معلومة

هل هناك سبب يجعل بصر الإنسان والنباتات تستخدم نفس الطول الموجي للضوء؟

هل هناك سبب يجعل بصر الإنسان والنباتات تستخدم نفس الطول الموجي للضوء؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

يتراوح النطاق المقبول لأطوال موجات الضوء التي يمكن للعين البشرية اكتشافها ما بين 400 نانومتر و 700 نانومتر تقريبًا. هل من المصادفة أن هذه الأطوال الموجية متطابقة مع تلك الموجودة في نطاق الإشعاع النشط الضوئي (PAR) (الطول الموجي للضوء المستخدم في التمثيل الضوئي العادي)؟

بدلا من ذلك هناك شيء ما مميز حول الفوتونات مع مستويات الطاقة تلك التي تؤدي إلى استقرار الانتقاء في أنواع متعددة متنوعة مثل البشر والنباتات؟


سؤال جيد.

إذا نظرت إلى توزيع الطاقة الطيفية في الإجابة المقبولة هنا ، فإننا نرى أن الفوتونات ذات الأطوال الموجية الأقل من 300 نانومتر تمتصها أنواع مثل الأوزون. أكثر من 750 من الأشعة تحت الحمراء تمتصها أنواع مثل الماء وثاني أكسيد الكربون. لذلك فإن الغالبية العظمى من الفوتونات الشمسية التي تصل إلى السطح لها أطوال موجية تقع بين هذين الطرفين.

لذلك ، أود أن أقترح أن الكائنات الحية السطحية قد تكيفت لاستخدام هذه الأطوال الموجية للضوء سواء تم استخدامها في المستقبلات الضوئية أو في التمثيل الضوئي لأن هذه هي الأطوال الموجية المتاحة ؛ بمعنى ، تكيفت الكائنات الحية لاستخدام هذه الأطوال الموجية للضوء ، بدلاً من أن تكون هذه الأطوال الموجية خاصة في حد ذاته (على الرغم من وجود بقعة حلوة لطاقة الفوتون في حالة التمثيل الضوئي المحددة).

على سبيل المثال ، تشير هذه الدراسة إلى أن بعض الفطريات قد تكون في الواقع قادرة على استخدام الإشعاع المؤين في عملية التمثيل الغذائي. يشير هذا إلى أن الكائنات الحية الافتراضية في عالم مغمور بالإشعاع المؤين قد تطور آليات للاستفادة من هذه الطاقة.


قد يكون الاختيار الذي تشير إليه في أنواع متعددة بسبب ميزة متبادلة. إذا كانت الفاكهة تمتص الأطوال الموجية المرئية ، فيمكن أن ترصدها حيوانات أخرى وتؤكل مع البذور. يمكن أن تنضج البذور بعد ذلك داخل العائل ، وبمجرد التخلص منها مع البراز ، تنمو نبتة جديدة في مكان مختلف.

هذا لا يصلح فقط لامتصاص الضوء ، ولكن لانبعاث الضوء أيضًا: بالنسبة لبعض الفواكه ، يتسبب النضج في لمعان أزرق للأشعة فوق البنفسجية يمكن أن تكتشفه بعض الحشرات.


من القواعد الأساسية في علم البصريات أن الضوء يتفاعل مع المواد التي لها سمات ذات أبعاد مماثلة لطول موجة الضوء. على سبيل المثال ، تتفاعل موجات الراديو ذات الأطوال الموجية الكبيرة مع الأجسام الكبيرة مثل الطائرات ، كما في حالة الرادارات ، وتتفاعل الأطوال الموجية الصغيرة جدًا (الأشعة السينية وأشعة جاما) مع الأجسام الصغيرة جدًا مثل نوى الذرات. إذا كنت تأخذ الطيف المرئي ، يتفاعل الضوء مع مواد ذات أبعاد و / أو طاقات متشابهة مثل C-C و C = O وما إلى ذلك التي تشكل معظم المركبات العضوية. هيك ، قد يتفاعل الضوء ذو الطول الموجي المناسب (أو ينحرف في هذه الحالة) مع مادة عضوية تمتلك العديد من مجموعات C = O-OH متباعدة مع مسافات مماثلة لطول موجة الضوء الذي يتم تسليطه عليها (بشرط أن تكون منتظمة متباعدة وهناك الكثير منها لإنتاج نتيجة يمكن ملاحظتها). نظرًا لأن جميع الكائنات الحية تعتمد على الكربون ، فإن C-C و C = O و C O و C = _N وما إلى ذلك تهيمن على مكونات المادة الحية من شبكية العين البشرية إلى المركبات الحساسة للضوء في النباتات. ومن هنا فمن منظور التفاعل بين الضوء والمادة ، تتكون جميع الكائنات الحية من مواد متشابهة إلى حد ما ، وهذا هو السبب في أن النباتات تستخدم الطول الموجي المماثل الذي يمكن للعين البشرية اكتشافه لعمليات التمثيل الضوئي.

المصدر: مجرد حدسي


يتعلق هذا السؤال بالسؤال: لماذا بعض الأشياء شفافة والبعض الآخر مبهم؟

القدرة على رؤية شيء ما تتطلب أن يكون معتمًا وأن الضوء الكافي يضيئه.

الأشعة فوق البنفسجية والأطوال الموجية الأقصر ليست منتشرة مثل الضوء المرئي على الأرض. سيبدو العالم مظلمًا جدًا بحيث لا يمكننا رؤية ما إذا كنا نستخدم الأشعة فوق البنفسجية وأطوال موجية أقصر. هذا لأن غلافنا الجوي يمتص معظم الضوء عالي الطاقة.

تمر الأشعة تحت الحمراء والأطوال الموجية الأطول من الضوء عبر العديد من الأشياء مما يجعل الرؤية صعبة. هناك ضوء أقل هنا يصل إلى الأرض وحتى أقل انكسارًا.

فكر في مدى اعتماد رؤيتنا على الضوء غير المباشر. إن الترددات التي تكون فيها معظم الأجسام معتمة تجعل تلك الترددات مفيدة للرؤية بسبب تراكم الضوء المنكسر.

لماذا العديد من الأجسام معتمة في الطيف المرئي للضوء؟ تحتوي الأطوال الموجية الأطول للضوء على طاقة أقل من إلكترونات التكافؤ في معظم المواد. الأطوال الموجية الأقصر لها الكثير من الطاقة ، فهي تسبب تفاعلات كيميائية ، بالإضافة إلى أنها ليست منتشرة بشكل كبير على سطح الأرض.

الإلكترونات هي التي تمتص الضوء ثم تنقله ولها عتبات تعتمد على كيمياءها لما يمكن أن تمتصه. لا امتصاص = شفاف. يبدأ حدوث الكثير من الطاقة والتفاعلات الكيميائية ، والتي قد تكون غير مرغوب فيها ، أو مرغوبة في تخليق فيتامين د بواسطة ضوء الأشعة فوق البنفسجية.

تستخرج النباتات الطاقة للتفاعلات الكيميائية من أطوال موجية أقصر من الأشعة تحت الحمراء ، وهي أضعف من أن تدفع عملية التمثيل الضوئي ، وليست وفيرة مثل الضوء المرئي. ولكن تمتص أيضًا أطوال موجية أطول من الترددات المؤينة ، وهي ليست شائعة جدًا ، وعادة ما تسبب الضرر.

الضوء المرئي هو طيف الضوء السائد على الأرض بما يكفي لرؤيته ، ولكنه ليس نشيطًا لدرجة أنه قد يضر بالنظم البيولوجية. تتداخل صفات ترددات الضوء المثلى في الأفق مع عملية التمثيل الضوئي لأن لها آليات متشابهة للتفاعل مع الضوء. ما هي هذه الآلية؟ كيمياء الحياة القائمة على الكربون.


إدراك الضوء واللون أو لماذا الأوراق خضراء؟

يدور هذا المنشور حول كيفية إدراكنا للون وكيف يرتبط ذلك بالفن والصور التي تم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر. أجد العمل رقميًا لدرجة أنني أنسى أحيانًا أن هناك & # 8217s عالمًا حقيقيًا ، لا تمثل الصورة الرقمية سوى تمثيل تقريبي له. من المثير للاهتمام التراجع عن ذلك من حين لآخر ومعرفة المزيد حول كيفية إدراك أعيننا وأدمغتنا للضوء واللون. ما يلي هو وصف مبسط للغاية لرؤية الألوان وقليلًا من كيفية ارتباط ذلك بالألوان في الصور الرقمية.

لماذا الأوراق خضراء؟

ربما لم يكن هذا هو & # 8217t حتى السؤال الصحيح. اللون موجود بشكل أساسي في أذهاننا & # 8211 الأوراق هي فقط & # 8220green & # 8221 لأننا ندركها خضراء. لكنني لا أريد الذهاب إلى حفرة أرنب فلسفية ، لذلك ألتزم بالسبب & # 8211 من منظور بيولوجي & # 8211 نتصورهم بهذه الطريقة.

يعتمد إدراكنا للون الشيء على عدة أشياء:

  • نطاق الأطوال الموجية الموجودة في ضوء الحادث.
  • الأطوال الموجية للضوء التي يعكسها الجسم أو يمتصها.
  • الخلايا المستقبلة في أعيننا التي تكتشف الضوء المنعكس.
  • تفسير دماغنا للإشارات من تلك المستقبلات.

