1. Bevezetés
2. A fény polarizációja
3. A természet polarizációs mintázatai
4. Az állatok látórendszerének fénypolarizáció érzékelése
5. Videopolarimetria: polarizációs mintázatok mérése és számítógépes megjelenítése
6. Sztereo-videopolarimetria: térhatású polarizációs mintázatok mérése és számítógépes megjelenítése
7. A videopolarimetria biológiai alkalmazásai
    7.1. A méhek és sivatagi hangyák térbeli tájékozódása a poláros égbolt segítségével
    7.2. Hogyan látnák a méhek a virágok színeit polarizáció-érzékeny szemekkel?
    7.3. A vízirovarok polarotaxis útján történô vízdetektálása
    7.4. Miért nem téveszti meg a délibáb a vízirovarokat?
    7.5. Hogyan érzékelik távolról a nedvességtartalmat a bomló anyagokat keresô rovarok?
    7.6. A rovarevô növények polarizációs mintázatai mint rovarcsalogató vizuális jelek
    7.7. Kôolajtavak és kátránymocsarak mint rovarcsalogató poláros fénycsapdák
        7.7.1. A kuvaiti kôolajtavak
        7.7.2. A budapesti pakurató
        7.7.3. ôsi aszfaltmocsarak
        7.7.4. Miért csábítóbb a vízirovarok számára a kôolajfelszín a vízfelszínnél?
    7.8. Miért rajzanak a kérészek az aszfalt utak fölött és miért petéznek rájuk?
    7.9. Egyéb, vízfelületet utánzó, poláros fényt tükrözô, antropogén eredetû rovarcsalogató felületek
8. Videopolarimetriai laboratóriumi gyakorlat

        Az ember látása, csakúgy mint minden állaté, a vizuális környezet optikai jellemzôihez alkalmazkodott a biológiai evolúció során. Azért van két szemünk, hogy a térbeli viszonyokat bizonyos határokon belül feltérképezhessük. Recehártyánkban azért rendelkezünk pálcika típusú fotoreceptorokkal, hogy velük a fényerôsséget "mérhessük"; csap típusú fotoreceptorok pedig azért fordulnak elô a retinánkban, hogy a fény hullámhossza hordozta színi információk egy részét kinyerhessük a minket körülvevô világból. Látórendszerünknek az állatok sokszor jóval fejlettebb szeméhez képesti hiányosságait fejlett agyunkban keletkezô gondolatok útján született találmányainkkal küszöböljük ki. Ultraibolya és infravörös fényre érzékeny kameráinkkal pl. kitágítjuk a számunkra érzékelhetô spektrális tartományt, így hatolva be pl. egyes rovarok ultraibolya, ill. bizonyos kígyók infravörös optikai környezetébe.

        A látáskutatásban és az oktatásban egyaránt fontos a vizuális információk jól dokumentált visszaadhatósága, szemléltethetôsége. Az elmúlt néhány évtized kutatásai szerint sok állatfajnak van olyan látórendszere, amely képes a fénypolarizációt érzékelni. E tulajdonságukat ezen fajok tájékozódásra vagy a megfelelô élôhelyek felkutatására használják. E felismerések sürgették a nagylátószögû polarimetria kifejlesztését. Természetesen már régebben is voltak a fény polarizációs tulajdonságait mérô mûszerek, amelyeket fôként a meteorológusok használtak. E mûszerek képesek nagyon pontosan mérni a fény intenzitását, polarizációfokát és polarizációs irányát; nagy hátrányuk azonban, hogy csak egy szûk fénynyalábot vizsgálnak, azaz a mérési térszög nagyon kicsi, 1-2^o. Nem alkalmasak tehát biológiai élôhelyek tanulmányozására, mert nem képesek széles térszögben mérni, hogy pótolhassák az ember számára a polarizáció-látást.

        Az utóbbi években kifejlesztett nagylátószögû polarimetria ill. videopolarimetria már eleget tesz e követelménynek, mert képes a fény polarizációfokát és polarizációs irányát nagy térszögben mérni, és hamisszínes kódolással ábrázolni. A videopolarimetria csak két dimenzióban tudja szemléltetni a vizsgált objektum polarizációs mintázatait, az ún. sztereo-videopolarimetria viszont már a tárgyak és élôhelyek egy további fontos tulajdonságát, a térbeliséget is hûen visszaadja. A polarizációs mintázatokat így már három dimenzióban is szemlélhetjük, ami nagyon hasznos segédeszköz az állatok látásának vizsgálatánál, hiszen sokuk térlátással is rendelkezik.
  

        A fény transzverzális elektromágneses hullám, azaz az elektromos (E) és mágneses térerôsségvektorok merôlegesek a terjedési irányra. Így a fénysugárzás nemcsak az I intenzitással (azaz fényerôsséggel) és hullámhosszal (azaz színnel) jellemezhetô, hanem a polarizációval (azaz sarkítottsággal) is. A sarkítottság mértéke a d polarizációfok, a maximális E-vektor iránya pedig az a polarizációs irány. A részlegesen poláros fény E-vektorainak a vége a terjedési irányra merôleges koordináta-rendszerben az ún. polarizációs ellipszis mentén helyezkedik el, amely három paraméterrel, a nagy (E_max) és kis (E_min) tengellyel és a nagytengely j irányával egyértelmûen leírható (1. ábra). E geometriai paraméterek és a mérhetô három fizikai paraméter (I, d és a ) között egyértelmû a megfeleltetés: I = (E²_max + E²_min)/2, d = (E²_max - E²_min)/(E²_max + E²_min), a =j . Polarizálatlan fény esetén d = 0%, és a polarizációs ellipszis kör alakú, míg teljesen poláros fénynél d = 100%, az ellipszis pedig egyenessé lapul. Minél polárosabb tehát a fény, annál laposabb a polarizációs ellipszise.
 
 

 

        Idôszámításunk szerint 1000 körül már a vikingek is kihasználták az égboltfény polarizációját az Atlanti-óceánon való hajózásaik során. Navigációjuk nappal a Nap irányának ismeretén alapult. Nagy bajban lettek volna azonban, ha nem lett volna valamilyen kiegészítô orientációs módszerük is. Még nem rendelkeztek ugyanis iránytûvel, és így eltévedtek volna a nyílt vizeken mikor a Nap a horizont alatt vagy felhôk által takarva volt. Ez pedig gyakran elôfordult lakóhelyüknek a sarkkörhöz való közelségébôl kifolyólag. A vikingek már ismerték bizonyos, általuk "napkövek"nek nevezett természetes kristályok (pl. a kordirit vagy turmalin) azon, az optikában dikroizmusként ismert jelenségre visszavezethetô sajátságát, hogy ha egy ilyen ásványon át nézték az égboltot, és megfelelô módon ide-oda forgatták azt, akkor az égboltfény erôssége és színe a forgatás szerint váltakozott. Ennek az az oka, hogy az égboltfény részlegesen és lineárisan poláros, egy dikroikus kristály pedig attól függô mértékben ereszti át azt, hogy milyen a beesési iránya valamint hullámhossza és mekkora szöget zár be a rezgéssíkja a kristály optikai tengelyeivel. Egy ilyen kristállyal a vikingek megfigyelték az égboltfény polarizációjának a szoláris meridiánra (vagyis az égboltnak a Napon és a zeniten átmenô fôkörére) tükörszimmetrikus eloszlását, aminek segítségével még akkor is képesek voltak meghatározni a szoláris meridián, azaz a Nap irányát, mikor a Nap köd vagy felhôk miatt nem volt látható, de az égbolt egy jó része igen. Ez a fajta navigáció természetesen teljesen borult idôben nem mûködött.

