Fizikai Szemle 2015/1–2 Matt fekete autók · N. Tarjányi, G. Kriska: Optical environmental pollution with polarized light even when cars are painted matt black – Part 2 I. Hagymási:

2015/2

fizikai szemle

Az Eötvös Loránd Fizikai Társulat havontamegjelenô folyóirata.

Támogatók: a Magyar TudományosAkadémia Fizikai Tudományok Osztálya,az Emberi Erôforrások Minisztériuma,

a Magyar Biofizikai Társaság,a Magyar Nukleáris Társaság

és a Magyar Fizikushallgatók Egyesülete

Fôszerkesztô:Szatmáry Zoltán

Szerkesztôbizottság:Bencze Gyula, Czitrovszky Aladár,

Faigel Gyula, Gyulai József, Horváth Gábor,Horváth Dezsô, Iglói Ferenc, Kiss Ádám,Lendvai János, Németh Judit, Ormos Pál,Papp Katalin, Simon Péter, Sükösd Csaba,

Szabados László, Szabó Gábor,Trócsányi Zoltán, Ujvári Sándor

Szerkesztô:Füstöss László

Mûszaki szerkesztô:Kármán Tamás

A folyóirat e-mail címe:[email protected]

A lapba szánt írásokat erre a címre kérjük.

A beküldött tudományos, ismeretterjesztô ésfizikatanítási cikkek a Szerkesztôbizottság,illetve az általa felkért, a témában elismert

szakértô megalapozott, jóváhagyóvéleménye után jelenhetnek meg.

A folyóirat honlapja:http://www.fizikaiszemle.hu

A címlapon:Matt fekete Lamborghini.

TARTALOM

Blahó Miklós, Herczeg Tamás, Száz Dénes, Czinke László, Horváth Gábor,Barta András, Egri Ádám, Farkas Alexandra, Tarjányi Nikolett,Kriska György: Matt fekete autók poláros fényszennyezése: a mattbevonat sem környezetbarát – 2. rész 38

Hagymási Imre: Újfajta kritikus viselkedés ritkaföldfém-vegyületekben 42Wirth Lajos: A’ mennykönek mivoltáról ’s eltávoztatásáról való böltselkedés 45

VÉLEMÉNYEKHraskó Péter: A vektorpotenciálról (aki A-t mond, mondjon B-t is) 52

A FIZIKA TANÍTÁSAGócz Éva, Horváth Zsuzsa: Üstökösprojekt két budapesti gimnáziumban 55Stonawski Tamás: A Hold keringési sebességének mérése 61Leitner Lászlóné: Információs és kommunikációs technológiák

a Szalay Sándor Emlékverseny szolgálatában 64

HÍREK – ESEMÉNYEK 68

M. Blahó, T. Herczeg, D. Száz, L. Czinke, G. Horváth, A. Barta, Á. Egri, A. Farkas,N. Tarjányi, G. Kriska: Optical environmental pollution with polarized light evenwhen cars are painted matt black – Part 2

I. Hagymási: A new kind of critical behavior in rare earth compoundsL. Wirth: Properties of thunderbolt strokes and how to stay out

OPINIONSP. Hraskó: More to be told about the vectorpotential

TEACHING PHYSICSÉ. Gócz, Zs. Horváth: Two Budapest schools offer their pupils astronomic work

schedules. Topic: cometsT. Stonawski: The measurement of our Moon’s orbit velocityL. Leitner: Methods and hardware serving information and communication

for the Szalay Memorial Competition

EVENTS

M. Blahó, T. Herczeg, D. Száz, L. Czinke, G. Horváth, A. Barta, Á. Egri, A. Farkas,N. Tarjányi, G. Kriska: Optische Umweltverschmutzung mit polarem Licht auchdurch matt schwarze Autofarben – Teil 2

I. Hagymási: Eine neue Art des kritischen Verhaltens in chemischen Verbindungenseltener Erden

L. Wirth: Wissenswertes über den Blitzschlag und wie man ihm fern bleibt

MEINUNGSÄUSSERUNGENP. Hraskó: Weiteres über das Vektorpotential

PHYSIKUNTERRICHTÉ. Gócz, Zs. Horváth: Zwei Arbeitspläne für Schüler budapester Gymnasien

über Kometen-AstronomieT. Stonawski: Die Messung der Geschwindigkeit unseres Mondes auf seiner BahnL. Leitner: Methoden und Apparatur zur Information und Kommunikation für

den Szalay-Wettbewerb

EREIGNISSE

A Mathematikai és Természettudományi Értesítõt az Akadémia 1882-ben indította

A Mathematikai és Physikai Lapokat Eötvös Loránd 1891-ben alapította

Fizikai SzemleMAGYAR FIZIKAI FOLYÓIRAT

Fizikai SzemleMAGYAR FIZIKAI FOLYÓIRAT

megjelenését támogatják: A FIZIKA BARÁTAI

•M

AG

YA

R•

TU

D

OMÁNY

OS

•A

KA

DÉ

MIA

•

1825

M. Blaho, T. Herceg, D. Áaz, L. Cinke, G. Horvat, A. Barta, A. Õgri, A. Farkas,

N. Tarüni, G. Kriska:

I. Hadymasi:

L. Virt:

P. Hrasko:

Õ. Goc, Ó. Horvat:

T. Átonavákij:

L. Lejtner:

Optiöeákoe zagrüznenie polürizovannxm cvetom

oáuweátvlaetáü daóe matovxmi kraákimi avtomobilej û öaáty vtoraü

Novoe kritiöeákoe povedenie áoedinenij redkih zemely

Gromootvodx i drugie metodx zawitx

Podolyse o vektorpotenciale

Planx dvuh skol v Budapeste po obáervacii komet

Izmerenie ákoroáti Lunx na ávoej orbite vokrug Zemli

Áredátva i metodx informacii i áoobweniü konkuráa im. S. Áalai

LIÖNXE MNENIÜ

OBUÖENIE FIZIKE

PROIÁHODÍWIE ÁOBXTIÍ

LXV. ÉVFOLYAM, 2. SZÁM 2015. FEBRUÁR

beforduló folt okozta vonalprofil-torzulás a kék olda-lon jelenik meg, és onnan a vörös oldal felé mozog.Az idôsor analízisébôl megállapíthatjuk a rotációsperiódust, és akár a felszíni foltok szélességi és hosz-szúsági koordinátáit is rekonstruálhatjuk. A csillagoknem merev testként forognak, az egyenlítô és a pólu-sok forgási periódusa gyakran eltér. Kellôen kiterjedtspektrumidôsorból ez a differenciális rotáció is megál-lapítható.