من المهم أن ندرك أن تصنيفنا للأشياء إلى ألوان له علاقة بأدمغتنا أكثر من ارتباطه بالضوء نفسه. يتكون الضوء الأبيض من مزيج من جميع الأطوال الموجية المرئية للضوء ، من حوالي 400 إلى 700 نانومتر في الطول الموجي ، ويمتص جسم معين بعضًا ويعكس البعض الآخر ، اعتمادًا على ما يتكون منه. من الخطأ إذن الاعتقاد بأن الجسم الأحمر يعكس فقط & # 8220red & # 8221 الضوء ، ويصادف أنه يعكس الأطوال الموجية في المنطقة الحمراء من الطيف بقوة أكبر.

يسمى الجزيء الأساسي الذي يعطي الأوراق لونها بالكلوروفيل. تمتلئ الأوراق بالكلوروفيل لأنه عنصر أساسي في عملية التمثيل الضوئي ، مما يتيح للنباتات استخدام الطاقة من ضوء الشمس لتحويل الماء وثاني أكسيد الكربون إلى سكريات. يبدو طيف امتصاص الكلوروفيل كما يلي:

لتحقيق أقصى استفادة من الضوء الساقط من الشمس ، والذي يتحول إلى زرقة اللون بعد تناثره في الغلاف الجوي (لاحظ لون السماء) ، يمتص الكلوروفيل أكبر قدر ممكن من الضوء الأزرق & # 8211 كما يتضح من القمة الرئيسية في طيف الامتصاص أعلاه حول الأطوال الموجية النيلي الأزرق. ينعكس حوض الامتصاص المنخفض الذي نراه في المنتصف حول المنطقة الصفراء والخضراء من الطيف & # 8211 وينتج عن اللون الأخضر للكلوروفيل.

ألوان RGB

ومع ذلك ، عندما نقارن وفرة الأطوال الموجية المختلفة الموجودة في الضوء المنعكس من الورقة ، مع الطريقة التي نمثل بها اللون رقميًا ، يبدو في البداية أن شيئًا ما ينقصه بشكل خطير. يتم تمثيل اللون في الصور الرقمية بثلاثة أرقام متواضعة & # 8211 قيم RGB الخاصة بنا. كيف يمكن مقارنة هذا الثلاثي البسيط من الأرقام بالطيف الأكثر تعقيدًا من الأطوال الموجية التي نتلقاها من جسم حقيقي؟

اللون والعين

السبب يتعلق بكيفية عمل اللون في العين. تمتلئ الخلايا في شبكية العين التي تكتشف اللون (تسمى الخلايا المخروطية) بالأصباغ التي تستجيب للضوء. عندما يضربهم الضوء يغيرون شكلهم ، ومن خلال تفاعل متسلسل مع جزيئات أخرى في الخلية يولدون نبضة كهربائية. لكن هذه الأصباغ & # 8211 مثل الكلوروفيل & # 8211 تستجيب أيضًا لطيف من الأطوال الموجية ، ويمكن & # 8217t التفريق بينهما حقًا. من أجل اكتشاف اللون ، نحتاج إلى ثلاثة مختلف أنواع الخلايا المستقبِلة ، ولكل منها صبغة ضوئية مختلفة مع طيف امتصاص مختلف قليلاً ، والتي تستجيب بشكل أو بآخر بقوة لمناطق مختلفة من الطيف المرئي للضوء. إنه مفهوم خاطئ أن هذه تتوافق مع & # 8220red & # 8221 ، & # 8220green & # 8221 و & # 8220 أزرق & # 8221 ضوء ، ولكن التأثير الصافي هو أنه من خلال مقارنة الاستجابات من هذه المستقبلات المختلفة ، يمكننا معرفة ما إذا كان الضوء انظر يحتوي على أطوال موجية ضاربة إلى الحمرة أو المخضرة أو الزرقاء.

ليس من قبيل المصادفة إذن أن نموذج ألوان RGB الرقمي يستخدم ثلاث قيم لونية ، لأنه من خلال مزج كميات مختلفة من هذه الألوان الثلاثة يمكننا تكرار تأثير مجموعة كاملة من الأطوال الموجية (تقريبًا). تقوم الخلايا في أعيننا بتقسيم البيانات إلى ثلاث قنوات بطريقة متشابهة جدًا ، لذلك نلاحظ اختلافًا بسيطًا جدًا. (في الواقع ، هذا في الواقع هو سبب تصميم نموذج ألوان RGB بهذه الطريقة).

لكن ماذا عن Magenta؟

الشيء التالي الذي يجب الحديث عنه هو كيف ننتقل من مفهوم الأطوال الموجية باعتبارها تمثل الألوان ، إلى الفكرة المألوفة لعجلة الألوان. بينما أوضحت بالفعل أن معظم الألوان التي نراها تتكون من مزيج كامل من الأطوال الموجية ، فقد عملت أيضًا لأن كل طول موجي للضوء يمكن نظريًا تعيين لون معين له. في الواقع يمكنهم & # 8211 كما يتضح من أنواع معينة من مصادر الضوء مثل الليزر التي يمكن أن تنتج ضوءًا بطول موجي واحد ، والذي نراه كضوء ملون ، أو من خلال النظر إلى الضوء من خلال منشور ، مقسم إلى قوس قزح بأطوال موجية مختلفة. ومع ذلك ، فإن الأطوال الموجية للضوء تمتد في أي اتجاه من نهايات الطيف المرئي ، إلى أنواع من الإشعاع يمكننا رؤيتها & # 8217t. إذن كيف ننتهي بإدراك الألوان مثل اللون الأرجواني الذي ندركه على أنه في مكان ما بين الأحمر والأزرق؟

الجواب هذه المرة يكمن في الدماغ. بمجرد أن تتلقى المستقبلات في أعيننا الضوء ، فإنها تمرر هذا كإشارة كهربائية تصل العصب البصري إلى القشرة البصرية ، في الجزء الخلفي من الدماغ ، في الفص القذالي. هنا يتم التخلي عن نموذج الألوان ثلاثي القنوات واستبداله بنموذج معالجة الخصم بأربعة ألوان. تتجمع الخلايا العصبية في القشرة البصرية في وقت مبكر في مناطق تسمى النقط ، والتي يقارن بعضها الإشارات من الخلايا المخروطية المختلفة ، لتحديد ما إذا كان الضوء أكثر زرقاء أو صفراء أكثر ، والبعض الآخر ما إذا كان أحمر أكثر أو أكثر خضرة. يحدد الناتج من هذه المجموعات كيف ندرك اللون ، ويؤدي تجميع الألوان في أزواج متعارضة إلى فكرتنا عن الألوان التكميلية ، الأزرق مع الأصفر ، والأحمر مع الأخضر وما إلى ذلك.

ولهذا السبب أيضًا لا يمكننا تخيل ألوان مثل الأصفر المائل للزرقة أو الأخضر المائل إلى الحمرة & # 8211 لأن أجزاء الدماغ التي تدرك هذه الألوان تعاملها على أنها متناقضة مع بعضها البعض. يمكن لأعيننا أن تستقبل بسهولة الضوء الذي يتكون في الغالب من أطوال موجية زرقاء وصفراء ، لكننا ببساطة ندرك أنه عديم اللون إلى حد ما. من ناحية أخرى ، يمكن أن تمتزج الألوان غير المتعارضة معًا ، مما يمنحنا اللون البرتقالي بين الأحمر والأخضر والسماوي بين الأخضر والأزرق. ينتج عن هذا أيضًا اللون الأرجواني & # 8211 مزيج من الضوء الأزرق والأحمر من أي من طرفي الطيف الذي نعتبره لونًا واحدًا ، على الرغم من أنه لا يحتوي على نظير في الطيف المرئي نفسه (يسمى هذا اللون الطيفي الإضافي) .

إذن ، لماذا الأوراق خضراء؟

لأننا ندرك أنها خضراء. تنبعث كرة مشتعلة من الهيدروجين على بعد 150 مليون كيلومتر ضوءًا من جميع أنواع الأطوال الموجية ، والتي تنتقل إلى الأرض ، وتنتشر عبر الغلاف الجوي ، ويتم امتصاصها جزئيًا بواسطة المواد الكيميائية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي. ينعكس باقي هذا الضوء ، ثم تمتصه الصبغات الموجودة في خلايا أعيننا. يتم تبسيط الإشارة ، ثم معالجتها ومقارنتها ، وتمريرها إلى أجزاء أخرى من الدماغ ، وتوصلنا أخيرًا إلى استنتاج مفاده أن الأوراق خضراء. بسيط أليس كذلك؟


التلوث الضوئي يضر بالنباتات في البيئة

لا يؤثر التلوث الضوئي فقط على دورات النباتات بشكل مباشر ، كما هو موضح أدناه ، بل إنه يؤثر أيضًا بشكل غير مباشر عن طريق التدخل في دورات حياة الملقحات أو الحيوانات الأخرى التي تتفاعل معها. اقفز هنا لمتابعة تأثيرات التلوث الضوئي على ملقحات النباتات. توضح هذه المقالة الأخرى كيف يؤثر الضوء الاصطناعي في الليل على الخفافيش التي تشتت بذور أشجار الفاكهة.

النباتات

تتفتح العديد من أنواع الصبار فقط في ظلام الليل. يتم تلقيحها بواسطة الحشرات الليلية أو الحيوانات الصغيرة ، خاصة العث والخفافيش. وتلك الخاصة بـ Selenicereus grandiflorus (ملكة الليل) مفتوحة بالكامل لمدة ساعتين فقط في الليل. قد يؤدي زيادة ظروف الإضاءة من حولهم إلى منعهم من الازدهار الدائم وبالتالي التكاثر.

