Az Ephemerella hendrickson kérészfaj tömegrajzása egy fényes fekete autó körül Rebecca Allen felvételein (Michigan State University, USA)
A sima felszínű, fényes fekete autók egyes karosszériarészei (például motorháztető, tető, csomagtartófedél, szélvédő) vízszintesen poláros fényt vernek vissza. 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. Ennek egy látványos következménye, mikor például tömegesen rajzó kérészek teljesen ellepnek egy fényes fekete autót, amire lepetéznek, majd a lerakott petecsomók kiszáradás miatt elpusztulnak.
Különböző matt fekete és matt szürke fényezésű (A-E), illetve matt karbonfóliával ellátott tetővel és motorháztetővel rendelkező autók (F)
Napjainkban egyre terjed azon új és drága divathóbort, hogy főleg a luxusautók karosszériáját vagy annak egy részét matt feketére/szürkére festik, 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.
E feltételezésünk ellenőrzésére terepkísérleteket végeztünk fényes fekete, matt fekete és matt szürke autókarosszériákból kivágott és a földre vízszintesen elhelyezett tesztfelületekkel. Vizsgálataink során arra kerestük a választ, hogy a fent említett felületek miként vonzanak bizonyos polarotaktikus kérészeket, szúnyoglábú legyeket és bögölyöket. A tanulmányozott rovarokat az erősen és vízszintesen polarizált visszavert fény indikátoraiként használtuk, mivel e fajok pozitív polarotaxissal bírnak.
Kutatásunk során elsőként különböző fekete és szürke matt autók, illetve a terepkísérletben használt fényes fekete, matt fekete és matt szürke tesztfelületek polarizációs tulajdonságait mértük képalkotó polariméterrel a spektrum vörös (650 nm), zöld (550 nm) és kék (450 nm) tartományaiban.
Matt fekete autó öt különböző nézőpontból képalkotó polarimetriával a spektrum kék (450 nm) tartományában mért d lineáris polarizációfok és α polarizációszög mintázatai, valamint a polarotaktikus rovarok számára vízként érzékelhető területek (Fotó: Horváth Gábor)
Egy tipikus matt fekete autó öt különböző irányból mért polarizációs mintázatán 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 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° < α < 100°) fényt vernek vissza, a polarotaktikus rovarok víznek tekintik. E kettős feltétel a matt fekete autó szélvédőjére, tetejére és motorháztetejére teljesül, így e felületrészek vonzzák a vizet kereső polarotaktikus rovarokat.
A terepkísérletekben használt fényes fekete, matt fekete és matt szürke tesztfelületek képalkotó polarimetriával a spektrum kék (450 nm) tartományában mért d lineáris polarizációfok és α polarizációszög mintázatai. A polariméter nézőpontjai: (i) egy nyílt terület felé (a felületek nap- és égboltfényt vernek vissza), (ii) fák és bokrok felé (a felületek lombfényt vernek vissza) (Fotó: Horváth Gábor)
Az 1. és 2. terepkísérletünkben használt fényes fekete, matt fekete és matt szürke 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 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. A fényes/matt fekete/szürke autók és a tesztfelületek polarizációs mintázatait összehasonlítva azt tapasztaltuk, hogy azok gyakorlatilag egyformák, így tesztfelületeink jól utánozták a megfelelő autókarosszériák optikai sajátságait.
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) vernek vissza
A megfigyelés irányától függően a spektrum kék (450 nm), zöld (550 nm) és vörös (650 nm) tartományában a fényes fekete tesztfelület polarizációfokának Δd szórása (kék: ±16,4-19,6 %, zöld: ±15,7-18,0 %, vörös: ±15,7-18,8 %) 1,9-2,8-szor, 1,8-2,5-ször és 1,5-2,8-szor nagyobb volt, mint a matt szürke felületé (kék: ±5,8-10,5 %, zöld: ±6,4-10,2 %, vörös: ±6,7-10,3 %). A matt fekete felület Δd szórása (kék: ±11,9-14,6 %, zöld: ±11,8-13,9 %, vörös: ±12,0-13,7 %) pedig 1,4-2,1-szer, 1,4-1,8-szor és 1,3-1,8-szor volt nagyobb, mint a matt szürke felületé. Ennek nagy jelentősége lesz a tesztfelületek rovarvonzó-képességének magyarázatában.
