha tem função protetora e permite que as folhas novas e ainda não completamente amadurecidas não sofram muito com as radiações mais potentes nas faixas do vermelho e UV. 

A natureza teve bilhões de anos para experimentar, criar e adaptar todos esses mecanismos, e algumas plantas são bastante flexíveis em relação a parâmetros de luz, podendo se adaptar a uma infinidade de situações das mais variadas possíveis. Isso fica evidente se você pensar que, desce o começo do século XX as pessoas estão mantendo plantas em aquários das formas mais variadas possíveis, com grau variado de sucesso, e a medida que os parâmetros necessários começaram a ser entendidos, não só iluminação, as plantas aquáticas começaram a prosperar em nossos tanques, até mesmo as que um dia foram consideradas impossíveis de se manter. Entender o básico dessa dinâmica irá te permitir não só entender porque, mas quais caminhos seguir, é tudo uma questão de lógica e as coisas se encaixam como um quebra-cabeça que você irá montar aos poucos e finalmente chegar a obra pronta.

Evolução das Plantas desde as Algas unicelulares não vascularizadas até as Plantas Superiores

Parâmetros da Luz Aplicada a Iluminação de Aquários

PAR

Photosynthetically Active Radiation ou simplesmente PAR (Radiação Fotossinteticamente Ativa), refere-se a parte do espectro luminoso que ativa as funções fisiológicas nas plantas, essa faixa do espectro encontra-se entre 380nm até 750nm, sendo de 400nm a 700nm a faixa mais utilizada pelas plantas.

Alguns fabricantes incluem as tabelas de PAR nas informações das suas lâmpadas, na internet é possível encontrar medições de várias lâmpadas feitas por aquaristas, geralmente elas vem em forma de tabela mostrando os valores de medição em várias situações onde varia a altura da lâmpada em relação a superfície da água x a profundidade do tanque. Quanto mais alta a lâmpada for posicionada e quanto mais profundo for o tanque menores serão os valores de PAR, os refletores também interferem nessa medida uma vez que eles aumentam a eficiência da luz direcionando-a para baixo, refletor ruim é sinônimo de desperdício.

Outra informação importante: quando você liga uma fonte de luz direcionada você cria um cone de luz (imagem abaixo), a intensidade do PAR irá variar de mais forte para mais fraco a medida que você se afasta do centro do cone. Trazendo para o mundo real: Uma planta posicionada imediatamente no centro do cone de luz de uma lâmpada receberá muito mais luz que uma planta posicionada fora do centro.

Exemplo da variação do PAR no cone de luz

Sabendo dessa informação você poderá levar em conta as características do PAR das lâmpadas que você pretende usar e como ela irá se comportar na sua instalação considerando a altura dela e a profundidade do seu tanque. Os fabricantes costumam fazer recomendações, consulte a internet para ler a experiência de outros aquaristas com lâmpadas específicas.

Ativação da Fotossíntese

Até aqui já sabemos da importância da qualidade e intensidade do espectro luminoso para que as plantas consigam realizar suas funções biológicas de forma eficiente. É preciso observar que existe uma diferença entre a forma que as plantas terrestres e as plantas aquáticas reagem fisiologicamente a luz, enquanto as plantas terrestres tem respostas morfológicas relacionadas a luz azul e vermelha, por exemplo, ficando mais compactas com a luz azul, no meio aquático essa reação tem mais a ver com as trocas gasosas, em especial o acesso ao CO2 e ao O2, daí a importância da circulação aliada a uma boa iluminação do aquário.

Existem duas variedades de clorofila, ambas relacionadas ao ciclo de produção de alimento, com faixas distintas de ativação no azul e no vermelho, por décadas escutamos e lemos sobre a importância dessas duas faixas de luz para a fisiologia vegetal, no entanto, vários pigmentos presentes nas plantas absorvem frequências diferentes do espectro luminoso, praticamente todo o espectro luminoso visível é necessário para o desempenho eficiente das funções biológicas, fornecer um espectro limitado não impede que as plantas floresçam, a longo prazo a quantidade de luz supera em importância a qualidade da luz na eficiência fisiológica, essa é uma característica que explica porque iluminação de baixa qualidade consegue produzir resultados razoavelmente satisfatórios. 