CsillagpulzációSok csillag nem állandó és statikus, hanem periodi-

kusan oszcillál, pulzál. Ez a felszínen szabályos alak-zatokban megjelenô mozgások és hômérséklet-válto-zások formájában jelentkezik. E változások a spekt-rumvonalban, a forgáshoz és a foltokhoz hasonlóanDoppler-eltolódásként, illetve a rotációs vonalprofiltorzulásaiként jelennek meg. A pulzáció vizsgálatáhozfeltétlenül idôsormérésekre van szükség. Sok pulzálóváltozócsillag egynél több, némelyik akár több százfrekvenciával is oszcillálhat egyszerre. Az egyes frek-venciáknak megfelelô vonalprofil-változások jellem-zôek a csillagnak arra a rezgési módusára, amelyhezaz adott frekvencia tartozik. Ez lehetôséget ad spekt-roszkópiai módusazonosításra, ami nagyon fontos acsillagpulzáció vizsgálatához (6. ábra ).

A pulzáló csillagok tanulmányozásakor a spekt-roszkópiai megfigyelések általában kiegészítô jelle-gûek a fotometria mellett. A pulzációs frekvenciákugyanis a szélesebb fotometriai hullámsávokban meg-figyelt fényességváltozásokból is megállapíthatók,amihez egyszerûbb mûszer és kisebb távcsô is elegen-

dô, hiszen a kellôen hosszú idôsorokhoz sok távcsô-idô szükséges. Azonban a magasabb rendû pulzációsmódusokat (l > ~4), amelyeknél a csillagfelszín sokkis szegmense ellentétes fázisban változik, a felület-elemek egymást kioltó ellentétes fényességváltozásaimiatt fotometriai módszerrel szinte lehetetlen meg-figyelni. A spektroszkópiai módszer ilyen módusokmegfigyelését is lehetôvé teszi.

Csillagászati spektroszkópia Magyarországon

A magyar csillagászok spektroszkópiai mûszerellátott-sága egészen a közelmúltig meglehetôsen rossz volt,az utóbbi években azonban jelentôs javulás indult etéren. Az elsô hazai échelle-spektrográf, az ELTEszombathelyi Gothard Asztrofizikai Obszervatóriumá-nak eShel nevû mûszere néhány éve állt mûködésbe.Ez a spektrográf a 420–870 nm közötti tartománytvizsgálja, R = 11 000 felbontással. A távcsôhöz üveg-szállal kapcsolódó, aktatáska méretû spektrográf hor-dozható, így a szombathelyi távcsövek mellett az or-szág legnagyobb, piszkés-tetôi 1 m-es optikai távcsö-vével is könnyen használható.

E cikk írása idején pedig éppen megkezdte mûkö-dését az MTA Konkoly Thege Miklós CsillagászatiIntézete 1 m-es távcsövének saját, állandó échelle-spektrográfja is. Ez a mûszer a 380–900 nm tarto-mányban R = 22 000 felbontást tud elérni.

Ez a két új magyar échelle-spektrográf várhatóannagy lökést fog adni a hazai spektroszkópiai vonatko-zású asztrofizikai kutatásoknak.

MATT FEKETE AUTÓK POLÁROS FÉNYSZENNYEZÉSE:A MATT BEVONAT SEM KÖRNYEZETBARÁT – 1. RÉSZ

Blahó Miklós, Herczeg Tamás, Száz Dénes, Czinke László, Horváth GáborELTE Biológiai Fizika Tanszék, Környezetoptika Laboratórium

Barta AndrásEstrato Kutató és Fejlesztô Kft., Budapest

Egri Ádám, Farkas Alexandra, Tarjányi NikolettMTA Ökológiai Kutatóközpont, Duna-kutató Intézet

Kriska GyörgyELTE Biológiai Szakmódszertani CsoportMTA Ökológiai Kutatóközpont, Duna-kutató Intézet

A sima felszínû, fényes fekete autók egyes karosszé-riarészei (például motorháztetô, tetô, csomagtartófe-dél, szélvédô) vízszintesen poláros fényt vernek visz-sza [1]. Mivel a polarotaktikus vízirovarok a vizekrôltükrözôdô fény vízszintes polarizációja alapján isme-rik fel a vízfelületeket és vonzódnak az ilyen fényhez[2], ezért a fényes fekete autókról visszaverôdô víz-szintesen poláros optikai inger megtévesztheti ôketés pozitív polarotaxist válthat ki belôlük. A fényes

fekete jármûvek ezáltal tipikus poláros fényszennye-zô források [3]. Ennek egy látványos következménye,mikor például tömegesen rajzó kérészek az 1. ábránis látható módon teljesen ellepnek egy fényes feketeautót, amire lepetéznek, majd a lerakott petecsomókkiszáradás miatt elpusztulnak. E veszélynek nemcsakaz 1.c ábrán látható dunavirág (Ephoron virgo ) vankitéve, hanem sok más, olykor fokozottan védett ví-zirovarfaj is.

BLAHÓ, HERCZEG, SZÁZ, CZINKE, HORVÁTH, BARTA, EGRI, FARKAS, TARJÁNYI, KRISKA: MATT FEKETE AUTÓK… – 1. RÉSZ 7

Napjainkban egyre terjed azon új és drága divathó-

1. ábra. A fényes fekete autó karosszériájáról visszaverôdô erôsen és vízszintesen poláros fény tömegesen vonzza a különbözô kérészfajo-kat. a) Az Ephemerella hendrickson tömegrajzása egy fényes fekete autó körül Rebecca Allen felvételén (Michigan State University, USA). b)Az Ephemera danica peterakása egy fényes fekete autó karosszériájára és c) a tömegesen rajzó dunavirág (Ephoron virgo ) több ezer nôs-tény egyedének szélvédôn történô landolása és petecsomóinak lerakása Kriska György felvételein.

a) b) c)

