POLÁROS FÉNYSZENNYEZÉS

Átírás

1 POLÁROS FÉNYSZENNYEZÉS Környezetfizikai Módszerek Laboratóriumi Gyakorlat Dunai tömegtegzesek rajzása az ELTE TTK üvegépületénél Prof. Horváth Gábor ELTE Fizikai Intézet, Biológiai Fizika Tanszék, Környezetoptika Laboratórium Dunai tömegtegzesek az ELTE TTK üvegtábláin 2019

2 A LABORGYAKORLAT CÉLJA ÉS MENETE Cél A laborgyakorlat célja, hogy a hallgatók megismerkedjenek a poláros fényszennyezés fogalmával, annak fizikai és biológiai alapjaival, a természetes és mesterséges (antropogén eredetű) polarizációs mintázatokkal, az azok vizsgálatára alkalmas képalkotó polarimetriával, valamint mérjék néhány jellegzetes poláros fényszennyezőforrás tükröződési-polarizációs mintázatait, s elemezzék azokat. Felkészülés A hallgatók a Környezetfizikai Módszerek Laborgyakorlatokat koordináló honlapról tölthetik le a felkészülésükhöz szükséges következő anyagokat: (i) jelen jegyzet, és (ii) magyar nyelvű kötelező irodalom. E honlap koordinátora: Prof. Veres Gábor (gabor.veres@cern.ch) További információk kaphatók: Prof. Horváth Gábor (gh@arago.elte.hu) biofizikus A felkészülést megkönnyíti a következő két tankönyv poláros fényszennyezésről (angolul: polarized light pollution) szóló fejezetének tanulmányozása: [1] Gábor Horváth (2012) Chapter 9: Polarized Light Pollution. pp In: Máté Csanád, Ákos Horváth, Gábor Horváth, Gábor Veres (eds.) (2012) Environmental Physics Methods Laboratory Practices. Electronic text-book (editor: Ákos Horváth), p. 206, Typotex Kiadó, Budapest [2] 3. fejezet: Poláros fényszennyezés és polarizációs ökológiai csapdák. pp In: Horváth Gábor, Farkas Alexandra, Kriska György (2016) A poláros fény környezetoptikai és biológiai vonatkozásai. ELTE Eötvös Kiadó, Budapest, p. 485 A gyakorlat lefolyása A gyakorlat egy 15 perces beugró dolgozattal kezdődik, ami 6 teszt kérdést tartalmaz a gyakorlatra való elégséges fölkészülés ellenőrzése céljából. Csak az folytathatja a labort, aki legalább 50 %-os eredménnyel oldotta meg e beugró tesztet. A gyakorlat a gyakorlatvezető 45 perces PowerPoint-előadásával folytatódik, amiben összefoglalja a poláros fényszennyezéssel kapcsolatos fontosabb ismereteket. Ezt követően a hallgatók és a gyakorlatvezető a Környezetoptika Laboratótiumban (és arra alkalmas időjárás esetén az ELTE TTK épületei környékén is) képalkotó polarimetriai méréseket végeznek a városi környezetben előforduló tipikus poláros fényszennyezőforrások és a poláros fény néhány természetes forrásának demonstrációja céljából. Ezután a Környezetoptika Laborban számítógéppel kiértékelik a polarimetriai méréseket, majd elemzik a mért polarizációs mintázatokat a poláros fényszennyezés szempontjából. Végül a gyakorlatot egy 60 perces teszt zárja, aminek eredményéről a hallgatók később értesülnek. Jegyzőkönyvet nem kell készíteni. 2

3 Poláros fényszennyezés 1. ábra: Egy csupaüveg épület függőleges falán történő fénytükröződés. Az üvegépületek a városi környezet legerősebb poláros fényszennyező forrásai közé tartoznak. Az éjszakai égbolt csillagainak emberi szemmel való láthatósága a városokban és azok közelében közismerten annyira leromlik, hogy gyakorlatilag minden tudományos csillagászati megfigyelést lehetetlenné tesz. E jelenség a csillagászati fényszennyezés. Ökológiai fényszennyezés alatt az élővilág élettereinek mesterséges fények miatti degradációja értendő. Jegyzetünkben bevezetjük a poláros fényszennyezés (PF) fogalmát, ami a mesterséges poláros fénynek a polarizációérzékeny állatokra kifejtett ártalmas hatásait jelenti. Ezen belül is csak a sima és sötét mesterséges felületekről (1. ábra) visszaverődő erősen és vízszintesen poláros fénynek a polarotaktikus vízirovarokra kifejtett káros hatásairól szólunk. A PF a környezeti ártalmak egyik formája, ami globális és evolúciós értelemben egészen újkeletű. Alább áttekintjük a PF eddig ismert kísérleti bizonyítékait. Minden erősen és vízszintesen polarizáló mesterséges felület poláros ökológiai csapdaként működhet, mivel e felületeken az odavonzott polarotaktikus rovarok gyakran, míg az általuk lerakott peték minden esetben elpusztulnak. Ezáltal a PF a kipusztulással fenyegetett vízirovar-populációkat veszélyeztetheti az utódgeneráció megnövekedett pusztulási rátája miatt. Röviden tárgyaljuk a poláros fényszennyező forrásokhoz vonzódó rovarokkal táplálkozó pókok, madarak és denevérek lehetséges hasznát és kárát. Végül javaslatot teszünk a PF néhány ellenszerére. A természetbarát környezettervezésnek több figyelmet kellene fordítania a PF már jelenleg is jól dokumentált káros hatásaira és azok kiküszöbölésére, illetve csökkentésére. 3

4 1. Poláros fényszennyezés és polarizációs ökológiai csapda Az ökológiai fényszennyezés (ÖF) magába foglalja a mesterséges vakító fényeket, a fokozatosan erősödő kivilágítást és a megvilágítás ideiglenes, váratlan ingadozásait. Az ÖF forrásai lehetnek például az utcai és biztonsági lámpák, járművek, halászhajók, tengeri kőolaj- és földgázplatformok, valamint mélytengeri búvárhajók fényei, a települések fölötti éjjeli égbolt világítása, és a megvilágított építményekről visszaverődő fény. E mesterséges éjszakai fények bizonyított és lehetséges ökológiai következményeinek részletes összefoglalását adja az [1.1] monográfia. A mesterséges éjszakai fények elsődleges hatása, hogy vonzzák, vagy taszítják az állatokat a sötét környezethez képest nagyobb intenzitásukkal. E jelenség a pozitív vagy negatív fototaxis, amit a mesterséges fény erőssége és/vagy színe okoz. Egészen mostanáig úgy vélték, hogy az ÖF egyetlen okozója a fototaxis. Az elmúlt években végzett vizuális-ökológiai és környezet-biofizikai kutatásainkra [ ] alapozva rámutattunk az ÖF egy új formájára, a poláros fényszennyezésre (PF). PF alatt szűkebb értelemben a sima (fényes) mesterséges felületekről visszaverődő, erősen és vízszintesen poláros fénynek (1.1. és 1.2. ábra) a polarotaktikus vízirovarokra (beleértve minden rovart, melynek lárvái a vízben fejlődnek) kifejtett káros hatásait értjük (1.3. ábra) ábra: Vízfelszínnek (A) és poláros fényszennyezést okozó mesterséges tükröző felületeknek (B- G) a spektrum kék (450 nm) tartományában mért fénypolarizációs mintázatai. A: Sötét víztest. B: Kőolajtó a kuvaiti sivatagban. C: Aszfaltútra terített fekete műanyag fólia. D: Száraz aszfaltút. E: Fekete autó. F: Csiszolt fekete sírkő. G: Az ELTE északi épülettömbjének ablaküvegekkel, valamint szürke és fekete díszítő üvegtáblákkal fedett függőleges fala. Az 1980-as években Schwind [1.14] mutatta ki, hogy a repülő Notonecta glauca vízipoloska a vízfelületről tükröződő vízszintesen poláros fény alapján keresi a vizet, nem pedig a vízről visszavert fény intenzitása, színe vagy a vízfelület csillogása segítségével. A Notonecta szemének hasoldali részén ultraibolya-érzékeny fotoreceptorok vannak vízszintes és függőleges membráncsövecskékkel, melyek a vízszintesen és függőlegesen poláros fényre érzékenyek leginkább. E merőleges polarizáció-érzékenységű fotoreceptorok képesek meghatározni, hogy az optikai környezetből érkező fény polarizációiránya vízszintes vagy sem. A repülő Notonectaban a 4

5 pontosan vagy közel vízszintesen poláros fény sztereotíp vízbeugrási és -merülési reakciót vált ki. A Notonecta vonzódását a vízszintesen poláros fényhez pozitív polarotaxisnak hívjuk. Schwind [1.15, 1.16] és csoportunk kutatásai [ ] kiderítették, hogy a Notonectához hasonlóan az Ephemeroptera, Odonata, Plecoptera, Coleoptera, Heteroptera, Diptera és Trichoptera rendekbe tartozó, 350-nél is több vízirovarfaj is pozitív polarotaxissal, azaz a vízről tükröződő fény vízszintes polarizációja (1.1A ábra) alapján keresi vízi élőhelyeit. E polarotaktikus rovarokat azonban könnyen becsaphatja és magához vonzhatja minden olyan mesterséges felület, amely erősen és vízszintesen poláros fényt ver vissza: az ilyen felületek "szuper víznek" tűnnek a vizet kereső vízirovaroknak, ha a róluk visszavert fény lineáris polarizációfoka nagyobb, mint a vízről visszaverté (1.1. ábra). A PF fizikai (1), viselkedési (2) és ökológiai (3) alapjai tehát a következők: Az Umowszabály szerint, minél sötétebb egy felület a spektrum adott tartományában, annál nagyobb a róla visszaverődő fény lineáris polarizációfoka. Mivel a durva (matt) felületekről való visszaverődés depolarizációt eredményez, ezért minél simább egy felület, annál polárosabb a visszavert fény. Mivel a sima felszínű nem-fémes anyagokról visszavert fény polarizációiránya mindig merőleges a visszaverődés síkjára, ezért ha e sík pontosan vagy közel függőleges, akkor a visszavert fény pontosan vagy közel vízszintesen poláros. Mindebből következik: (1) Függőleges visszaverődési sík mellett a sima és fekete felületek erősen és vízszintesen poláros fényt tükröznek (1.2. ábra) ábra: A polarizálatlan beeső napfény részlegesen lineárisan polárossá válik egy elektromosan szigetelő (dielektrikum) felületről való visszaverődés után: a felületre merőleges, visszaverődési síkban a tükröződő fény elektromos térerősségvektora rövidebb lesz (függőleges, fekete kettősfejű nyilak), mint az arra merőleges síkban (vízszintes, fehér kettősfejű nyilak). Minél polárosabb a fény és minél kevésbé tér el polarizációiránya a vízszintestől, annál vonzóbb a polarotaktikus vízirovaroknak. Következésképpen: (2) Pontosan/közel függőleges visszaverődési sík esetén a sima és fekete felületek többé/kevésbé vonzóak a polarotaktikus rovarok számára. 5