هذا لا يؤثر فقط على الصبار ، بل يؤثر أيضًا على أنواع الملقحات أيضًا. بشكل عام ، يتم تلقيح تلك النباتات التي لها رائحة قوية ولها أزهار بيضاء في الليل. يساعد بياض الزهرة ورائحتها الملقحات الليلية في العثور على الزهور في الليل. عادةً ما يتم تلقيح النباتات المزهرة الحمراء التي لا تحتوي على روائح بواسطة الطيور ، حيث تنجذب معظم الطيور إلى اللون الأحمر ولكن القليل منها فقط لديه حاسة الشم. كما جاء في كتيب الأكاديميات الوطنية للصحافة حول الملقحات: يتطلب ثلث الغذاء البشري مُلقِّحًا. يمكن أن يؤدي تغيير ظروف الإضاءة في الليل إلى تفكيك شبكة حياتنا مما يؤدي في النهاية إلى تعطيل مصادر طعامنا.

هل الإضاءة الليلية تضر الأشجار؟

قسم الغابات والموارد الطبيعية ، جامعة بوردو ، ويست لافاييت ، إن

يشير تشاني إلى أنه بالنسبة للنمو والتطور الطبيعي ، تعتمد الأشجار على جودة الضوء (الطول الموجي أو اللون) ، وشدته (سطوعه) ، ومدة 24 ساعة من فترة الظلام الفاتح (فترة الضوء). لا يهم الشجرة ما إذا كان الضوء يأتي من الشمس أو من مصادر اصطناعية طالما يتم توفير الطول الموجي والشدة والمدة المطلوبة. العمليتان البيولوجيتان الضوئيتان المهمتان في الأشجار والأطوال الموجية اللونية المطلوبة هي:

  1. البناء الضوئي - يتطلب اللون الأزرق المرئي (400-450 نانومتر) والأحمر (625-700 نانومتر) - يستخدم الضوء لصنع السكريات التي تستخدمها الشجرة.
  2. ضوئية - يتطلب اللون الأحمر المرئي (625-760 نانومتر) والأشعة تحت الحمراء (760-850 نانومتر) - يتحكم في النمو الخضري والأنشطة الإنجابية وفقًا لأطوال النهار والليل.

قال تشاني إن شدة الضوء العالية نسبيًا والتي تبلغ 1000 ميكروأينشتاين لكل متر مربع في الثانية (E / م 2 / ثانية) كافية لعملية التمثيل الضوئي في معظم الأشجار ، في حين أن 200 E / م 2 / ثانية هو المطلوب للأشجار المكيفة الظل. ومع ذلك ، قد تحدث استجابات الفترة الضوئية بأقل من 0.06 إلى 3 E / م 2 / ثانية ، وهو مجرد جزء صغير مما يحتاجون إليه لعملية التمثيل الضوئي. كمرجع ، الإضاءة الداخلية الكافية للقراءة حوالي 4.6 وضوء القمر الكامل حوالي 0.004 جنيه / م 2 / ثانية. توفر اللمبة المتوهجة 100 وات 5 E / م 2 / ثانية على بعد 5 أقدام ، بينما توفر لمبة بيضاء باردة 150 وات 17 E / م 2 / ثانية على نفس المسافة.

كان معروفًا منذ الأربعينيات من القرن الماضي أنه هي مدة الظلام المتواصل خلال دورة 24 ساعة التي تتحكم في عمليات النمو في نباتات كاسيات البذور (المزهرة) ، مثل الأشجار. عمليات نمو النبات هي تلك مثل السكون ونمو الأغصان والازهار. تسمى صبغة قابلة للانعكاس فيتوكروم أو كريبتكروم يتفاعل مع طول كل من فترات النهار والليل اعتمادًا على ما إذا كان يمتص أطوال موجات الأشعة الحمراء (625-760 نانومتر) أو الأشعة تحت الحمراء (760-850 نانومتر). حتى وميض الضوء اللحظي خلال الفترة المظلمة يكفي لإثارة الحالة التي تسببها ليلة قصيرة أو ، على العكس ، يوم طويل. (يُسمى اليوم الطويل فقط لأن التفكير الأولي كان أن طول النهار هو المهم.) تُصنف الأشجار والنباتات الأخرى على أنها طويلة أو قصيرة أو يومية وفقًا لاستجابتها لليوم. الطول.

  1. أشجار اليوم الطويل تزهر في أوائل الصيف وتستمر في النمو الخضري حتى تقصر الأيام في الخريف.
  2. أشجار اليوم القصير الزهرة وتدخل السكون عندما يقصر طول النهار في أواخر الصيف.
  3. أشجار اليوم المحايدة لا تتأثر بطول النهار على الإطلاق.

كما يمكن أن تؤثر الضوئية الضوئية على ظهور الشعر على سطح الأوراق (تكوّن الصباغ) ووقت سقوط الخريف وتطور الجذور ، وكذلك ظهور سكون البراعم وانكساره. تعمل الإضاءة الليلية على تغيير فترة الضوء الطبيعي وبالتالي تزعج نمو النبات.

تأثير الإضاءة الليلية على الأشجار

من الواضح أن معظم الإضاءة الليلية قد لا تكون كافية للتسبب في عملية التمثيل الضوئي ، ولكنها لا تزال تؤثر على الأشجار الحساسة لطول النهار. الإضاءة الاصطناعية ، خاصة من مصدر ينبعث من النطاق الأحمر إلى نطاق الأشعة تحت الحمراء من الطيف ، يمتد طول اليوم ويمكن أن يغير أنماط الإزهار ، والأهم من ذلك ، يعزز النمو المستمر لفترة طويلة بعد أن يكون من الآمن للأشجار القيام بذلك ، بسبب شتاء قادم.

الأطياف التي تنتجها مصادر الضوء المختلفة وتأثيراتها على الأشجار

مصادر الضوء المختلفة لها أطياف انبعاث مختلفة. يعطي كل نوع من أنواع المصابيح كميات مختلفة من أطوال موجية معينة (لون) من الضوء مقارنة بنوع آخر من المصابيح. يلخص الجدول التالي مصادر الأضواء وأطيافها وتأثيرها المحتمل على الأشجار.

الأطوال الموجية المنبعثة من أنواع مختلفة من مصادر الضوء و
آثارها المحتملة على العمليات الحيوية الضوئية في الأشجار

مصدر ضوءأطوال موجية التأثير المحتمل
المنبعثة على الأشجار
فلوريارتفاع الأزرق والأحمر المنخفض قليل
ساطعارتفاع الأحمر والأشعة تحت الحمراء عالي
بخار الزئبقالبنفسجي إلى الأزرق قليل
معدن هاليدأخضر إلى برتقالي قليل
الصوديوم ذات الضغط العاليعالية في الأحمر إلى الأشعة تحت الحمراء عالي

في الأيام الأولى لإضاءة الشوارع ، كانت المصابيح المستخدمة الأكثر شيوعًا إما خيوط متوهجة بيضاء منخفضة الكثافة أو ذات كثافة أعلى ، أو مصابيح الفلورسنت المزرق ، أو بخار الزئبق ، أو مصابيح الهاليد المعدنية. في حين أن هذه المصادر جذبت الحشرات بشكل كبير ، إلا أن تأثيرها ضئيل على النباتات بسبب انخفاض مستويات الضوء الأحمر أو الأشعة تحت الحمراء. في منتصف الستينيات ، تم تطوير مصابيح الصوديوم عالي الضغط (HPS) ، والتي تنبعث منها ضوء عالي الكثافة في المناطق الحمراء والأشعة تحت الحمراء. تم الإبلاغ عن زيادة الإصابة بالنباتات الخشبية منذ الإدخال الواسع لهذا النوع من الإضاءة الاصطناعية.

إذا كان من الضروري القيام بذلك ، توصي Chaney باستخدام بخار الزئبق أو معدن هاليد أو مصابيح فلورية بترتيب الأفضلية للأضواء الاصطناعية للأشجار. يجب تجنب مصابيح الصوديوم عالية الضغط ومن الأفضل استبعاد المصابيح المتوهجة منخفضة الكثافة بسبب إنتاجها العالي من الأشعة تحت الحمراء والتأثير المحتمل على بعض أنواع الأشجار. يجب حماية وحدات الإنارة أو المصابيح بحيث يتم توجيه ناتجها الضوئي نحو الأرض. هذا لا يحافظ فقط على الضوء بعيدًا عن النباتات ، ويمنع ضررها المحتمل ويقلل أيضًا من التلوث الضوئي ، ولكنه أيضًا يضيء بشكل أفضل ممرات المشاة وحركة مرور المركبات من خلال تجنب الوهج المسبب للعمى. في جميع الحالات ، يجب تجنب الإضاءة العلوية والضوء الساطع على مسافات أفقية كبيرة. يجب إطفاء الأضواء أو تعتيمها خلال ساعات خارج الذروة لتجنب الإضاءة المستمرة للأشجار ، والتي لها أكبر احتمال لزعزعة أنماط النمو الطبيعي. إذا كنت عازمًا على زراعة الأشجار حيث توجد بالفعل إضاءة ليلية إضافية ، فاختر تلك ذات الحساسية المنخفضة للضوء.

ملاحظة لفلوريدا: كنت في البداية على افتراض أن تأثير التلوث الضوئي على الأشجار والنباتات لن يكون مصدر قلق كبير لنا في جنوب فلوريدا ، ويرجع ذلك في الغالب إلى حقيقة أنه كان من عدم توافق توقيت الأضواء والتغير في الطقس عن الفصول كما أشار تشاني في تقريره. نظرًا لأن الطقس المتجمد لا يؤثر عادةً على جنوب فلوريدا ، يبدو أن هناك سببًا ضئيلًا للقلق بشأن جميع أشجار النخيل التي تضيء طوال الليل لأي سبب عبث يمتلكه المالك ، حتى لو لم يكن هناك أحد على الإطلاق لرؤيتها. ومع ذلك ، جعلتني تعليقات الصدفة أعيد التفكير في هذا.