2. ábra. Matt fekete (a) és matt szürke fényezésû (b), illetve matt karbonfóliával ellátott tetôvel és motorháztetôvel rendelkezô autó (c)Horváth Gábor felvételein.

a) b) c)

bort, hogy fôleg a luxusautók karosszériáját vagy an-nak egy részét matt feketére/szürkére festik (2.a–bábra ), vagy matt karbonfóliával borítják (2.c ábra ).Az ilyen érdes felületû autók kinézete a megszokottcsillogótól eltérô, matt lesz. Mivel a matt (érdes) felü-letek többé-kevésbé depolarizálják a róluk diffúzanvisszavert fényt, ezért a polarotaktikus rovarok szá-mára várhatóan nem vagy kevésbé vonzóak, mint afényes megfelelôik. Általánosságban véve tehát a po-láros fényszennyezés csökkentésének egyik hatásosmódja lehetne az érintett fényes felületek mattá tétele[2, 3]. Hipotézisünk szerint az új divathóbort kapcsánterjedô matt fekete/szürke autók kevésbé idéznek elôpoláros fényszennyezést, ami környezetvédelmiszempontból elônyös tulajdonság lehet.

E feltételezésünk ellenôrzésére terepkísérleteketvégeztünk fényes fekete, matt fekete és szürke autóka-rosszériákból kivágott és a földre vízszintesen elhelye-zett tesztfelületekkel. Azt vizsgáltuk, hogy e felületekmiként vonzanak bizonyos polarotaktikus rovarokat(kérészeket, szúnyoglábú legyeket és bögölyöket). Epozitív polarotaxissal bíró rovarokat az erôsen és víz-szintesen polarizált visszavert fény indikátoraikénthasználtuk [4–6]. A vizsgált kérészek és szúnyoglábúlegyek tömegesen elôfordultak a kísérletünk helyszí-nén, a bögölyök pedig mezôgazdasági kártevôkéntszintén gyakoriak. Eredményeink [7] fölfedték a mattfekete autók poláros fényszennyezésének mértékét, éskiderült, hogy a várakozásokkal ellentétben az alkalma-zott matt fekete festékek és bevonatok nem környezet-barátok, mert optikailag azok is többé-kevésbé, devonzzák a polarotaktikus rovarokat.

Vizsgálati módszerek1. terepkísérletElsô terepkísérletünket 6 meleg napon végeztük 2013.május 15. és 29. között, a Duna–Ipoly Nemzeti Parkhoztartozó Dömörkapunál a Bükkös-patak mentén (47° 40’É, 19° 03’ K), amivel párhuzamosan (attól 7 méternélnem távolabb) egy aszfaltút húzódott. E hegyi patak kü-lönbözô pozitív polarotaxissal rendelkezô kérészfaj(Ephemeroptera: Baetidae, Heptageniidae) és szúnyog-lábú légyfaj (Diptera: Dolichopodidae) számára szolgálkirajzási helyként [4–6]. A kérészek kifejlett egyedei min-den évben május és június között szürkületkor jönnekelô a patakból. Ezután nagy számban rajzanak az aszfalt-út fölött vagy annak közelében, ily módon ez a hely ide-ális volt kísérleteink számára. A vizsgált fajok veszélyez-tetettek Európában, így a Közép-Duna-völgyi Környezet-védelmi és Természetvédelmi Felügyelôség engedélyez-te a helyszínen történô kísérlet elvégzését. A helszínikísérletekben a vízszintes karosszéria-elemek kérészekreés szúnyoglábú legyekre kifejtett vonzó hatását vizsgál-tuk. Három különbözô, fémlemezbôl készült (80 cm × 80cm, 10 kg) tesztfelületet használtunk: (i) fényes fekete(100% szürkeség), (ii) matt fekete (100% szürkeség) és(iii) matt szürke (90% szürkeség). A tesztfelületeket egykarosszériafestéssel foglalkozó cég (Lakk-Mix Kft., Bu-dapest) ugyanolyan fényes/matt fekete festékkel (RAL),illetve matt szürke karbonfóliával (Avery 502) vonta be,mint amilyeneket jelenleg az autóiparban használnak.

Egy adott napon a kísérlet nyári idôszámítás szerinti19 órakor kezdôdött és 21 óráig tartott (Greenwich MeanTime, GMT + 2 óra). A tesztfelületek sorrendjét 5 percen-ként ciklikusan permutáltuk, hogy elkerüljük a helyha-

8 FIZIKAI SZEMLE 2015 / 1

tást. Minden átrendezés után lefényképeztük mindháromtesztfelületet, hogy dokumentáljuk a rájuk szálló vagyközvetlenül felettük néhány dm-re repkedô rovarokat.Késôbb számítógépes kiértékeléssel összeszámoltuk azegyes fényképeken látható kérészeket és szúnyoglábúlegyeket. Bár e rovarokat nem lehetett fajra beazonosíta-ni, biztosan az Ephemeroptera rendbe, Baetidae és Hep-tageniidae családba, illetve a Diptera rendbe és a Doli-chopodidae családba tartoztak. Ugyanezen a helyszínenvégzett korábbi terepkísérleteink alapján tudjuk, hogy otta következô fajok fordulnak elô: Baetis rhodani, Epeorussylvicola, Rhithrogena semicolorata (kérészek), Dolicho-pus ungulatus, Dolichopus acuticornis, Dolichopus agi-lis (szúnyoglábú legyek).

2. terepkísérlet

Második terepkísérletünket napsütéses, meleg napo-kon végeztük 2013. június 24. és július 27. között egyszokolyai lovastanyán (47° 52’ É, 19° 00’ K) 20 alka-lommal. Korábbi nyári terepkísérleteink [4, 6] alapjántudjuk, hogy e helyszínen nagy mennyiségben fordul-nak elô bögölyök. Így itt vizsgáltuk az 1. kísérletnélhasznált három tesztfelület (fényes fekete, matt feke-te, matt szürke) bögölyökre gyakorolt vonzó hatását.A tesztfelületeket a lovastanyához közel, egy mezôn,egyenes vonal mentén helyeztük el a földön, egymás-tól 1 m távolságra, 5 m-re egy bokor- és fasortól. Kétszemély 2 m távolságban ült a tesztfelületektôl és fo-lyamatosan számolta a bögölyök felületekre adottreakcióit. Egy adott napon a kísérlet 9 órakor kezdô-dött és 14 óráig tartott (GMT + 2 óra). A felületek sor-rendjét óránként ciklikusan permutáltuk.