1. kísérlet Dömörkapunál. Fentről lefelé a fényes fekete, a matt szürke és a matt fekete tesztfelület látható (Fotó: Kriska György)
1. terepkísérletünket 2013. május 15. és 29. között, a Duna-Ipoly Nemzeti Parkhoz tartozó Dömörkapunál a Bükkös-patak mentén, amivel párhuzamosan egy aszfaltút húzódott. E hegyi patak különböző pozitív polarotaxissal rendelkező kérészek (Ephemeroptera: Baetidae, Heptageniidae) és szúnyoglábú legyek (Diptera: Dolichopodidae) számára szolgál kirajzási helyként. A kérészek kifejlett egyedei minden évben május és június között szürkületkor jönnek elő a patakból. Ezután nagy számban rajzanak az aszfaltút felett vagy annak közelében, ily módon ez a hely ideális volt kísérleteink számára. A helyszíni kísérlet során vizsgáltuk a vízszintes autókarosszéria-elemek kérészekre és szúnyoglábú legyekre kifejtett vonzó hatását. Három különböző, fémlemezből készült (80 cm × 80 cm, 10 kg) tesztfelületet használtunk: (i) fényes fekete (szürkeség = 100 %), (ii) matt fekete (szürkeség = 100 %) és (iii) matt szürke (szürkeség = 90 %). A tesztfelületeket egy karosszériafestéssel foglalkozó cég ugyanolyan fényes/matt fekete festékkel, illetve matt szürke karbonfóliával vonta be, mint amilyeneket jelenleg az autóiparban használnak.
Kérészek a fényes fekete, a matt fekete és a matt szürke tesztfelületeken (Fotó: Kriska György)
Egy adott napon a kísérlet nyári időszámítás szerinti 19 órakor kezdődött és 21 óráig tartott. A tesztfelületek sorrendjét 5 percenként ciklikusan változtattuk, hogy elkerüljük a helyhatást. Minden átrendezés után lefényképeztük mindhárom tesztfelületet, hogy dokumentáljuk a rájuk szálló, vagy közvetlenül felettük néhány dm-re repkedő rovarokat. Később számítógépes kiértékeléssel összeszámoltuk az egyes fényképeken látható kérészeket és szúnyoglábú legyeket.
A fényes fekete, matt fekete és matt szürke vízszintes tesztfelületekre rászálló kérészek összegyedszáma az 1. terepkísérlet során. A fényképen egy fényes fekete tesztfelületre leszállt kérész látható
Az 1. kísérlet során nem volt statisztikailag szignifikáns különbség a fényes fekete és matt fekete felület kérészekre gyakorolt vonzóképessége között. Ám meglepő módon a matt szürke felület 10,7-15,7-szer több kérészt vonzott, mint a másik két fekete felület. A szúnyoglábú legyek számára a fényes fekete felület volt a leginkább, míg a matt szürke a legkevésbé vonzó.
A fényes fekete, matt fekete és matt szürke vízszintes tesztfelületekre rászálló szúnyoglábú legyek összegyedszáma az 1. terepkísérlet során. A fényképen egy matt fekete tesztfelületre leszállt szúnyoglábú légy látható
2. terepkísérletünket napsütéses, meleg napokon végeztük 2013. június 24. és július 27. között egy szokolyai lovastanyán, 20 alkalommal. Itt az 1. kísérletnél használt három tesztfelület (fényes fekete, matt fekete, matt szürke) bögölyökre gyakorolt vonzó hatását vizsgáltuk. Két személy 2 m távolságban ült a tesztfelületektől és folyamatosan számolta a bögölyök felületekre adott reakcióit.