ذات مرة ، أشار أحد السادة إلى المجموعة التي حضرتها أنه لاحظ أنه منذ وضع الأضواء على بعض أشجار النخيل التي يعرفها ، فإنها لم تعد تزهر. هذا منطقي عندما تفكر في ما كتب عنه تشاني. إذا غيّرت الأضواء الموجودة على الأشجار دورها الضوئي ، فعندئذٍ ، تعمل الشجرة كما لو كان فصل الصيف طوال الوقت ، وبالتالي يتوقف التقدم السنوي للتغير في طول اليوم ولا تتقدم الشجرة أبدًا بعد هذا الصيف الزائف دائمًا. على غرار شخصية الممثل بيل موراي في فيلم Groundhog's Day ، يبدو الأمر كما لو أن الشجرة محاصرة في وقت معين من العام ، محكوم عليها بتكرارها إلى الأبد ولن تكون قادرة على النمو بعد ذلك.

في وقت آخر ، أحضرت ابني إلى حفلة عيد ميلاد لزميله في الصف. أثناء مشاهدة الأطفال يلعبون ، أحضر المضيفون عربة مليئة بالمانجو لمشاركتها مع الجميع. ثم سألت أم أخرى من أين أتوا بها حيث كان ذلك في أواخر نوفمبر ، فقد مر موسم المانجو جيدًا. قال المضيفون إن شجرتهم تنتج الثمار دائمًا في أواخر العام.

التي سألت بعد ذلك أوه ، هل شجرتك بجوار ضوء الشارع؟

قالوا نعم ، كيف عرفت؟

ضغطت على السؤال وهل قمت بجمع الفاكهة من جانب الشجرة المجاور لضوء الشارع؟

نظر كلاهما إلى بعضهما البعض مندهشًا كما لو كان عليهما التحقق مرة أخرى ثم سألوا YEAH ، كيف عرفت.

تم تغيير النهار الضوئي لشجرتهم وتطورها السنوي من خلال ضوء الشارع وربما فقط على جانب الشجرة التي تعرضت لهذا الضوء. كان الجانب الآخر من الشجرة مظللًا بأوراق الجانب المضاءة ويعمل بجدول زمني أكثر طبيعية.

حجة ضد الأضواء الاصطناعية.

أود أن أزعم أنه سيكون من الأفضل عدم استخدام أي أضواء على الإطلاق. حتى لو كنت تعتقد أنه يجب استخدامها ، أعتقد أنه يجب عليك التفكير مرة أخرى. في حين أنه من الأفضل استخدام الأضواء الزرقاء أو بخار الزئبق أو الهاليد المعدني أو مصابيح الفلورسنت ، من أجل بعض الأشجار ، فإن تلك الأضواء شديدة الزرقة ، نظرًا لتأثيرها على الميلاتونين البشري ، والرؤية البشرية والحيوانات يجب أن تكون تجنب من أجل مصلحتنا. في النهاية ، لا يوجد ربح في استخدام أي نوع من المصابيح. ستتأثر بعض أنواع الحياة بأي نوع من أنواع الإضاءة الاصطناعية المستخدمة. وبعد ذلك نعاني جميعًا بسبب هذا الضعف في شبكة الحياة. يجب أن يُنظر إلى الأضواء الاصطناعية ، باسمها بالذات ، على أنها مصطنعة. إن ناتجها من الطاقة المشعة الكهرومغناطيسية ، والذي يسافر 299،792.458 كيلومترًا في ثانية واحدة ، هو ملوث له تأثيرات سلبية لا تختلف عن أي مادة كيميائية غير طبيعية أخرى تتسرب عبر الأرض.

ومع ذلك ، فإن وكالة حماية البيئة لا تعتبر الضوء الاصطناعي ملوثًا لأنه ليس "كتلة" تم إدخالها بشكل مصطنع في البيئة. وبحكم التعريف ، الضوء ليس له كتلة. إذا كان لديه كتلة ، إذن ، وفقًا لنظرية أينشتاين للنسبية الخاصة ، لا يمكنه السفر بسرعة الضوء. يجب أن يكون واضحًا جدًا لأي شخص أن الضوء ليس له كتلة. في اللحظة التي يتم فيها تشغيل المفتاح ، يتوهج الضوء للخارج على الفور بأقصى سرعة للكون. إنه لا يزيد أو يزيد من سرعته حتى يصل إلى أقصى سرعة ، فهو موجود على الفور. ليس لديها القصور الذاتي للتغلب عليه لأنه ليس لديه كتلة. هذه هي فيزياء ذلك.

ومع ذلك ، قد يساعد الجميع على فهم مدى الضرر الذي يمكن أن يكون للضوء إذا تم اعتباره "ملوثًا هائلاً". لذلك دعونا نحسب ما سيكون مكافئ كتلة أينشتاين. يشتهر أينشتاين بمعادلة صغيرة أنه حتى الأطفال في المدرسة الابتدائية يبدو لمعرفة ما هو:

هذا يعني أن القليل من الكتلة يمكن أن يصبح كمية غير عادية من الطاقة فحسب ، ولكن أيضًا من خلال

أن كمية غير عادية من الطاقة يمكن أن تصبح قليلاً من الكتلة.

لذلك ، من الحسابات التي تم إجراؤها على صفحة تلوث الضوء مقابل الاقتصاد ، يوجد قسم يحسب إجمالي كمية الإضاءة الخارجية المهدرة في الولايات المتحدة في عام 2012 وحده. تم العثور على كمية الطاقة المهدرة لتصل إلى أكثر من 35.4 مليار كيلوواط ساعة لهذا العام. وبالتالي ، فإن مكافئ الكتلة سيكون:

35،429،671،271.12 كيلوواط ساعة & مرات3،600،000 ج
1 كيلوواط ساعة
&يقسم (299792458 م / ث) 2 = 1.419149 كجم من الكتلة

تخيل أنك تحاول توزيع كتلة 1.419 كجم (حوالي 3 أرطال 2 أونصة) في الولايات المتحدة ، أجزاء صغيرة منها كل ليلة طوال العام! إنه صغير جدًا ومع ذلك فإن آثاره بعيدة المدى ، ومدمرة بيئيًا ، وتدمر الأنواع ، وتعطل الساعة البيولوجية على صحة الإنسان ، يجب أن يكون الضوء الاصطناعي المهدر أكثر الملوثات السمية والأضرار التي تعرفها البشرية!

في النهاية ، لم تتطور أي نوع من أنواع الحياة تحت الأضواء الاصطناعية. لا ينبغي أن نتفاجأ من أنه ، بشكل عام ، لا توجد أنواع من الحياة تستفيد منها حقًا على المدى الطويل.

التلوث الضوئي فلوريدا مقاطعة بالم بيتش مقاطعة بروارد مقاطعة أشجار الإضاءة الليلية في مقاطعة ميامي ديد الأضواء الكاشفة


محتويات

يمكن أن تعمل العين البشرية من مستويات مظلمة جدًا إلى مستويات ساطعة جدًا من الضوء ، حيث تصل قدراتها الحسية إلى تسعة أوامر من حيث الحجم. هذا يعني أن الإشارة الضوئية الأكثر سطوعًا والأغمق التي يمكن للعين أن تشعر بها هي عامل يفصل بينهما 1،000،000،000 تقريبًا. ومع ذلك ، في أي لحظة زمنية معينة ، يمكن للعين أن تشعر فقط بنسبة تباين تبلغ 1000. ما يمكّن من الوصول الأوسع هو أن تتكيف العين مع تعريفها لما هو أسود.

تستغرق العين حوالي 20-30 دقيقة لتتكيف بشكل كامل من ضوء الشمس الساطع إلى الظلام الكامل وتصبح أكثر حساسية بمقدار 10000 إلى 1000000 مرة من ضوء النهار الكامل. في هذه العملية ، يتغير أيضًا إدراك العين للون (وهذا ما يسمى تأثير بركنجي). ومع ذلك ، يستغرق الأمر حوالي خمس دقائق حتى تتكيف العين من الظلام إلى ضوء الشمس الساطع. ويرجع ذلك إلى اكتساب المخاريط مزيدًا من الحساسية عند دخولها الظلام لأول مرة خلال الدقائق الخمس الأولى ، إلا أن القضبان تتولى زمام الأمور بعد خمس دقائق أو أكثر. [3] الخلايا المخروطية قادرة على استعادة حساسية الشبكية القصوى في 9-10 دقائق من الظلام بينما تتطلب العصي 30-45 دقيقة للقيام بذلك. [4]

التكيف المظلم أسرع وأعمق بكثير في الشباب من كبار السن. [5]

تحرير المخاريط مقابل قضبان

تحتوي العين البشرية على نوعين من المستقبلات الضوئية ، العصي والمخاريط ، والتي يمكن تمييزها بسهولة من خلال بنيتها. المستقبلات الضوئية المخروطية مخروطية الشكل وتحتوي على opsins المخروطية كأصباغ بصرية. توجد ثلاثة أنواع من المستقبلات الضوئية المخروطية ، كل منها حساس إلى أقصى حد لطول موجي معين من الضوء اعتمادًا على بنية صبغها الضوئي opsin. [6] الخلايا المخروطية المختلفة حساسة إلى أقصى حد إما للأطوال الموجية القصيرة (الضوء الأزرق) ، أو الأطوال الموجية المتوسطة (الضوء الأخضر) ، أو الأطوال الموجية الطويلة (الضوء الأحمر). تحتوي المستقبلات الضوئية للقضيب على نوع واحد فقط من الصباغ الضوئي ، رودوبسين ، الذي له حساسية الذروة عند طول موجي يبلغ حوالي 530 نانومتر والذي يتوافق مع الضوء الأزرق والأخضر. [6] توزيع الخلايا المستقبلة للضوء عبر سطح الشبكية له عواقب مهمة على الرؤية. [7] تتركز المستقبلات الضوئية المخروطية في انخفاض في مركز الشبكية المعروف باسم النقرة المركزية وينخفض ​​عددها باتجاه محيط الشبكية. [7] على العكس من ذلك ، توجد مستقبلات ضوئية للقضيب بكثافة عالية في معظم أنحاء شبكية العين مع انخفاض حاد في النقرة. تهيمن المخاريط على الإدراك في إعدادات اللمعان العالي على الرغم من حقيقة أن عدد القضبان يفوقها بشكل كبير (حوالي 4.5 مليون إلى 91 مليون). [7]

آلية بسيطة للتكيف هي منعكس الحدقة للضوء ، حيث يتم ضبط كمية الضوء التي تصل إلى الشبكية بسرعة كبيرة بنحو عشرة أضعاف. نظرًا لأنه يمثل جزءًا صغيرًا فقط من التكيف الكلي للضوء ، فلا يتم النظر فيه هنا.