6 Az erősen és vízszintesen polarizáló száraz felületekhez vonzott vízirovarok kiszáradhatnak, a felületekre rakott petéik pedig óhatatlanul elpusztulnak [ ]. Ebből következően: (3) Az erősen és vízszintesen polarizáló mesterséges felületek poláros ökológiai csapdák [1.9, 1.11] lehetnek a petéző vízirovarok számára, mivel az odavonzott polarotaktikus rovaroknak e felületekre rakott petéi elpusztulnak. A föntiek alapján a következő tézist fogalmazhatjuk meg: Sima és sötét mesterséges felületek pontosan/közel függőleges visszaverődési sík esetén többé/kevésbé vonzóak a polarotaktikus vízirovarok számára, ezért e rovarok poláros ökológiai csapdáiként működnek, miáltal a poláros fényszennyezés egyik legfőbb forrásainak számítanak. A 2. fejezetben összefoglaljuk e tézis kísérleti bizonyítékait. A PF forrásai leghatékonyabban képalkotó polarimetriával [1.5, 1.17] térképezhetők föl. A gyorsan változó környezet megzavarhatja az evolúciós fejlődés során kialakult viselkedésmintákat, mert az állatok egyes viselkedésének irányítását olyan új környezeti ingerek vehetik át, melyekről az állatok még nem rendelkeznek elegendő információval, ezért nem is tudtak alkalmazkodni hozzájuk. Az úgynevezett evolúciós csapda akkor jelenik meg, ha a gyorsan átalakuló környezet olyan irányban befolyásol egy élőlényt, hogy az egy, a saját maga és a populációja túlélése szempontjából előnytelen döntést hoz, azaz evolúciós szempontból hibás viselkedésmintát követ. Az evolúciós csapda egyik fajtája az ökológiai csapda, amiről akkor beszélünk, ha az új környezeti viszonyok hatására az állatok egy gyenge minőségű élőhelyet választanak letelepedésre. Az állatok egyes mesterséges ingerek hatására olyan torz viselkedésmintákat követnek, melyek a populációik hanyatlásához, vagy akár kipusztulásához is vezethetnek. Habár az ökológiai csapdákkal kapcsolatos ismeretek gyorsan gyarapodnak a biológusok, ökológusok és természetvédelmi szakemberek körében, még napjainkban sem haladja meg a tizet az e témával foglalkozó, kísérletileg is jól dokumentált esettanulmányok száma. A természetes optikai környezetben csak a sima vízfelület ver vissza erősen és vízszintesen poláros fényt nagyobb látószögben (1.1A ábra). Az emberi technikai fejlődés az utóbbi évtizedekben azonban egyre több poláros fényszennyező forrásnak számító mesterséges felülettel (1.1B-G ábra) árasztotta el a korábban természetes élőhelyeket. A PF zömében az emberi építészeti, ipari és mezőgazdasági technológiák mellékterméke, ami a polarotaktikus rovarok és ragadozóik táplálkozási hálóit (1.4. ábra, [1.18]) működtetheti. A PF jelensége az egész világra kiterjed (globális), és evolúciós értelemben újkeletű, hiszen csak az elmúlt évtizedekben fokozódott, követve az erősen és vízszintesen polarizáló mesterséges felületek (például nyílt olajfelszínek, aszfaltutak, műanyag fóliák, üvegtáblák, autókarosszériák) világméretű elterjedését. A PF főleg a veszélyeztetett vízirovarfajok populációit fenyegeti. PF nemcsak napközben fordulhat elő, hanem éjszaka is, mikor a holdfény vagy a települések fényei verődnek vissza a poláros fényszennyező felületekről. A PF káros hatása erősödhet a mesterséges éjszakai megvilágítások által okozott hagyományos (fototaxis által előidézett) fényszennyezéssel kombinálódva. A poláros fényszennyezést befolyásolhatja a holdciklus is, főleg vidéki környezetben, ahol a mesterséges éjszakai megvilágítás ritka, vagy hiányzik. Mivel a vízirovarok fontos tagjai a vízi ökoszisztémák táplálékláncainak, a PF ezen állatokra kifejtett káros hatásai komoly ökológiai következményekkel járhatnak. A PF ellen teendő lépések hasonlóan időszerűek és sürgetően szükségesek a vízirovar-populációk védelme érdekében, mint például az éjszaka aktív állatok védelmében a mesterséges éjszakai megvilágítások ellen tett lépések [1.1]. 6

7 1.3. ábra: Különböző poláros fényszennyező forrásokhoz vonzódott polarotaktikus vízirovarok. 1. sor: A budapesti pakuratóban csapdába esett rovarok. A: Szitakötő. B: Szitakötő és csíkbogarak. C: Kérész. D: Óriás csibor. 2. sor: Vízszintes fekete műanyag fóliákra leszállt rovarok. E: Nőstény álkérész. F: Bögöly. G: Párzó kérészek. H: Petéző kérész. 3. sor: I: Függőleges ablaküvegek előtt rajzó tegzesek. J: Tegzes egy üvegtáblán. K: Üvegfelszínen párzó tegzesek. L: Fekete sírkő melletti ülőágon a territóriumát védő hím szitakötő. 4. sor: Rovarok vörös autótetőn. M: Kérész. N: Vízipoloska. O: Vízibogár. P: Bögöly. 5. sor: Száraz aszfaltútra leszállt rovarok. Q: Hím kérész. R: Párzó kérészek. S: Petéző álkérész (fehér nyíl: petecsomó). T: Óriás csibor. 7

8 1.4. ábra: Két eltérő poláros fényszennyező forrás által odavonzott polarotaktikus vízirovarokat fogyasztó rovarevő állatok. 1., 2., 3. sor: Függőleges üvegfelszínek által odavonzott tegzeseket evő madarak és pókok. A, B: Háziveréb. C, D: Széncinege. E, F: Szarka. G, H: Barázdabillegető. I-L: pókok. 4., 5. sor: A budapesti pakuratóban csapdába esett madarak és denevérek tetemei. M: Házi rozsdafarkú. N: Tengelic. O: Citromsármány. P: Zöldikék raja. Q: Szarka. R: Denevér. S: Bagoly. T: Vércse. 2. A poláros fényszennyezés kísérleti bizonyítékai Korábban számos kutató számolt be arról, hogy szitakötők pusztultak nyíltfelszínű olajtárolókba. E jelenség magyarázatát mi adtuk meg a kuvaiti kőolajtavak és a budapesti pakurató fénypolarizáló sajátságainak mérésével (1.1B ábra) és az általuk csapdába ejtett szitakötők (1.3A,B ábra) polarizációlátásának vizsgálatával [1.2, 1.3]: Kiderült, hogy a szitakötők a peterakáshoz szükséges víztesteket pozitív polarotaxissal kutatják föl. Mivel a fekete olajfelszín a vizeknél általában erősebben és mindig vízszentesen poláros fényt tükröz (1.1A,B ábra), ezért szupernormális ingerként hatva sokkal vonzóbb a szitakötők számára, mint maga a vízfelület. Ezért a polarotaktikus szitakötőket megtévesztik és magukhoz vonzzák a sötét olaj-, kátrány- és aszfaltfelszínek (1.1B,D ábra). Azt is tapasztaltuk, hogy a szitakötők pontosan ugyanúgy viselkednek e poláros fényszennyező forrásoknál, mint a vízfelületeknél: járőrőző repülés, territórium védelem, vízérintés (a fölhevült test hűtése érdekében), levegőbeli zsákmányszerzés, párzás és petézés. A szitakötők akkor ragadnak az olajba, mikor testük hűtésekor vagy petézéskor megérintik annak felszínét. Az aszfaltutak szintén erős poláros fényszennyező források lehetnek (1.1D ábra): Már mások és mi is megfigyeltük, hogy szitakötők száraz aszfaltutak mentén járőröznek és gyakran 8