Pigmentos x Faixas do Espectro envolvidas em sua ativação

 

Como o que sabemos até agora você já poderá responder uma pergunta muito importante: A lâmpada /lâmpadas que eu vou utilizar atendem as necessidades fisiológicas das plantas que eu quero cultivar?

IRC

Índice de Reprodução de Cor ou IRC é uma informação muito comumente encontrada nas características da maioria das lâmpadas utilizadas em iluminação, procure na embalagem, esse parâmetro indica como a luz de uma lâmpada reproduz as cores quando iluminadas por ela. O valor de referência é a luz do Sol ao meio-dia que recebe valor de 100, quanto mais próximo desse valor melhor a reprodução de cores de uma lâmpada, ou seja, a cor do objeto iluminado será visualizada pelo observador sem grandes alterações. 

Fluxo Luminoso

A quantidade de Luz emitida por uma lâmpada é chamada de Fluxo Luminoso, essa informação pode ser cruzada com os valores de PAR, se disponíveis, onde você poderá observar que lâmpadas com fluxo luminoso elevado tem valores de PAR também elevados. Esse valor é expresso em Lumens, para aquários plantados neste artigo usaremos esse valor calculado por Litro, os valores de referência serão:

Iluminação fraca:  < 25 Lumen/L

Iluminação média: >25 - 55 Lumen/L

Iluminação forte: >55 - 90 Lumen/L

Iluminação intensa: > 90 Lumen/L 

Temperatura de Cor

A Temperatura de Cor de uma lâmpada indica a cor que essa lâmpada irá produzir, essa informação vem expressa em K (Kelvins) e, assim com o IRC, afeta o aspecto estético do tanque, lâmpadas na faixa dos 6500K tem IRC mais elevado, pois a reprodução das cores tende a ser mais fiel.

3000K -> Luz amarelada (lâmpadas incandecentes)

5500K -> Luz branca quente (lâmpadas fluorescentes/Metal Halide brancas amareladas)

6500K -> Luz branca fria (lâmpadas fluorescentes/Metal Halide brancas azuladas)

9000K -> Luz azulada (Lâmpadas HQI)

Naturalmente ocorre uma variação na Temperatura de Cor da luz ao longo do dia, alguns sistemas de iluminação modernos inclusive já simulam essa variação. Lâmpadas para iluminação de aquários plantados geralmente tendem ao branco quente ou branco frio, porém os sistemas modernos com LED podem oferecer uma variedade infinita de configurações, visto que são modulares, como você pode optar em usar lâmpadas com características diferentes em conjunto. 

A grande questão aqui é mais estética que prática, você precisa apenas ter certeza de que além das características importantes para fisiologia das plantas a sua lâmpada também irá atender as necessidade estéticas do seu aquário.

Variação da Temperatura de Cor ao longo do dia

[Artigo em processo de expansão e atualização]

Lâmpadas Fluorescentes

Utilizando a Regra de Lúmens por Litro

Para entender este artigo é necessário saber o que são Watt, Lúmens, Fluxo Luminoso, IRC e Espectro Luminoso, leia este artigo antes: IRC, Fluxo Luminoso, Temperatura de Cor e Espectro Luminoso.

Minha intenção aqui não é escrever um tratado sobre iluminação, existem centenas na internet, leia-os, outro detalhe importante é que estou escrevendo tendo em mente um aquário BEM plantado, para aquário com apenas um ramo de Cabomba ou Valisneria no canto a dinâmica é outra e está fora do foco deste artigo. Dito isto quero fazer três observações que podem simplificar um pouco as coisas:

1. Esqueça a regra de Watt / Litros definitivamente*;
2. Use Lúmens/Litro [Lm/L] para saber qual a necessidade de luz para o aquário e Lumen/Watt [Lm/W] para saber quais lâmpadas são mais eficientes;
3. Entenda o que é IRC, Fluxo Luminoso, Temperatura de Cor e Espectro Luminoso pelo menos!