استجابة لتفاوت مستويات الإضاءة المحيطة ، تعمل قضبان ومخاريط العين في كل من العزلة والترادف لضبط النظام البصري. التغييرات في حساسية العصي والمخاريط في العين هي المساهم الرئيسي في التكيف مع الظلام.

فوق مستوى نصوع معين (حوالي 0.03 cd / m 2) ، تشارك آلية المخروط في التوسط في الرؤية الضوئية للرؤية. تحت هذا المستوى ، تلعب آلية القضيب دورًا في توفير رؤية ليلية (ليلية). يُطلق على النطاق الذي تعمل فيه آليتان معًا النطاق المتوسط ​​، حيث لا يوجد انتقال مفاجئ بين الآليتين. هذا التكيف يشكل أساس نظرية الازدواجية. [8]

تمتلك العديد من الحيوانات مثل القطط رؤية ليلية عالية الدقة ، مما يسمح لها بالتمييز بين الأشياء ذات الترددات العالية في ظروف الإضاءة المنخفضة. ال tapetum lucidum هي بنية عاكسة مسؤولة عن هذه الرؤية الليلية الفائقة لأنها تعكس الضوء مرة أخرى عبر شبكية العين وتعريض الخلايا المستقبلة للضوء لكمية متزايدة من الضوء. [9] تمتلك معظم الحيوانات أ tapetum lucidum هي على الأرجح ليلية لأنه عند انعكاس الضوء من خلال شبكية العين تصبح الصور الأولية غير واضحة. [9] البشر ، مثل أقاربهم الرئيسيين ، لا يمتلكون أ tapetum lucidum وبالتالي كانت مهيأة لأن تكون نوعًا نهاريًا. [10]

على الرغم من حقيقة أن دقة الرؤية اليومية للإنسان أعلى بكثير من الرؤية الليلية ، فإن الرؤية الليلية للإنسان توفر العديد من المزايا. مثل العديد من الحيوانات المفترسة ، يمكن للبشر استخدام رؤيتهم الليلية للفترس ونصب الكمائن للحيوانات الأخرى دون وعيهم. علاوة على ذلك ، في حالة حدوث حالة طارئة في الليل ، يمكن للبشر زيادة فرصهم في البقاء على قيد الحياة إذا كانوا قادرين على إدراك محيطهم والوصول إلى بر الأمان. يمكن استخدام هاتين الفئتين لشرح سبب عدم فقد البشر تمامًا القدرة على الرؤية في الظلام من أسلافهم الليليين. [11]

رودوبسين ، صبغة بيولوجية في المستقبلات الضوئية لشبكية العين ، تتفتح على الفور استجابة للضوء. [12] يبدأ النقل الضوئي المرئي بتشابه الصبغ الصبغي من 11-cis إلى الشبكية العابرة بالكامل. [13] ثم يتفكك هذا الصباغ إلى أوبسين مجاني وشبكية عابرة بالكامل. يتطلب التكيف الداكن لكل من القضبان والمخاريط تجديد الصبغة البصرية من opsin و 11-cis الشبكية. [13] لذلك ، يتم تحديد الوقت اللازم للتكيف الداكن وتجديد الصبغة إلى حد كبير من خلال التركيز المحلي لشبكية العين 11-cis ومعدل تسليمها إلى opsin في قضبان التبييض. [14] The decrease in calcium ion influx after channel closing causes phosphorylation of metarhodopsin II and speeds up the cis-retinal to trans-retinal inactivation. [13] The phosphorylation of activated rhodopsin is mediated by recoverin. [13] The regeneration of the photopigments occurs during dark adaptation albeit at markedly different rates. [15] Rods are more sensitive to light and so take longer to fully adapt to the change in light. Rods, whose photopigments regenerate more slowly, do not reach their maximum sensitivity for about two hours. [3] [16] Cones take approximately 9–10 minutes to adapt to the dark. [3] Sensitivity to light is modulated by changes in intracellular calcium ions and cyclic guanosine monophosphate. [17]

The sensitivity of the rod pathway improves considerably within 5–10 minutes in the dark. Color testing has been used to determine the time at which rod mechanism takes over when the rod mechanism takes over colored spots appear colorless as only cone pathways encode color. [18]

Three factors affect how quickly the rod mechanism becomes dominant:

  • Intensity and duration of the pre-adapting light: By increasing the levels of pre-adapting luminances, the duration of cone mechanism dominance extends, while the rod mechanism switch over is more delayed. In addition the absolute threshold takes longer to reach. The opposite is true for decreasing the levels of pre-adapting luminances. [19]
  • Size and location on the retina: The location of the test spot affects the dark adaptation curve because of the distribution of the rods and cones in the retina. [20]
  • Wavelength of the threshold light: Varying the wavelengths of stimuli also affect the dark adaptation curve. Long wavelengths—such as extreme red—create the absence of a distinct rod/cone break, as the rod and cone cells have similar sensitivities to light of long wavelengths. Conversely, at short wavelengths the rod/cone break is more prominent, because the rod cells are much more sensitive than cones once the rods have dark adapted. [21]

Intracellular signalling Edit

Under scotopic conditions, intracellular cGMP concentration is high in photoreceptors. cGMP binds to and opens cGMP gated Na + channels to allow sodium and calcium influx. [22] Sodium influx contributes to depolarization while calcium influx increases local calcium concentrations near the receptor. Calcium binds to a modulatory protein, which is proposed to be GUCA1B, [23] removing this protein's stimulatory effect on guanylyl cyclase. [22] This reduces cGMP production by guanylyl cyclase to lower cGMP concentration during prolonged darkness. Elevated calcium concetration also increases the activity of phosphodiesterase [22] which hydrolyses cGMP to further reduce its concentration. This reduces opening of the cGMP gated Na + channels to hyperpolarise the cell, once again making it sensitive to small increases in brightness. Without dark adaptation, the photoreceptor would remain depolarized under scotopic conditions and so also remain unresposive to small changes in brightness.

Inhibition Edit

Inhibition by neurons also affects activation in synapses. Together with the bleaching of a rod or cone pigment, merging of signals on ganglion cells are inhibited, reducing convergence.

Alpha adaptation, بمعنى آخر., rapid sensitivity fluctuations, is powered by nerve control. The merging of signals by virtue of the diffuse ganglion cells, as well as horizontal and amacrine cells, allow a cumulative effect. Thus that area of stimulation is inversely proportional to intensity of light, a strong stimulus of 100 rods equivalent to a weak stimulus of 1,000 rods.

In sufficiently bright light, convergence is low, but during dark adaptation, convergence of rod signals boost. This is not due to structural changes, but by a possible shutdown of inhibition that stops convergence of messages in bright light. If only one eye is open, the closed eye must adapt separately upon reopening to match the already adapted eye. [3]

Measuring Dark Adaptation Edit

Ophthalmologists sometimes measure patients' dark adaptation using an instrument known as a dark adaptometer. Currently, there is one commercially available dark adaptometer, called the AdaptDx. It works by measuring a patient's Rod Intercept (RI) time. RI is the number of minutes it takes for the eye to adapt from bright light to darkness. This RI number provides a clear and objective measurement of retinal function with 90% sensitivity and specificity. [24] An RI of less than 6.5 minutes indicates a healthy dark adaptation function. However, an RI higher than 6.5 indicates impaired dark adaptation.

Using Dark Adaptation Measurement to Diagnose Disease Edit

Numerous clinical studies have shown that dark adaptation function is dramatically impaired from the earliest stages of Age-related Macular Degeneration (AMD), Retinitis Pigmentosa (RP), and other retinal diseases, with increasing impairment as the diseases progress. [25] [26] AMD is a chronic, progressive disease that causes a part of the retina, called the macula, to slowly deteriorate over time. It is the leading cause of vision loss among people age 50 and older. [27] It is characterized by a breakdown of the RPE/Bruch's membrane complex in the retina, leading to an accumulation of cholesterol deposits in the macula. Eventually, these deposits become clinically-visible drusen that affect photoreceptor health, causing inflammation and a predisposition to choroidal neovascularization (CNV). During the AMD disease course, the RPE/Bruch's function continues to deteriorate, hampering nutrient and oxygen transport to the rod and cone photoreceptors. As a side effect of this process, the photoreceptors exhibit impaired dark adaptation because they require these nutrients for replenishment of photopigments and clearance of opsin to regain scotopic sensitivity after light exposure.