9 megérintik az aszfaltfelszínt. Napnyugtakor pedig kérészek rajzását és párosodását tapasztaltuk azon aszfaltutak fölött, melyek a kérészek lárváinak fejlődéséül szolgáló hegyi patakok mellett húzódnak [1.4, 1.5]. E kérészek gyakran le is szálltak az aszfaltra (1.3Q,R ábra), ahová a párzást követően a nőstények lerakták petéiket. Viselkedési kísérletekkel igazoltuk, hogy e kérészfajok is pozitív polarotaxissal keresik a vízfelszínt. Tavasszal a petecsomóikat potrohvégükön cipelő, petézésre készülő nőstény álkérészek is gyakran megfigyelhetők az aszfaltutakon (1.3S ábra), mint ahogyan bizonyos vízibogarak is (1.3T ábra). Képalkotó polarimetriával kimutattuk, hogy a kérészrajzás helyén napnyugtakor az aszfaltfelszín erősen és vízszintesen poláros fényt ver vissza (1.1D ábra), továbbá minél sötétebb és simább az aszfalt, annál vonzóbb a kérészek számára, mert annál nagyobb polarizációfokú fényt ver vissza. A Balaton partján éjjel azt is megfigyeltük, hogy az éjszaka repülő óriás csiborokat (Hydrophilus piceus) pozitív fototaxissal nagy távolságból magukhoz vonzotta a parti sétányon futó aszfaltút közvilágítása, majd a megvilágított száraz aszfaltfelszín pozitív polarotaxissal egy ideig ott tartotta e polarotaktikus vízibogarakat (1.3T ábra). Ekkor tehát a fototaxis a polarotaxissal együttműködve, egymás hatását erősítve képes irányítani a vizet kereső vízirovarok viselkedését. A mezőgazdaságban gyakran használnak nagy kiterjedésű fehér és fekete műanyag (polietilén) fóliákat, melyek például megakadályozzák a gyomnövények burjánzását, csökkentik a víz elpárolgását a talajból, kora tavasszal mérséklik a fölmelegedett termőföld hőkisugárzását, vagy védik a szénakazlakat az esőtől. A fekete olajfelülethez hasonlóan egy vízszintes fekete műanyag fólia is mindig erősen és vízszintesen poláros fényt ver vissza a Brewster-szög közelében (1.1C ábra), míg egy fehér műanyag fólia alacsony polarizációfokú, s nem mindig vízszintesen poláros fényt. Így a talajra terített fényes fekete műanyag fólia erős poláros fényszennyező forrás, míg a fehér nem. Terepkísérleteink során [1.7] azt tapasztaltuk, hogy e fényes fekete műanyag fóliák tényleg nagy számban vonzanak magukhoz különböző vízibogarakat és vízipoloskákat, szitakötőket, kérészeket, tegzeseket és böglyöket (1.3E-H ábra), míg a fehér fóliák nem. E vízirovarok is pozitív polarotaxissal találják meg vizes élőhelyeiket, ahol ők és/vagy lárváik élnek. Az összes vízirovar hasonló viselkedési elemeket mutat a fekete műanyag fóliáknál, mint a víznél: rajzás, landolás (1.3E,F ábra), fel-felröppenés, felületérintés, mászkálás, párzás (1.3G ábra) és peterakás (1.3H ábra), végül a nagy részük kiszáradva elpusztul néhány órán belül a fólián. Mások és mi is gyakran megfigyeltük vízibogarak és vízipoloskák leszállását fekete és vörös gépkocsik karosszériájának vízszintes részein (motorháztetőn, tetőn, csomagtartón) [1.8], és azt is, hogy kérészek és szitakötők gyakran rakják a petéiket az ilyen színű autókra (1.3M-P ábra) [1.6]. Kísérletekkel megállapítottuk, hogy a vörös és fekete vízszintes tükröző felületek majdnem teljesen azonos mértékben vonzzák a vízibogarakat és vízipoloskákat, míg a sárga és a fehér vízszintes tükröző felületek nem vonzóak [1.8]. Képalkotó polarimetriával kimutattuk, hogy a spektrum kék és zöld tartományában a vörös és fekete autókról visszavert fény polarizációfoka nagy és a motorháztetőről, a tetőről és a csomagtartóról tükröződő fény rezgéssíkja vízszintes (1.1E ábra). Így a vörös és fekete autók vízszintes felületei erősen vonzzák a polarotaktikus vízirovarokat. Másrészről pedig a sárga és fehér autók vízszintes részeiről visszaverődő fény polarizációfoka igen alacsony és polarizációiránya általában nem vízszintes. Eképpen a sárga és fehér gépkocsik nem vonzzák a polarotaktikus vízirovarokat. A gépkocsikhoz vonzott vízirovarok által a karosszériára rakott peték rövid idő alatt kiszáradnak és elpusztulnak. E pusztító hatás gyakran megjelenik a vízirovarok imágóinál is, amelyek leszállásuk után szinte rögtön odasülnek a napsütésben fölhevült autófelszínhez. A gépkocsik karosszériájára rakott peték is sérülést okozhatnak a fényezésen a savas esők hatásához hasonlóan, a petékben található kéntartalmú aminósavakból képződő kénsav révén [1.5]. Temetőkben megfigyeltük, hogy különféle szitakötők reproduktív viselkedést mutatnak csiszolt felszínű fekete sírköveknél (1.3L ábra), ahol ugyanazt a viselkedést mutatták (ülőágon való tartózkodás, felületérintés, párzás) mint a vizeknél [1.10]. A szitakötők azokat a síremlékeket részesítették előnyben, amelyek rendelkeztek egy legalább 0,5 m 2 -es vízszintes, fényes fekete felülettel, nyílt égbolt alatt voltak és volt legalább egy ülőág a közvetlen szomszédságukban. 9

10 Képalkotó polarimetriával azt találtuk, hogy a vízszintes fekete sírkövek is erősen és vízszintesen poláros fényt tükröznek (1.1F ábra), miáltal vonzzák a polarotaktikus szitakötőket. A Hydropsyche pellucidula dunai tömegtegzesek napnyugtakor repülnek ki a Dunából, majd a fák és bokrok körül rajzanak a folyóparton. Legutóbbi, budapesti vizsgálataink [1.12, 1.13] szerint e vízirovarok a folyóparti épületek függőleges üvegfelületeihez vonzódnak, ott rajzanak, s főleg a sötét üveglapokra szállnak, ahol mászkálnak és párzanak, miközben jelentős részüket csapdába ejtik az épület nyitott bukóablakai (1.3I-K ábra). Kimutattuk, hogy e tegzesek is, mint más vízirovarok, vonzódnak az erősen és vízszintesen poláros fényhez [1.12]. Igazoltuk, hogy a tükrözött fényt erősebben polarizáló fekete üvegfelületek sokkal több tegzest vonzanak, mint a kevésbé polarizáló fehér vagy világosszürke üvegtáblák. Képalkotó polarimetriával megmutattuk, hogy a repülő tegzesek vonzódása a függőleges üvegfelületekhez és az üvegre való leszállásuk utáni helybenmaradásuk jól magyarázható a függőleges üvegfelületek tükröződési-polarizációs sajátságaival (1.1G ábra) és e rovarok pozitív polarotaxisával [1.13]. E vonzódást és csapdahatást csak fokozza az épületek napnyugta utáni világítása által kiváltott pozitív fototaxis. 3. Napelemtáblák és napkollektorok poláros fényszennyezése Az igen környezetszennyező energiaforrásokat szokás fekete jelzővel illetni. Ilyen például a kőszén, amelynek eltüzelésével rengeteg széndioxid és füst-, pernye-, koromrészecske kerül a légkörbe, ami növeli a földi üvegházhatást, a belélegzett korom pedig károsítja a légzőrendszerünket. A földgázzal való fűtés már kevésbé káros a környezetünkre, mert gyakorlatilag csak széndioxiddal terheli azt. Ezért lehet a földgázt szürke energiaforrásnak nevezni. A környezetet nem vagy csak alig károsító energiatermelési technológiák ezzel szemben zöldek, mely szín a környezetbarát mivoltukra utal. Ilyen zöld technológiának tekintik manapság például a napkollektorokat, illetve napelemcellákat, melyek a napsugárzást alakítják át hő, illetve elektromos energiává széndioxid és egyéb szennyezőanyagok kibocsátása nélkül. Persze ha figyelembe vesszük, hogy a napelemcellák és napkollektorok ipari előállításakor bizony rengeteg széndioxid s egyéb káros anyag keletkezik, már nem is olyan zöld ez a technológia, inkább lenne nevezhető barnának. Tovább súlyosbítja, vagyis barnítja a helyzetet, hogy a napelemtáblák és napkollektorok a környezetet a poláros fényszennyezésükkel is terhelik [3.1]. A zöld technológiák alkalmazása lecsökkenti a légszennyezés mértékét, az épületek széndioxid-kibocsátását, ugyanakkor a használatuk során káros, előre nem várt hatások is fölmerülhetnek, mint például a szélturbináknak repülő madarak pusztulása. A napelemtáblák és napkollektorok fölhasználása a zöldenergia termelésében jelentősen növekedett az utóbbi években, köszönhetően a hatékonyságukat jelentősen növelő új fejlesztéseknek, és a háztartások számára is megfizethető áruknak. A napelemtáblák és napkollektorok a fizikai jellemzőik (sima, fekete felület) miatt egy fontos új forrását jelentik a poláros fényszennyezésnek (3.1., 3.2. és 3.3. ábra). Terepi vizsgálataink során az egyedfejlődésük bizonyos szakaszaiban vízben élő kérészekkel, álkérészekkel, szúnyoglábú legyekkel és bögölyökkel végeztünk választásos kísérleteket [3.1]. Kimutattuk, hogy e rovarok polarotaktikusak, miáltal erőteljesen vonzódnak a napelemtáblákhoz és napkollektorokhoz, melyek felett gyakran tömegesen röpködnek, és a petéiket is rájuk rakják (3.1. ábra). E korábban már más mesterséges, vízszintesen poláros fényt tükröző tárgyaknál is megtapasztalt poláros fényszennyezés tanulmányozása során figyeltünk meg a poláros fényszennyezés elleni harcban fontos szerepet játszó új jelenséget: Egy szerencsés véletlen folytán megállapítottuk, hogy a napelemtáblák a vízirovarok számára akkor nem vonzóak, ha a felületükön fehér csíkokból álló, a visszavert fényt depolarizáló rácsmintázat található [3.1]. Erősen és vízszintesen polarizáló tesztfelületekkel (3.4. ábra) igazoltuk, hogy ha ezeket olyan fehér rácsozattal látjuk el, amely az egységes fényes, fekete felületet kisebb-nagyobb mértékben fölaprózza, akkor ezekre akár harmincszor kevesebb vízirovar száll le, mint az azonos felületű rácsozatlan tesztfelületekre (3.5. ábra). Megfigyeléseink szerint egy adott módon fehéren berácsozott fekete felület vízirovarokra kifejtett vonzóképessége fajfüggő. E fölfedezés nyomán elmondható, hogy a 10

11 poláros fényszennyezésük miatt a polarotaktikus rovarok számára ökológiai csapdát képező napelemtáblák és napkollektorok egy depolarizáló felületi rács hatására elveszítik a vízirovarokra gyakorolt vonzóképességüket ábra: Poláros fényszennyező napelemtáblákra leszállt különféle polarotaktikus vízirovarok. (A) Peterakáshoz készülő óriás álkérész (Perla burmeisteriana). (B) Petecsomós kérész (Rhithrogena semicolorata). (C) Petéző dánkérész (Ephemera danica). (D) Szúnyoglábú légy (Dolipochodidae). (E, F) Bögölyök (Tabanidae). Terepkísérleteinkben [3.1] a földön vízszintesen fekvő napelemtáblák (3.3. ábra) vagy azok optikai modelljei (3.4. ábra) a természetes vízfelszíneket utánozták. A napelemtáblákat és napkollektorokat azonban általában a földfelszín fölött, megdöntve helyezik el, hogy maximalizálják a felületükre eső napfény mennyiségét. Meglepő módon a napelemtáblák és napkollektorok dőlésszöge és talajfelszínhez viszonyított elhelyezkedése általában lényegtelen a polarotaktikus rovarokra kifejtett vonzásuk szemszögéből. Tapasztalataink szerint ugyanis akár több tíz méter magasságban lévő, függőleges üvegfelszínek is képesek a róluk tükröződő erősen és vízszintesen poláros fénnyel nagy tömegben magukhoz vonzani a peterakásra készülő vízirovarokat, például a dunai tömegtegzeseket. Közismert az a jelenség is, hogy a vízibogarakat, vízipoloskákat, szitakötőket és kérészeket vonzzák a vízszintesen poláros fényt visszaverő üvegházak és a sötét színárnyalatú gépkocsik különböző dőlésszögű karosszériaelemei. Mindezen megfigyelések alapján várható, hogy a magasabban és ferdén elhelyezett napelemtáblák és napkollektorok is képesek magukhoz csalni a vízirovarokat. E felületek dőlése ahhoz is hozzájárulhat, hogy a repülő, vizet kereső vízirovarok már távolabbról is észlelik őket, így akár még több vízirovart is magukhoz vonzhatnak, mintha vízszintesek lennének. 11

