Czym jest zanieczyszczenie światłem dla człowieka i środowiska?

Zanieczyszczenie światłem to sztuczne światło w nocy, które pada tam, gdzie nie trzeba, jest zbyt silne, świeci bez potrzeby albo ma zbyt chłodną, biało-niebieską barwę. Problemem nie jest więc samo oświetlenie, lecz jego nadmiar i złe ukierunkowanie. Skutki sięgają dalej, niż widać z chodnika: od rozregulowanego snu przez owady ginące przy lampach po niebo bez Drogi Mlecznej. Ciemność to zasób, który łatwo stracić.

Kiedy sztuczne światło staje się zanieczyszczeniem?

Zanieczyszczenie światłem (light pollution) to sztuczne światło w nocy, które zaburza naturalną ciemność: pada tam, gdzie nie trzeba, jest zbyt silne albo świeci bez potrzeby. W badaniach samo sztuczne światło w nocy opisuje skrót ALAN, od artificial light at night. Problemem nie jest więc oświetlenie jako takie, tylko jego nadmiar, złe ukierunkowanie, świecenie bez potrzeby i zbyt chłodna barwa.

Czy latarnia pod domem też zanieczyszcza? Tak, jeśli zawodzi w jednym z czterech wymiarów:

• Kierunek – część strumienia trafia w niebo, w okna albo na teren, którego nikt nie musi oświetlać.
• Natężenie – lampa daje więcej światła, niż trzeba, co niżej opisano jako nadmierne oświetlenie.
• Czas – lampa świeci całą noc także wtedy, gdy w jej zasięgu nikogo nie ma.
• Barwa – lampa świeci chłodnym, biało-niebieskim światłem.

Barwa światła tłumaczy, dlaczego wymiana lamp sodowych na oprawy LED potrafi pogłębić problem mimo niższego zużycia prądu. Lampy sodowe świecą pomarańczowo, w wąskim paśmie widma. Białe diody emitują dużo światła niebieskiego, które w powietrzu rozprasza się silniej niż żółte.

Według pomiarów widoczności gwiazd jasność nieba rośnie szybciej, niż wynikałoby z emisji widzianych przez satelity. Pomiary te zbierają obserwatorzy-wolontariusze. Autorzy przypisują tę rozbieżność zmianom widma emitowanego światła i średniego kąta, pod jakim jest ono wysyłane. Satelity nie rejestrują przy tym wszystkich długości fal emitowanych przez LED, więc zaniżają skalę zjawiska.

Barwę opisuje temperatura barwowa, czyli parametr w kelwinach. Im niższa jego wartość, tym cieplejsze światło. Za mniej uciążliwe uznaje się zwykle źródła o niższej temperaturze barwowej. Popularne chłodne LED mają 4000 K i więcej. Lampę zanieczyszczającą rozpoznasz po tym, że widać ją z boku jako jaskrawy punkt, oświetla teren jaśniej, niż trzeba, świeci biało-niebiesko i pali się przez całą noc.

Postacie zanieczyszczenia światłem

Pomarańczowa poświata nad miastem i lampa sąsiada świecąca w okno sypialni to dwie postacie tego samego problemu. Wyróżnia się ich pięć i każdą rozpoznaje się po czym innym:

• Łuna świetlna – rozjaśnione tło nieba nad terenem zabudowanym, widoczne z daleka jako jasna kopuła nad horyzontem, najsilniejsza przy niskich chmurach i mgle.
• Olśnienie – jaskrawe źródło na ciemnym tle, przy którym mrużysz oczy, a przedmioty obok lampy znikają z pola widzenia.
• Światło intruzyjne – strumień wychodzący poza oświetlany teren, widoczny jako plama światła na ścianie pokoju przy zgaszonej lampie.
• Chaos świetlny – reklamy, witryny i lampy stłoczone na małym obszarze, wśród których trudno wyłowić sygnalizację i przeszkody.
• Nadmierne oświetlenie – natężenie wyższe, niż wymaga zadanie, na przykład pusty parking jasny jak boisko o trzeciej w nocy.

Te formy składają się na dwa rodzaje szkód. Zanieczyszczenie astronomiczne to utrata widoku gwiazd, za którą odpowiada głównie łuna. Zanieczyszczenie ekologiczne oznacza zmianę naturalnego rytmu światła i ciemności, na który reagują organizmy żywe – tu udział mają wszystkie formy.

Mapa źródeł światła i jasność tła nieba to dwa różne pomiary. Nocne zdjęcia satelitarne pokazują, skąd światło wychodzi, ale łuna rozlewa się dalej i rozjaśnia niebo także nad lasem bez jednej lampy. Tło mierzy się miernikiem w magnitudo na sekundę łuku kwadratową. Im wyższa wartość, tym ciemniejsze niebo.