Földön fekvô, vízszintesen poláros fényt visszaverôfelületek közelében a következô három reakció jellem-zô a bögölyökre [8]: (i) levegôbeli körözés (a repülôrovar megközelíti a felületet, és legalább egy kört teszfölötte a levegôben néhány dm magasságban), (ii) érin-tés (a rovar legalább egyszer megérinti a felületet, az-után elrepül), és (iii) leszállás (a rovar leszáll a felületre,és legalább 3 másodpercig rajta marad). E viselkedés-elemeket figyeltük a 2. kísérletünk folyamán. Bár amegfigyelt bögölyöket nem lehetett fajra beazonosítani,bizonyos, hogy a Tabanidae családba tartoztak. A lo-vastanyán e 2. kísérlettel egyidejûleg különbözô bö-gölycsapdákat alkalmazó két másik kísérlet is zajlott.Mivel az ott csapdázott bögölyök késôbb határozásrakerültek – a határozást Gyurkovszky Mónika és FarkasRóbert (Parazitológiai és Állattani Tanszék, Állatorvos-tudományi Kar, Szent István Egyetem, Budapest) vé-gezte –, tudjuk, hogy a következô bögölyfajok fordul-tak elô a 2. kísérletünk alatt: Tabanus tergestinus, T.bromius, T. bovinus, T. autumnalis, Atylotus fulvus, A.loewianus, A. rusticus, Haematopota italica.

Képalkotó polarimetria

Különbözô fekete és szürke matt autók, illetve az 1. és2. terepkísérletben használt tesztfelületek polarizációstulajdonságait képalkotó polariméterrel [2] mértük a

spektrum vörös (650±40 nm = a polariméter CCD-de-tektora maximális érzékenységének hullámhossza ±félértékszélesség), zöld (550±40 nm) és kék (450±40nm) tartományaiban. A kérészek, szúnyoglábú legyekés bögölyök az ultraibolya, kék és zöld színekre érzé-keny fotoreceptorokkal rendelkeznek [9], az azonbannem ismert, hogy e rovarok a spektrum mely tartomá-nyában érzékelik a poláros fényt. Cikkünkben csak akék spektrális tartományban mért polarizációs mintáza-tokat mutatjuk be. A vizsgált autók és tesztfelületekpolarizációs mintázatai nagyon hasonlóak a vörös észöld tartományokban is, mivel színtelenségüknek (fe-kete/szürke) köszönhetôen a róluk visszaverôdô nap-fény és égboltfény polarizációs tulajdonságai csak kismértékben függnek a fény hullámhosszától.

Statisztikai elemzések

Az 1. és 2. terepkísérlet során a különbözô tesztfelületekáltal vonzott rovarok reakcióinak öszehasonlításáranem-paraméteres Kruskal–Wallis-tesztet használtunk.Mivel a Kruskal–Wallis-tesztek mindhárom rovarcso-portnál szignifikánsnak bizonyultak, post-hoc összeha-sonlításként további Mann–Whitney U-teszteket végez-tünk Bonferroni-korrekcióval, hogy megtudjuk, melycsoportok mutatnak szignifikáns különbséget. Mindenstatisztikai tesztet Statistica 7.0 szoftverrel végeztünk.

(Terjedelmi korlátok miatt a kísérleti eredményekbemutatására és kiértékelésükre a következô lapszám-ban kerül sor. )

Irodalom1. Kriska Gy., Csabai Z., Boda P., Malik P., Horváth G.: Why do

red and dark-coloured cars lure aquatic insects? The attractionof water insects to car paintwork explained by reflection-polar-ization signals. Proceedings of the Royal Society B 273 (2006)1667–1671.

2. Horváth G. (editor): Polarized Light and Polarization Vision inAnimal Sciences (2nd edition, p. 649) Springer Series in VisionResearch, volume 2 (series editors: Shaun P. Collin, Justin N.Marshall) Springer-Verlag: Heidelberg, Berlin, Dordrecht, Lon-don, New York, 2014.

3. Horváth G., Kriska Gy., Malik P., Robertson B.: Polarized lightpollution: a new kind of ecological photopollution. Frontiers inEcology and the Environment 7 (2009) 317–325.

4. Egri Á., Blahó M., Sándor A., Kriska Gy., Gyurkovszky M., Far-kas R., Horváth G.: New kind of polarotaxis governed by degreeof polarization: attraction of tabanid flies to differently polarizinghost animals and water surfaces. Naturwissenschaften 99 (2012)407–416.

5. Kriska Gy., Horváth G., Andrikovics S.: Why do mayflies laytheir eggs en masse on dry asphalt roads? Water-imitating polar-ized light reflected from asphalt attracts Ephemeroptera. Journalof Experimental Biology 201 (1998) 2273–2286.

6. Kriska Gy., Bernáth B., Farkas R., Horváth G.: Degrees of polar-ization of reflected light eliciting polarotaxis in dragonflies(Odonata), mayflies (Ephemeroptera) and tabanid flies (Tabani-dae). Journal of Insect Physiology 55 (2009) 1167–1173.

7. Blahó M., Herczeg T., Kriska Gy., Egri Á., Száz D., Farkas A.,Tarjányi N., Czinke L., Barta A., Horváth G.: Unexpected attrac-tion of polarotactic water-leaving insects to matt black car sur-faces: mattness of paintwork cannot eliminate the polarized lightpollution of black cars. PLoS ONE 9 (2014) e103339.

8. Krcmar S., Lajos P.: Response of horse flies to aged equine urine(Diptera: Tabanidae). Entomol. Gener. 33 (2011) 245–250.