12 3.2. ábra: Napkollektoroknak a spektrum kék tartományában képalkotó polarimetriával mért polarizációs mintázatai jobbról (A), szemből (B), és balról (C). Az 1. sor azt mutatja, ahogyan az emberi szem látja a napkollektorokat. A 2. és 3. sorban a napkollektorokról tükröződő fény p polarizációfokának és polarizációszögének mintázatai láthatók. A p és eltérő értékeit különböző színek és színárnyalatok kódolják: minél sötétebb a szürke, annál nagyobb a polarizációfok; minél világosabb lila vagy világosabb zöld egy részlet, a visszavert fény polarizációránya annál közelebb van a vízszinteshez, és annál vonzóbb a polarotaktikus vízirovarok számára. A kettősfejú nyilak az uralkodó polarizációirányt mutatják ábra: Mint a 3.2. ábra, de most egy homogén fekete napelemtábla (bal) és egy vékonyszálú fehér ráccsal cellákra osztott fekete napelemtábla (jobb) esetén. A fehérrácsos napelemtábla jóval kevésbé vonzza a polarotaktikus vízirovarokat, azaz kevésbé poláros fényszennyező. 12

13 A napelemtáblák és napkollektorok poláros fényszennyezésének a vízirovar-populációkra gyakorolt konkrét negatív hatásairól egyelőre még keveset tudunk. Ne felejtsük el azonban, hogy az ökológiai csapdák általában gyors és katasztrófális hatásúak, ami különösen a természetes vizes és vízi élőhelyeken okozhat maradandó természetkárosodást. A napelemtáblák és napkollektorok százaitezreit használó naperőművek száma az utóbbi időben gyorsan növekszik Európában, Afrikában és Észak-Amerikában is. Mint mesterséges fénypolarizátorok, e naperőművek a modernkori tájkép gyakori elemeivé váltak, és erőteljes szelekciós hatást fejthetnek ki egyes állatpopulációk természetes élőhelyválasztására, ami gyors evolúciós változásokat okozhat az adott életközösségekben. Eredményeink nyomán [3.1] egyre sürgetőbbé válik a következő kérdések megválaszolása: A polarotaktikus vízirovarok mekkora hányadát érinti a poláros fényszennyezés? A napelemtáblák és napkollektorok okozta poláros fényszennyezés szintje eléri-e már azt a mértéket, ami populációs, és így evolúciós szintű változásokat okoz? Milyen mértékű a poláros fényszennyező felületek előfordulása a sokszor a természetvédelem alatt álló vizes élőhelyek környezetében? A poláros fényszennyezés egyik hatékony ellenszere az azt okozó tükröző felületek annyira durvává, érdessé tétele, hogy a róluk visszaverődő, s részben depolarizálódó fény polarizációfoka a polarotaktikus vízirovarok polarizációs ingerküszöbe alá essen. A felületi érdesség további előnye, hogy a durva felszínről visszavert fény polarizációiránya általában nem vízszintes, miáltal nem vonzza a polarotaktikus vízirovarokat. Egy másik lehetőség a poláros fényszennyezés csökkentésére, hogy a fényt visszaverő felületeket minél világosabbá tesszük, mert az orosz Umow fizikusról elnevezett szabály szerint egy adott hullámhosszon egy felület annál kevésbé polarizálja a róla visszaverődő fényt, minél világosabb. Ennélfogva a fényes (sima) és fekete felületek a poláros fényszennyezés legerősebb forrásai, míg a matt (durva) és fehér felszínek a legkevésbé poláros fényszennyezők ábra: Mint a 3.2. ábra, de most a terepkísérleteinkben használt különféle vízszintes, fehérrácsos fényes fekete tesztfelületekre. Minél sűrűbb a fehér rácsozat, annál kevésbé vonzza a fekete felület a polarotaktikus vízirovarokat, azaz annál kisebb a poláros fényszennyezése. Bizonyos poláros fényszennyező felületeknél, például a napelemtábláknál vagy ablaküvegeknél azonban a funkciójukból kifolyólag nem lehet a felületet érdessé és/vagy világossá tenni. A napelemtáblák és napkollektorok azért feketék, hogy a lehető legtöbb fényt nyeljék el, s alakítsák át elektromossággá vagy hővé. Szerencsére ma már ezen esetekben is csökkenthető a poláros 13

14 fényszennyezés a fönt említett depolarizáló rácshatás alkalmazásával. Ha erősen és vízszintesen polarizáló mesterséges felületeket egy vékony, akár 1-2 mm-es csíkokból álló, polarizálatlan fényt visszaverő (durvafelszínű és/vagy fehér) rácsmintával látunk el, akkor elvesztik a polarotaktikus rovarokra kifejtett vonzásukat [3.1]. Minél sűrűbb a fényt depolarizáló fehér rács, annál kevesebb polarotaktikus rovart vonzanak az egyébként fényes és fekete felületrészek (3.4. és 3.5. ábra) ábra: A terepkísérleteinkben az N = 0, 2, 6 és 10 egymásra merőleges fehér csíkkal cellákra osztott vízszintes, fényes, fekete, ragadós csalifelszínek egységnyi fekete felülete által csapdába ejtett polarotaktikus szúnyoglábú legyek (A, Dolichopodidae), kérészek (B, Ephemeroptera) és óriás álkérészek (C, Trichoptera) m száma. A repülő vízirovarok vízszintesen poláros fényt tükröző olyan felületeket keresnek az optikai környezetükben, melyek kiterjedése egy fajra jellemző küszöbértéknél nem kisebb. Ennek az a biológiai jelentősége, hogy a túl kicsi víztestek például hamar kiszáradhatnak, s a vízirovarok bennük fejlődő lárvái könnyen elpusztulhatnak. A küszöbértéknél nagyobb kiterjedésű, erősen és vízszintesen polarizáló felület vonzó a polarotaktikus rovaroknak. Ha azonban e felületet egy vékony depolarizáló ráccsal a küszöbértéknél kisebb kiterjedésű cellákra osztjuk, akkor e cellák egyenként már nem vonzóak, és amint kísérletekkel kimutattuk, a vízirovarok nem képesek egységes felületként érzékelni e cellák összességét (3.6. ábra). Egy hasonlattal élve, egy adott vízirovar például egy pohár vízbe még nem petézik bele, mert azt túl kicsinek ítéli a lárvái kifejlődéséhez, de egy kád vízbe már lerakhatja a petéit, mert az már elegendően nagy víztömeget, vízfelületet képvisel. Ha azonban a kádat nem összefüggően töltjük fel vízzel, hanem sok teli pohár vizet teszünk bele, akkor az ilyen kád elveszti a vízirovarra való vonzását, mert az egyedi vizespoharakban nem tudnának fejlődni a lárvák. Ehhez hasonlóan, egy, a depolarizáló ráccsal felaprózott, erősen és vízszintesen polarizáló felület sem csalja magához a polarotaktikus vízirovarokat (3.6. ábra). E felismerésünk lehetőséget ad arra, hogy csökkentsük, vagy akár meg is szüntessük a napelemtáblák és napkollektorok poláros fényszennyezését, polarizációs csapdahatását: A napfényt elnyelő aktív felületet megfelelően kis részekre kell fölosztani egy fehér ráccsal. A kereskedelemben az összefüggő fekete felületű napelemtáblák (3.3. ábra bal oldalt) mellett olyanok is szépszerével kaphatóak, melyekben az elemi napelemcellákat vékony fehér falak választják el egymástól (3.3. ábra jobb oldalt). Terepkísérletekben igazoltuk, hogy egy ilyen fehérrácsos napelemtábla sokkal kevésbé vonzó a kérészek, szúnyoglábú legyek, óriás álkérészek és bögölyök számára, mint egy azonos nagyságú, homogén fekete napelemtábla. A depolarizáló fehér rács csíkszélességétől és az elemi cellák méretétől függ, hogy egy erősen és vízszintesen polarizáló 14

15 felület vonzza-e egy adott vízirovarfajt. E kritikus paraméterek a különböző polarotaktikus rovarcsoportok esetében eltérőek lehetnek, hiszen például a folyólakó rovarok nagyobb, míg a patakokban vagy tavacskákban, netán pocsolyákban fejlődő rovarok kisebb vízszintesen polarizáló felületeket keresnek az élőhelyválasztásuk során ábra: (A) Egy vízszintes, fényes, fekete S felület nem vonzó a polarotaktikus vízirovarok számára, ha az S felület kisebb, mint a fajfüggő Akritikus kritikus felület. (B) N N = N 2 darab, egymástól távolabb lévő S felület sem vonzó, mert a rovarok különállónak tekintik őket. (C) N 2 darab, egymást érintő S felület már vonzó, mivel a rovarok által érzékelt A = N 2 S összfelület nagyobb, mint Akritikus. (D) Ha azonban az N 2 darab, egymást érintő S felületnek fehér a pereme, akkor habár A = N 2 S > Akritikus, az összfelület mégsem vonzó, mert a fehér elválasztó rács miatt a rovarok megint különállónak tekintik az S felületeket. A nanotechnológia egyik legújabb eredményeként ma már léteznek olyan háromdimenziós napelemcellák is, amelyek aktív felületét az arra merőlegesen álló szén nanocsövek erdeje borít abból a célból, hogy a rájuk eső fény ne tükröződjön, hanem a nanocsövek között sokszor ide-oda verődve végül elnyelődjön, miáltal sok százalékkal megnő a teljesítményük. Habár nem ez volt az eredeti cél, de az ilyen, nanoszinten durva felületű napelemtáblák csak igen kevés, lecsökkent polarizációfokú fényt vernek vissza. A poláros fényszennyezésük a matt fekete autókéhoz hasonló, amiről a következő, 4. fejezetben írunk. A nanocsövekkel nem borított felületű, hagyományos, sima napelemtáblák és napkollektorok poláros fényszennyezését az általaunk feltalált depolarizáló ráccsal lehet zöldebbé, kevésbé poláros fényszennyezővé változtatni. A gyorsan bekövetkező, globális szintű környezetváltozások, mint például a klímaváltozás, az élőhelyek felaprózódása, vagy az idegenhonos élőlények betelepülése miatt az ökológiai csapdák kialakulására egyre nagyobb az esély. A létező ökológiai csapdáknak ma még sajnos csak egy töredékét ismerjük, ezért az ökoszisztémára kifejtett káros hatásuk valószínűleg jóval nagyobb, mint azt eddig gondolták. Ezért is bír nagy jelentőséggel minden olyan módszer, amellyel csökkenthető az ökológiai csapdahatás. 15