Földön fekvő, vízszintesen poláros fényt visszaverő felületek közelében a következő három reakció jellemző a bögölyökre: (i) levegőbeli körözés (a repülő rovar megközelíti a felületet, és legalább egy kört tesz felette a levegőben néhány dm magasságban), (ii) érintés (a rovar legalább egyszer megérinti a felületet, aztán elrepül), és (iii) leszállás (a rovar leszáll a felületre, és legalább 3 másodpercig rajta marad). E viselkedéselemeket figyeltük a 2. kísérletünk folyamán.
A fényes fekete (ff), matt fekete (mf) és matt szürke (msz) vízszintes tesztfelületekre érintéssel, leszállással vagy levegőben körözéssel reagáló bögölyök összegyedszáma a 2. terepkísérlet során. A fényképen egy matt szürke tesztfelületre leszállt bögöly látható
2. kísérletben 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.
Az 1. és 2. kísérletben használt karosszéria-lapokon landolt kérészek (A, B), szúnyoglábú légy (C) és bögölyök (D) fényképei. (A) Egy petéző nőstény (lent) és egy hím (fent) Rhithrogena semicolorata kérész a matt fekete tesztfelületen. (B) R. semicolorata hím a fényes fekete tesztfelületen. (C) Egy szúnyoglábú légy a matt fekete tesztfelületen. (D) Bögölyök a fényes fekete tesztfelületen (Fotó: Kriska György)
Korábban azt feltételeztük, hogy az erősen és vízszintesen polarizáló felületekkel (tető, motorháztető, csomagtartó) rendelkező fényes fekete autók mattá tétele csökkenti a poláros fényszennyezést, mivel a felület érdessége (mattsága) depolarizálja a visszaverődő fényt. Terepkísérleteinkben azonban azt találtuk, hogy ez nem mindig történik így, ugyanis a vizsgált matt fekete és matt szürke karosszéria-elemek hasonlóan vonzóak vagy még vonzóbbak voltak bizonyos polarotaktikus kérészfajok számára, mint a tanulmányozott fényes fekete autófelületek. Ennek okai a következők lehetnek: (i) Habár a matt szürke tesztfelület kisebb d polarizációfokú fényt vert vissza, mint a fényes fekete, és (ii) a matt fekete felület kevéssé poláros lombfényt vert vissza a fényesnél, a polarizációfok csökkenése nem volt elég nagy ahhoz, hogy ne legyen vonzó a polarotaktikus rovarok számára. (iii) A matt fekete tesztfelület nagyobb polarizációfokú nap- és égboltfényt vert vissza, mint a fényes fekete. A polarotaktikus vízirovarok vonzódásának egyik feltétele, hogy a visszaverődő fény d polarizációfoka nagyobb legyen a polarizáció-érzékelés fajspecifikus d* küszöbénél. Ennél fogva az autók fényezésének polarotaktikus rovarokra kifejtett vonzó hatása akkor áll fenn, ha az autó egyes felületrészeiről visszavert fény d polarizációfoka nem kisebb, mint d*.
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 1,3-2,1-szer volt nagyobb, mint a matt szürkéé. 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 az 1. 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 1,3-3-szor nagyobb ∆d szórású két fekete tesztfelületet számukra kedvezőtlenebb, hullámzó vízfelszínként érzékelhették.
Minden évben egyre több és több autó rója az utakat. Ha ezek túlnyomórészt fényes és sötét felületűek, akkor erőteljes poláros fényszennyezést okoznak például a fekete vagy sötétszürke aszfalt utakhoz hasonlóan. Terepkísérleteink eredményeivel rámutattunk, hogy ez a fajta fényszennyezés sajnos nem küszöbölhető ki a manapság a piacon elérhető matt fekete/szürke festékek vagy karbonbevonatok használatával. Az autók matt felületei bizonyos polarotaktikus rovarokat (például egyes kérészfajokat) még nagyobb számban is vonzhatják, mint a fényes fekete autók.
Forrás