Measurement of a patient's dark adaptation function is essentially a bioassay of the health of their Bruch's membrane. As such, research has shown that, by measuring dark adaptation, doctors can detect subclinical AMD at least three years earlier than it is clinically evident. [28]

There are a range of different methods, with varying levels of evidence, that have been purported or demonstrated to increase the rate at which vision can adapt in the dark.

Red lights and lenses Edit

As a result of rod cells having a peak sensitivity at a wavelength of 530 nanometers they cannot perceive all colours on the visual spectrum. Because rod cells are insensitive to long wavelengths, the use of red lights and red lens glasses has become a common practice for accelerating dark adaptation. [29] In order for dark adaptation to be significantly accelerated an individual should ideally begin this practice 30 minutes prior to entering a low luminescence setting. [30] This practice will allow an individual to maintain their photopic (day) vision whilst preparing for scotopic vision. The insensitivity to red light will prevent the rod cells from further becoming bleached and allow for the rhodopsin photopigment to recharge back to its active conformation. [29] Once an individual enters a dark setting most of their rod cells will already be accommodated to the dark and be able to transmit visual signals to the brain without an accommodation period. [30]

The concept of red lenses for dark adaptation is based upon experimentation by Antoine Béclère and his early work with radiology. In 1916, the scientist Wilhelm Trendelenburg invented the first pair of red adaptation goggles for radiologists to adapt their eyes to view screens during fluoroscopic procedures.

Evolutionary context Edit

Although many aspects of the human visual system remain uncertain, the theory of the evolution of rod and cone photopigments is agreed upon by most scientists. It is believed that the earliest visual pigments were those of cone photoreceptors, with rod opsin proteins evolving later. [31] Following the evolution of mammals from their reptilian ancestors approximately 275 million years ago there was a nocturnal phase in which complex colour vision was lost. [31] Being that these pro-mammals were nocturnal they increased their sensitivity in low luminescence settings and reduced their photopic system from tetrachromatic to dichromatic. [31] The shift to a nocturnal lifestyle would demand more rod photoreceptors to absorb the blue light emitted by the moon during the night. [32] It can be extrapolated that the high ratio of rods to cones present in modern human eyes was retained even after the shift from nocturnal back to diurnal. It is believed that the emergence of trichromacy in primates occurred approximately 55 million years ago when the surface temperature of the planet began to rise. [31] The primates were diurnal rather than nocturnal in nature and therefore required a more precise photopic visual system. A third cone photopigment was necessary to cover the entire visual spectrum enabling primates to better discriminate between fruits and detect those of the highest nutritional value. [31]

Applications Edit

  • Aviators commonly wear red lensed glasses or goggles prior to taking off in the dark to ensure that they are able to see outside of the aircraft. Furthermore, throughout flight the cockpit is illuminated with dim red lights. This lighting is to ensure that the pilot is able to read instruments and maps while maintaining scotopic vision for looking outside. [33]
  • Submarines: Oftentimes submarines are “rigged for red,” meaning that the boat is going to be surfacing or coming to periscope depth at night. During such times illumination within certain compartments is switched to red light to allow the eyes of the lookouts and officers to adjust to the darkness prior to looking outside of the boat. Additionally, compartments on a submarine may be illuminated with red light in order to simulate night conditions for the crew. [34]

Vitamin A Edit

Vitamin A is necessary for proper functioning of the human eye. The photopigment rhodopsin found in human rod cells is composed of retinal, a form of vitamin A, bound to an opsin protein. [35] Upon the absorption of light rhodopsin was decomposed into retinal and opsin through bleaching. [35] Retinal could then have one of two fates: it could recombine with opsin to reform rhodopsin or it could be converted into free retinol. [35] The American scientist George Wald was the first to recognize that the visual system expends vitamin A and is dependent upon diet for its replacement. [35] Vitamin A serves many functions in the human body outside of healthy vision. It is vital in maintaining a healthy immune system as well as promoting normal growth and development. [36] The average adult male and female should consume 900 and 700 micrograms of vitamin A per day, respectively. [36] Consumption above 3000 micrograms per day is referred to as vitamin A toxicity and is usually caused by accidental ingestion of supplements. [37]

Sources of vitamin A Edit

Vitamin A is present in both animal and plant sources as retinoids and carotenoids, respectively. [36] Retinoids can be used immediately by the body upon absorption into the cardiovascular system however, plant-based carotenoids must be converted to retinol prior to utilization by the body. [36] The highest animal-based sources of vitamin A are liver, dairy products, and fish. [36] Fruits and vegetables containing high amounts of carotenoids are dark green, yellow, orange, and red in colour. [36]

Evolutionary context Edit

Vitamin A-based opsin proteins have been used for sensing light in organisms for most of evolutionary history beginning approximately 3 billion years ago. [38] This feature has been passed from unicellular to multicellular organisms including Homo sapiens. [38] This vitamin was most likely selected by evolution for sensing light because retinal causes a shift in photoreceptor absorbance to the visible light range. [38] This shift in absorbance is especially important for life on Earth because it generally matches the peak irradiance of sunlight on its surface. [38] A second reason why retinal evolved to be vital for human vision is because it undergoes a large conformational change when exposed to light. [38] This conformational change is believed to make it easier for the photoreceptor protein to distinguish between its silent and activated state thus better controlling visual phototransduction. [38]

Experimental evidence Edit

Various studies have been conducted testing the effective of vitamin A supplementation on dark adaptation. In a study by Cideciyan et al. the length of dark adaptation was measured in a patient with systemic vitamin A deficiency (VAD) before and after vitamin A supplementation. [39] The dark adaptation function was measured prior to supplementation, 1 day post-treatment, and 75 days post-treatment. It was observed that after merely one day of vitamin A supplementation the recovery kinetics of dark adaptation were significantly accelerated after photoreceptor bleaching. [39] Dark adaptation was further accelerated following 75 days of treatment. [39] A subsequent study by Kemp et al. studied dark adaptation in subjects with primary biliary cirrhosis and Crohn’s disease, both of whom had vitamin A deficiency. [40] Within 8 days of oral supplementation of vitamin A both patients had their visual function restored to normal. [40] Furthermore, adaptation kinetics significantly improved in both subjects following supplementation. [40]

Anthocyanins Edit

Anthocyanins make up the majority of the 4000 known flavonoid phytochemicals. [41] This group of approximately 600 bioactive antioxidants carries the strongest physiological effects of any plant compound. [42] These chemicals are also the most visible of the flavonoid phytochemicals because they provide bright blue, red, or purple pigmentation to many plant species. [42] Anthocyanins also serve to protect the photosynthetic tissues from the direct rays of the sun. [43] In addition, the antioxidant, anti-inflammatory, and vasoprotective properties of anthocyanins allow them to demonstrate diverse health effects. [42] In humans, anthocyanins are effective for a variety of health conditions including neurological damage, atherosclerosis, diabetes, as well as visual impairment. [43] Anthocyanins frequently interact with other phytochemicals to potentiate biological effects therefore, contributions from individual biomolecules remains difficult to decipher. [41] As a result of anthocyanins providing bright colouration to flowers, the plants containing these phytochemicals are naturally successful in attracting pollinators such as birds and bees. [43] The fruits and vegetables produced by such plants are also brightly pigmented attracting animals to eat them and disperse the seeds. [43] Due to this natural mechanism anthocyanin-containing plants are widely abundant in most areas of the world. The high abundance and distribution of anthocyanin-containing plants make it a natural food source for many animals. Through fossil evidence it is known that these compounds were eaten in high amounts by primitive hominins. [42]

During World Wars I and II British Air Force aviators were known to consume extensive amounts of bilberry jam. The aviators consumed this anthocyanin-rich food due to its many visual benefits, included accelerated dark adaptation, which would be valuable for night bombing missions. [44]

Food sources Edit

Brightly coloured fruits and vegetables are rich in anthocyanins. This makes sense intuitively because anthocyanins offer pigmentation to plants. Blackberries are the most anthocyanin-rich foods, containing 89-211 milligrams per 100 grams. [43] Other foods that are rich in this phytochemical include red onions, blueberries, bilberries, red cabbage, and eggplant. [43] The ingestion of any of these food sources will yield a variety of phytochemicals in addition to anthocyanins because they naturally exist together. [41] The daily intake of anthocyanins is estimated to be approximately 200 milligrams in the average adult however, this value can reach several grams per day if an individual is consuming flavonoid supplements. [41]

Effect on dark adaptation Edit

Anthocyanins accelerate dark adaptation in humans by enhancing the regeneration of the rod photopigment, rhodopsin. [45] Anthocyanins accomplish this by binding directly to opsin upon the degradation of rhodopsin to its individual constituents by light. [45] Once bound to opsin, the anthocyanin changes its structure thereby accelerating its access to the retinal binding pocket. By having a diet rich in anthocyanins an individual is able to generate rhodopsin in shorter periods of time because of the increased affinity of opsin to retinal. [45] Through this mechanism an individual is able to accelerate dark adaptation and achieve night vision in a shorter period of time.