16 4. Matt fekete autók Janus-arcú poláros fényszennyezése A sima felszínű, fényes fekete autók egyes karosszériarészei (például motorháztető, tető, csomagtartófedél, szélvédő) vízszintesen poláros fényt vernek vissza (1.1E ábra). Mivel a polarotaktikus vízirovarok a vizekről tükröződő fény vízszintes polarizációja alapján ismerik fel a vízfelületeket és vonzódnak az ilyen fényhez, ezért a fényes fekete autókról visszaverődő vízszintesen poláros optikai inger megtévesztheti őket és pozitív polarotaxist válthat ki belőlük. A fényes fekete járművek ezáltal tipikus poláros fényszennyező források. Napjainkban egyre terjed azon új és drága divathóbort, hogy főleg a luxusautók karosszériáját vagy annak egy részét matt feketére/szürkére festik (4.1. ábra és 4.2. ábra 1. sora), vagy matt karbonfóliával borítják. Az ilyen érdes felületű autók kinézete a megszokott csillogótól eltérő, matt lesz. Mivel a matt (érdes) felületek többé-kevésbé depolarizálják a róluk diffúzan visszavert fényt, ezért a polarotaktikus rovarok számára várhatóan nem vagy kevésbé vonzóak, mint a fényes megfelelőik. Általánosságban véve tehát a poláros fényszennyezés csökkentésének egyik hatásos módja lehetne az érintett fényes felületek mattá tétele. Hipotézisünk szerint az új divathóbort kapcsán terjedő matt fekete/szürke autók kevésbé idéznek elő poláros fényszennyezést, ami környezetvédelmi szempontból előnyös tulajdonság lehet ábra: Matt fekete Rolls-royce. E feltételezésünk ellenőrzésére terepkísérleteket végeztünk fényes fekete, matt fekete és matt szürke autókarosszériákból kivágott és a földre vízszintesen elhelyezett tesztfelületekkel. Azt vizsgáltuk, hogy e felületek miként vonzzanak bizonyos polarotaktikus rovarokat (kérészeket, szúnyoglábú legyeket és bögölyöket). A tanulmányozott rovarokat az erősen és vízszintesen polarizált visszavert fény indikátoraiként használtuk, mivel e fajok pozitív polarotaxissal bírnak. A vizsgált kérészek és szúnyoglábú legyek tömegesen előfordultak a kísérletünk helyszínén, a bögölyök pedig mezőgazdasági kártevőként szintén gyakoriak. Eredményeink [4.1, 4.2] fölfedték a matt fekete autók poláros fényszennyezésének mértékét, s kiderült, hogy a várakozásokkal ellentétben az alkalmazott matt fekete festékek és bevonatok általában nem környezetbarátok, mert optikailag azok is vonzanak bizonyos polarotaktikus rovarfajokat Matt fekete autók polarizációs mintázatai A 4.2. ábra egy tipikus matt fekete autó öt különböző irányból mért polarizációs mintázatát mutatja a spektrum kék (450 nm) tartományában. Jól megfigyelhető, hogy a szélvédő napsütötte részéről visszavert fény d polarizációfoka igen magas (85 % < d < 100 %), míg a függőleges ablakok és karosszériarészek csak gyengén polárosak (d < 15 %). A tető, motorháztető és csomagtartó csak 16

17 részlegesen poláros fényt ver vissza (25 % < d < 55 %). Az autóról visszavert fény polarizációfokának térbeli eloszlása meglehetősen homogén. A ferde szélvédő és a vízszintes tető, csomagtartó és motorháztető vízszintesen poláros fényt ver vissza, míg a többi ferde és függőleges autófelület ferde vagy függőleges polarizációirányú. Az autókarosszéria azon részeit, melyek egy küszöbnél (d > 15 %) magasabb polarizációfokú és közel vízszintes polarizációirányú (80 o < α < 100 o ) fényt vernek vissza, a polarotaktikus rovarok víznek tekintik. E kettős feltétel a 4.2. ábra alapján a matt fekete autó szélvédőjére, tetejére és motorháztetejére teljesülnek, így e felületrészek vonzzák a vizet kereső polarotaktikus rovarokat. Mindez általában is igaz a matt fekete/szürke karbonfólia- vagy festékbevonatú autókra ábra: Matt fekete autó öt különböző nézőpontból mért polarizációs mintázatai a spektrum kék (450 nm) tartományában. Az 1. sorban az eredeti fényképfelvételek, a 2. sorban a d lineáris polarizációfok mintázatai, a 3. sorban a polarizációirány mintázatai (α, az óramutató járásával megegyező irányban) láthatók. A 4. sorban kék színnel ábrázoltuk a polarotaktikus rovarok által vízként érzékelt felületeket, amelyek esetében a visszavert fény a következő tulajdonságokkal rendelkezik: d > 15 %, 80 < α < 100. A képalkotó polariméter optikai tengelyének magassági szöge a vízszintestől 20 volt A kísérletekben használt tesztfelületek polarizációs mintázatai A 4.3. ábra a terepkísérletünkben használt fényes fekete, matt fekete és matt szürke tesztfelületek polarizációs jellemzőit mutatják a spektrum vörös, zöld és kék tartományában, amikor a felületek napfényt és égboltfényt, illetve fákról és bokrokról származó lombfényt vertek vissza. A tesztfelületek nagy része vízszintesen poláros fényt tükrözött, ám kis részükről függőlegesen vagy ferdén poláros fény verődött vissza, a neutrális pont környékéről (a vízszintesen és függőlegesen poláros területek határáról) pedig polarizálatlan fény tükröződött. A fényes fekete és matt fekete felületek verték vissza a legmagasabb polarizációfokú fényt, míg a matt szürke felület csak kevésbé volt poláros. E felületek polarizációs mintázatai csak némileg függtek a hullámhossztól. Amikor a 17

18 tesztfelületek napfényt és égboltfényt vertek vissza, akkor polárosabbak voltak, mint mikor fák és bokrok képét tükrözték. A spektrum kék és zöld tartományában a matt szürke felület polarizációfokának szórása volt a legkisebb (4.3. ábra). A megfigyelés irányától függően a spektrum kék, zöld és vörös tartományában a fényes fekete tesztfelület polarizációfokának Δd szórása (kék: ± %, zöld: ± %, vörös: ± %) szor, ször és szor nagyobb volt, mint a matt szürke felületé (kék: ± %, zöld: ± %, vörös: ± %). A matt fekete felület Δd szórása (kék: ± %, zöld: ± %, vörös: ± %) pedig szer, szor és szor volt nagyobb, mint a matt szürke felületé. Ennek nagy jelentősége lesz a tesztfelületek rovarvonzó-képességének alábbi magyarázatában ábra: A terepkísérletekben használt fényes fekete (ff), matt fekete (mf) és matt szürke (msz) vízszintes tesztfelületek képalkotó polarimetria segítségével mért d lineáris polarizációfokának átlaga (oszlopok) és szórása (függőleges sávok) a spektrum vörös (650 nm), zöld (550 nm) és kék (450 nm) tartományában, amikor a felületek nap- és égboltfényt (A), illetve fákról és bokrokról érkező lombfényt (B) vertek vissza Kérészek, szúnyoglábú legyek és bögölyök tesztfelületekhez való vonzódása A 4.4. ábra a terepkísérlet során a három tesztfelületre leszállt kérészek számát mutatja. Nem volt statisztikailag szignifikáns különbség a fényes fekete és matt fekete felület kérészekre gyakorolt vonzóképessége között. Ám meglepő módon a matt szürke felület szer több kérészt vonzott, mint a másik két fekete felület. A 4.5. ábrán a terepkísérletben a tesztfelületekre szállt szúnyoglábú legyek száma látható. E rovarok számára a fényes fekete felület volt a leginkább, míg a matt szürke a legkevésbé vonzó. A fényes fekete és matt szürke, valamint a matt fekete és matt szürke felületek vonzóképessége közti különbség szignifikáns volt, míg nem adódott szignifikáns különbség a fényes fekete és matt fekete felületeken landoló szúnyoglábú legyek száma között. A 4.6. ábra a terepkísérletben a tesztfelületekre leszálló, azokat érintő és fölöttük köröző bögölyök számát mutatja. E három reakciót tekintve, a bögölyök számára szignifikánsan a legvonzóbb felület a fényes fekete volt, a leszállás és érintés szempontjából pedig a matt szürke felület volt a legkevésbé vonzó. A matt fekete felület vonzóképessége e két felületek vonzóképessége közé esett. 18

19 4.4. ábra: A fényes fekete, matt fekete és matt szürke vízszintes tesztfelületekre rászálló kérészek összegyedszáma. A betétképen egy fényes fekete tesztfelületre leszállt kérész látható ábra: A fényes fekete, matt fekete és matt szürke vízszintes tesztfelületekre rászálló szúnyoglábú legyek összegyedszáma. A betétképen egy matt fekete tesztfelületre leszállt szúnyoglábú légy látható ábra: A fényes fekete (ff), matt fekete (mf) és matt szürke (msz) vízszintes tesztfelületekre érintéssel, leszállással vagy levegőben körözéssel reagáló bögölyök összegyedszáma. A betétképen egy matt szürke tesztfelületre leszállt bögöly látható. 19

20 Meglepő volt azon eredményünk, hogy a matt szürke tesztfelület vonzó hatása a vizsgált polarotaktikus kérészekre jóval nagyobb volt, mint a matt és fényes fekete felületeké. Ennek egyik oka az lehet, hogy a fényes fekete felület d polarizációfokának d szórása 2-3-szor nagyobb volt, a matt fekete felület d szórása pedig szer volt nagyobb, mint a matt szürkéé (4.3. ábra). A visszavert fény polarizációfokának kis d szórása alapvetően a nyugodt, sima felszínű víztestekre jellemző a fodrozódások hiánya miatt. Ezzel szemben a zavaros, turbulens vizek hullámzó, fodrozódó felületére nagy d érték jellemző, mert a visszavert fény polarizációfoka nagyban függ a felszín normál vektorának irányától, ami térben és időben véletlenszerűen változik a vízfelszíni hullámzással. Mivel a terepkísérletben vizsgált kérészfajok a nyugodt víztesteket részesítik előnyben, így a kis d szórású matt szürke tesztfelület egy nyugodt vízfelszínt utánozva vonzóbb lehetett számukra, míg az szor nagyobb d szórású két fekete tesztfelületet számukra kedvezőtlenebb, hullámzó vízfelszínként érzékelhették. A kérészek matt szürke tesztfelülethez való erőteljesebb vonzódásának másik oka az lehetett, hogy a 90 %-os szürkeségű matt szürke felület 10 %-kal világosabb volt a 100 %-os szürkeségű fekete tesztfelületeknél, miáltal a matt szürke a kérészek pozitív fototaxisa miatt vonzóbb lehetett. Azonban korábban kimutattuk, hogy a vizsgált kérészfajok (Baetis rhodani, Epeorus sylvicola, Rhithrogena semicolorata) a vízfelszínt nem fototaxissal detektálják: a fényes/matt, fehér/szürke/fekete vízszintes felületek iránti vonzalmuk a visszavert fény vízszintes polarizációjának következménye, mely polarotaxist nem fényintenzitás (világosság/sötétség) vezérli Következtetések - A polarotaktikus rovarok fekete autók iránti vonzódása a karosszéria felületi érdességétől (fényes, matt) és az érintett fajoktól (kérész, szúnyoglábú légy, bögöly) egyaránt függ. - A matt fekete autók rovarfajtól függően kevésbé vagy közel azonos módon lehetnek vonzóak, mint a fényes feketék. - A fényes fekete autók poláros fényszennyezése általában nem csökkenthető a jelenleg használt matt bevonatok használatával. - Nem várt módon, a matt szürke autók vonzóbbak lehetnek bizonyos kérészfajok számára, mint a matt feketék. - Terepkísérleteink eredményeiből azt a végkövetkeztetést vontuk le, hogy az autókarosszériák mattá tétele nem csökkenti a fekete autók poláros fényszennyezését. Az autók matt felületei bizonyos polarotaktikus rovarokat (például egyes kérészfajokat) még nagyobb számban is vonzhatják, mint a fényes fekete autók. Ezért a fényes fekete bevonat mattra cserélése környezetvédelmi szempontból egy kedvezőtlen divathóbortnak számít. 5. A poláros fényszennyezés állatokra gyakorolt lehetséges előnyei és hátrányai A PF jelzője arra utal, hogy e jelenséget poláros fény váltja ki (1.1. ábra), míg a 'szennyezés' azt az elsődleges és negatív hatást fejezi ki, hogy a fény vízszintes polarizációja a polarotaktikus rovarokat megtéveszti, magához vonzza, sokszor petézésre készteti (1.3. ábra) és gyakran el is pusztítja a petékkel együtt. Ezen elsődleges hatás mellett a PF másodlagos hatásai akár előnyösek is lehetnek, mikor bizonyos állatok (például pókok, madarak, denevérek) azokkal a polarotaktikus rovarokkal táplálkoznak, melyeket a poláros fényszennyező források vonzottak magukhoz (1.4A-L ábra). Ekkor a ragadozók hasznot húzhatnak a poláros fényszennyezésből. Közismert, hogy az utcai 20