Tudo o que a maioria das pessoas precisa ter em mente é que um aquário plantado necessita, para manter a maiorias das plantas saudáveis, até as mais exigentes, de uma iluminação em torno de 60 Lm/L (Lúmens por litro), mais que isso para ter plantas muito exigentes e com cores vermelhas/laranja/acobreadas fortes e sólidas. Por experiência, podemos classificar a iluminação da seguinte forma:

Iluminação Fraca <= 30 Lm/L

Iluminação Moderada >= 60 Lm/L

Iluminação Forte > 90 Lm/L

Para saber qual lâmpada escolher você precisa ter sempre esse parâmetro em mente e escolher as lâmpadas que podem oferecer esse fluxo de aproximadamente 60Lm/L para o volume do seu aquário.

As boas marcas trazem em suas embalagens a quantidade de Lúmens que a lâmpada emite, somando a quantidade de Lúmens de todas as lâmpadas e dividindo pelo volume do seu aquário você terá uma medida aproximada de quanto de luz elas vão fornecer em Lúmens.

Então qualquer lâmpada que emita uma quantidade grande de Lúmens será ótima para o meu aquário? Não. Por que nem só de Lúmens se faz uma boa iluminação, pense por exemplo numa lâmpada HQI, ela tem um alto rendimento em Lúmens, porém o espectro luminoso é restrito e assim as plantas que normalmente apresentariam colorações vermelhas tendem a permanecer verdes.

O Espectro Luminoso, grosso modo, é a representação gráfica dos picos que compõem a luz. Lembra daquela aula de ciências onde falavam que um velhinho¹ pegou um prisma e descobriu que ao passar um raio de luz por ele aparecia um arco-íris? Porque o raio de luz branca original na verdade é composto por todos aquelas cores que aparecem separadas após o mesmo raio sair do prisma?

Então, o que acontece é que nossas queridas plantas usam muito algumas dessas faixas coloridas [vermelho/azul] em vários processos fisiológicos, entre eles a fotossíntese. Usam um pouco de outras faixas e quase nada ou nada de algumas outras faixas de cor. Como a faixa do verde que é refletida pela clorofila a maioria das plantas é verde.

Você precisa garantir que essa demanda de picos/faixas de cor do espectro seja atendida, então é essencial garantir um espectro amplo, ou seja, você precisa ter no seu aquário as várias faixas necessárias do espectro luminoso, e isso pode ser conseguido usando lâmpadas com amplo espectro ou misturando lâmpadas que se complementem.

Ao ler sobre Temperatura de Cor você vai saber qual a relação com o Espectro luminoso e vai entender por que a luz branca em geral é a mais adequada para o aquário plantado. Afinal a  luz branca contém todo o espectro! 

Da teoria à prática

Vamos imaginar que você, meu querido leitor, tenha um aquário de 80 litros (60 x 45 x 30 cm) e quer ele bem plantado, com aquelas plantinhas que você economizou um bocado para comprar e não quer perder. Levando em consideração a regra de Lm/L multiplique 80 litros por 60 Lúmens/L para ter uma iluminação razoável, a tabelinha está no começo do artigo, você chega ao número mágico de 4800 Lm totais que serão o necessário para esse volume de aquário, ou seja, você vai precisar usar quantas lâmpadas forem necessárias para fornecer 4800 Lúmens.

Observe a tabela abaixo:

Extraído do catálogo online da Osram

Nesta tabela da Osram estão listadas as lâmpadas tubulares T5 HO (High Output) com seus tamanhos, potências, fluxo luminoso, índice de reprodução de cor (IRC), temperatura de cor, etc. Se você leu o artigo indicado no começo deste então sabe que as lâmpadas com IRC mais próximos de 100 são as que reproduzem as cores mais naturais, no caso todas as lâmpadas tem IRC de 80 a 89 o que garante cores naturais com essa luz**, no mesmo artigo você leu que lâmpadas com 6500K tem a luz branca e um espectro luminoso que tende a ser bem distribuído por todas as faixas do espectro, garantindo não só os picos obrigatórios para a fotossíntese como também outros necessários para demais funções da fisiologia vegetal.

