Tiga sifat cahaya berikut penting ketika bekerja dengan cahaya: (1) jumlah, (2) arah, dan (3) kualitas spektrum. Dua parameter yang pertama, jumlah dan arah, penting dalam hal bentuk bagian tanaman yang menangkap cahaya. Apakah bagian tanaman tersebut datar atau silindris? Untuk daun yang datar, sensor cahaya yang datar adalah yang paling sesuai, dan jumlah energi yang jatuh di atas sensor datar dari daerah yang diketahui per satuan waktu diukur sebagai iradiansi. Satuannya dapat dinyatakan sebagai energi, seperti misalnya Watt per meter persegi (W.m^-2). Waktu (sekon) termasuk di dalam istilah Watt: 1 W = 1 Joule J.s^-1. Energi foton tergantung pada frekuensinya, seperti yang dinyatakan oleh Hukum Planck.
Jumlah cahaya. Ketika diasumsikan sebagai gelombang, cahaya memiliki panjang gelombang dan frekuensi. Cahaya dapat juga dianalogikan sebagai aliran partikel, foton atau quantum. Dalam hal ini, setiap satuannya dapat dinyatakan dalam mol per meter persegi per detik (mol.m^-2.s^-1), dimana ‘mol’ adalah jumlah foton (1 mol cahaya = 6,02 x 10^23 foton, bilangan Avogadro). Pengukuran ini disebut dengan iradiansi foton.
Satuan quantum dan energi dapat saling dikonversikan, sehingga panjang gelombang cahaya dapat diketahui. Energi sebuah foton berhubungan dengan panjang gelombangnya:
Dimana c adalah kecepatan cahaya (3 x 10^8 m.s^-1), h adalah konstanta Plank (6,63 x 10^-34 J.s), dan λ adalah panjang gelombang cahaya, biasanya dinyatakan dalam nm (1nm = 10^-9 m). Kita dapat memecahkan bagian h.λ dari rumus tersebut, dan kita peroleh 1.988 x 10^-16, dan rumusnya ditulis sebagai berikut:
dimana λ dinyatakan dalam nanometer. Dari rumus tersebut kita dapat melihat bahwa sebuah foton pada panjang gelombang 400 nm, yang terdapat di dalam daerah biru di dalam spektrum, memiliki energi dua kali lipat daripada sebuah foton pada panjang gelombang 800 nm. Sebuah foton pada panjang gelombang 400 nm cahaya mengandung 4,97 x 10^-19 J. sedangkan foton pada panjang gelombang 800 nm mengandung 2,48 x 10^-19 J. Dengan kata lain, semakin besar panjang gelombang sebuah foton, semakin rendah energinya, seperti yang diindikasikan oleh denominator yang lebih besar pada rumus.
Sekarang, misalkan kita memiliki 3 µmol dari 400 nm cahaya yang jatuh pada area 1 meter persegi setiap detik, atau sebuah iradiansi foton 3 µmol m^–2 s^–1. Kuantitas ini kira-kira sejumlah cahaya biru pada panjang gelombang 400 nm yang menyentuh permukaan bumi pada hari yang cerah. Jika kita ingin mengkonversi iradiansi foton menjadi iradiansi energi, kita harus terlebih dahulu mengkonversi mikromol menjadi mol (1 µmol = 10^–6 mol): (3 µmol m^–2 s^–1) × (10^–6 mol µmol^–1) = 3 × 10^–6 mol.m^–2.s^–1 foton atau quantum. Dengan mengkalkulasi jumlah quantum dari bilangan Avogadro akan menghasilkan (3 × 10^–6 mol quanta m^–2.s^–1) × (6,02 × 10^23 quanta mol^–1) = 1,8 × 10^18 quanta m^–2.s^–1. Seperti yang telah kita hitung, setiap foton, atau quantum dari 400nm cahaya mengandung 4,97 × 10^–19 J. Sehingga (4,97 × 10^–19 J.quantum^–1) × (1,8 × 10^18 quanta.m^–2.s^–1) = 0,9 J.s^–1.m^–2. Karena 1 J.s^–1 = 1 W, kita memperoleh iradiansi 0,9 W.m^-2.
Arah cahaya. Mari memindahkan perhatian kita pada arah cahaya, cahaya dapat menyentuh permukaan yang datar secara langsung dari atas atau dengan arah serong. Ketika cahaya berdeviasi dari arah yang tegak lurus, iradiansi sebanding dengan cos dari sudut dimana sorot cahaya menyentuh sensor (Gambar 9.1.A). Sehingga, iradiansi dapat maksimal jika cahaya menyentuh permukaan langsung dari atas, dan semakin menurun jika cahayanya lebih miring - sama seperti pada daun. Sensor yang baik untuk sudut datang cahaya disebut dengan cos yang dikoreksi.