21 lámpákhoz odacsábult éjszakai rovarokra pókok, békák, gyíkok, madarak és denevérek vadásznak [1.1], ami egy másodlagos következménye a hagyományos (nem poláros) ökológiai fényszennyezésnek. Hasonló jelenséget figyeltünk meg több különféle poláros fényszennyező forrásnál is: A földre terített mezőgazdasági fényes fekete műanyag fóliák által odavonzott polarotaktikus rovartömeg barázdabillegetők rajait vonzotta, mely madarak szisztematikusan vadászták le a fóliák fölött repülő és azokra leszálló rovarokat [1.5]. Ezáltal e fóliák úgy működtek, mint hatalmas madáretetők. Azt is megfigyeltük, hogy a barázdabillegetők összeszedegették a patakok mellett húzódó aszfaltutak fölött rajzó és párosodó polarotaktikus kérészeket [1.4]. Tapasztalataink szerint a budapesti Dunapart épületeinek üvegfelületeinél a tavasszal tömegesen rajzó tegzesek (1.3I-K ábra) nagy számban vonzanak háziverebeket (1.4A,B ábra), széncinegéket (1.4C,D ábra), szarkákat (1.4E,F ábra) és barázdabillegetőket (1.4G,H ábra), mely madarak tervszerűen fogdossák össze az üvegfelületekre leszálló és ott rajzó rovarokat, amelyekkel bizonyos pókok is táplálkoznak (1.4I-L ábra). Ugyanakkor e madarak elfogyasztják e pókokat is, amelyek így nemcsak ragadozók, hanem egyben zsákmányok is a poláros fényszennyező épületeknél kialakuló táplálkozási hálózatban. A szóban forgó rovarevő madarak számára első közelítésben előnyt jelent a poláros fényszennyező forrásokhoz odavonzott polarotaktikus rovarok tömege, ami időszakos és térben jól körülhatárolt bő zsákmányforrást jelent. Ezt különösen a szarkák képesek kiaknázni, nem lévén természetes ellenségeik az épületek környékén. Másrészről viszont a tömegrajzó tegzesek által odavonzott fészekrabló szarkák megnövekedett predációs veszélyt jelentenek a háziverebekre, barázdabillegetőkre és széncinegékre. Ez a helyzet egy tipikus és csak most fölismert ökológiai csapda [1.9, 1.11] kialakulását eredményezheti a háziverebek, barázdabillegetők és széncinegék számára: (i) A poláros fényszennyező üvegfelületekhez vonzódó polarotaktikus tegzesek tömege a közelbe csalja az említett madarakat. (ii) E madarak tojást raknak az üvegépületek közelében a bőséges rovarzsákmánynak köszönhetően. (iii) A szarkák elpusztítják a barázdabillegetők, háziverebek és széncinegék fiókáit. (iv) A szarkák fészekrablását tovább tetézi, hogy az időszakosan (a tegzesrajzáskor) megjelenő táplálékbőség több barázdabillegető-, háziveréb- és széncinegefióka kifejlődését eredményezheti, viszont a rövid ideig tartó táplálékbőség elmúltával e madarak már nem találnak a területen elegendő táplálékot, és elpusztulnak. Ezáltal tehát egy kezdetben előnyösnek tűnő élőhely a barázdabillegetők, háziverebek és széncinegék populációja számára hátrányosnak bizonyul. Hasonló, de még összetettebb táplálékhálózatot figyeltünk meg egy másik poláros fényszennyező forrásnál, a budapesti pakuratónál: Az erősen és vízszintesen polarizáló fekete olajfelszín (1.1B ábra) polarotaktikus vízirovarok tömegeit vonzotta magához (1.3A-D ábra), mely rovartömeg számos rovarevő madarat (1.4M-Q ábra) és denevért (1.4R ábra) csalt a közelbe, melyeket gyakran foglyul ejtett a ragacsos pakura. A csapdába esett madarak és denevérek tetemei pedig ragadozó madarakat, például baglyokat (1.4S ábra) és vércséket (1.4T ábra) csábítottak a pakuratóhoz, melyek szintén a pakurába ragadtak és elpusztultak. Ekkor tehát a táplálékhálózat összes tagja a poláros fényszennyező pakurató áldozata lett. 6. A poláros fényszennyezés ellenszerei 1. A PF egyik lehetséges ellenszere, hogy az azt okozó tükröző felületeket tegyük olyan durvává, hogy a róluk visszaverődő, s depolarizálódó fény polarizációfoka essen a polarotaktikus vízirovarok ingerküszöbe alá. A felületi durvaság további előnye, hogy a durva felszínről visszavert fény polarizációiránya általában nem vízszintes, miáltal nem vonzó a polarotaktikus vízirovarok számára. Ebből kifolyólag például a piszkos autók matt felületéről visszavert fény kevésbé poláros, mint a csillogó felszínűekéről tükröződőé. Az Umow-szabály miatt pedig a fehér vagy világos színű autókarosszéria kevésbé polarizálja a róla visszaverődő fényt, mint a sötét. Ezért a legkörnyezetbarátabb autó az, amelyik világos és sohasem mossák, másszóval a legzöldebb autó fehér és piszkos. Ezért javasoltuk [1.8], hogy a természetvédelmi vizes élőhelyeket csak fehér vagy világos színű autókkal lehessen 21

22 látogatni, miáltal elkerülhető a veszélyeztetett polarotaktikus vízirovarok autókhoz való vonzódása és rájuk történő petézése. 2. A lárvaként bizonyos víztestekben fejlődő kérészek imágóinak az erősen poláros fényszennyező aszfaltutakhoz való vonzódása és lepetézése [1.4] is kiküszöbölhető, ha a kérészek előfordulási helyei közelében futó útszakaszok felületét a visszaverődő fényt depolarizáló tulajdonságúvá, azaz durvává és világossá teszik, például fehér és szemcsés anyag (például sóder) aszfaltba való hengerlésével. 3. Hasonlóképpen, a PF csökkentése céljából tanácsos volna megtiltani a mezőgazdáknak, hogy védett vizes területek közelében sima, fekete műanyag fóliákat (1.1C ábra) használjanak: ahol lehetséges, ott ezeket a fényt kevésbé polarizáló fehér, sárga vagy világosszürke, s lehetőleg matt felületű műanyag fóliákra kellene cserélni. 4. A homogén fekete, sötétszürke vagy más sötét színű tükrözőfelületek erős poláros fényszennyezését vékony fehér csíkokból álló, megfelelően sűrű felületi rácsmintázattal lehet jelentősen lecsökkenteni, vagy akár teljesen kiküszöbölni. Ehhez hasonló módszerrel, azaz csíkos vagy foltos testfelületi mintázatokkal csökkentik a zebrák és más emlősök a vérszívó bögölyökre és cecelegyekre kifejtett vizuális vonzóképességüket [ ]. 5. A vízirovarok polarizációs ökológiai csapdájaként [1.9, 1.11] működő városi csupaüveg épületek poláros fényszennyezését (1.1G ábra) a következő környezetbarátabb építészeti megoldásokkal lehetne kiküszöbölni, vagy csökkenteni: Minimalizálni kell az üvegfelületeket: kerülendő minden fölösleges üvegtábla, melynek csak díszítő szerepe van. Egy épületben gyakorlatilag csak az ablakok a szükséges üvegfelületek. Kerülendők a fényes (sima) felszínű dísztéglák is, helyettük matt felületűek használandók. Ugyancsak kerülendők a fényes és sötét burkolófelületek. Az ablakokon fehér függönyök használandók, melyek lehetőleg be is húzandók az ablaküvegről visszavert fény polarizációfokának csökkentése végett. Mivel a vízirovarok általában nem érzékelik a vörös fényt, s így számukra a vörös és fényes felületek sötétnek és erősen polarizálónak tűnnek, ezért kerülendő a fényes és vörös felületek használata. Az épület felületei nem lehetnek túl világosak sem, mert napnyugta után nagy mennyiségű városfényt vernek vissza, ami fototaxissal vonzhatja a védendő rovarokat. Az optimális kompromisszum a középszürke és matt felületek használata, melyek csak mérsékelten vernek vissza fényt, gyenge és általában nem vízszintes polarizációval. Az ablakok ne vízszintes forgástengely körül legyenek csak részben dönthetőek, hanem függőleges forgástengely körül legyenek teljesen nyithatóak, miáltal sokkal kisebb eséllyel ejthetik csapdába az odavonzott és a szobákba bejutott rovarokat. Ha egy épület élővizek közelében áll, és mégis vízszintes tengely mentén részben dönthető bukóablakokkal rendelkezik, akkor úgy tehető "zöldebbé", hogy az ablakait (ha lehetséges) zárva tartják a polarotaktikus és/vagy fototaktikus rovarok fő (tavaszi, esetleg őszi) rajzási időszaka(i) alatt. Összefoglalva: a PF fő ellenszere, ha csökkentjük a visszavert fény polarizációfokát azzal, hogy kicseréljük az erősen és vízszintesen polarizáló sötét és fényes tükröző felületeket világosakkal és durva felületűekkel, mert az ilyenek csak gyengén és nem mindig vízszintesen poláros fényt vernek vissza, ami nem vonzó a polarotaktikus vízirovarok számára. Ugyancsak csökkenthető a PF, ha a sötét tökröző felületet megfelelően kicsi cellákra osztjuk fehér csíkos/foltos rácsmintázattal. Mindezen információ az út-, tájkép-, város- és épülettervezők, valamint a döntéshozó politikusok figyelmébe ajánlandó, bízva a támogatásukban az egyre komolyabban veendő PF elleni környezetvédelmi küzdelemben. 22