Sabendo disso tudo só nos resta escolher qual delas usar e, levando em conta o tamanho do aquário, fica óbvio que teremos que usa um dos três modelos de 549mm [54,9cm] de comprimento, afinal ela precisa caber "dentro" do tanque, entre elas apenas uma tem 6500K, luz branca.

A tabela indica que a lâmpada FQ 24W/885 HO tem 24W e 1600Lm, ao dividir 1600Lm por 24W você constatará que ela emite 66,66 Lm/W o que é um rendimento razoável para esta categoria de lâmpadas.

Agora vamos fazer umas contas: Se meu aquário tem 80 litros e eu quero oferecer pelo menos 60 Lumens por litro eu vou precisar de 60 [Lm] x 80 [Litros] = 4800 Lúmens totais. A nossa lâmpada emite 1600, então se eu dividir minha necessidade [4800 Lúmens totais] pelos 1600Lm [que nossa lâmpada emite] eu vou saber quantas lâmpadas eu vou precisar: 4800 / 1600 = 3 lâmpadas.

Resumo da ópera: Nosso aquário tem 80L, precisamos de 4800 lúmens para ter pelo menos 60Lm/L, se nossa lâmpada emite 1600Lm eu vou precisar de 3 lâmpadas para atender a demanda da maioria das plantas aquáticas para crescerem saudáveis***, para plantas mais exigentes aumentaria uma lâmpada chegando a 4 x 1600 = 6400 / 80 = 80 Lm/L e assim por diante.

Então essa é a lei? 
Não, essa é apenas uma opção.
Como eu falei no início desta postagem existem centenas de possibilidades em termos de iluminação, afinal para cada aquário de tamanho diferente tudo muda, e essa é apenas uma forma simplificada de fazer as coisas. Também lembre que o barato pode sair caro, compre lâmpadas de qualidade, não estou dizendo que você precisa de lâmpadas que custam uma fortuna, elas existem, são excelentes lâmpadas, mas tem o inconveniente de custarem uma quantidade desproporcional de nosso rico dinheirinho, a decisão é sua, mas fique ciente de que você tem e pode usar as opções mais baratas, como as lâmpadas do exemplo acima, e tem a garantia de que usadas corretamente elas funcionarão perfeitamente. A opção é sua. Sejam tubulares T8, T5 ou até as PLs econômicas, em muitas situações elas são o necessário para que seu aquário prospere.

Leia, aprofunde-se e experimente, só com a experiência e o tempo é que dominamos qualquer técnica, mas para isso é fundamental conhecer o básico, por isso leia, leia bastante sobre o assunto, aos poucos tudo ficará mais claro. Existem mais uma série de parâmetros que de acordo com o seu projeto poderão influenciar sua escolha.

¹ Nao é o Roger Waters, estou falando de Sir Isaac Newton!

* Vamos matar essa ideia, ela já foi útil e hoje mais atrapalha que ajuda;

** Estética é igual a cabeça, cada um tem a sua, se você prefere luz amarela, rosa, azul, roxa... Eu prefiro luz natural.

*** O crescimento ideal depende de outros parâmetros como fertilização, CO2 e manutenção regular do aquário;

**** Gostei desse nome! Use por conta e risco.

Referências

Eberhard Schc$fer; Ferenc Nagy (2006). Photomorphogenesis in Plants and Bacteria: Function and Signal Transduction Mechanisms. Springer Science & Business Media. pp. 1–2. ISBN 978-1-4020-3809-9.

Li, Jigang; et al. (2011). "Phytochrome Signaling Mechanisms". The Arabidopsis Book / American Society of Plant Biologists. 9: e0148. doi:10.1199/tab.0148. PMC 3268501. PMID 22303272.

WHICH PART OF THE LIGHT SPECTRUM IS USED FOR PHOTOSYNTHESIS? September 23, 2019 disponível em https://www.advancedplantedtank.com/blogs/light-3pillars/light-wavelength-indepth

Iluminação de aquários plantados: 21 conceitos disponível em http://www.aquahobby.com/articles/b_ilum.php