9. Briscoe A. D., Chittka L.: The evolution of color vision in insects.Annual Review of Entomology 46 (2001) 471–510.


MATT FEKETE AUTÓK POLÁROS FÉNYSZENNYEZÉSE:

5. ábra. A terepkísérletekben használt fényes fekete (ff), matt feke-te (mf) és matt szürke (msz) vízszintes tesztfelületek képalkotó po-larimetria segítségével mért d lineáris polarizációfokának átlaga(oszlopok) és szórása (nagy I alakú pálcikák) a spektrum vörös(650 nm), zöld (550 nm) és kék (450 nm) tartományában, amikor afelületek nap- és égboltfényt (a), illetve fákról és bokrokról érkezôlombfényt (b) vernek vissza.

ff ff ffmf mf mfmsz msz mszvörös (650 nm) zöld (550 nm) kék (450 nm)

dlin

eári

sp

ola

rizá

ció

fok

(%)

50

40

30

20

10

0

a)

ff ff ffmf mf mfmsz msz mszvörös (650 nm) zöld (550 nm) kék (450 nm)

dlin

eári

sp

ola

rizá

ció

fok

(%)

50

40

30

20

10

0

b)

A MATT BEVONAT SEM KÖRNYEZETBARÁT – 2. RÉSZ

Kutatásainkat az Európai Unió (EU-FP7, TabaNOid-232366: Trap forthe novel control of horse-flies on open-air fields) támogatta. Hor-váth Gábor köszöni a német Alexander von Humboldt Alapítványmûszeradományát és egy három hónapos, regensburgi kutatási ösz-töndíjat (3,3-UNG/1073032 STP, 2013. június 1. és augusztus 31.között).

Köszönettel tartozunk Viski Csabának (Szokolya), hogy lovasta-nyáján engedélyezte a 2. kísérletünket. Hálásak vagyunk Gyur-kovszky Mónikának és Farkas Róbertnek (Parazitológiai és ÁllattaniTanszék, Állatorvos-tudományi Kar, Szent István Egyetem, Buda-pest) a 2. kísérletünkben elôforduló bögölyfajok meghatározásáért.Gubek István (ELTE) logisztikai segítségéért is köszönettel tarto-zunk. Köszönjük továbbá Antoni Györgyinek (Pályázati és Inno-vációs Központ, ELTE) és Kovács Emesének (Vörösmarty Turistaház,Mátraháza), hogy a 2.b–c és 3. ábrákon látható matt fekete autókategy mérés erejéig biztosították számunkra. Köszönettel tartozunkRebecca Allennek is (Michigan State University, USA) az 1.a ábrafényképéért.

Blahó Miklós, Herczeg Tamás, Száz Dénes, Czinke László, Horváth GáborELTE Biológiai Fizika Tanszék, Környezetoptika Laboratórium

Barta AndrásEstrato Kutató és Fejleszto Kft., Budapest

Egri Ádám, Farkas Alexandra, Tarjányi NikolettMTA Ökológiai Kutatóközpont, Duna-kutató Intézet

Kriska GyörgyELTE Biológiai Szakmódszertani CsoportMTA Ökológiai Kutatóközpont, Duna-kutató Intézet

A januári számban megjelent elsô részben leírt vizs-gálatok, elemzések eredményeit mutatjuk be az aláb-biakban.

EredményekMatt fekete autók polarizációs mintázatai

A 3. ábra az elsô belsô borítóoldalon egy tipikusmatt fekete autó öt különbözô irányból mért polari-zációs mintázatát mutatja a spektrum kék (450 nm)tartományában. Jól megfigyelhetô, hogy a szélvédônapsütötte részérôl visszavert fény d polarizációfokaigen magas (85% < d < 100%), míg a függôleges abla-kok és karosszériarészek csak gyengén polárosak (d< 15%). A tetô, motorháztetô és csomagtartó csakrészlegesen poláros fényt ver vissza (25% < d < 55%).Az autóról visszavert fény polarizációfokának térbelieloszlása meglehetôsen homogén. A ferde szélvédôés a vízszintes tetô, csomagtartó és motorháztetôvízszintesen poláros fényt ver vissza, míg a többiferde és függôleges autófelület ferde vagy függôlegespolarizációirányút. Az autókarosszéria azon részeit,amelyek egy küszöbnél (d > 15%) magasabb polari-zációfokú és közel vízszintes polarizációirányú (80°< α < 100°) fényt vernek vissza, a polarotaktikus ro-varok víznek tekintik [2, 6]. E kettôs feltétel a 3. ábraalapján a matt fekete autó szélvédôjére, tetejére ésmotorháztetejére teljesül, így e felületrészek vonzzák

a vizet keresô polarotaktikus rovarokat. Mindez álta-lában is igaz a matt fekete/szürke karbonfólia- vagyfestékbevonatú autókra.


d l

ineá

ris

po

lari

záci

ófo

kfé

nyk

épa

po

lari

záci

ó-

szö

gví

znek

érz

ékel

tte

rüle

t

3. ábra. Matt fekete autó öt különbözõ nézõpontból mért polarizációs mintázatai a spektrum kék (450 nm) tartományában. Az elsõ sorban az ere-deti fényképfelvételek, a második sorban a d lineáris polarizációfok-mintázatok, a harmadik sorban a polarizációirány-mintázatok (a, az óramu-tató járásával megegyezõ irányban) láthatók. A negyedik sorban sötétkék színnel ábrázoltuk a polarotaktikus rovarok által vízként érzékelt területeket, amelyek esetében a visszavert fény a következõ tulajdonságokkal rendelkezik: d > 15%, 80° < a < 100°. A képalkotó polariméter optikai tengelyének magassági szöge a vízszintestõl –20° volt.

II: lombfény visszaverõdése

fén

yk

ép

d l

ineár

isp

ola

rizá

ció

fok

a p

ola

rizá

ció

-sz

ög

fényes fekete fényes feketematt fekete matt feketematt szürke matt szürke

I: nap- és égboltfény visszaverõdése

4. ábra. A terepkísérletekben használt fényes fekete, matt fekete és matt szürke tesztfelületek polarizációs mintázatai a spektrum kék (450 nm) tar-tományában. Az elsõ sorban az eredeti fényképfelvételek, a második sorban a d lineáris polarizációfok-mintázatok, a harmadik sorban a pola-rizációirány-mintázatok (a, az óramutató járásával megegyezõ irányban) láthatók. A polariméter nézõpontjai: (I) egy nyílt terület felé (a felületek nap- és égboltfényt vernek vissza), (II) fák és bokrok felé (a felületek lombfényt vernek vissza). A polariméter optikai tengelyének magassági szöge a vízszintestõl –45° volt.

függõlegestõl mért

a polarizációszög

–45°

–135°

o–90

+45°0°

180°+135°

+90°

d lineáris

polarizációfok

100%0%polarizációsan víznek érzékelt terület:

d > 15%, 80° < a < 100° (3. ábra , 4. sor)