23 7. A fototaxis és polarotaxis kölcsönhatása: tiszavirágok, dunavirágok és folyón átívelő hidak Késő nyári alkony a Dunánál. Fehér kérészek sora tűnik fel a víz felett, kezdődik a dunavirágok (Ephoron virgo) rajzása (7.1. ábra). A szárnyas rovarok légtánca igazi kuriózum, kérészéletükre azonban egy közelmúltban fölfedezett fényszennyezési probléma vet árnyékot: A kivilágított hidak kettős ökológiai fénycsapdaként működnek (7.2. ábra) [7.1, 7.2, 7.3]. E káros optikai hatás csökkentését egy fénysorompó segítheti a dunavirágok védelmében [7.4] ábra: Nőstény dunavirág kérészek (Ephoron virgo) kompenzációs repülése a Duna fölött Gödnél (Potyó Imre felvétele) ábra: Kérészcsóva a tahitótfalui Duna-híd egyik közúti lámpájánál (Potyó Imre felvétele). A dunavirágok (Ephoron virgo) sötétedés után, 19:30-20:00 körül jelennek meg a víz fölött, majd a nőstények rajokba rendeződve kezdik meg a folyó folyásirányával szemben haladó kompenzációs repülésüket. E viselkedéssel a vízbe kerülő peték adott folyószakaszból való elsodródását ellensúlyozzák, továbbá elérik, hogy a petecsomók megközelítőleg azon a helyen érjék el a mederaljzatot, ahol az éppen rajzó kérészek korábban sikeresen kifejlődtek. A néhány kilométeres kompenzációs repülés során a nőstények végig a folyó középvonala fölött repülnek, amiben a víztükörről visszavert fény erősen és vízszintesen poláros jele vezeti őket. 23

24 Ugyanez a helyzet a napnyugta előtt rajzó tiszavirág (Palingenia longicauda) kérészeknél is. Amint azonban a víz fölött repülő tiszavirág nőstények a folyón átívelő hídhoz érnek, nem folytatják útjukat, hanem a hídnál feltorlódva örvénylő mozgásba kezdenek a folyásirány szerinti híd utáni folyószakasz fölött. Terepi képalkotó polarimetriai vizsgálatokkal megállapítottuk, hogy a kérészrepülést ilyenkor a híd vízfelszíni tükörképének kis polarizációfokú és függőlegesen vagy ferdén poláros fénye (7.3B ábra) állítja meg, ami a folyó középvonali erősen és vízszintesen poláros jelét (7.3A ábra) megszakítja [7.5, 7.6]. A híd fölötti és a híd alatti folyószakasz kérészpopulációjának hím:nőstény arányában jelentős eltérések tapasztalhatók: Míg a híd fölötti folyószakaszon a hímek vannak enyhe túlsúlyban, addig a híd alatti folyószakaszra a nőstények szignifikáns túlsúlya jellemző. A kérész nőstények jelentős (akár 50 %-os) aránya szűznemzéssel szaporodik, és az így létrejött utódok mind nő ivarúak. A szűznemzéssel született nőstények feldúsulása hozzájárul a nősténytúlsúly kialakulásához a híd alatti folyószakaszon. A kompenzációs repülés híd általi megakadása és a híd két oldalán lévő folyószakaszok ivararányának eltérése káros hatással lehet a tiszavirágpopulációra. Ezért a híd tükörképének a normál folyófelszínétől eltérő polarizációs sajátsága is a poláros fényszennyezés egy speciális esetének tekintendő. Vizsgálataink szerint a kérészek visszafordulnak azon természetes vízpartoktól is, amelyek a parti növényzet tükröződése miatt függőlegesen vagy ferdén poláros fényt vernek vissza [7.2]. E viselkedés folytán nem jutnak el és nem rakják le petecsomóikat azokra a szintén vízszintesen poláros fényt tükröző iszapos partrészekre, ahol a lárvák nem tudnak kifejlődni ábra: (A) A folyó középvonalában erősen és vízszintesen poláros, a parti növényzet tükörképénél gyengén és függőlegesen poláros fény tükröződik. (B) Egy híd tükörképének gyengén és függőlegesen poláros fénye megszakítja a folyó erősen és vízszintesen poláros optikai jelét. (C) Egy híd erősen és vízszintesen polarizáló aszfaltútját a fölötte elrepülő kérészek tévesen vízként azonosíthatják. Visszatérve a dunavirágokhoz, a Duna fölött repülő kérésztömegből rajok válnak ki, amelyek egy része a híd fölé érve rögtön a híd aszfaltútjára száll, ahova lepetézik, míg a többség a hídlámpákhoz repül (7.2. ábra). E lámpák körül egyre növekvő és hajladozó kérészcsóvákhoz a később érkező 24

25 egyedek is csatlakoznak, így a tömegrajzások csúcspontján több tízezer dunavirág örvénylik a lámpáknál. E zizegő kérészfelhő megfigyelőinek olyan érzésük támad, mintha nyári hóviharba kerültek volna. A folyó fölött a peték vízbe rakásával 21:30 körül befejeződik a dunavirágzás, a hídlámpák körüli rajzás azonban 23:30-ig is folytatódhat. Végül a fénycsapdába esett kérészek is végkimerülésben az útra hullnak és az aszfalt vízszintesen poláros optikai jelét (7.3C ábra) tévesen vízfelszínként azonosítva a száraz útburkolatra rakják 6-9 ezer petét tartalmazó petecsomóikat. Emiatt késő estére az érintett útszakasz nagy részét fehér kérésztetemek és sárga petecsomók borítják. E kérésztakaró 99 %-a nőstényekből áll, ami arra utal, hogy a hídra főként a kompenzációs repülésben részt vevő nőstények jutnak fel. A dunavirágok tehát a 7.4. ábra szerinti kettős fénycsapdába esnek: a hídlámpákhoz fototaxissal vonzódnak a folyóból kikelt kérészek, míg a híd aszfalt útja a róla visszaverődő lámpafény vízszintes polarizációjával vonzza a peterakó nőstényeket ábra: A Dunán átívelő este kivilágított híd kettős fénycsapdája: a hídlámpákhoz fototaxissal vonzódnak a folyóból kikelt kérészek, míg a híd aszfalt útja a róla visszaverődő lámpafény vízszintes polarizációjával vonzza a peterakó nőstény dunavirágokat Polarizálatlan fénysorompó a dunavirágok védelméért A természetvédelmi oltalom alatt álló dunavirág megmentésére kézenfekvő lenne az érintett hídlámpák rajzás idejére történő lekapcsolása, ám ez közlekedésbiztonsági okokból nem kivitelezhető. A dunavirág látásáról terepkísérleteken szerzett új ismeretek azonban lehetővé teszik egy megfelelő védelmi rendszer kidolgozását [7.3, 7.4]. Egy terepkísérlet eredményei szerint a vízszintesen poláros fény 8-szor, illetve 4-szer több dunavirágot vonz, mint az azonos intenzitású és színű (spektrumú) függőlegesen poláros, illetve polarizálatlan fény. Ez alapján úgy véltük, hogy ha a hidakról vízszintesen poláros reflektorokat lógatnánk a víz fölé, akkor a kérészek ezeket előbb megpillantva és vonzóbbnak találva képeznének csóvákat, és nem kerülnének a polarizálatlan hídlámpák bűvkörébe. Egy másik terepkísérletben azonban azt találtuk, hogy a nagyobb intenzitású polarizálatlan fény 2-3-szor több dunavirágot vonz, mint a polárszűrő miatt fele akkora intenzitású fény. Mivel tehát a nagyobb fényintenzitás miatt a polarizálatlan reflektorok erősebben vonzzák a dunavirágokat, mint polárszűrős változatuk, ezért egy hagyományos reflektorokból álló védő fénysorompó önmagában hatékonyabb. Ennek használatával a hídlámpák fényszennyezése továbbra is fennáll, viszont a kérészek a megfelelően erős fénysorompót vonzóbbnak találva nem repülnek az aszfaltút fölötti hídlámpákhoz. Ennél fogva nem látják a híd aszfaltútját sem, így a kimerülő kérészek nem arra, hanem petéikkel együtt a folyó vizébe hullanak, az utódgeneráció tehát megmenekül. Mindezt egy terepkísérletben igazoltuk (7.5. ábra) [7.3, 7.4]. 25

26 7.5. ábra: A kompenzációs repülésüket végző dunavirág kérészeket védő fénysorompó a Rábahídvégnél lévő hídon (Kriska György felvételei). 8. A poláros fényszennyezés fogalmának kiterjesztése Számos madár-, hüllő-, kétéltű-, hal-, rovar- és más ízeltlábú faj az égboltfény polarizációs mintázatát is használja a térbeli tájékozódás során, mikor a Napot felhők takarják [1.5]. A meteorológiai helyzettől függően az égboltfény lineáris polarizációfokának maximuma % között változhat, ami általában elegendően nagy ahhoz, hogy a szóban forgó állatok még érzékelni tudják az éboltfény polarizációját. Ekkor az égboltfény polarizációirányának mintázata alapján határozzák meg a felhők miatt nem látható Nap irányát, ami a tájékozódásuk alapja. Ha valamilyen oknál fogva úgy változik meg az égbolt polarizációs mintázata, hogy alkalmatlanná válik az orientációhoz, akkor az említett állatok eltévedhetnek, mert nem tudják kikövetkeztetni a közvetlenül nem látható Nap irányát. Ilyen ok lehet például a teljes napfogyatkozás, mikor az égboltfény polarizációfoka jelentősen lecsökken, polarizációirány-mintázata pedig teljesen más, mint rendes körülmények között [8.1, 8.2]. Ezáltal az égbolt teljes napfogyatkozásokkor megváltozó polarizációs mintázata egy adott helyen ritka és rövid (néhány perces) forrása a természetes eredetű poláros fényszennyezésnek, ami azonban minden évben föllép valahol a Föld felszínének egy keskeny, de igen hosszú sávjában. Például az égbolt-polarizáció alapján is tájékozódó háziméhek (Apis mellifera) augusztus 11-ki magyarországi teljes napfogyatkozáskor megfigyelt rendellenes, dezorientált viselkedésének [8.3, 8.4] részben ez lehet a magyarázata. Az égboltfény polarizációjának drasztikus megváltozását például az emberi hanyagság okozta erdőtüzek füstje is okozhatja [8.5]. Ekkor a füstrészecskéken történő többszörös fényszóródás depolarizáló hatása miatt a polarizációfok az égbolt-polarizáció alapján tájékozódó állatok ingerküszöbe alá csökkenhet, ami megmagyarázza bizonyos rovarok kanadai erdőtüzekkor megfigyelt dezorientációját [8.5]. Így tehát a külünféle tüzek füstje miatti rendellenes égboltpolarizáció is a poláros fényszennyezés egyik lehetséges forrása. 26