Prostszą miarą jest dziewięciostopniowa skala Bortle’a, oparta na tym, co widać gołym okiem. Stopnie 1–3 to niebo ciemne i wiejskie z wyraźną Drogą Mleczną. Stopnie 4–5 to pogranicze wsi i przedmieść, gdzie Droga Mleczna blednie. Przy stopniu 6, czyli na jasnych przedmieściach, widać ją już tylko w zenicie. Przy stopniu 7, na pograniczu przedmieść i miasta, znika ona całkiem. Stopnie 8–9 to centra miast z garstką najjaśniejszych gwiazd.

Jak nocne światło wpływa na zdrowie i bezpieczeństwo człowieka?

Światło w nocy rozregulowuje organizm przede wszystkim przez melatoninę, czyli hormon, którego stężenie rośnie po zmroku i który sygnalizuje tkankom, że trwa noc. Światło wykrywają też wyspecjalizowane komórki zwojowe siatkówki z barwnikiem melanopsyną. Te komórki nie służą do widzenia: najczulsze na światło niebieskie, przekazują informację o jasności do jądra nadskrzyżowaniowego podwzgórza, czyli głównego zegara biologicznego.

Zegar ten steruje rytmem dobowym całego ciała, a jednym z jego wykonawców jest szyszynka. Gdy siatkówka zgłasza światło w porze nocnej, zegar hamuje wydzielanie melatoniny przez szyszynkę i przesuwa rytm tak, jakby dzień jeszcze trwał. Od rytmu dobowego zależą z kolei pora i głębokość snu, hormony regulujące apetyt i poziom glukozy oraz dobowa zmienność odporności.

Dlaczego miałaby szkodzić latarnia za oknem, skoro śpimy z zamkniętymi oczami? Powieki tłumią światło, ale go nie odcinają. W jasnej sypialni każde przebudzenie wystawia siatkówkę na sygnał „dzień”. Natężenie światła z ulicy jest jednak zwykle dużo niższe niż w laboratorium czy przed ekranem, więc jego wpływ na pojedynczą osobę trudno zmierzyć.

Siła dowodów zależy od tego, o jakim skutku mowa:

• Hamowanie melatoniny i przesunięcie rytmu – potwierdzone eksperymentalnie, najsilniejsze przy świetle z dużym udziałem niebieskiego.
• Gorszy i krótszy sen – dobrze udokumentowany przy ekspozycji na światło w porze nocnej.
• Otyłość, zaburzenia metaboliczne, depresja, niektóre nowotwory – wyłącznie związki obserwacyjne: występują częściej na obszarach jaśniej oświetlonych, ale takie badania nie dowodzą, że przyczyną jest światło.

Klasyfikacja Międzynarodowej Agencji Badań nad Rakiem zalicza pracę na nocną zmianę do grupy 2A. Grupa ta obejmuje czynniki prawdopodobnie rakotwórcze dla ludzi. Klasyfikacja dotyczy pracy nocnej, a nie światła ulicznego. Najwyraźniejszym skutkiem pracy nocnej IARC nazywa zaburzenie naturalnych rytmów dobowych organizmu.

Osobną sprawą jest wpływ na bezpieczeństwo. Olśnienie przez źle ustawioną latarnię, reflektor albo jaskrawy ekran reklamowy obniża kontrast i na chwilę ogranicza widzenie, więc kierowca później dostrzega pieszego. Najmocniej odczuwają to osoby starsze i chorujące na zaćmę, u których światło silniej rozprasza się w oku.

Skutki dla środowiska

Ciemność jest dla wielu organizmów warunkiem życia: według niej nastawiają zegar, orientują się w przestrzeni i wybierają porę rozmnażania. Sztuczne światło zaburza te mechanizmy u różnych grup w różny sposób. Skutki wychodzą też poza biologię i dotyczą widoku nieba oraz rachunku za energię.

Zwierzęta nocne i wędrowne

Ćmy krążące wokół lampy to objaw zjawiska, które dla wielu gatunków działa jak pułapka albo bariera. Mechanizm zależy od grupy zwierząt:

• Owady nocne – przyciąganie: lampa, zwłaszcza z dużym udziałem niebieskiego i ultrafioletu, ściąga owady z okolicy. Krążą one do wyczerpania albo padają łupem drapieżników.
• Ptaki wędrowne – dezorientacja: ptaki migrujące nocą orientują się m.in. według gwiazd. Oświetlone budynki i łuna zbijają je z kursu, co kończy się krążeniem i kolizjami.
• Płazy – przesunięcie aktywności: żaby i ropuchy później wychodzą na żer.
• Nietoperze – podział na zyskujących i tracących: szybkie gatunki polują przy lampach, a wolniejsze, jak podkowce i nocki, omijają oświetlone pasy i później opuszczają kryjówki.

Osobny mechanizm dotyczy polaryzacji nieba. Część owadów nawiguje według wzoru polaryzacji światła nieba i Księżyca, a łuna ten wzór rozmywa.