Ada banyak contoh di alam dimana benda penerima cahaya tidak datar (misalnya ujung tunas, tanaman utuh dan kloroplas). Selain itu, pada beberapa situasi, cahaya bisa datang dari beberapa arah sekaligus (misalnya cahaya langsung dari matahari dan cahaya yang dipantulkan oleh tanah, pasir atau salju). Pada situasi tersebut, lebih masuk akal untuk mengukur cahaya dengan sensor bulat yang mengukur cahaya secara omnidireksi (dari berbagai arah).
Ketika jumlah cahaya diukur dengan pengukur omnidireksi, tipe pengukurannya disebut dengan fluence rate (Rpert and Letarjet ,1978), dan jumlah cahaya yang terukur dapat dinyatakan dalam Watt per meter persegi (W.m^-2) atau mol per meter persegi per sekon (mol.m^-2.s^-1). Sudah jelaslah dari satuan tersebut bahwa cahaya dapat diukur sebagai energi (W) atau foton (mol).
Kebalikan dari sensor datar, sensor bulat sama sensitifnya pada cahaya dari berbagai arah (Gambar 9.1.A). Tergantung pada apakah cahayanya paralel atau datang dengan tidak teratur, nilai fluence rate dibandingkan dengan iradiansinya bisa sangat berbeda. Keduanya bisa ekuivalen hanya pada kondisi tertentu.
Pengukuran sensor datar dari radiasi aktif fotosintesis (Photosynthetic Active Radiation, 400-700 nm) juga dapat dinyatakan dengan energi (W.m^-2) atau quantum (mol.m^-2.s^-1) (McCree, 1981). Penting untuk diingat bahwa PAR adalah tipe pengukuran iradiansi. Dalam penelitian fotosintesis, ketika PAR dinyatakan dalam quantum, biasaya diberikan istilah khusus photosynthetic photon flux density (PPFD). Tetapi, disarankan bahwa istilah ‘densitas’ tidak digunakan lagi (Holmes et al, 1985) karena diantara Sistem Internasional Unit, densitas dapat berarti area atau volum. Selain itu, area terkandung di dalam istilah flux. PPFD telah dipendekkan menjadi PPF dalam beberapa kasus, tetapi tidak jelas apakah kependekan tersebut mewakili tipe pengukuran iradiansi ataukah sperikal.
Ketika cahaya berpindah dari air seperti danau atau lautan, cahaya tersebut berhamburan sehingga arahnya tidak teratur. Sebagai akibatnya, organisme fotosintetik air dapat menerima cahaya secara serentak dari atas, bawah dan sisi-sisinya. Dalam oseanografi dan limnologi, cahaya yang melintas dari permukaan air ke dasar disebut downwelling irradiance, dan cahaya yang melintas dari arah sebaliknya disebut upwelling irradiance.
Sebelum light meter khusus dibuat untuk fisiologi tanaman, cahaya diukur dalam lux atau foot-candles. Pengukuran ini berdasarkan pada persepsi cahaya oleh mata manusia, yang maksimal sensitif pada cahaya di daerah hijau pada spektrum, yaitu pada panjang gelombang 555 nm. Sensitifitas turun pada kedua sisi panjang gelombang tersebut dan mencapai 0 diantara biru dan merah, panjang gelombang yang penting untuk fotosintesis. Sehingga lux dan foot-candles jarang digunakan dalam fisiologi tanaman. Satuan ini dapat dikonversi menjadi satuan iradiansi dan fluence rate, tetapi hanya jika kualitas cahaya secara detail diketahui, sesuatu yang hanya bisa diperoleh dengan alat spektroradiometer, yang mengukur jumlah cahaya pada setiap panjang gelombang.
Ringkasnya, ketika memilih bagaimana menghitung cahaya, penting untuk memencocokkan bentuk sensor dan respon spektrum dengan tanaman. Sensor datar, dengan cos yang dikoreksi, cocok untuk mengukur jumlah cahaya yang jatuh pada daun; sensor bulat lebih cocok untuk keadaan yang lain, misalnya ketika mempelajari suspensi kloroplas atau cabang dari sebuah pohon.
Berapa banyak cahaya pada siang hari yang cerah dan apa hubungan antara iradiansi PAR dan PAR fluence rate? Di bawah sinar matahari langsung, iradiansi PAR dan fluence rate nilainya sama, yaitu sekitar 2000 µmol.m^–2.s^–1, meskipun nilai yang lebih tinggi mungkin saja bisa terukur pada daerah yang lebih tinggi. Nilai yang sesuai dalam satuan energi kira-kira 400 W.m^-2. Ketika cahaya tersebar, iradiansinya hanya 0,25 kali nilai fluence rate-nya.
Sumber: http://5e.plantphys.net/article.php?ch=t&id=131
Tidak ada komentar:
Posting Komentar