        A vikingek semmit sem tudtak az égboltfény mibenlétérôl vagy a fénypolarizációról ill. a dikroizmusról. ôk csak a "napkövek" említett tulajdonságát ismerték és az égbolt szoláris meridiánra való tükörszimmetriáját. De ez elég is volt nekik a tengeri navigációjukhoz. Megfelelôen pontos dokumentáció és kellôen erôs kultúrális kölcsönhatások hiányában azonban ez az ismeretük nem öröklôdött át más népekre, nem folytatódott más kultúrákban. Így fordulhatott elô, hogy mintegy nyolc évszázaddal a vikingek után, 1809-ben Dominique Francois Jean Arago (1786-1853) francia fizikus és csillagász újra felfedezte az égboltfény polarizációját. Ennek elôzményéül szolgált, hogy 1669-ben a dán Erasmus Bartolinus (1625-1698) felfedezte a kalcit (mészpát) kristály kettôs törését, majd 1690-ben a holland Christian Huygens (1629-1695) a kalcit által kettôsen megtört fény polárosságát, 1808-ban pedig Étienne Louis Malus (1775-1812) észrevette a visszaverôdô fénynek a felülettel párhuzamos sarkítottságát. Sir David Brewster (1781-1868) skót fizikus 1815-ben tapasztalati úton bizonyította, de csak 1860-ban közölte, hogy ha a fény az ún. Brewster-szögben (melynek nagysága a levegô-víz határfelületen 53^o a függôlegestôl mérve) esik egy átlátszó közeg felületére, akkor a visszavert fény teljesen poláros, E-vektora a felszínnel párhuzamos, a megtört fénysugár pedig erre merôleges. Augustin Fresnel (1778-1827) 1821-ben dolgozta ki a fénypolarizáció elméletét (Fresnel-formulák). A fény hullámtermészetéért kardoskodó Huygens még longitudinális hullámnak képzelte a fényt. Ezzel szemben Isaac Newton (1642-1727) a fényt részecskék terjedéseként értelmezte, és a sarkítottság miatt a fényrészecskéket új tulajdonsággal, a pólusokkal ruházta fel. Innen ered a Malus-teremtette "fénypolarizáció" szó.

        A XIX. század elsô felében az égbolt polarizációjának vizsgálata egyike volt a legizgalmasabb tudományos kérdéseknek. Lord Rayleigh másnéven John William Strutt (1842-1919), Nobel-díjas angol fizikus adott elsôként helyes elméleti magyarázatot e jelenségre. Egészen Rayleigh 1871-ben megjelent e tárgyú cikkéig a meteorológia egyik legnagyobb rejtélyének számított az égboltfény intenzitásának, színének és polarizációjának a magyarázata. Ez ugyanis nem sikerült az addig uralkodó feltételezésekkel, amelyek szerint az égbolt kék színe és polarizációja a napfénynek a légkörben lebegô apró vízcseppeken vagy egyéb részecskéken való törésére és az azokról történô visszaverôdésére vezethetô vissza. Rayleigh mutatott rá, hogy e légköri optikai jelenségek a napfénynek a fényhullámhossznál sokkal kisebb, légkörbeli részecskéken történô szóródásával magyarázhatók. Az így szóródó fény intenzitása a hullámhossz negyedik hatványával fordítottan arányos (Rayleigh-szórás), azaz minél rövidebb a hullámhossz (minél közelebb esik az ultraibolya tartományhoz), annál erôsebben szóródik a fény.
 

        A fény polarizációja gyakori optikai jelenség a természetben, ahol leggyakrabban szóródás vagy tükrözôdés útján keletkezik részlegesen és lineárisan poláros fény. Így a polarizált fény egyik legfôbb forrása az égbolt, a napfény földi légkörben való szóródásának köszönhetôen. A víz alatti világ szintén erôsen poláros a vízbeli fényszórás miatt. A harmadik fô forrás a sima, fényes felületekrôl - pl. vízfelszínekrôl vagy nedves anyagokról - visszaverôdô poláros fény.

        Az emberi szem gyakorlatilag vak a fénypolarizációra, ezért az állatok polarizáció-látása csak Karl von Frisch 1949-es azon felfedezése után került a kutatás érdeklôdési körébe, hogy a méhek képesek az égi polarizációs mintázat alapján is tájékozódni. Azóta a polarizáció-érzékelés hátterében húzódó mechanizmus néhány fontos sajátságát sikerült feltárni. Napjainkban a vízfelületekrôl visszaverôdô újrapolarizált fény állati viselkedésben és tájékozódásban betöltött szerepének vizsgálata került elôtérbe. Ezek a tükrözôdési-polarizációs mintázatok fontos környezeti vizuális információval bírnak a vízen, vízben vagy víz közelében élô állatok orientációjában és élôhely-felkutatásában.

        A fénynek a vízfelszínrôl való visszaverôdése fontos pl. a távérzékelésben: a tengervízbeli klorofill és fitoplankton nyomonkövetésében, a halrajok lokalizációjában, a tengerpartok monitorozásában, a hajósodorvonalak és egyéb vízfelszíni zavarok detektálásában, valamint a Föld energiaháztartásával kapcsolatos meteorológiai számításokban, továbbá az atmoszférának az ûrbôl történô távérzékelésekor fellépô optikai háttér jellemzésében. Habár általánosan felismert tény, hogy a visszaverôdés igen hatékony fénypolarizáló mechanizmus, a tükrözôdô fény polarizációjában rejlô információk koránt sincsenek annyira kiaknázva, mint a fényintenzitásban rejlôk. A természetes felületek polarizációs jegyei olyan információkat tartalmaznak, melyek az intenzitásmezôben nem foglaltatnak benne, és e járulékos információk nagyon értékesek a távérzékelésben. A tengerfelszínrôl tükrözôdô fény polarizációja fontos pl. a kôolajfoltok detektálásában, vagy a tengervíz biomassza produktivitásának megbecslésében.

        A fénytörés a tükrözéshez hasonlóan fénypolarizációval jár együtt, így a direkt napfény a vízfelszínen való áthatolás után részlegesen és lineárisan polárossá válik, mely fény aztán tovább polarizálódik a fényszóródás miatt. Ennek megfelelôen két eltérô víz alatti polarizációs mintázat létezik: az egyik a vízfelszín ún. Snellius-ablakában, a másik pedig azon kívül. Az égbolt polarizációs mintázatát a víz alól a felszíni Snellius-ablakon át lehet észlelni, de e mintázat a fény levegô-víz határfelületnél bekövetkezô törése és törési polarizációja miatt módosul. Az égboltfény Snellius-ablakban észlelhetô törési-polarizációs mintázata bizonyos tengeri rákok navigálásában fontos szerepet játszik. A Snellius-ablakon kívül a nagy tömegû víz áteresztési (transzmissziós) polarizációs mintázata tapasztalható, a beesô fény és a víztömeg kölcsönhatása (elnyelés és szórás) eredményeként. Mindkét fent említett víz alatti polarizációs mintázat a Nap állásától nagy mértékben függ. Egyes vízi állatok tájékozódásában fontos szerepet játszik az a tény, hogy a víz alatti polarizációs mintázatokból akkor is meghatározható a Nap iránya, ha az a felhôk miatt közvetlenûl nem látszik. A sima vízfelszínnél tapasztalható összetett víz alatti intenzitás és polarizációs mintázatokat módosítja a fényeloszlás felületi vízhullámok gerjesztette tér és idôbeli ingadozása. A hullámhosszuktól függôen a vízhullámok különbözô mélységben fókuszálják a fényt, ami a fényintenzitás vibrálását okozza.
 

        Az ízeltlábúak és lábasfejûek retináját alkotó fotoreceptorok hosszúkás, henger alakú sejtek, amelyek membránján ujjszerû kitüremkedések, ún. mikrovillusok találhatók (2. ábra). E mikrovillusokban rendezetten helyezkednek el a látópigment óriásmolekulái, melyek dipóltengelyei egymással és a mikrovillusok hossztengelyével közel párhuzamosan irányulnak. E szabályos elrendezôdés felelôs a fénypolarizáció-érzékelésért, ugyanis a sejt annál nagyobb elektromos kimenôjelet szolgáltat, minél párhuzamosabb a beérkezô fény E-vektora a mikrovillusok tengelyével, hiszen annál több fényt nyelnek el a látópigment molekulái. Az emlôsök szeme pl. azért nem képes a fény polarizációs sajátságait érzékelni, mert a retinájukban lévô fotoreceptorokban nincsenek mikrovillusok, hanem a receptormembránjukban véletlenszerû irányulással oszlanak el a látópigment molekulái (2. ábra). Az ilyen látósejt irányra átlagolt kimenô jele már független lesz a fénypolarizációtól.
 

 

        A legtöbb, polarizáció-érzékenységgel bíró szárazföldi és félszárazföldi állat az égbolt polarizációs mintázatát használja iránytûként orientációja során, ha a Napot felhôk takarják. Az erre utaló evidencia kevésbé tiszta a vízi állatok esetén, habár sokan közülük, pl. bizonyos rákok és halak képesek megkülönböztetni a fény rezgési síkját, és polarotaxissal is rendelkeznek. Ennek a víz alatti polarizáció-érzékenységnek számos szerepe lehet a víz alatti objektumok háttérhez képesti kontrasztjának az emelésétôl kezdve, a függôleges migráción és a testhelyzet tartásán át a célirányos orientációig. Azon vízi állatok száma viszonylag csekély, melyekrôl ismert, hogy használják az égboltfény Snellius-ablakon át észlelhetô törési-polarizációs mintázatát. Csak nemrég sikerült egyértelmûen demonstrálni, hogy a Palaemonetes vulgaris tengeri rák éppen e törési-polarizációs mintázat segítségével orientálódik, ha a Nap valamiért nem látható.

        Egyes halak szintén használják a polarizált fényt tájékozódási célokra. Az aranyhalakban pl. a négy csaptípus közül a két, nagyobb hullámhosszakra és az egy, UV-fényre érzékeny fotoreceptor érzékeny a fénypolarizációra is. A pisztrángok még részlegesen csak kevésbé poláros fény esetén is meg tudják állapítani az E-vektor irányát, és az alapján választják meg úszási irányukat. E halak a fény polarizációs irányának a víztestben uralkodó viszonyai alapján képesek vizuálisan is meghatározni a függôleges irányt, aminek ismerete igen fontos a térbeli orientációjukban.

        A víz szórja a rövid hullámhosszúságú fénysugarakat, így az UV-t is. E szórás kisebb távolságokon belül olyan tárgyak körvonalazásában játszhat szerepet, amelyeket esetleg más módon nehéz lenne érzékelni. Sok hal csillogó teste azt a célt szolgálja, hogy a háttérhez hasonló összetételû és erôsségû fényt verjen vissza. Ez az álca nem mûködik egy fényt szóró és polarizáló háttér elôtt, mert a hal pikkelyeirôl visszavert fény polarizációja eltér a háttér szórt fényének polarizációjától. A lábasfejûek polarizáció-látásuk segítségével érzékelni képesek a halakat az azok pikelyes teste és poláros vízi háttere közti polarizáció-kontaszt alapján.

        Régóta kutatott kérdés, hogy a vonuló madarak és a postagalambok miként tájékozódnak a térben. Felvetôdött, hogy a hosszútávú orientációjukban a Nap irányának, a csillagok állásának valamint a földi mágneses térnek lehet fontos szerepe. Csak az utóbbi idôkben derült ki, hogy egyes költözô énekesmadarak látórendszere érzékelni képes a fénypolarizációt, s ezen képességüket arra használják e madarak, hogy az égbolt polarizációs mintázata alapján határozzák meg a szoláris meridiánt orientáció céljából. Az 1960-as évek végén és a 70-es évek elején a mágneses orientációval kapcsolatos bizonyítékok egyre sokasodó száma kényszerítette ki azt a következtetést, hogy a postagalambok és költözômadarak tájékozódása több stimuluson alapul. Az ún. "jel-konfliktusos" kísérletek eredményeként derült ki, hogy a rövidtávú orientációs döntéshozatalban a mágneses tér elsôbbséget élvez a csillagok állásával szemben, de naplementekor és napelkeltekor a vizuális információk a döntôek, szerepük túlszárnyalja az elôzô két stimulusét. A legújabb kísérletek alapján mondható, hogy a madarak szürkületkori tájékozódásában az égbolt polarizációs mintázata a mérvadó.

        A napnyugta és az elsô csillagok megjelenése közti idôszakban a vizuális orientáció magára a Napra (pontosabban az égboltpír fényének azimutjára) vagy az égbolt polarizációjára alapul, amely különösen ebben a napszakban erôteljes. Mind a Nap iránya, mind pedig az égboltfény polarizációja lényegében ugyanazt az irányinformációt szolgáltatja. Számos, éjszaka vonuló madárfajról bizonyosodott be, hogy térbeli orientációja erôsen függ az égboltfény polarizációjától. Több fajt vizsgáltak a szabad ég alatt felállított ketrecekben, amelyeket polarizációs szûrôkkel takartak. Mindegyik esetben a polárszûrô forgatásával párhuzamosan változott a madarak irányulása. A csillagokra alapuló orientáció csak a madarakra jellemzô, míg a mágneses térre, a Napra és az égboltpolarizációra alapuló tájékozódás szélesen elterjedt az állatvilágban. A feltételezések szerint az utóbbi három orientációs mechanizmus ezért egészen ôsi, míg a csillagokon alapuló tájékozódás evolúciósan újkeletû. Nemrég derült csak ki, hogy a mágneses orientációs mechanizmust éppen a Nap iránya ill. az égbolt polarizációja kalibrálja a madarakban. E kalibráció az egyedfejlôdés korai szakaszában, egy meghatározott kritikus idôszakban történik. Erre a kalibrációra azért van szükség, mert azok a madarak, amelyek igen nagy távolságokat tesznek meg vonulásuk során, jelentôsen eltérô mágneses terekkel szembesülnek. Ezért mágneses tájékozódási mechanizmusukat újra kell kalibrálniuk ilyen esetekben.

        A postagalambok fénypolarizáció-érzékenységét már több kutató kimutatta és részletesen vizsgálta. Nemrég azonban kétségek merültek fel e vizsgálatok megbízhatóságával kapcsolatban. Néhány korábbi pszichofizikai kísérlet galambokkal történô megismétlésével kiderült, hogy a postagalambok mégsem érzékelik a fénypolarizációt, s a korábbi kísérletek téves metodikájúak voltak.
 

        A videopolarimetria lehetôvé teszi, hogy az emberi szem számára gyakorlatilag láthatatlan, de a technikában jól használható, és számos állat számára nélkülözhetetlen fénypolarizáció térbeli eloszlását mérhessük és hamisszínes kódolással fénykép minôségben ábrázolhassuk. A módszert a 3. ábra szemlélteti. Egy háromlábu fotóállványra rögzített videokamerával felvesszük a kiválasztott tárgy vagy élôhely képét, miközben egy, az objektív lencse elé felcsavart lineáris polárszûrôt forgatunk. A polárszûrô rezgéssíkját kezdetben pl. függôlegesre állítjuk, majd néhány másodperc után 45^o-kal mondjuk az óramutató járásával megegyezô irányban elforgatjuk, amit néhány másodperc elteltével megismétlünk. A polárszûrô aktuális irányát közben rámondjuk a kamera mikrofonjára.
 
 

 

        Az így rögzített videofelvételbôl ezután egy képdigitalizálásra szolgáló kártyával ellátott személyi számítógéppel digitalizáljuk a polárszûrô függôlegestôl mért 0^o, 45^o és 90^o-os állásához tartozó három színes képet. A kapott képeket tiff grafikai formátumban mentjük el tömörítés nélkül. A képminôség javítása érdekében sokszor érdemes a vizsgált objektumról több képet is digitalizálni, majd azokat átlagolni. Ha a felvett kép adott pontjáról jövô fény részlegesen poláros, akkor I intenzitása szinuszosan változik a forgó polárszûrô j irányának függvényében. Egy alkalmas számítógépes programmal az adott képponthoz tartozó három fényerôsségértékre illesztett I(j ) = Asin(Bj ) + C szinuszfüggvény paramétereibôl kiszámítható a vizsgált pontból jövô fény polarizációjának d = (I_max - I_min)/(I_max + I_min) foka és iránya, azaz az I_max fényerôsség a _max iránya. E számításokat a felvett kép minden pontjára elvégezve, végül meghatározható és hamisszínes kódolással a számítógép képernyôjén megjeleníthetô a vizsgált objektum fényintenzitásának, polarizációfokának és polarizációs irányának az eloszlása (4. ábra). Az általunk használt kamera 3 CCD-chippel rögzíti az optikai képet (R: l _vörös = 730 nm, G: l _zöld = 600 nm, B: l _kék = 470 nm), ezért mindhárom komponensre (R,G,B) külön számolhatjuk a polarizációs viszonyokat. Ily módon lehetôség van a polárizációs mintázatok hullámhosszfüggésének vizsgálatára is, igaz inkább csak kvalitatíve, de a biológiai alkalmázásoknál ez is sokat segít.
 
 

 

        Egy videopolariméter lényegében a környezet hôtérképét megjelenítô infrakamerás mérôrendszerhez hasonlítható azzal a különbséggel, hogy itt nem a hômérséklet térbeli eloszlásának a meghatározása a cél, hanem a polarizációfok és a polarizációs irány eloszlásának a mérése és megjelenítése. További eltérés a hôtérképet közvetlenül és helyben szolgáltató hôkameráktól, hogy a videopolarimetriában a polarizációs információk felvétele és azok számítógépes kiértékelése valamint megjelenítése egymástól térben és idôben elkülönülten történik; az elôbbi korábban, a terepen, az utóbbi késôbb, a laboratóriumban.
 

        A sztereo-videopolarimetria a videopolarimetria egy olyan továbbfejlesztése, mellyel a vizsgált objektumot három dimenzióban szemlélhetjük a monitor képernyôjén vagy kinyomtatva úgy, hogy a képen nemcsak a szokásos fényintenzitás viszonyokat látjuk térhatással, hanem hamisszínes kódolással a fény térhatású polarizációs tulajdonságairól is információt kapunk. A sztereo-videopolarimetria lépései megegyeznek a videopolarimetria lépéseivel (3. ábra) azzal az eltéréssel, hogy sztereofelvételkor két képet kell készíteni: egyet a bal, egyet pedig a jobb szem számára. Amennyiben csak egyetlen kamera áll rendelkezésre, akkor az elsô felvétel befejeztével a háromlábú fotóállványra rögzített kamerát az egész állvánnyal együtt vízszintesen el kell tolni pl. balra 10-15 centiméterrel. Ez a bázistávolság a vizsgált objektum távolságától függ. Mivel két szemünk távolsága 6-7 cm, kb. ekkora kell hogy legyen a bázistávolság is. Nagyobb bázistávolság esetén a térhatás felerôsödik. Ez hasznos lehet, ha a vizsgált objektum elegendôen távol van, mert növeli a térlátványt. Vigyázni kell azonban, ha közeli tárgyakat filmezünk, mert ekkor a túlzottan nagy bázistávolság lerontja a térhatást. Laboratóriumban történô felvétel esetén azt az eljárást is alkalmazhatjuk, hogy nem a kamera eltolásával vesszük fel a sztereopár második képét, hanem úgy, hogy a tárgyat egy forgatható talapzaton bizonyos szöggel elforgatjuk.

        A kamerát oldalra csúsztatásakor nem kell feltétlenül a függôleges tengelye körül úgy forgatni, hogy optikai tengelye a tárgy ugyanazon pontjára mutasson. Az sem baj, ha a bal kép tartalmaz a bal oldalán olyan részleteket, amelyeket a jobb kép nem, és fordítva. Mindezen eltéréseket, ha azok nem túlzottan nagyok, agyunk megfelelôen fel tudja dolgozni, s kialakul bennünk a térhatású képélmény. Nagyon ügyelni kell viszont arra, hogy felvétel közben a kamera ne billenjen a vízszintes tengelye körül, mert az viszont nagyon zavaró, ha pl. a bal kép tetején többet látni, mint a jobbén, az alján pedig kevesebbet. Ez teljesen lerombolja a sztereohatást, és csak képkivágással hozható rendbe. Ugyancsak nagyon vigyázni kell egy adott sztereo-videopolarimetriai felvétel alatt arra, hogy ne legyen mozgás a képen, pl. ne fújjon a szél, ne süssön ki a Nap, tehát ne forduljanak elô idôbeli fényerôsség változások. A sztereo-videopolarimetriás felvétel két képét természetesen a kamera ugyanazon paraméterei (fókusz, apertúra, erôsítés, rekesz sebesség) mellett kell felvenni, kerülve az automatikus beállításokat. Akárcsak a videopolarimetriánál, itt is három különbözô polárszûrô állásnál (pl. 0^o, 45^o, 90^o) készítünk egy-egy felvételt külön a jobb ill. a bal szem számára.

        A sztereoképek szemlélésének a legegyszerûbb módját célszerû választani, melyben két egymás mellett levô képet nézünk úgy, hogy a bal szemünk csak a bal képet, a jobb pedig csak a jobb képet lássa. Ezt kétféleképpen tehetjük meg (5. ábra): (i) Az átellenes kép kitakarásával pl. oly módon, hogy az orrunk elé egy függôleges papírlapot vagy a tenyerünket tartva úgy helyezzük el azt, hogy a bal szemünk ne lássa a jobb képet és fordítva. E módszer némi gyakorlást igényel. (ii) Prizmapárt tartalmazó szemüveg vagy sztereo-nézôléc segítségével. E módszer sokkal kényelmesebb és egyszerûbb, mint az elôzô, s rendszerint mindenkinek sikerül. A szemünk elé tartott prizmapár az 5. ábrán látható módon megtöri a fénysugarak útját, minek következtében összehúzza a képeket. Megfelelô távolságból nézve, a prizmapár mindkét képet középre rakja, és agyunkban a két kép egyetlen háromdimenziós alakzattá olvad össze. E módszer hátránya, hogy szükség van hozzá a prizmapárra.
 

 

        A polarizációs tulajdonságok megjelenítésekor fölmerül a kérdés, hogy milyen mennyiségeket tudunk háromdimenziósan ábrázolni. A gond ugyanis az, hogy ha mindkét képre kiszámoljuk a polarizációfokot és a polarizációs irányt, akkor a jobb és bal mintázatok helyenként különbözni fognak. Nem biztos tehát, hogy a bal és a jobb kép polarizációfokát szürkeskálán egymás mellé helyezve sztereohatást fogunk tapasztalni. Ugyanez mondható el a polarizációs irányról is, de ott a helyzet még rosszabb, mert pl. négyszínû iránypalettát használva a hamisszínes irányábrázolásnál éles színátmenetek lehetnek a mintázatban, és esetenként mindkét mintázatban máshol. Ha elegendôen poláros a vizsgált objektum, akkor már a polarizációfok és a polarizációs irány hamisszínes mintázatainak sztereopárjai esetén is kialakul a térélmény, habár nem annyira jól, mint a normális színes képeken. Ha viszont nem kellôen poláros a tárgy, akkor nem alakul ki a polarizációs mintázatokból a sztereokép.

        Ennek kiküszöbölése végett a következô tehetô (6. ábra): Nemcsak a polarizációfok ill. polarizációs irány mintázatának a sztereopárját ábrázoljuk, hanem ezeket az egyik színtartományban (R, G vagy B) mért szürkeskálás fényintenzitás eloszlásra szuperponáljuk rá. Ily módon, ha a két kép erôsen különbözik is polarizációs tulajdonságaiban, az nem lesz olyan nagy baj, mert a háttérben ott van a fényintenzitás, amely mintegy csontvázát adja a képnek. A polarizációfokot tehát úgy érdemes ábrázolni, hogy a fényintenzitás szürketónusú képét a polarizációfokkal arányos mennyiségû színnel árnyaljuk. Az persze szabadon választható, hogy a szürke tónus a színeshez képest mennyire legyen intenzív (fehér). A polarizációs irány is rászuperponálható a fényintenzitásra.
 
 

 

        A megjelenítésnél nagy gondot okoznak a mérési hibák. A fényintenzitásra szuperponáláskor nagyon zavaró, hogy az alacsony intenzitású helyeken erôsen szemcsés a kép. Ez annak tudható be, hogy itt a hibák miatt sûrûn váltakoznak a kisebb és nagyobb polarizációfokú pontok. A kis intenzitású és nagy polarizációfokú pont nagyon erôsen színes, a kis polarizációfokú pedig sötét. Ezért célszerû a kis intenzitású pontokat nem is ábrázolni, akkor nem lesz olyan foltos a kép. Azt az intenzitásküszöböt, amely alatt mindent feketével ábrázolunk, "levágási küszöbnek" nevezzük. Ezért van a polarizációfokos paletták bal oldalán egy fekete sáv, valamint ezért fekete az iránypaletták közepe is (6. ábra).
 

        A Cataglyphis nemzetséghez tartozó sivatagi hangyák szemének az égboltot kémlelô része az ultraibolya tartományban érzékeny a fénypolarizációra. E hangyák szemük ezen tulajdonságát térbeli tájékozódásra használják az égboltfény polarizációs mintázatát (7. ábra) kiaknázva, mikor a Napot felhôk miatt nem láthatják. A vikingekhez hasonlóan e hangyák is az ég polarizáció-eloszlásának tükörszimmetriája segítségével képesek meghatározni az orientációjukhoz szükséges viszonyítási irányt, a szoláris meridián irányát. A vikingeknek azért volt szükségük égi viszonyítási jelekre, mert a nyílt tengeren nem volt más, aminek alapján tájékozódhattak volna. A sivatagi hangyák a homokos területeken élnek föld alatti fészkeikben, és a felszínen a nagy hôség miatt elhullott apró rovarokra vadásznak. A fészek nyílásának elhagyása után véletlenszerû bolyongással kutatnak e tetemek után. Mihelyt találnak valamit, nyílegyenesen rohannak vissza a fészekhez. Hogy ezt megtehessék, bolyongásuk során folytonosan összegezniük kell az elmozdulásuk vektorait, azaz minden pillanatban tudniuk kell, hogy éppen mekkora a helyvektoruk a fészek nyílásától mérve. Hogy ezt tényleg tudják, azt bizonyítja a zsákmány megtalálását követô, elôbb említett viselkedésük. Ehhez a térbeli, kétdimenziós integráláshoz van szükségük egy viszonyítási irányra, amely nem más mint a Nap ill. annak hiányában a szoláris meridiánnak az égbolt polarizációjából kikövetkeztetett iránya.
 
 

 

        A méhekben a sivatagi hangyákhoz hasonlóan az UV-receptorok leglényegesebb populációja az összetett szem egy háti sávjában koncentrálódik, amely az összes fotoreceptornak csak néhány százalékát képviseli. Ezek az UV-receptorok az ultraibolya polarizációra érzékenyek, és a térbeli tájékozódásban használatosak. A méhek a sivatagi hangyákhoz hasonlóan természetesen nem végeznek semmiféle bonyolult égi trigonometrikus számításokat, és nem rendelkeznek az égbolt részletes térképével sem, hanem csak az égbolt egyszerûsített E-vektor eloszlását ismerik, amely az UV-receptorok irányulásán alapul. Minden UV-receptor maximálisan érzékeny egy adott E-vektorra. A receptorok preferált E-vektor iránya folyamatosan változik a szem háti, fejtetôi részének elejétôl a végéig. A rovar úgy használja belsô E-vektor térképét, hogy egy függôleges tengely mentén addig fordul - ez általában a talajon történik -, amíg a legjobban fedésbe nem kerül az ég aktuális polarizációs mintázatával (7. ábra). Ekkor a fotoreceptorok maximális elektromos jelet generálnak, ami arról tudatja a rovart, hogy éppen szemben vagy háttal áll a Napnak. A rovar E-vektor térképe állandó, és csakis az égbolton naplementekor ill. napfelkeltekor fellépô E-vektor eloszlásnak felel meg.

        A méhek a fészkükbe visszatérve speciális tánccal közlik társaikkal az újonnan felfedezett nektárforrásoknak a fészektôl mért távolságát és a Nap azimutjától mért irányát. Ha a Napot nem látják, akkor az égbolt polarizációs mintázata (7. ábra) alapján határozzák meg annak irányát. Sok más rovar is, mint pl. a hártyásszárnyúak, tücskök és lepkék szemük fejtetôi régióján a polarizáció-érzékeny receptorok hasonló elrendezésével rendelkeznek, s van néhány bizonyíték arra is, hogy ez az UV-érzékeny rendszer a fentiekhez hasonlóan mûködik. A videopolarimetria segítségével nagy részletességgel kimérhetô akár az egész égbolt polarizációjának az eloszlása is (7. ábra) a méhek, sivatagi hangyák, tücskök, stb. természetes élôhelyein az idôjárás függvényében. Ilyen vizsgálatokkal felderíthetô e rovarok viselkedésének és az égboltpolarizációnak a kapcsolata.
 

Valóban zöld-e a fû és piros-e a pipacs? E kérdések furcsán hangzanak, hiszen életünk legtermészetesebb jelenségei a színek. Egy virágos réten már messzirõl megismerjük a különbözõ színû és formájú virágokat. Vajon mit látnánk akkor, ha a növények folyamatosan változtatnák színeiket? Hogyan talalnánk meg kedvenc virágainkat?

        A vízirovarok könnyen megtéveszthetôk és csapdába ejthetôk mesterséges tükrözô felületekkel, ami mutatja, hogy a vízfelszínrôl visszavert fény fontos szerepet tölt be életterük felkutatásában.. A polarizáció-érzékelés a tájékozódáson túl más célokra is alkalmas még, így pl. vízdetektálásra. 1991-ben Rudolf Schwind fedezte fel a Regensburgi Egyetem Állattani Intézetében, hogy a vízirovarok és a nedves anyagokban élô rovarok látórendszere is érzékeny a fénypolarizációra, és hogy e rovarok a vízfelületrôl tükrözôdô fény horizontális polarizációja alapján találják meg vízi életterüket. Ha vizet keresve egy vízirovar repülés közben horizontálisan poláros fényt észlel az optikai környezete bármely tartományából, akkor egyenesen arra veszi útját, majd vizet remélve fejest ugrik, ill. landol a fényforráson. Számítása az esetek többségében be is válik, mivel a természetben szinte kizárólag csak a vízfelületekre jellemzô az erôsen horizontálisan poláros visszavert fény (11. ábra).
 

        Mindenki által jól ismert jelenség a forró napokon az aszfaltutak felett kialakuló légtükrözés, népies nevén délibáb. Délibáb persze nemcsak az antropogén eredetû közutakon keletkezhet, hanem minden olyan természetes, sík területen, amely kellôen nagy kiterjedésû, megfelelôen lapos, és napsütésben jelentôsen felforrósodik. Eltekintve pl. a nagyobb, sík, felhevült, ferde dôlésû sziklafelületeken fellépô légtükrözésektôl, a fényesen csillogó délibáb általában vízszintes felszínek fölött jelenik meg, így az emberi látórendszer számára távoli vízfelületet utánoz. A forró levegô turbulens áramlásai miatti kaotikus törésmutatóingadozás a délibábkép jellegzetes vibrációját eredményezi, ami tovább fokozza a vízfelszínnel való hasonlóságot, hullámzás képzetét keltve. Csak a délibáb felé haladtunkban vesszük észre, hogy valójában nem is vízfelületrôl van szó, hanem egy optikai csalódás áldozatai vagyunk. Mindez persze általában nem kerül az ember életébe, nem számítva a ponyvaregények sivatagban bolyongó, vizet keresô hôseit. Más a helyzet azonban a vízirovarokkal. Számukra létfontosságú feladat megkülönböztetni a valódi vízfelszíneket azok optikai utánzatától. Polarizáció-érzékeny szemükkel a vízirovarok különbséget tudnak tenni a délibábtükrözések és a valódi vízfelszínek között.

        Videopolarimetriás mérésekkel ugyanis kimutatható, hogy szignifikáns különbség van egy víznek tûnô délibáb és egy valódi vízfelszín polarizációs mintázata között (12. ábra). A víz felületérôl mindig többé-kevésbé horizontálisan poláros fény verôdik vissza, melynek polarizációfoka a megfigyelési szögtôl és a vízfelület egyenetlenségeitôl függ. Ha egy nagyobb távolságban lévô sima víztükörrôl érkezik a fénysugár a megfigyelôhöz, akkor annak viszonylag alacsony a polarizációfoka a közel vízszintes megfigyelési irány miatt. Ha azonban a vízfelszín hullámos, akkor a visszavert fény E-vektorai olyan koncentrikus körök mentén helyezkednek el, amelyek középpontja a Nap, és a polarizációfok drasztikusan változhat helyrôl-helyre, hullámról-hullámra. Így a vízfelszín és az égbolt határán általában kontraszt lép fel a víz és az ég között mind a fényintenzitásban, mind pedig a polarizáció fokában és irányában. Ennek oka a vízfelszínrôl visszaverôdô égboltfény tükrözôdési polarizációja.
 

 

        Másrészt viszont nincs semmiféle kontraszt sem a fényintenzitásban, sem pedig a polarizációs mintázatban az égbolt és délibábképe között. A délibáb ugyanis nem valódi fénytükrözôdés következtében jön létre, hanem a fény fokozatos törésének köszönhetôen (12. ábra). Ez a megfigyelôben pontosan olyan vizuális érzetet kelt, mint a fényvisszaverôdés. Ilyen folytonos törést szenvedô fénysugár esetén nem változik a polarizáció, tehát pl. polarizálatlan beesô fény polarizálatlan marad. Amikor poláros fény tükrözôdik a délibábbal, annak sem a polarizációfoka, sem pedig a polarizációs iránya nem változik. Mivel tehát a vízirovarok a vizet polarotaxissal detektálják, ezért a látórendszerüket nem tévesztheti meg a vízhez hasonlóan csillogó fényes délibáb. Az alsó légtükrözés csak olyan állatok számára tûnik víznek, amelyek látórendszere a fény intenzitására és színére érzékeny, de vak a fénypolarizációra. Egy kivételt jelenthet az a ritka eset, amikor az égboltról eredô, vízszintesen poláros fény tükrözôdik a délibáb által. Ez vagy akkor fordul elô, amikor a nap éppen a zeniten van, vagy pedig mikor a szoláris ill. antiszoláris meridián irányából érkezik az égboltfény és annak délibábképe a megfigyelôhöz.
 

        A nedves, bomló anyagokban, pl. trágyában vagy növényi korhadékban élô rovarok a vízirovarokhoz hasonlóan a visszavert polarizált fény alapján detektálják az élôhelyüket. Ilyen rovarok pl. a Sphaeridiinae alcsaládba tartozó Megasternum boletophagum és a Cryptopleurum minutumn fajok. Videopolarimetriai mérésekkel megmutatható, hogy pl. a trágya által visszavert fény mindaddig erôsen poláros, amíg a trágya friss, azaz nagy a nedvességtartalma (13. ábra). Amint fokozatosan kiszárad, egyre csökken a polarizációfoka. A rovarlárvák csak nedves közegben képesek fejlôdni, ezért a rovarok kizárólag csak friss trágyába petéznek. Fontos ökológiai probléma tehát, hogy a rovarok miként képesek érzékelni és megtalálni a friss trágyát. A rovarok vonzódásának oka lehet optikai (fényesség, szín, polarizáció) vagy szagláson alapuló. Az utóbbi mechanizmus kis távolságok esetén mûködôképes. Nagyobb távolságból a szag nem elég intenzív, így ekkor az optikai jellemzôk játszanak fontos szerepet. A nedvességet a polarizáció alapján ugyanolyan megbízhatóan lehet akár messzirôl is detektálni, mint a sima vízfelületeket.
 

 

        Sok botanikust és entomológust régóta foglalkoztató kérdés, hogy a rovarevô növények miként csalogatják magukhoz áldozataikat, s hogyan ejtik azokat csapdába. Eddig a szakirodalomban két fô magyarázat fordult elô, amelyek szerint e növények egyrészt az általuk termelt nektárszerû anyagok illatával, másrészt pedig jellegzetes színeikkel/színmintázataikkal csábítják a rovarokat. Számos húsevô növény esetében azonban nem bizonyultak helytállónak ill. teljes mértékben kielégítônek e hipotézisek az odavonzott nagyszámú rovar megmagyarázására.
 

 

        Egy új hipotézis szerint a rovarevô növények felületérôl visszaverôdô fény olykor jelentôs polarizációja is szerepet játszhat e folyamatban, hiszen a rovarok többsége igen fejlett fénypolarizáció-érzékeléssel bír. Videopolarimetriás mérésekkel megmutatható, hogy a spektrum látható és ultraibolya tartományaiban egyes húsevô növények éppen azon részeiken erôsen polárosak (s így az arra érzékeny szemû rovarok számára csábítóak), ahova a rovaroknak landolniuk kell ahhoz, hogy hatékonyan csapdába essenek (14. ábra). Ily módon a rovarevô növények tükrözôdési polarizációja is hozzájárulhat a polarizáció-érzékeny szemû rovarok odacsalogatásához. E rovarok számára az erôsen poláros növényi felületrészek a nedvesség vagy a nektár jelzôiként szolgálnak. Ez a polarizáció olykor valódi nektárt jelent, máskor viszont csalóka látványt kelt, mert pl. a sima viaszréteggel bevont felületek (amelyeknek éppen az a szerepe, hogy rajtuk megcsússzanak a leszálló rovarok, s csapdába essenek) is erôsen polárosak, de nem nedvesek, s nektárt sem tartalmaznak.
 

        Az 1990/91-es öböl-háború a kôolajért folyt. A háború vége felé Kuvaitból visszavonuló iraki hadsereg több mint 900 olajkutat robbantott fel. Az így fellángolt olajtüzek eloltása csak nemzetközi összefogással sikerült több hónap alatt. E folyamat során több millió hordónyi nyersolaj ömlött a sivatag homokjába, ill. folyt az Arab-öbölbe. Az azóta eltelt évek alatt sem tûnt el a többszáz, háborúból visszamaradt kisebb-nagyobb kôolajtó és kátránytócsa, ezeket az olajtavakat még mindig nem tudta felinni, eltemetni a sivatag homokja. Az olajfelszín, melyet korábban homokkal fújt be a sivatagi szél,.az évszakok váltakozását követôen ciklikusan meg-megújul. Az újonnan felmelegedô, felbuggyanó kôolaj felszínének egy kevéssé ismert biológiai hatása, hogy számos állatot téveszt meg, vonz magához, és ejt csapdába.

        Ezen állatok túlnyomórészt vízirovarok (pl. vízibogarak, vízipoloskák) és vízimadarak. A megfigyelések szerint szitakötôk képezik az olajba ragadt rovarok legnagyobb részét, de más ízeltlábúak pl. lepkék, futóbogarak és pókok kitinpáncéljai is megfigyelhetôk az olajos homokban ill. az olajfelszínen. Gyíkok és kígyók, madarak, kisemlôsök (pl. egerek), továbbá elkószált háziállatok maradványai is fellelhetôk az olajcsapdákban. Egyes olajtavakat a partvonallal párhuzamosan futó koncentrikus gyûrûk övezik, amelyeket rovartetemek tömkelege alkot. E jelenség arra vezethetô vissza, hogy az évek során a nyílt olajfelszín fokozatosan csökken a párolgás és a homokba való elszivárgás miatt, így a partvonal lassan, de állandóan visszahúzódik, beszûkül. Az évszakosan rajzó rovarok a parton ill. annak közelében érnek földet és ragadnak az olajba, vagy a szél sodorja ôket az olajos partra, így tetemeik térbeli eloszlása rögzíti a pillanatnyi partvonal alakját a következô év újabb rovarinváziójáig.

        A szitakötôk annyira vonzónak találják az olajfelszínt, hogy a párok kopuláló gyûrûbe kapcsolódva lejtik násztáncukat az olaj fölött röpködve, és a nôstények az olajba próbálják meg lerakni petéiket. Esôzések után az olajtavak egy részét víz önti el. Az egyidejûleg létezô víz- és olajfelszín egy érdekes megfigyelést tesz lehetôvé: a párosodó szitakötôk meglepô módon nem a vízfelszín fölött repkednek gyakrabban, hanem inkább az olajfelületre próbálják lerakni petéiket, ami sejteti, hogy az olajfelszín számukra csábítóbb a víznél. A kuvaiti kôolajtavak gyakran egészen sekélyek, olykor pocsolyaszerûek, mélységük helyenként csak néhány centiméter vagy milliméter. Egy szitakötô számára persze már ez is végzetes; ha csak szárnyával érinti az olajat, azonnal röpképtelenné válik, lezuhan és végleg a kátrányba ragad. Hasonló igaz az összes többi ízeltlábúra is.

        Az évszakok váltakozását követôen a kuvaiti kôolajtavak felszíne évrôl évre ciklikusan megújul. Az olaj a tél beálltával a csökkenô hômérséklet hatására sûrûnfolyóssá válik, felületét a szélviharok homokkal szennyezik be, a szelek redôkbe gyûrik, az esôk pedig részben vagy egészen vízzel öntik el. Mindennek eredményeként jelentôsen csökken az olajfelszínrôl visszavert fény erôssége valamint polarizációja és így az állatokra kifejtett vizuális megtévesztô és "mechanikus" csapdázóképessége. Nyáron aztán a felmelegedô olajtó új életre kel: az esôvíz elpárolog, a mélybôl konvekciós áramlásokkal friss kôolaj buggyan fel, a homokszennyezôdés és a sûrûbb kátránykéreg elsüllyed ill. feloldódik a hígfolyóssá váló kôolajban. Az így megtisztuló, kisimuló nyílt olajfelület jelentôsen megnövekedett fényvisszaverése és tükrözôdési polarizációja ismét nagyszámú állatot csábít magához, amelyek a nagy szárazságban és hôségben vizet keresnek.
 

        Még az országunk fôvárosában lakók közül is kevesen tudják, hogy Budapest XVIII. kerületében, Pestszentlôrinc-Pestszentimrén létezik egy pakurató, amely egy hajdani TÜZÉP telep maradványa. 1952-ben hozták létre azzal a céllal, hogy számos úszómedencényi, több méter mély betonteknôben ideiglenesen tárolják a kôolajfinomítási folyamatból visszamaradt pakurát. A medencékbe vasúti tárolókocsikkal hordták a pakurát, és fûtési céllal szállították el onnan idônként. Lényegében egy nyílt felszínû pakuratárolóról van szó, amelyet a balesetek megelôzése érdekében szigorúan ôriznek; a területére való belépés engedélyhez kötött.

        E pakurató a kuvaiti kôolajtavakhoz hasonlóan nagyszámú állatot, fôleg rovarokat és madarakat csábít magához, amelyek az évek során az évszakok váltakozását követô ütemben belépusztulnak. E pakurató a világon egyedülálló módon egy nagyvárosban található. Ez kiváló lehetôséget biztosít a következô izgalmas tudományos kérdések kényelmes tanulmányozására: Miért vonzódnak annyira a rovarok és madarak a pakuratóhoz, és hogyan viselkednek ott? Miként változik a pakurató által megtévesztett és elpusztított állatok mennyisége és fajok szerinti összetétele az évszakok váltakozásának megfelelôen? Hogyan mumifikálódnak a pakurató által csapdába ejtett állatok? Melyek a pakurató azon optikai sajátságai és hogyan változnak az idô függvényében, amelyek szerepet játszanak az állatok vizuális megtévesztésében és vonzásában?

        Látogatásaink alkalmával mindig tapasztaljuk, hogy rengeteg, köztük számos tipikusan vízi élôhelyekhez kötôdô madár pusztul a pakuratóba (15. ábra), aminek felszínén korábban ill. újonnan csapdába esett madarak tetemei láthatók. A biztonsági ôrök elbeszéléseibôl is kiderült, hogy kora tavasztól késô ôszig, fôleg aszályos idôszakokban valamint a madárvonulások idején folyamatosan és nagy tömegben pusztulnak madarak a pakuratóba. E madarak zömét minden bizonnyal a vizet utánzó csillogóan fekete pakurafelszín optikai jele téveszti meg. Hogy pontosan miért és hogyan, az a jelenleg folyó, a vízimadarak látásának, viselkedésének és vízdetektálási mechanizmusának a vizsgálatát megcélzó kutatásaink tárgya.
 

 

        A pakurató monitorozása során napsütéses melegebb napokon megfigyeltük, hogy a szitakötôk násztáncot járnak a pakurafelszín fölött, és a pakurába rakják le petéiket. Eközben sajnos menthetetlenül beleragdnak a pakurába és elpusztulnak. A pakuratavon megfigyelt viselkedésük teljesen megegyezik a vízfelszíneknél tapasztalttal. Ez mutatja, hogy a szitakötôk tényleg a vízzel tévesztik össze a pakurát. A pakurató partján mindenféle rovarok, túlnyomó részt tipikus vízirovarok tetemeinek a tömkelegét fedeztük fel. Olyan nagy mennyiségben borítják a partot pl. az óriáscsíborok és csíkbogarak fekete kitinpácéljai, hogy kezdetben nagyszemû kavicsok halmazának hittük azokat. A madarakkal ellentétben a vízirovarok esetében már tudjuk, miért vonzódnak oly nagy tömegben a pakurához. Mint korábban már láttuk, a vízirovarok nem fototaxissal keresik a vízfelületeket, hanem a tükrözôdô fény horizontális polarizációja vezeti ôket oda, tehát polarotaxissal találják meg a számukra életfontosságú vizeket. Fénypolarizáció-érzékeny látórendszerük számára annál vonzóbb egy vízszintes felület, minél polárosabb a róla visszavert fény. Márpedig, amint videopolarimetriás mérésekkel kimutattuk, a pakurató felszínérôl visszavert fény (15. ábra) akár a vízfelületénél (11. ábra) is sokkal polárosabb lehet. Így a pakurató még a természetes vizeknél is vonzóbb a vizet keresô rovarok számára.

        A kuvaiti kôolajtavaknál és a budapesti pakuratavon szerzett tapasztalataink megerôsítik azt a feltételezésünket, hogy a rovarok és madarak általában mindig ugyanúgy reagálnak a felszíni szénhidrogén-elôfordulásokra, és azok közvetlen közelében mindig hasonlóan viselkednek. Az állatok e viselkedésének kutatása fontos mind környezetvédelmileg, mind pedig látási mechanizmusuknak a megismerése szempontjából.

        Az ilyen nyílt felszínû kátrány, aszfalt, kôolaj vagy pakura tárolók kezelésének távlatilag a legjobb megoldás a teljes felszámolás, de e hosszadalmas és igen költséges munka közben is megvédhetôk lennének az állatok, fôleg rovarok (például a szigorúan védett szitakötôk és lepkék), ha az erôsen és vízszintesen polarizáló olajfelszín tükrözôdési sajátságait megváltoztatnánk. Ez megvalósítható pl. a kereskedelemben kapható polisztirol gömböcskék sokaságával. Az olajra szórva ezek a felszínen maradnak, és polarizálatlan fényt vernek vissza, ami már nem vonzza a rovarokat, de lecsökkenti a felszíni csillogást is, ami viszont a madarak odacsábulását akadályozza meg.

        A kuvaiti kôolajtavak és a budapesti pakurató aktuálpaleontológiai jelentôséggel is bírnak, mivel kiváló modelljéül szolgálnak az ôsi aszfaltmocsarakban és természetes kátrányszivárgásokban elpusztult állatok csapdábaesési mechanizmusának a tanulmányozására. Egyes ôsi aszfaltmocsarak a recens kôolaj- és pakuratavakhoz hasonlóan nagyszámú állatot ejtettek csapdába, s az így keletkezett kövületek fontos szerepet játszanak az ôslénytanban. A két leghíresebb ilyen, jégkorszaki (pleisztocén) eredetû lelôhely közül az egyik a Los Angelesben található Rancho La Brea, ahonnan többszáz ôsi, mára zömében kihalt állatfaj maradványát ásták ki, amelyek 95 %-át rovarok képezik. A másik, szintén jégkorszaki eredetû kátránytóhoz kötôdô fosszílialelôhely a nyugat ukrajnai Starunia faluban van, ahol a rovarmaradványok legnagyobb hányada bogár, közülük is a vízibogarak dominálnak, különösen a Helophorus nemzetség.
 

        Az ôsi ill. recens kôolaj-, pakura- és kátránytavak valamint aszfaltmocsarak rovarcsapdázó képessége speciális vizuális ökológiai hatásukkal magyarázható: a vizet keresô vízirovarok a fekete felszínrôl tükrözôdô fény vizet utánzó polarizációs mintázatától megtévesztve vonzódnak e fekete tavakhoz. A kuvaiti és budapesti esettanulmányok alapján egyértelmû, hogy a vízirovarok számára a kôolajfelszín vizuálisan vonzóbb, mint a vízfelület. Ezt elméleti megfontolások (16. ábra) és videopolarimetriás mérések (17., 21. ábra) is alátámasztják. E vizsgálatok szerint a kôolaj felülete a látószögtôl függôen sokkal polárosabb lehet a vízfelszínnél. Kvalitatíve egy kôolajtó több, polárosabb és vízszintesebb rezgéssíkú fényt ver vissza, mint egy vízfelület.
 

 

 

        Az entomológusok által már régóta ismert jelenség az egyre inkább pusztulóban lévô kérészeknek az aszfaltutakon mutatott azon furcsa viselkedése, hogy a rajzó kérészeket az aszfaltutak gyakran vizuálisan megtévesztik és magukhoz vonzzák. A nôstények nagy számban az aszfalton landolnak, és oda helyezik petéiket (18. ábra), ahelyett hogy az út mellett futó patakba (19. ábra) raknák azokat. Videopolarimetriás mérések során kiderült, hogy az aszfaltutak (18. ábra) a vízfelszínhez hasonlóan vízszintesen poláros fényt vernek vissza, aminek a polarizációfoka sokszor nagyobb a vízrôl tükrözôdô fényénél (19. ábra). E jelenségnek ugyanaz a fizikai oka, mint a fekete kôolajfelületek víznél erôsebb polarizációjának. Ez a polárosabb fény csapja be a kérészek polarizáció-érzékeny látórendszerét, és a patak helyett inkább az aszfaltot választják petézésre. A kérészek ezzel nem saját magukat pusztítják el - hiszen vízbôl való kijövetelüket követôen, a rövid rajzási idô után úgyis elpusztulnak -, hanem az utódaik nem tudnak kifejlôdni, ami talán még veszélyesebb, hiszen egy nôstény 6-8 ezer petét is lerak. Mindez a kérészek helyi tömeges pusztulásához vezethet.
 

 

 

A videopolarimetria alkalmazásával az a megfigyelés is magyarázatot nyert, hogy miért vonzódnak gyakran hatalmas tömegben a vízirovarok a mezôgazdaságban használatos fekete mûanyagfóliákhoz (20. ábra), üvegházakhoz vagy akár az autók karosszériájához (6. ábra). E jelenségnek eddig még a környezetvédelmi szakemberek is csak kevés figyelmet szenteltek. Videopolarimetriával kimutatható, hogy ezek a fényesen csillogó felületek a róluk visszaverôdô fény erôs és horizontális polarizációja (6., 20. ábra) miatt tévesztik meg a vizet keresô, fénypolarizáció-érzékeny látórendszerrel rendelkezô állatokat, amelyek számára poláros vízfelszínnek tûnnek. Videopolarimetriás módszerrel meghatározhatók a legkülönfélébb, természetes és antropogén eredetû felületek tükrözôdési-polarizációs mintázatai és így becsülhetô azoknak a vizet keresô rovarok viselkedésére kifejtett negatív hatása.
 

 

        (I) A laboratóriumi gyakorlat elsô felében a hallgatók megismerkednek (i) a fénypolarizáció fizikai-optikai alapjaival, (ii) a természetben elôforduló fénypolarizációs mintázatok fôbb formáival, (iii) az állatok fénypolarizáció-érzékelésének receptor-fiziológiai okaival, (iv) a polarizáció-látás biológiai funkcióival, (v) a fénypolarizáció térbeli eloszlásának mérésére szolgáló nagylátószögû videopolarimetria/sztereo-videopolarimetria módszerével, végül (vi) a videopolarimetria konkrét biológiai, vizuális-ökológiai alkalmazásaival.

        (II) Az elméleti foglalkozás után a hallgatók a laborvezetô irányításával néhány videopolarimetriás felvételt készítenek, számítógép segítségével kiértékelik azokat, majd elemzik az eredményeket. Konkrét feladat lesz egy növény tükrözôdési-polarizációs mintázatainak a meghatározása (lásd 9., 10., 14. ábra). Második feladatként Petri-csészékbe öntött kôolaj és víz tükrözôdési-polarizációs sajátságainak a kimérésével demonstrálásra kerül az állatokat megtévesztô kôolajtavak és a természetes vizek polarizációs tulajdonságai közti jelentôs különbség (21. ábra).
 

 

        (III) Aki vállalkozik rá, annak, mint modellnek elkészítjük a sztereo-videopolarimetriás portréját is, azt kihasználva, hogy a sima, enyhén nedves arcbõrrõl visszavert fény is erõsen poláros (22. ábra). Végezetül egy felülrõl lámpával megvilágított, zavaros vízzel teli akvárium polarizációs mintázatainak meghatározása a feladat (23. ábra). A videopolarimetriás mérések eredményei archiválásra kerülnek, a polarizációs adatok és mintázatok hajlékony lemezen elvihetõk, hogy szükség esetén dokumentációs célból késõbb kinyomtathatók legyenek.
 

 

        (IV) Az érdeklôdôk számára a szemeszter végén egy tanulmányi kirándulást szervezünk a felszámolás alatt álló budapesti pakuratóhoz, ahova lineáris polárszûrôket is magunkkal viszünk, hogy a résztvevôk a saját szemükkel is láthassák, mennyire poláros a pakurafelszín. A kirándulás során a természetben elôforduló poláros fény egyéb jellemzô példáit is megfigyeljük (pl. égbolt és felhôk; vízfelszínek; növényzet; antropogén eredetû objektumok: aszfaltutak, autókarosszériák, fóliasátrak, üvegházak, kirakat üuvegek, stb.).