Supportive evidence Edit

In a double-blind, placebo-controlled study conducted by Nakaishi et al. a powdered anthocyanin concentrate derived from black currants was provided to a number of participants. [46] [ unreliable medical source? ] Participants received one of three doses of anthocyanins to measure if the result occurred in a dose-dependent manner. The period of dark adaptation was measured prior to and two hours following supplementation in all participants. Results from this experiment indicate that anthocyanins significantly accelerated dark adaptation at merely one dose level compared to the placebo. [46] [ unreliable medical source? ] Observing the data as a whole Nakaishi et al. concluded that anthocyanins effectively reduced the dark adaptation period in a dose-dependent manner. [46] [ unreliable medical source? ]

Contradictory evidence Edit

Despite the fact that many scientists believe anthocyanins to be beneficial in accelerating dark adaptation in humans, a study conducted by Kalt et al. in 2014 showed blueberry anthocyanins have no effect. In this study two double-blind, placebo-controlled studies were conducted to examine dark adaptation following the intake of blueberry products. [47] In neither study did the blueberry anthocyanin intake effect the length of dark adaptation. [47] From these results Kalt et al. concluded that blueberry anthocyanins provide no significant difference to the dark adaptation component of human vision. [47]

With light adaptation, the eye has to quickly adapt to the background illumination to be able to distinguish objects in this background. The process for light adaptation occurs over a period of five minutes.

The photochemical reaction is:

Rhodopsin ⇌ retinal + opsin

Increment threshold Edit

Using increment threshold experiments, light adaptation can be measured clinically. [48] In an increment threshold experiment, a test stimulus is presented on a background of a certain luminance, the stimulus is increased until the detection threshold is reached against the background. A monophasic or biphasic threshold versus intensity TVI curve is obtained through this method for both cones and rods.

When the threshold curve for a single system (i.e., just cones or just rods) is taken in isolation it can be seen to possesses four sections: [49]

1. Dark light The threshold in this portion of the TVI curve is determined by the dark/light level. Sensitivity is limited by neural noise. The background field is relatively low and does not significantly affect threshold. 2. Square root law This part of the curve is limited by quantal fluctuation in the background. The visual system is usually compared with a theoretical construct called the ideal light detector. To detect the stimulus, the stimulus must sufficiently exceed the fluctuations of the background (noise). 3. Weber's law Threshold increases with background luminance proportional to the square root of the background. [50] 4. Saturation At saturation, the rod system becomes unable to detect the stimulus. This section of the curve occurs for the cone mechanism under high background levels. [51]

Insufficiency of adaptation most commonly presents as insufficient adaptation to dark environment, called night blindness or nyctalopia. [35] The opposite problem, known as hemeralopia, that is, inability to see clearly in bright light, is much rarer.

The fovea is blind to dim light (due to its cone-only array) and the rods are more sensitive, so a dim star on a moonless night must be viewed from the side, so it stimulates the rods. This is not due to pupil width since an artificial fixed-width pupil gives the same results. [3]

Night blindness can be caused by a number of factors the most common of which being vitamin A deficiency. If detected early enough nyctalopia can be reversed and visual function can be regained however prolonged vitamin A deficiency can lead to permanent visual loss if left untreated. [52]

Night blindness is especially prominent in developing countries due to malnutrition and therefore a lack of vitamin A in the diet. [52] In developed countries night blindness has historically been uncommon due to adequate food availability however, the incidence is expected to increase as obesity becomes more common. Increased obesity rates correspond to an increased number of bariatric surgeries, causing malabsorption of vitamin A in the human body. [52]


Light and the electromagnetic spectrum

Visible light is part of the electromagnetic spectrum, the collection of all light.

Light travels in waves, and thus it has a wavelength, which corresponds to the distance between the peaks of the waves. Visible light has wavelengths from 380 nanometres for purple, through to 730 nanometres for red. To put this into perspective, a human hair is 100,000 nanometres thick.

Shorter wavelengths have a higher energy, the frequency of the ‘wave’ is higher, so purple light has more energy than red light.


Challenges associated with UV photosensitivity and UV vision

The problem of chromatic aberration

Chromatic aberration arises from a property that essentially all transparent materials (such as those used in biological optics) possess – their refractive index (see Glossary) decreases with wavelength. Consequently, short-wavelength images are focused closer to a lens than longer-wavelength ones. Because UV has unusually short wavelengths, its focal plane lies well in front of those of visible wavelengths, thus blurring the image and decreasing its contrast. The effect of chromatic aberration increases with eye size, so one might expect only animals with small eyes to tolerate it and thus to be UV sensitive. This is generally true, but as we show here, the exceptions are numerous.

Management of chromatic aberration in invertebrates

Given the optics of chromatic aberration, one possible way to manage it is to place UV photoreceptors closer to the lens than longer-wavelength classes. Invertebrates are generally small animals, and those that have compound eyes are essentially immune to the effects of chromatic aberration because the entire length of the photoreceptor acts as a single light guide, and resolution depends only on the separation of independent units. Nevertheless, the UV receptors are almost always found closer to the lens than other receptor types. Here, however, the reason is to boost their sensitivity, not to cope with aberrations. Because all visual pigments absorb fairly well in the UV, placing UV receptors deeper in the retina would put them at the mercy of the overlying receptors, greatly diminishing number of the UV photons that actually reach them.

Still, there are invertebrates with multiple spectral receptor types and single-lens optics. Where these species have been carefully described, they generally do manage chromatic aberration by layering UV receptor classes at the top of the retina (and also the longest-wavelength receptors in the bottom layers). Jumping spiders have large-lensed principal eyes, and their retinal tiers are nicely spaced to correct the chromatic aberration of the lens the UV receptors are on top and the green receptors are lower – both at the correct focal plane for light to which they most strongly respond (Blest et al., 1981). As an aside, jumping spiders use focal plane changes to judge distance, but this apparently involves only green-sensitive receptors, not the UV system (Nagata et al., 2012). Of the relatively small number of other single-lensed, imaging invertebrate eyes that have been well characterized, only those of larvae of the diving beetle Thermonectes marmoratus definitely contain UV photoreceptors. Here, however, the UV receptors lie deeper in the retina than the middle-wavelength class, where they would be both shielded by the overlying retina and well behind the proper focal plane (Maksimovic et al., 2009). This counterintuitive arrangement has yet to be explained.

Management of chromatic aberration in vertebrates

Vertebrates have simple eyes, and nearly always large ones. Consequently, many species with UV photoreceptors potentially face chromatic aberration difficulties. In aquatic species, UV photosensitivity is mainly correlated with habitat, not with eye size. The largest fish eyes occur in high-speed predators such as tuna, swordfish or other billfishes because these hunt away from the surface of the sea, the UV flux they experience is not strong, and they tend to be dichromats with blue and green receptor types. The lenses of most billfishes, in fact, block the entry of UV light into the eye (Fritsches et al., 2000). Amphibians tend to be small animals with rather poor spatial resolution, so they need not bother with correcting for chromatic issues.

Most terrestrial animals, however, live in a world drenched with UV photons. If they have large eyes, they must face the issues caused by chromatic defocus. Birds, as mentioned already, have two types of SWS1 cones: UVS and violet-sensitive (VS). The corresponding opsins vary at a single critical amino acid residue (Wilkie et al., 2000 Yokoyama et al., 2000 Carvalho et al., 2007). This makes it relatively easy to categorize a given species as UVS or VS using genetic approaches. It turns out that the evolution of avian UV sensitivity is complex and chaotic, and there is no clear pattern to be discerned (Ödeen et al., 2011 Ödeen and Håstad, 2013). Nevertheless, the largest birds, including cranes and ratites (ostriches and emus) are VS, consistent with their very large eyes (Wright and Bowmaker, 2001 Ödeen and Håstad, 2013 Porter et al., 2014). A potential solution to the chromatic aberration challenge that UV sensitivity imposes is the use of multifocal lenses in many avian species (Lind et al., 2008). Such lenses have the ability to focus both short- and medium-wavelength images simultaneously. Another solution is to remove UV light by filtering it out. A comprehensive study of ocular media among birds did show decreasing UV transmittance with increasing eye size, a finding consistent with controlling chromatic aberration at very short wavelengths (Lind et al., 2014). This same study found that raptors have among the least UV-transmissive eyes of all birds, which strongly suggests that their eye designs provide very high acuity without the contamination of out-of-focus light on the retina.

Turning to terrestrial mammals, we already know from earlier sections that human lenses block UV entry very effectively. What about other species? All mammals known to have a designated UV receptor class (based, as in birds, on an SWS1 opsin) are small and/or short-lived – either rodents (mice, rats, gophers, gerbils Jacobs et al., 1991) (Fig. 3A) or microbats (Feller et al., 2009 Müller et al., 2009). The microbat Glossophaga soricina is an exception that lacks a UV cone class but has UV-transmissive optics it derives UV sensitivity from the β-band of its green-sensitive visual pigment (Winter et al., 2003). Until recently, it was assumed that larger mammals were generally similar to humans, using yellow lenses to block UV. Marine mammals lack even blue-sensitive cones (much less UV types), although this is not an adaptation for chromatic aberration (Peichl et al., 2001 Levenson and Dizon, 2003). However, in 2011, Hogg et al. published their discovery of UV sensitivity in Arctic reindeer. This came as something of a shock, because reindeer obviously have very large eyes and must view bright (and potentially photodamaging) UV-reflective snow in winter. The sensitivity is based on a standard mammalian SWS1 cone pigment absorbing maximally in the blue (Hogg et al., 2011) and being excited simply from the transparency of the optics. The finding seemed to be a strange exception until the publication of a major comparative study of mammalian ocular media (Douglas and Jeffery, 2014) revealing that the lenses of many good-sized mammals – including, surprisingly, dogs, cats and pigs – admit a sizable fraction of environmental UVA light into the eye, thus conferring UV sensitivity (albeit with the probable use in most cases of the β-bands of typical SWS or MWS cone pigments). It was subsequently found that even a deep-diving seal (Crystophora cristata), an animal that presumably has no UVS or blue-sensitive cones, still has the ability to detect UV light in fact, the ability is improved by the presence of a UV-reflecting tapetum (see Glossary Hogg et al., 2015). Clearly, the wash of largely unfocused UV images on some mammalian retinas apparently is tolerable, although it is also true that most UV-sensitive mammals have relatively poor acuity in any case in addition, many mammals have multifocal lenses that could partially alleviate this problem (Kröger et al., 1999). Nevertheless, some mammalian groups, including primates and a few rodents, do have UV-blocking lenses. This may be related to visual acuity, or have another basis answering this question requires yet more comparative data.