Blahó Miklós és társai Matt fekete autók poláros fényszennyezése: a matt bevonat sem környezetbarát címû írásához

A kísérletekben használt tesztfelületek

1. táblázat

Az 1. és 2. terepkísérlet során használt 3 vízszintestesztfelület képalkotó polarimetria segítségével mért d

lineáris polarizációfoka (átlag ±± szórás, a teljes felületreátlagolva) a spektrum vörös (650 nm), zöld (550 nm)és kék (450 nm) tartományában, amikor a felületeknapfényt és égboltfényt, illetve fákról és bokrokról

érkezô lombfényt vertek vissza

teszt-felületekhez

jutó fényforrása

tesztfelület

d lineáris polarizációfok (%)a spektrum látható részénekkülönbözô tartományaiban

vörös zöld kék

napfény éségboltfény

fényes fekete 31,6±15,7 32,4±15,7 34,5±16,4

matt fekete 33,6±13,7 34,2±13,9 36,1±14,6

matt szürke 22,0±10,3 22,9±10,2 24,3±10,5

fákról ésbokrokrólérkezôlombfény

fényes fekete 29,6±18,8 27,4±18,0 26,8±19,6

matt fekete 22,6±12,0 21,9±11,8 21,1±11,9

matt szürke 13,0±16,7 12,4±16,4 11,4±15,8

6. ábra. A fényes fekete, matt fekete és matt szürke vízszintes teszt-felületekre rászálló kérészek összegyedszáma az 1. terepkísérlet 6alkalma során. A fényképen egy fényes fekete tesztfelületre leszálltkérész látható.

fényes fekete matt fekete matt szürke

800

700

600

500

400

300

200

100

0

kéré

szek

szám

a

7. ábra. A fényes fekete, matt fekete és matt szürke vízszintes teszt-felületekre rászálló szúnyoglábú legyek összegyedszáma az 1. te-repkísérlet 6 alkalma során. A fényképen egy matt fekete tesztfelü-letre leszállt szúnyoglábú légy látható.

fényes fekete matt fekete matt szürke

800

700

600

500

400

300

200

100

0

szú

nyo

gláb

úle

gyek

szám

a

polarizációs mintázataiA 4–5. ábra és az 1. táblázat az 1. és 2. terepkísérle-tünkben használt fényes fekete, matt fekete és mattszürke tesztfelületek polarizációs jellemzôit mutatjáka spektrum vörös, zöld és kék tartományában, ami-kor a felületek napfényt és égboltfényt, illetve fákrólés bokrokról származó fényt vertek vissza. A tesztfe-lületek nagy része vízszintesen poláros fényt tükrö-zött, ám kis részükrôl függôlegesen vagy ferdén po-láros fény verôdött vissza, a neutrális pont környéké-rôl (a vízszintesen és függôlegesen poláros területekhatáráról) pedig polarizálatlan fény tükrözôdött. Afényes fekete és matt fekete felületek verték vissza alegmagasabb polarizációfokú fényt, míg a matt szür-ke felület csak kevésbé volt poláros. E felületek pola-rizációs mintázatai csak némileg függtek a hullám-hossztól. Amikor a tesztfelületek napfényt és égbolt-fényt vertek vissza, akkor polárosabbak voltak, mintmikor fák és bokrok képét tükrözték. A spektrumkék és zöld tartományában a matt szürke felület po-larizációfokának szórása volt a legkisebb (5. ábra, 1.táblázat ). A fényes/matt fekete/szürke autók (3. áb-ra ) és a tesztfelületek (4. ábra az elsô belsô borítóol-dalon, 1. táblázat ) polarizációs mintázatait összeha-sonlítva azt tapasztaltuk, hogy azok gyakorlatilagegyformák, így tesztfelületeink jól utánozták a meg-felelô autókarosszériák optikai sajátságait. Az 1. táb-lázat és a 4. ábra szerint a megfigyelés irányátólfüggôen a spektrum kék, zöld és vörös tartományá-ban a fényes fekete tesztfelület polarizációfokánakΔd szórása (kék: ±16,4–19,6%, zöld: ±15,7–18,0%,vörös: ±15,7–18,8%) 1,9–2,8-szer, 1,8–2,5-szer és 1,5–2,8-szer 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%) pedig1,4–2,1-szer, 1,4–1,8-szer és 1,3–1,8-szer volt na-gyobb, mint a matt szürke felületé. Ennek nagy jelen-tôsége lesz a tesztfelületek rovarvonzó-képességénekalábbi magyarázatában.

Kérészek, szúnyoglábú legyek és bögölyöktesztfelületekhez való vonzódásaA 6. ábra az 1. kísérlet során a három tesztfelületreleszállt kérészek számát mutatja. Nem volt statisztikai-lag szignifikáns különbség a fényes fekete és matt fe-kete felület kérészekre gyakorolt vonzóképessége kö-zött. Ám meglepô módon a matt szürke felület 10,7–15,7-szer több kérészt vonzott, mint a másik két feke-te felület. A 7. ábrán az 1. kísérletben a tesztfelületek-re szállt szúnyoglábú legyek száma látható. E rovarokszámára a fényes fekete felület volt a leginkább, míg a


matt szürke a legkevésbé vonzó. A fényes fekete és

8. ábra. A fényes fekete (ff), matt fekete (mf) és matt szürke (msz)vízszintes tesztfelületekre érintéssel, leszállással vagy levegôbenkörözéssel reagáló bögölyök összegyedszáma a 2. terepkísérlet 10alkalma során. A fényképen egy matt szürke tesztfelületre leszálltbögöly látható.

leszállásérintés körözésff ff ffmf mf mfmsz msz msz

8000

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

0

bö

göly

ök

reak

ció

inak

szám

a

matt szürke, valamint a matt fekete és matt szürkefelületek vonzóképessége közti különbség szignifi-káns volt, míg nem adódott szignifikáns különbség afényes fekete és matt fekete felületeken landoló szú-nyoglábú legyek száma között. A 8. ábra a 2. kísérletsorán a tesztfelületekre leszálló, azokat érintô és fö-löttük körözô bögölyök számát mutatja. E háromreakciót tekintve, a bögölyök számára szignifikánsana legvonzóbb felület a fényes fekete volt, a leszállásés érintés szempontjából pedig a matt szürke felületvolt a legkevésbé vonzó. A matt fekete felület vonzó-képessége e két felület vonzóképessége közé esett.