27 9. A poláros fényszennyezés egy gyakorlati alkalmazása: polarizációs bögölycsapdák A bögölyök (Diptera: Tabanidae) számos problémát okoznak embernek s állatnak egyaránt a folyamatos zaklatásukkal és a vérszívó nőstényeik által terjeszett kórokozókkal. Ezért a bögölyöket elpusztító csapdákra nagy a kereslet, különösen az állattartók körében. A bögölyök ritkítására korábban számos csapdát fejlesztettek ki, amelyek közül jónéhány egy fekete gömb alakú csalitárggyal vizuálisan vonzza a nőstény bögölyöket. A bögölyök kétféle polarotaxissal rendelkeznek: (1) A hím és nőstény bögölyök a vízszintesen poláros fény alapján keresik a vizeket. Ekkor a polarizációs információk közül a fény rezgéssíkja a meghatározó. (2) A nőstény bögölyök a vérszívásra alkalmas gazdaállatokat részben a kültakarójukról visszaverődő fény polarizációja alapján találják meg. Egy gazdaállat annál vonzóbb egy nőstény bögöly számára, minél nagyobb a róla visszaverődő fény polarizációfoka. A gazdaállatról visszaverődő fény polarizáció-iránya helyről helyre változik (függőleges, vízszintes és ferde is lehet). Ezért, amikor egy nőstény bögöly gazdaállatot keres, a polarizáció-irány lényegtelen számára, és csak a polarizációfok vezérli a polarotaxisát. A bögölyök pozitív polarotaxisa (vonzódásuk a lineárisan poláros fényhez) fölhasználható új típusú rovarcsapdák kifejlesztésére. Jelen fejezetben a TabaNOid áruvédjegyű (9.1. ábra) csapdacsalád fénypolarizációs elven működő három csapdatípusát mutatjuk be. Mindhárom csapda poláros fényszennyező forrás, mivel a róluk visszaverődő erősen és vízszintesen poláros fény minden vizet kereső polarotaktikus vízirovart, így a bögölyöket is erősen vonzza. E vonzás a bögölyök esetében arra aknázható, hogy odacsaljuk és elpusztíthassuk őket. Így nyer a vízhez kötődő rovarokra káros poláros fényszennyezés konkrét gyakorlati alkalmazást e polarizációs bögölycsapdák formájában ábra: A TabaNOid polarizációs bögölycsapdák magyar áruvédjegye Napelemes bögölycsapda A ábrákon látható napelemes bögölycsapda a következő két elven működik [9.1, 9.2]: 1. A csapda vizuális csalitárgya egy vízszintes napelemtábla, ami a felületéről visszavert erősen és vízszintesen poláros fénnyel odavonzza a polarotaktikus bögölyöket. 2. A napelem felületét érintő vagy arra leszálló bögölyöket egy fölötte vízszintesen és gyorsan forgó vékony drót elkaszálja. A drótot egy elektromotor forgatja, amelyhez szükséges villamos energiát a napelem termeli. Ezáltal a napelemnek kettős szerepe van: egyrészt a felületéről visszavert vízszintesen poláros fény odavonzza a vizet kereső, polarotaktikus bögölyöket, másrészt pedig villamos energiát termel, ami a drót forgatásához kell. 27

28 Terepkísérletekben kimutattuk, hogy e csapda napsütésben 92 %-os hatékonysággal képes elpusztítani a rá szálló bögölyöket, ha a Nap elevációszöge nem kisebb, mint közel 30 o. Egy ferde kiegészítő napelemmel e hatékonyság 94 %-ra növelhető és a csapdázási időszak is meghosszabbítható néhány órával, amennyiben a Nap elevációszöge nem kisebb 10 o -nál. E csapda hátránya, hogy a bögölyökön kívül magához vonzhat és elpusztíthat más polarotaktikus rovarokat, például vízibogarakat, vízipoloskákat vagy szitakötőket is ábra: (A) Napelemes bögölycsapda. Jobbra: a két vízszintes napelemtáblából és e napelemek felszíne fölött forgó vékony drótból álló csapda. Balra: ferde síkú két kiegészítő napelemtábla. (B- E) A csapda vízszintes napelemfelszínére leszálló bögölyök. 28

29 9.3. ábra: A napelemes bögölycsapda és a ferde felszínű kiegészítő napelemtábla polarizációs mintázatai, amikor a napelemeket közvetlen napfény és a tiszta égbolt fénye világította meg ábra: Mint a 9.3. ábra, de most oldalról nézve. 29

30 9.2. Polarizációs ragadós bögölypapír A legyek ragacsos papírral történő csapdázása ősrégi eljárás. A hagyományos légypapírnak négy fontos tulajdonsága van: (i) világos (drapp vagy sárgás) színű, (ii) hosszúkás alakú, (iii) függőlegesen lefelé lóg, és (iv) a talajszint fölött néhány méterrel függesztik föl. E klasszikus légypapír azonban a bögölyöket nem fogja meg, mert nem vonzza őket. A bögölyök lineárisan poláros fényhez való vonzódására alapozva, a klasszikus légypapírt továbbfejlesztve, megalkottuk az ideális bögölypapírt [9.3] (9.5. ábra). Terepkísérletekben igazoltuk, hogy az optimális bögölypapír (1) fényes fekete színű, (2) kellően nagyméretű (75 cm 75 cm), (3) egy-egy ragadós vízszintes és függőleges elemből áll L alakban elrendezve úgy, hogy (4) a vízszintes rész a talajon fekszik, a függőleges rész pedig 1-1,5 méterrel a talaj fölött. A csapda vízszintes eleme a vízkereső hím és nőstény bögölyöket fogja meg, míg a függőleges része a vérszívás céljából gazdaállatot kereső nőstény bögölyöket csapdázza (a nőstényeknek petéik érleléséhez emlősök vérére van szükségük, amihez a gazdaállataik számára fájdalmas vérszívással jutnak). Az ideális bögölypapír fekete, ellentétben a klasszikus légypapír világos színével. Az ideális bögölypapír vízszintes része a talajon fekszik, függőleges része pedig a talajszinttől 1 m magasan van, nem úgy, mint a légypapír, ami néhány méter magasságból függőlegesen lóg lefelé. A légypapír keskeny csík alakjához képest az ideális bögölypapír 75 cm 75 cm méretű, mikor a bögölyfogás felületi sűrűsége a legnagyobb. Tehát, ha a hagyományos légypapír világos színét feketére változtatjuk, a keskeny csík alakját 75 cm élhosszúságú négyzetre cseréljük, a kihelyezés magasságát a talajszintre szállítjuk le, és a függőleges helyzetét vízszintesre módosítjuk, akkor megkapjuk az ideális bögölypapírt, ami hatékony eszköze a polarotaktikus bögölyök csapdázásának (9.5. ábra) ábra: A TabaNOid polarizációs bögölypapírról készült fényképek, a spektrum zöld (550 nm) tartományában képalkotó polarimeriával mért polarizációs mintázatok (d polarizációfok, függőlegestől mért α polarizációszög), és a bögölyök által vizuálisan víznek érzékelt területek (melyekre igaz, hogy d > 20 % és 80 o < α < 100 o ) különböző irányokból nézve. A polariméter optikai tengelye a vízszintessel 35 o -os szöget zárt be. A 3. sorban a fehér kettősfejű nyilak a ragadós csapdafelszínről visszaverődő fény polarizációjának irányát mutatják. 30

31 9.3. Polarizációs folyadékcsapda Az időjárásálló polarizációs folyadékcsapda egy kör alakú (átmérő = 50 cm) fekete műanyag tálca, aminek oldalán fém túlfolyócső van [9.4] (9.6. ábra). A tálcába 2 liter csapvizet, majd 1 liter étolajat töltünk. Az utóbbi vékony réteget alkot a vízen, mivel sűrűsége kisebb a vízénél. A bögölyök megfogását ezen olajréteg biztosítja, ami nedvesíti a bögölyök kitintestét, így megakadályozza, hogy a rovarok elrugaszkodjanak róla. A csapda esőállóságáért a tálca oldalán lévő víztúlfolyó felel. Esőben a tálcába hulló víz lesüllyed az olaj alá, és a fölösleges víz kifolyik a túlfolyón. Így az olajat nem éri veszteség, ráadásul a víz párolgását is megakadályozza. A folyadékcsapda vízszintes, fekete felülete erősen és vízszintesen poláros fényt tükröz, ami vonzza a vizet kereső hím és nőstény polarotaktikus bögölyöket. A folyadékcsapda fénypolarizációs tulajdonságait a 9.7. ábra mutatja napsütötte és árnyékos esetben a szoláris meridiánhoz képesti különböző irányokból mérve. A fekete olajfelszínről visszaverődő fény minden meteorológiai viszony között erősen és vízszintesen poláros (napsütésben a Naphoz képesti látóiránytól függetlenül). Ez az oka annak, hogy a folyadékcsapda minden körülmény között vonzó a vizet kereső bögölyök számára ábra: (A) A TabaNOid polarizációs folyadékcsapda, ami egy fekete, kör alakú, 50 cm átmérőjű tálcából és az oldalán lévő alumínium túlfolyócsőből áll. A csapdát először 2 liter csapvízzel kell feltölteni, amíg a víz el nem kezd kifolyni a túlfolyón, majd 1 liter étolajat kell ráönteni a vízre. (B) A túlfolyócső közeli fényképe, amin keresztül ki tud folyni a fölösleges víz, miközben az olaj a tálcában marad ábra: A TabaNOid polarizációs folyadékcsapdáról készült fényképek, a spektrum zöld (550 nm) tartományában képalkotó polarimeriával mért polarizációs mintázatok (d polarizációfok, függőlegestől mért α polarizációszög), és a bögölyök által vizuálisan víznek érzékelt területek (melyekre igaz, hogy d > 20 % és 80 o < α < 100 o ) napos (A, B, C) és borult (D, E) időben a Naphoz képesti különböző irányokból nézve. SzM irányában: a polariméter a szoláris meridián irányába nézett. ASzM irányában: a polariméter az antiszoláris meridián irányába nézett. SzM-ra merőlegesen: a polariméter a szoláris meridiánra merőleges irányba nézett. Az árnyékos esetekben (D, E) a csapdát az égbolt minden irányából érkező, a felhőzeten szóródó fény világította meg. A polariméter optikai tengelye a vízszintessel 35 o szöget zárt be. A 3. sorban a fehér kettősfejű nyilak a csapda olajfelszínéről visszaverődő fény polarizációjának irányát mutatják. 31