The problem of UV-associated photodamage

As noted above, it is thought that high-energy UV light is potentially damaging to retinal tissues. The energy in UV photons can break chemical bonds, potentially producing free radicals and mutating DNA, thus interfering with cellular function. At present, it is not at all obvious how large and long-living animals manage the cumulative photodamage expected from UV irradiation. Carvalho et al. (2011) noted that – like the mammals just discussed – parrots, which are very long-lived birds (commonly attaining 50 years), also have continuous, bright UV irradiance on their corneas, lenses, ocular humors and retinas, and seem to tolerate this well. They suggest that protection from oxidative radicals produced by UV absorption may be offset by the action of carotenoid pigments in the eye. Similar mechanisms may act in mammals (Douglas and Cronin, 2016). Clearly, the costs of accepting visual damage are manageable given the widespread appearance of UV transmission in mammalian eyes.


From flying squirrels to platypus

Biofluorescence is the phenomenon whereby a substance, such as fur, absorbs light at one wavelength and emits it at a different wavelength. Common biofluorescent hues include green, red, orange, and blue.

In just the past few years, scientists have discovered that several types of sea turtle shells, fungi, and flying squirrels are biofluorescent. Though the reasons are unknown, hypotheses include camouflage or communication between individuals of the same species.

In 2019, Anich—a mammalogist at Northland College in Ashland, Wisconsin—and her colleagues found that flying squirrels fluoresce under UV light, emitting a pink glow from fur on their bellies. (Learn more about fluorescent flying squirrels.)

These studies led the team to Chicago’s Field Museum, where the researchers illuminated preserved squirrel pelts with UV lights. Out of curiosity, they did the same to a platypus specimen stored there—and saw the glow.

Shortly before Anich’s study was published, another research paper reported the finding that a freshly killed platypus on a road in Australia glowed under a black light, a lamp that radiates UV light.

That validates Anich’s finding and shows that living platypuses, not just long-dead ones, are almost certainly fluorescent, says Gilad Bino, a platypus expert at the University of New South Wales in Sydney, Australia.

“The platypus never ceases to amaze me,” says Bino of the new paper, with which he wasn’t involved.


LED grow lights are designed to mimic the sun. That&rsquos why they&rsquore so effective for your grows. With spectrum-variable LED lights, you can manipulate the light spectrum to re-create the natural seasons as you plant perceives them.

However, bringing the sun indoors (so to speak) affects you just as it affects your crop. You expose yourself to the same potentially harmful rays as you would spending a day in the sun. This doesn&rsquot mean exposure to LED grow lights will harm you. It just means you have to be smart and prepared if you or your employees spend a lot of time in spaces with high-power LED grow lights.

So what are the risks of LED light exposure? Well, it varies depending on the specific spectrum. To put it in the simplest terms, shorter wavelengths tend to deliver greater risk. Infrared light has the longest wavelength on the visible light spectrum. Reds, oranges, and yellows won&rsquot harm you. It&rsquos blue and UV light&mdashthe shorter wavelengths&mdashthat you have to keep an eye on.


Effect of cloud-scattered sunlight on Earth's energy balance depends on wavelength of light

Atmospheric scientists trying to pin down how clouds curb the amount of sunlight available to warm Earth have found that it depends on the wavelength of sunlight being measured. This unexpected result will help researchers improve how they portray clouds in climate models.

Additionally, the researchers found that sunlight scattered by clouds -- the reason why beachgoers can get sunburned on overcast days -- is an important component of cloud contributions to Earth's energy balance. Capturing such contributions will increase the accuracy of climate models, the team from the Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory reported in Geophysical Research Letters earlier this month.

"The amount of the sun's energy that reaches the Earth's surface is the main driver of the Earth's temperature. Clouds are one of the least understood aspects of climate change. They can block the sun, but light can also bounce off one cloud into another cloud's shadow and increase the solar energy hitting earth," said PNNL atmospheric scientist Evgueni Kassianov.

White clouds

Clouds both cool down and warm up Earth's surface. They cool Earth by reflecting some sunlight up into outer space, and they warm it by bouncing some sunlight down to the surface. Overall, most clouds have a net cooling effect, but atmospheric scientists need to accurately measure when they cool and warm to produce better climate models that incorporate clouds faithfully.

But it's a hard number to get. Fair-weather clouds are big puffy white objects that bounce a lot of light around. They can make the sky around them look brighter when they're there, but they float about and reform constantly. Cloud droplets and aerosol particles in the sky -- tiny bits of dirt and water in the air that cause haziness -- scatter light in three dimensions, even into cloud shadows.

To determine the net cloud effect, researchers need two numbers. First they need to measure the total amount of sunlight in a cloudy sky. Then they need to determine how bright that sky would be without the clouds, imagining that same sky to be blue and cloudless, when aerosols are in charge of a sky's brightness. The difference between those numbers is the net cloud effect.

Rainbow energy

Researchers have traditionally estimated the net cloud effect by measuring a broad spectrum of sunlight that makes it to Earth's surface, from ultraviolet to infrared. But clouds are white -- that's because the large water droplets within them scatter light of all colors almost equally in the visible spectrum, the part of the electromagnetic spectrum that includes the colors of the rainbow.

On the other hand, aerosols -- both within clouds and in the open sky -- bounce different-colored light unequally. Broadband measurements that fail to distinguish color differences might be covering up important details, the researchers thought.

Instead of taking one broadband measurement that covers everything from ultraviolet to infrared, Kassianov and crew wanted to determine how individual wavelengths contribute to the net cloud effect. To do so, the team used an instrument that can measure brightness at four different wavelengths of color -- violet, green, orange, red -- and two of infrared.

In addition, this instrument, a spectral radiometer at DOE's Atmospheric Radiation Measurement Climate Research Facility located on the southern Great Plains in Oklahoma, allowed the team to calculate what the brightness would be if the day sported a cloudless, blue sky. The spectral measurements taken by the radiometer can be converted into the amount and properties of aerosols. Then aerosol properties can be used to calculate clear blue sky brightness.

Clouds Gone Wild

Comparing measured values for cloudy sky to the calculated values for clear sky, the researchers found that, on average, puffy fair-weather clouds cool down Earth's surface by several percent on a summer day. Although clouds cool overall, two components that the researchers looked at -- from direct and scattered sunlight -- had opposite effects.

The direct component accounts for the shade provided by clouds and cools Earth. The second component accounts for the sunlight scattered between and under clouds, which makes the sky brighter, warming Earth.

"The sunlight scattered by clouds can heat the surface," said Kassianov. "We all know that we can still get sunburned on cloudy days. This explains why."

In the Oklahoma summer, the scattered-light effect measured by the researchers could be quite large. For example, if a cloud passed over the instrument, the measured cloudy sky brightness exceeded calculated clear sky value by up to 30 percent. Kassianov attributes that large difference to scattered sunlight being "caught on tape" by the radiometer.

"Sunlight scattered by three-dimensional, irregular clouds is responsible for the observed large difference. The one-dimensional cloud simulations currently used in large-scale climate models don't capture this diffuse light," said Kassianov.

Aerosols' Day in the Sky

The team also found that the effect changed depending on the measured visible-spectrum wavelength, and whether the light was direct or scattered.

With direct light, the cooling caused by clouds was weakest on the violet end of the spectrum and strongest at infrared. With scattered light, warming caused by clouds was also weakest at violet and the strongest at infrared. Overall, the least cooling and warming occurred at violet, and the most cooling and warming occurred at infrared.

Because large droplets in clouds scatter sunlight almost uniformly across the spectrum, the clouds themselves can't be the reason why different wavelengths contribute differently to the net cloud effect. Compared to cloud droplets, aerosols are more than 100 times smaller and scatter wavelengths differently. These results suggest that aerosols -- which not only cause haziness but contribute to cloud formation as well -- are responsible for the wavelength differences, something researchers need to be aware of as they study clouds in the sky.

"If you want to study how aerosols and clouds interact," said Kassianov, "you need to look in the region of the spectrum where aerosol effects are significant. If you want to fish, you go where the fish are biting."


Do plants grow as well under artificial light?

The sun, a torch, and a light bulb all emit energy in the form of particles called photons. The photons from the sun are a product of thermonuclear fusion. A torch uses a chemical reaction to burn. A light bulb converts electricity to photons. But a photon is a photon – and light is light – whether it comes from the sun or a flashlight.

Vastly more energy comes from the sun than from any artificial light. But the light from the sun is different from a street lamp another way: most artificial light doesn’t emit as much energy in the red and blue region of the light spectrum as sunlight does. In other words, different ratios of reds, yellows and blues all combine together to make up white sunlight.

Researchers can successfully grow plants using only artificial light in growth chambers. But sunlight is best for most plants. It’s generally more intense than artificial light, and it’s pretty equally distributed among the different wavelengths that earthly plants have evolved to like best.

And there’s another difference between lamps – even “grow lamps” – and sunlight. Grow lamps need energy to light up. Sunlight is unlimited and free.

Our thanks to:
John Frederick
Department of Geophysical Science
University of Chicago
Chicago, IL


شاهد الفيديو: تعالوا نعرف يعني إيه الطول علي uv بكل أنواعه (قد 2022).