Összefoglalva: (i) A polarotaktikus rovarok feketeautók iránti vonzódása összetetten függ a felületi ér-dességtôl (fényes, matt) és az érintett taxonoktól (ké-rész, szúnyoglábú légy, bögöly). (ii) A matt feketeautók rovarfajtól függôen kevésbé vagy közel azonosmódon lehetnek vonzóak, mint a fényes feketék. (iii)A fényes fekete autók poláros fényszennyezése általá-ban nem csökkenthetô a jelenleg használt matt festé-kek használatával. (iv) Nem várt módon a matt szürkeautók vonzóbbak lehetnek bizonyos kérészfajok szá-mára, mint a matt feketék.

Az eredmények megvitatása

Feltételeztük, hogy az erôsen és vízszintesen polarizá-ló felületekkel (tetô, motorháztetô, csomagtartó) ren-delkezô fényes fekete autók mattá tétele csökkenti apoláros fényszennyezést, mivel a felület érdessége(mattsága) depolarizálja a visszaverôdô fényt. Terep-kísérleteinkben azonban azt találtuk, hogy ez nemmindig történik így, ugyanis a vizsgált matt fekete ésmatt szürke karosszéria-elemek hasonlóan vonzóakvagy még vonzóbbak voltak bizonyos polarotaktikuskérészfajok számára, mint a tanulmányozott fényesfekete autófelületek. Ennek okai a következôk lehet-nek: (i) Habár a matt szürke tesztfelület kisebb d po-larizációfokú fényt vert vissza, mint a fényes fekete,és (ii) a matt fekete felület kevéssé poláros lombfénytvert vissza a fényesnél, a polarizációfok csökkenésenem volt elég nagy ahhoz, hogy ne legyen vonzó apolarotaktikus rovarok számára. (iii) A matt feketetesztfelület nagyobb polarizációfokú nap- és égbolt-fényt vert vissza, mint a fényes fekete. A polarotakti-kus vízirovarok vonzódásának egyik feltétele, hogy avisszaverôdô fény d polarizációfoka nagyobb legyena polarizációérzékelés fajspecifikus d * küszöbénél [6].Ennél fogva az autók fényezésének polarotaktikusrovarokra kifejtett vonzó hatása akkor áll fenn, ha azautó egyes felületrészeirôl visszavert fény d polarizá-ciófoka nem kisebb, mint d *.

Meglepô volt azon eredményünk, hogy a matt szür-ke tesztfelület vonzó hatása a vizsgált polarotaktikuskérészekre jóval nagyobb volt, mint a matt és fényesfekete felületeké. Ennek egyik oka az lehet, hogy afényes fekete felület d polarizációfokának Δd szórása2–3-szor nagyobb volt, a matt fekete felület Δd szórá-

sa pedig 1,3–2,1-szer volt nagyobb, mint a matt szür-kéé (5. ábra, 1. táblázat ). A visszavert fény polarizá-ciófokának kis Δd szórása alapvetôen a nyugodt, simafelszínû víztestekre jellemzô a fodrozódások hiányamiatt [2]. Ezzel szemben a zavaros, turbulens vizekhullámzó, fodrozódó felületére nagy Δd érték jellem-zô, mert a visszavert fény polarizációfoka nagybanfügg a felszín normál vektorának irányától, ami térbenés idôben véletlenszerûen változik a vízfelszíni hul-lámzással. Mivel az 1. terepkísérletben vizsgált kérész-fajok a nyugodt víztesteket részesítik elônyben [10],így a kis Δd szórású matt szürke tesztfelület egy nyu-godt vízfelszínt utánozva vonzóbb lehetett számukra,míg az 1,3–3-szor nagyobb Δd szórású két feketetesztfelületet számukra kedvezôtlenebb, hullámzóvízfelszínként érzékelhették.

A kérészek matt szürke tesztfelülethez való erôtel-jesebb vonzódásának másik oka az lehetett, hogy a90%-os szürkeségû matt szürke felület 10%-kal világo-sabb volt a 100%-os szürkeségû fekete tesztfelületek-nél, miáltal a matt szürke a kérészek pozitív fototaxisamiatt vonzóbb lehetett. Azonban korábban kimutat-tuk, hogy a vizsgált kérészfajok (Baetis rhodani,Epeorus sylvicola, Rhithrogena semicolorata ) a vízfel-színt nem fototaxissal detektálják [5]: a fényes/matt,fehér/szürke/fekete vízszintes felületek iránti vonzal-muk a visszavert fény vízszintes polarizációjának kö-vetkezménye, amely polarotaxist nem fényintenzitás(világosság/sötétség) vezérli.

Az 1. táblázatban és az 5. ábrán látható, hogy akísérleteinkben használt tesztfelületek polarizációsjellemzôi gyakorlatilag függetlenek voltak a hullám-hossztól a látható tartományban: adott tesztfelület dpolarizációfoka adott megvilágítás mellett 5%-nál ki-sebb mértékben változott, ami minden ismert állatpolarizációérzékelési küszöbe alatti érték.


A fekete autók polarotaktikus rovarok vonzásátkiváltó nagy polarizációfokának fizikai okai a követ-kezôk [2]: Egy dielektromos közeg fényes (sima) felü-lete két fénykomponenst ver vissza. Az elsô összetevôa levegô-közeg határáról visszavert fény, amely rész-legesen lineárisan poláros, ahol a fô polarizációiránya felszínnel párhuzamos. A közegbôl jövô és a közeg-levegô határon megtört második komponens szinténrészlegesen lineárisan poláros, ám a fô polarizáció-irány merôleges a felszínre. Ha az 1. vagy a 2. össze-tevô dominál, akkor az eredô visszavert fény polarizá-ciófoka nagy, a polarizációirány pedig párhuzamos afelszínnel, illetve merôleges arra. Egy fényes (sima)fekete felület esetén az 1. komponens dominál, mert a2. komponenst erôsen elnyeli a fekete közeg, így avisszavert fény polarizációfoka nagy lesz. Ha egy fe-kete felület érdes (matt), akkor mikroszkopikus ská-lán számtalan apró, elemi felületbôl áll, amelyek fel-színe ugyan sima (fényes), ám véletlenszerû irányulá-sú, miáltal minden lehetséges irányba, diffúzan verivissza a fényt. Egy adott elemi felület a Brewster-szögben és környékén nagy polarizációfokkal verivissza a fényt a fönt említett 2. komponens elnyelésemiatt, ám a felületrôl visszavert fény polarizációirányaösszességében véletlenszerû lesz az elemi felületekvéletlenszerû irányulása miatt. Ráadásul, a beesô fényegynél többször is visszaverôdhet az elemi felületekerdejérôl. Mindez azt eredményezi, hogy egy mattfekete felület által visszavert fény polarizációfokakisebb, mint egy fényes fekete felületé.