Straty owadów przy lampach nie kończą się na nich samych. W eksperymencie opublikowanym w „Nature” nocne zapylacze odwiedzały rośliny na oświetlonych łąkach o 62% rzadziej niż na obszarach ciemnych. Badana roślina wydała przy tym łącznie o 13% mniej owoców. Mniej owadów to także mniej pokarmu dla nietoperzy, ptaków i płazów, więc ubytek przechodzi w górę łańcucha pokarmowego.

Rośliny i drzewa miejskie

Rośliny mierzą długość dnia, a latarnia przy drzewie ją sztucznie wydłuża. Rośliny naczyniowe odczytują fotoperiod fitochromami, czyli fotoreceptorami wrażliwymi na stosunek światła czerwonego do dalekiej czerwieni. Na tej podstawie drzewo ustala, kiedy otworzyć pąki, a kiedy zakończyć okres wegetacji.

Według brytyjskiego badania fenologii drzew na jaśniejszych obszarach pąki drzew pękają nawet o 7,5 dnia wcześniej. To związek statystyczny, ale przyspieszenie jest zbyt duże, żeby tłumaczył je sam wzrost temperatury, na przykład miejska wyspa ciepła. Autorzy przywołują też obserwacje drzew przyulicznych, które tuż przy latarniach wcześniej wypuszczają liście i później je zrzucają. Nocne oświetlenie może więc przesuwać oba krańce sezonu, czyli wiosenny start i jesienne opadanie liści.

Nocne niebo i zużyta energia

Gwiazdy znikają z nieba szybciej, niż zmienia się krajobraz za oknem. Według światowego atlasu jasności nieba ponad 99% mieszkańców USA i Europy żyło pod niebem zanieczyszczonym światłem. Drogi Mlecznej nie widziało wtedy 60% Europejczyków. W Polsce do najciemniejszych miejsc należy Park Gwiezdnego Nieba „Bieszczady”, gdzie w bezchmurną noc Droga Mleczna jest wyraźnie widoczna.

Druga strata dotyczy prądu i klimatu. Światło skierowane w niebo albo na pusty teren zużywa tyle samo energii elektrycznej co światło użyteczne. Wytworzenie tej energii oznacza emisję CO2, szczególnie wysoką tam, gdzie znaczna część prądu pochodzi z węgla. Przy oprawie świecącej w górę część zużytego prądu daje wyłącznie łunę.

Ograniczanie zanieczyszczenia światłem – zasady, normy i zgłoszenia

Czy od mieszkańca cokolwiek zależy? Tak, bo cztery zasady działają tak samo na własnej posesji, jak na ulicy.

1. Kieruj światło w dół – oprawa z płaskim kloszem i pełnym odcięciem ma wskaźnik ULOR, czyli udział strumienia wysyłanego w górę, równy 0%.
2. Dobieraj natężenie do zadania – ścieżce i furtce wystarczy lampa małej mocy zamiast reflektora na cały ogród.
3. Włączaj tylko na czas potrzeby – czujnik ruchu z krótkim podtrzymaniem albo wyłącznik zmierzchowy z zegarem.
4. Wybieraj ciepłą barwę – do 3000 K. Przy terenach cennych przyrodniczo zalecenia mówią o 0% światła niebieskiego.

Te zasady mają odpowiednik w parametrach z norm oświetlenia przeszkadzającego. Norma PN-EN 12464-2, pisana dla zewnętrznych miejsc pracy, dzieli teren na strefy: od E1, czyli parków narodowych, po E4, czyli centra miast. Udział światła, które cała instalacja kieruje w górę, może wynosić od 0% w E1 do 25% w E4. Norma nie jest jednak przepisem prawa, a jedynie punktem odniesienia przy projektowaniu.

Lampę uliczną świecącą w okno zgłasza się zarządcy drogi, najczęściej urzędowi miasta lub gminy albo zarządowi dróg. Przy drogach krajowych poza miastami na prawach powiatu zgłoszenie trafia do oddziału GDDKiA. Takie zgłoszenie może skończyć się korektą kąta oprawy albo osłoną od strony budynku. Przy lampie sąsiada zaczyna się od rozmowy. Spór może potem trafić do sądu jako immisja z art. 144 Kodeksu cywilnego.

Zgłoszenia opierają się na zaleceniach, bo zakazu nie ma. Stanowisku Rzecznika Praw Obywatelskich przytoczył na seminarium korespondencję swojego biura z instytucjami publicznymi. Wynika z niej, że szkodliwość oświetlenia LED ograniczają m.in. odpowiednie oprawy, urządzenia redukcji mocy i czujniki. Rzecznik dodał, że brakuje warunków prawnych ich stosowania.

Z odpowiedzi Ministerstwa Klimatu i Środowiska wynikało, że resort nie prowadził wówczas żadnych działań w tej sprawie. Później zapowiedział wpisanie pojęcia zanieczyszczenia światłem do przepisów o ocenach oddziaływania na środowisko. Gminy już dziś mogą działać: uchwałą krajobrazową ograniczyć świecące reklamy, a w przetargach wymagać opraw świecących tylko na jezdnię i chodnik, ściemniania nocą i czujników ruchu.