English
„Mehr Licht!” miał rzekomo zawołać Goethe ostatniego dnia swojego życia, niemal dokładnie 191 lat temu (22 marca 1832 r.). Prawdziwość tych słów jest poddawana w wątpliwość, a powiedzenie ma raczej walor anegdotyczny. Wyraża jednak ludzką potrzebę dążenia do iluminacji, szczególnie palącą dwa wieki temu, kiedy dostęp do sztucznego światła był ograniczony do świec, kaganków czy lamp naftowych. Do czasu wynalezienia oświetlenia elektrycznego życie ludzkie (i życie na Ziemi w ogóle) było w dużej mierze regulowane naturalnym rytmem światło-ciemność.
Wprowadzenie sztucznego oświetlenia w nocy (ang. artifical light at night, ALAN) jest jedną z najbardziej drastycznych zmian antropogenicznych na Ziemi. Porównuje się je z zanieczyszczeniami toksycznymi, zmianą użytkowania gruntów i zmianami klimatycznymi wynikającymi ze wzrostu stężenia gazów cieplarnianych. Z uwagi na szkodliwy wpływ na ekosystemy, ALAN uznawany jest za zanieczyszczenie – „zanieczyszczenie światłem”. Wraz z ekspansją populacji ludzkiej i rozwojem urbanizacji rośnie poziom elektryfikacji, a więc natężenie sztucznego światła. Naukowcy szacują, że sztuczne oświetlenie nocne zwiększa się na całym świecie w tempie około 3 – 6% rocznie i chociaż wzrost ten zwolnił w ciągu ostatnich kilku lat (światła są już zainstalowane w dużej części globu), Ziemia wciąż staje się coraz jaśniejsza. Jak podają Falchi i współautorzy[1], zanieczyszczenie światłem dotyka obecnie prawie jednej czwartej niepolarnych lądów, w tym prawie połowy powierzchni Stanów Zjednoczonych i 88% Europy.
Zaburzenia naturalnych cykli świetlnych
Wprowadzenie sztucznego światła wiąże się przede wszystkim z zakłóceniem naturalnych cykli świetlnych, które wynikają z ruchu Ziemi wobec Słońca i Księżyca, a także z czynników meteorologicznych. Najbardziej oczywistą zmianą, jaką wprowadza sztuczne światło, jest zanik całkowitej ciemności nocą, czyli zakłócenie cyklu dobowego. Jest on prawdopodobnie najsilniejszym środowiskowym sygnałem behawioralnym na Ziemi. Prawie wszystkie zwierzęta można sklasyfikować jako nocne lub dzienne. Jeśli zwierzę nocne jest aktywne tylko w ekstremalnych ciemnościach, na oświetlonych obszarach nie będzie w stanie przetrwać lub będzie musiało zmienić wzorzec zachowania. Zmiana długości dnia lub fotoperiodu jest kluczowym sygnałem dla zachowań sezonowych (np. sezonu godowego) u zwierząt i roślin zasiedlających rejony pozatropikalne. Obecność światła w nocy może rozregulowywać mechanizmy fizjologiczne, zmieniając zachowanie, termoregulację i funkcjonowanie hormonalne zwierząt, a tym samym prowadzić do zakłóceń w reprodukcji, spoczynku i migracji.
Pierwsze badania na temat wpływu sztucznego światła na drzewa nocą prowadzone były już w latach 30. XX w przez Edwina Matzke z Uniwersytetu w Kolumbii[2]. Jednak na problem światła jako zanieczyszczenia zwrócili uwagę dopiero cztery dekady później astronomowie, wskazując między innymi na jego negatywny wpływ na prowadzenie obserwacji astronomicznych[3]. Od lat 70. w literaturze zaczęło pojawiać się coraz więcej doniesień na temat wpływu sztucznego światła na organizmy, ale dopiero w 2002 r. dwóch biogeografów z Los Angeles w Kalifornii — Catherine Rich i Travis Longcore – zwróciło powszechną uwagę na problem ALAN, organizując konferencję na temat ekologicznych konsekwencji nocnego oświetlenia. Pokłosiem ich pracy była pierwsza książka na temat wpływu intencjonalnego oświetlenia na środowisko Ecological Consequences of Artificial Night Lighting (Rich i Langcore, 2006). Od tego czasu obserwujemy rozwój tej ścieżki badań, do czego istotnie przyczynił się postęp w zakresie technik informacji obrazowej (głównie obserwacje satelitarne).
Ekologiczne konsekwencje ALAN
Wpływ, jaki sztuczne światło ma na organizmy, jest bardzo zmienny i waha się od korzystnego (np. zwiększona zdolność drapieżników do obserwowania zdobyczy) do skrajnie szkodliwego, a nawet letalnego. Przykładem tego ostatniego jest dezorientacja piskląt żółwi morskich, które przemieszczają się w kierunku miast, zamiast do wód oceanu, intepretując światło miejskie jako to odbite od powierzchni wody. Człowiek natomiast jest przykładem gatunku, dla którego sztuczne światło w nocy ma zarówno korzystne, jak i szkodliwe skutki. Wydłuża ono nieograniczenie czas potencjalnego funkcjonowania, jednak z drugiej strony zakłóca rytm dobowy, powodując szkodliwy dla zdrowia stres. Z zakłóconym cyklem okołodobowym wiązane są między innymi zaburzenia snu i nastroju, otyłość, cukrzyca czy niektóre rodzaje nowotworów.
Negatywny wpływ sztucznego światła na poszczególne organizmy oraz całe ekosystemy nazywany jest „ekologicznym zanieczyszczeniem światłem”. W sytuacji, kiedy stopień oddziaływania sztucznego światła na gatunki jest zróżnicowany, jego wprowadzenie może zmienić strukturę gatunkową na danym obszarze. Na przykład niektóre gatunki pająków unikają oświetlonych miejsc, podczas gdy inne chętnie budują sieci bezpośrednio na latarniach. Ponieważ lampy przyciągają wiele owadów latających, pająki, które tolerują światło, zyskują przewagę nad tymi, które go unikają, i w rezultacie mogą przejąć dominację na terenie sztucznie oświetlonym. Zmiany w częstości występowania przedstawicieli różnych gatunków mogą dawać efekt domina, ponieważ wpływają na interakcje między gatunkami w ekosystemie i na sieć troficzną. Na przykład zmiany behawioru owadów aktywnych nocą mogą zmienić wskaźniki przeżywalności roślin kwitnących po zmroku, co będzie miało z kolei wpływ na zwierzęta dzienne, którym te rośliny zapewniają pożywienie lub schronienie.
Jedną z ważniejszych konsekwencji ekologicznych zanieczyszczenia światłem są zmiany w interakcji drapieżnik-ofiara. Drapieżniki, wykorzystujące do polowania wzrok, uzyskują dodatkowy czas w ciągu doby na poszukiwanie pożywienia, zwiększając presję na swoje ofiary. Modyfikacji ulega dynamika interakcji gatunków zaangażowanych w ten proces, a możliwe że także kierunek ich ewolucji. Ekspozycja zwierząt migrujących na łunę światła na niebie, szczególnie w okolicach większych miast, może mieć poważny wpływ na ich wzorce migracyjne.
ALAN w ekosystemach wodnych
Większość badań nad wpływem sztucznego światła na organizmy skupia się na ekosystemach lądowych, natomiast ekosystemy wodne są pod tym względem dużo słabiej rozpoznane. Woda stanowi dodatkowy „filtr optyczny”, który zmienia długość fali (barwę), kierunek i polaryzację padającego światła. Dostępność światła i jego zakres widmowy maleją wraz ze wzrostem głębokości wody. W najpłytszych warstwach pochłaniane jest światło czerwone, w najgłębszych niebieskie. Światłoczułość organizmów wodnych jest zależna od głębokości siedliska. Stąd na przykład ryby bytujące bliżej powierzchni są wrażliwsze na światło czerwone, a ryby żyjące w głębinach na światło niebieskie. W warunkach niezmodyfikowanych światło, które rozprasza się nocą pod wodą, pochodzi od gwiazd, księżyca i organizmów bioluminescencyjnych. Zanieczyszczenie światłem zmienia intensywność, kolory i częstotliwości, które zwykle oddziałują na organizmy wodne.
Najbardziej znanym i być może najlepiej rozpoznanym przykładem wpływu ALAN na organizmy wodne są zaburzenia, jakie sztuczne światło wywołuje w migracji zooplanktonu. Ta grupa zwierząt w ciągu dnia żyje w głębszych, ciemnych wodach, unikając w ten sposób drapieżnictwa ze strony posługujących się wzrokiem ryb. Nocą natomiast migruje do płytszych wód, aby żerować na glonach. Ruch ten jest uważany za jedną z największych migracji biomasy na świecie. Badania przeprowadzone w podmiejskim jeziorze Waban w pobliżu Bostonu, w stanie Massachusetts, pod koniec lat 90. XX w. przez Marianne Moor i współautorów[4] wykazały, że poświata ograniczała wysokość, na jaką wznosi się zooplankton (konkretnie rozwielitka Daphnia retrocurva) nawet o 2 m, a zagęszczenie żerujących na glonach osobników zmniejszyło się o 10 – 20%. Prowadzi to do spadku intensywności żerowania zooplanktonu na glonach w warstwach przypowierzchniowych. Ta zmiana behawioralna może być motorem procesów zachodzących w jeziorach, takich jak pojawianie się zakwitów glonów i ich efektów wtórnych – wycofywania się roślinności podwodnej i spadku jakości wód.
Oprócz dobowych, pionowych migracji zwierząt planktonowych znane jest również zjawisko dryftu zwierząt zasiedlających rzeki, czyli przemieszczania się z prądem wody. Dryft nocny, wynikający ze wzmożonej aktywności zwierząt (głównie owadów) nocą, w miejscach narażonych na zanieczyszczenie światłem jest ograniczany, co zmienia liczebność i skład zespołu w porównaniu z miejscami nieoświetlonymi. Pod wpływem sztucznego światła intensywność żerowania ryb na dryfujących makrobezkręgowcach zwiększa się, co może skutkować spadkiem liczebności dorosłych owadów zasiedlających strefę przybrzeżną. ALAN może zatem zmieniać interakcje między gatunkami w strefie wodno-lądowej, działając ponad granicami ekosystemów.
Badania na wielu gatunkach ryb, takich jak okoń, płoć, ukleja, kleń, bass czy łosoś atlantycki, pokazują, że ALAN wpływa na rozwój narybku, opóźnia i zmienia wzorce jego rozprzestrzeniania się, zmniejsza poziom produkcji hormonów płciowych u osobników dorosłych i wpływa na rytmy biologiczne, zachowania migracyjne i rodzicielskie[5]. Zanieczyszczenie światłem wpływa też na migrację niektórych gatunków ryb. Na przykład sztuczne światło spowalnia ruch młodych łososi chinook i przyciąga je bliżej linii brzegowej, gdzie są bardziej narażone na drapieżnictwo ze strony ptaków i ssaków.
Większość badań nad wpływem ALAN na organizmy dotyczy zwierząt, ale przecież światło to czynnik niezbędny do fotosyntezy. Zadziwiająco niewiele badań zgłębia zagadnienie wpływu sztucznego światła na producentów pierwotnych. W warunkach naturalnych fotosynteza zachodzi w ciągu dnia, kiedy światło słoneczne dostarcza energię do tego procesu. Jak dotąd nie jest jasne, czy zanieczyszczenie światłem może stymulować nocną fotosyntezę, chociaż istnieją doniesienia mówiące, że może ona zachodzić przy poziomie światła nieco tylko wyższym niż światło księżyca (np. w przypadku alg przystosowanych do długich nocy polarnych). Minimalne progi fotosyntezy w przyrodzie nie są jeszcze dobrze poznane.
Istnieją przykłady wskazujące na korzystny wpływ ALAN na producentów pierwotnych. Badania eksperymentalne, prowadzone przez chińsko-duński zespół pod kierunkiem Chao Xu[6, 7], wskazują, że wprowadzenie sztucznego oświetlenia LED zwiększało zdolność regeneracji niektórych gatunków roślin naczyniowych, zacienionych przez zeutrofizowane wody o małej przejrzystości. Wyniki te sugerują, że sztuczne światło, zwłaszcza czerwone, może być wykorzystywane na przykład w jeziorach miejskich, jako sposób na stymulację regeneracji makrofitów zanurzonych w wodach o niekorzystnym klimacie świetlnym. Jednak, aby w pełni wyjaśnić potencjał wykorzystania sztucznego światła do poprawy stanu roślinności wodnej, potrzebne są dalsze badania terenowe na dużą skalę. Może pojawić się również pytanie, czy koszty środowiskowe takiego zabiegu, wobec negatywnego wpływu ALAN na inne komponenty środowiska, nie przeważą nad korzyściami.
Ograniczenie wpływu ALAN przez zarządzanie światłem
Zanieczyszczenie światłem jest bardzo nierównomierne i zależy od rozmieszczenia, intensywności i charakterystyki jego źródeł. Najbardziej dotkliwe efekty występują bezpośrednio przy latarniach ulicznych i oświetlonych budynkach, ale poświata może rozciągać się na setki kilometrów od centrów miast. W przypadku ekosystemów wodnych, na sztuczne światło najbardziej narażone są tereny przybrzeżne z rozwiniętą infrastrukturą. Wody w obszarach miejskich często są celowo oświetlane, na przykład ze względów estetycznych.
Oczywiste jest, że sztuczne światło jest niezbędne człowiekowi do funkcjonowania i nikt nie oczekuje, że wycofamy się z jego stosowania. Ważne jest natomiast, aby zrozumieć, że problemem jest nie tyle światło, ale sposób, w jaki go używamy. Według najnowszych szacunków, sztuczne oświetlenie zużywa około 20% światowej energii elektrycznej, ale nawet do 35% światła emitowanego przez latarnie uliczne (które są największym pojedynczym źródłem zanieczyszczenia świetlnego) jest marnowane w wyniku rozproszenia z powodu złej konstrukcji lamp. Dlatego ważne jest stosowanie odpowiednich osłon, które kierują światło w miejsca docelowe, zapobiegają jego rozproszeniu i powstawaniu poświaty. W wielu regionach świata tradycyjne latarnie uliczne są zastępowane przez diody LED. Te powszechnie stosowane, białe, emitują więcej promieniowania w niebieskiej części widma, które w największym stopniu zakłóca rytmy biologiczne wielu organizmów, w tym człowieka. Z tego względu, przy projektowaniu oświetlenia w miejscach bytowania gatunków, zalecane jest stosowanie bursztynowych diod LED lub źródeł światła o niskiej temperaturze barwowej. Poza tym można je zaprojektować tak, aby świeciły w określonych częściach widma, przyciemniały się i wyłączały zdalnie. Wprawdzie nie gwarantuje to całkowitego zniesienia negatywnego wpływu ALAN, ale w przypadku większości gatunków znacząco ten wpływ ograniczy.
Dalsze badania ALAN
Mimo rosnącej świadomości negatywnego wpływu ALAN na funkcjonowanie organizmów i całych ekosystemów oraz wyraźnego wzrostu zainteresowania naukowców różnych dziedzin tym zagadnieniem, problem nadal nie jest dobrze rozpoznany i wymaga badań wielu dyscyplin naukowych. Problematyce ALAN poświęcony jest cykl międzynarodowych konferencji (International Conference on Artificial Light at Night), organizowanych co roku lub co dwa lata od 2013 r. Tematyka obejmuje szerokie spektrum zagadnień sztucznego oświetlenia w nocy, w tym m.in. źródeł sztucznego światła (np. technologie, przemysł, projektowanie oświetlenia), technik i metod pomiaru (np. teledetekcja), skutków dla ludzi i środowiska (np. ekologia), problematyki postrzegania przez społeczeństwo (np. poczucie bezpieczeństwa) oraz w jaki sposób regulacje prawne mogą przyczynić się do równoważenia korzyści i szkód związanych ze sztucznym oświetleniem. Najbliższa, ósma konferencja ALAN odbędzie się w sierpniu tego roku w Calgary, w kanadyjskiej prowincji Alberta.
W artykule korzystałam m.in. z publikacji:
[1] Falchi F., Cinzano P., Duriscoe D., Kyba C.C.M., Elvidge C.D., Baugh K., Portnov B.A., Rybnikova N.A., Furgoni R., 2016. The new world atlas of artificial night sky brightness. Science Advances 2(6): e1600377.
[2]. Matzke E.B., 1936. The effect of street lights in delaying leaf-fall in certain trees. American Journal of Botany, 23(6), 446–452.
[3] Riegel K.W., 1973. Light pollution. Science, 179, 1285–1291.
[4] Moore M.V., Pierce S.M., Walsh H.M., Kvalvik S.K., Lim J.D., 2000. Urban light pollution alters the diel vertical migration of Daphnia. Verh. Internat. Verein. Limnol. 27, 1–4.
[5] Grubisic M., 2018. Waters under Artificial Lights: Does Light Pollution Matter for Aquatic Primary Producers? Association for the Sciences of Limnology and Oceanography.
[6] Xu C., Wang H.-J., Yu Q., Wang H.-Z., Liang X.-M., Liu M., Jeppesen E., 2019. Effects of artificial LED light on the growth of three submerged macrophyte species during the low-growth winter season: Implications for macrophyte restoration in small eutrophic lakes. Water, 11(7), 1512.
[7] Xu C., Wang H.-J., Li Y., Xu C., Yu Q., Liu M., Zhang M., Wang H.-Z., Hamilton D.P., Jeppesen E., 2022. Can artificial light promote submerged macrophyte growth in summer? Aquatic Ecology, 56, 89–98.