Terepkísérleteinkben a különbözô polarizációs tu-lajdonságú tesztfelületek által vonzott kérészeket,szúnyoglábú legyeket és bögölyöket számoltuk meg.Az 1. kísérletben a vizsgált kérészek nagyon rövid,néhány napos rajzási periódusa során 6 nap alatt 6számolást hajtottunk végre. Ez 6× 2 = 12 óra megfi-gyelést jelentett, ami alatt minden egyes tesztfelületrôl96 fénykép készült. A helyhatás kiküszöbölése érde-kében a három tesztfelület sorrendjét minden egyesfénykép elkészítése után átrendeztük (egy kísérletiperiódusban 24-szer, 5 percenként). A vizsgált kéré-szek csupán 1 napig élnek, így egy adott nap adott 2órás kísérlete alatt egy kérész egynél többször is rea-gálhatott a tesztfelületekre. Ezért a kísérlet során elô-fordulhatott pszeudoreplikáció a tesztfelületek átren-dezése ellenére is. A pszeudoreplikáció akkor lehetettvolna elkerülhetô, ha a tesztfelületeket ragaccsal von-tuk volna be, ami végleg megfogta volna a rájuk szál-ló rovarokat, ám a matt felületet egy ragasztó csillogó-vá tette volna, jelentôsen megváltoztatva a reflexiós-polarizációs sajátságait. Így nem alkalmaztunk raga-dós anyagot, miáltal tehát az esetleges pszeudorepli-káció nem volt kiküszöbölhetô. Másfelôl viszont avizsgált kérészek egynapos élete azt is jelenti, hogy a6 kísérleti napon különbözô egyedek reagáltak atesztfelületekre, így összességében az 1. kísérletben apszeudoreplikáció minimális lehetett. A szúnyoglábúlegyek kifejlett egyedei egy napnál tovább élnek, ígynáluk a pszeudoreplikáció valószínûsége nagyobblehetett, mint a kérészeknél. Mindamellett valószínû,

hogy a 6 kísérleti napon nem mindig ugyanazon szú-nyoglábú legyek szálltak a tesztfelületekre. Hasonlómegállapítást tehetünk a bögölyökre is a 2. kísérlet 20napja alatt, amikor óránként került sor a három teszt-felület ciklikus átrendezésére. A kérészekkel, szú-nyoglábú legyekkel és bögölyökkel végzett korábbihasonló terepkísérleteink [4–6] tapasztalatai és ered-ményei alapján azt mondhatjuk, hogy az ismétlésekszáma, illetve az 1. és 2. kísérletünk idôtartama ele-gendôen nagy volt ahhoz, hogy statisztikusan szignifi-káns különbségeket mutathassunk ki a polarotaktikusrovarok tesztfelületek iránti vonzódásában.

Jelen kutatásunkban a rovarfajok pontos meghatá-rozása lényegtelen volt, mivel a megfigyelt vízirovar-csoportok csupán a tesztfelületek okozta polárosfényszennyezés indikátorainak szerepét töltötték be.Az egyetlen fontos szempont az volt, hogy terepkísér-leteinkben a polarotaktikus rovarok reakcióit figyel-jük meg a matt/fényes, fekete/szürke karosszériaele-mek optikai vonzó hatásának vizsgálata érdekében. Akísérleteinkben tanulmányozott összes rovarfajrólkorábban már kimutattuk, hogy pozitív polarotaxissalrendelkeznek [2].

Minden évben egyre több és több autó rója az uta-kat. Ha ezek túlnyomórészt fényes és sötét felületûek,akkor erôteljes poláros fényszennyezést okoznak pél-dául a fekete vagy sötétszürke aszfaltutakhoz hason-lóan [1, 3, 5]. Cikkünkben bemutattuk, hogy ez a fajtafényszennyezés sajnos nem küszöbölhetô ki a manap-ság a piacon elérhetô matt fekete/szürke festékekvagy karbonbevonatok használatával. Az utóbbi idô-ben a matt fényezés technológiája sokat fejlôdött,egyrészt azért, hogy az autóknak szembetûnô, mattmegjelenést biztosítson, másrészt pedig, hogy a kar-colások ellen védje a kényes fényezést. Leginkábbakkor érné meg e technológiát továbbfejleszteni, hanagyobb mértékben csökkentené a visszavert fénypolarizációfokát, ezáltal csökkentve az autókarosszé-riák poláros fényszennyezését. Ekkor a fekete autókmattsága egy környezetbarát divathóbort lehetne aveszélyeztetett polarotaktikus rovarpopulációk védel-mét tekintve.

Következtetés

Terepkísérleteink eredményeibôl azt a következtetéstvonhatjuk le, hogy az autókarosszériák mattá tételenem csökkenti a fekete autók poláros fényszennyezé-sét. Az autók matt felületei bizonyos polarotaktikusrovarokat (például egyes kérészfajokat) még nagyobbszámban is vonzhatják, mint a fényes fekete autók.Ezért a fényes fekete festés/bevonat mattra cserélésekörnyezetvédelmi szempontból egy kedvezôtlen di-vathóbortnak számít.

Irodalom

10. Encalada A. C., Peckarsky B. L.: A comparative study of the costof alternative mayfly oviposition behaviors. Behavioral Ecologyand Sociobiology 61 (2007) 1437–1448.


Documents

Fizikai Szemle 2015/1–2 Matt fekete autók · N. Tarjányi, G. Kriska: Optical environmental pollution with polarized light even when cars are painted matt black – Part 2 I. Hagymási: