Światła miejskie przywołują wiosnę i przywracają jesień.

Latarnie uliczne, neony i diody LED w witrynach sklepowych mylą rośliny: w miastach wiosna przychodzi kilka dni wcześniej niż na wsi, a jesień jest opóźniona o prawie dwa tygodnie. Badania opublikowane w czasopiśmie naukowym Nature Cities pokazują, jak zanieczyszczenie światłem działa jak słońce, przyspieszając podstawowe procesy w fenologii roślin, takie jak pączkowanie i opadanie liści. Naukowcy uważają, że światła miejskie zmieniają życie roślin, a konsekwencje tego nie zostały jeszcze określone.

Zanieczyszczenie światłem już uniemożliwia nam oglądanie gwiazd . Ostatnie badania wykazały również, jak nadmierne sztuczne oświetlenie w miastach wpływa na zachowanie zwierząt miejskich i zdrowie ludzi . Jednocześnie wiele badań potwierdziło, że wiosna nadchodzi do miast wcześniej . Wskazywali oni jednak na globalne ocieplenie, które jest nasilane w środowiskach miejskich przez tzw. efekt miejskiej wyspy ciepła : beton w budynkach, asfalt na ulicach, wysokość budynków i cały miejski projekt zatrzymują ciepło. Teraz do równania dodano zanieczyszczenie światłem, a rezultatem jest powszechne zaburzenie roślinności miejskiej.

Badanie opublikowane w czasopiśmie Nature Cities wykazało, że średnio centra miast zielenieją około 12,6 dnia wcześniej niż rośliny na okolicznych terenach wiejskich. Z drugiej strony starzenie się liści zaczyna się w miastach średnio 11,2 dnia później. Zjawisko to jest również powszechne. Badanie śledziło początek sezonu wegetacyjnego roślin w 428 dużych miastach na półkuli północnej. Te zmiany w fenologii roślin zaobserwowano w 378 z nich, czyli 88,3%. Aby wykryć te zmiany, wykorzystano czujniki z kilku satelitów i dane od 2014 roku.

„Satelity wykrywają różnice w zieleni, mierząc ilość światła odbitego od powierzchni Ziemi” — wyjaśnia Lin Meng, badacz z Vanderbilt University (Stany Zjednoczone), współautor badania. Mają na pokładzie instrumenty, które rejestrują to odbicie przy różnych długościach fal, szczególnie w widzialnej i bliskiej podczerwieni (NIR) części widma. „Roślinność silnie odbija światło NIR, jednocześnie pochłaniając widzialne światło czerwone w celu fotosyntezy” — dodaje Meng. Rejestrują to za pomocą znaczników, takich jak Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). „Obszary o gęstszej roślinności lub wyższej aktywności fotosyntetycznej odbijają więcej światła NIR i mniej światła czerwonego, co skutkuje wyższymi wartościami NDVI” — wyjaśnia badacz.

Porównując te wzorce odbicia w miastach i pobliskich terenach wiejskich, satelity były w stanie wykryć przestrzenne zmiany w zieleni. Badanie wykorzystuje gradient od najbardziej oddalonych obszarów do samego centrum miasta. W przypadku Barcelony, na przykład, monitorowany w celach porównawczych obszar wiejski znajduje się 32 kilometry od centrum miasta. W stolicy Katalonii odkryli, że sezon wegetacyjny jest o 14 dni dłuższy w centrum miejskim w porównaniu z bardziej oddalonymi obszarami wiejskimi.

Innym ważnym wkładem tej pracy jest to, że udaje się jej rozdzielić przyczyny tej różnicy między obszarami miejskimi i wiejskimi. Autorzy wykorzystali również satelity do pomiaru stopnia zanieczyszczenia światłem. W warunkach naturalnych, w pochmurną noc, jasność wynosi około 0,6 mililuksa (luks mierzy ilość padającego światła). Jeśli nie ma chmur, przy pełni księżyca w zenicie, liczba ta może osiągnąć 0,3 luksa. Ale w miastach jasność waha się od 7 do 65 luksów. Poprzednie badania wykazały, że nocne środowisko staje się jaśniejsze o prawie 10% każdego roku przez ponad dekadę . Ale aż do tej pory temperatura zawsze była kluczem do wyjaśnienia zmian fenologicznych w miejskiej florze.

„Użyliśmy metody analizy statystycznej, częściowej analizy korelacji, aby rozdzielić wpływ temperatury od wpływu sztucznego oświetlenia na fenologię roślinności” — wyjaśnia Meng. „Częściowa korelacja mierzy stopień powiązania między dwiema zmiennymi losowymi, eliminując wpływ zestawu zmiennych kontrolnych. Pozwala nam to wyizolować wpływ każdego czynnika na czynnik docelowy, jednocześnie kontrolując inne czynniki” — wyjaśnia. Odkryli, że zarówno zmienne temperatury, jak i światła wpływają na długość sezonu wegetacyjnego roślin. Odkryli również, że ta ostatnia ma większy wpływ w czterech z siedmiu głównych regionów klimatycznych objętych badaniem, od ciepłych, suchych miast, takich jak Dallas, po zimne, suche miasta, takie jak miasta Kanady.

Meng szczegółowo opisuje miasta: „Miasta o wyższym natężeniu sztucznego światła mają większy wpływ na fenologię” — mówi. Ponieważ poziomy zmieniają się sezonowo, ich wpływ różni się między wiosną a jesienią. „W szczególności wiele miast amerykańskich wykazywało wyższą jasność wiosną. Natomiast miasta europejskie mają wyższe zanieczyszczenie światłem jesienią, więc wykazywały większy wpływ pod koniec sezonu wegetacyjnego, jesienią” — dodaje.

Jeśli chodzi o konsekwencje dla flory, Dunxian She, profesor na Uniwersytecie w Wuhan (Chiny) i pierwszy autor badania, wskazuje, że wcześniejsza wiosna i późniejsza jesień mogą mieć zarówno pozytywne, jak i negatywne skutki. „W naturalnych ekosystemach dłuższy sezon wegetacyjny może poprawić produktywność i sekwestrację węgla, przyczyniając się w ten sposób do łagodzenia zmiany klimatu. Może to jednak również wpłynąć na lokalne ekosystemy, jeśli nowe gatunki staną się bardziej dominujące, co doprowadzi do zmian w bioróżnorodności, zwłaszcza w przypadku wprowadzenia gatunków egzotycznych do projektowania krajobrazu miejskiego” — mówi.

Sztuczne światło wydłuża fotoperiod, działając jako przedłużenie światła dziennego. Dla autorów badań to wydłużenie może zmienić akumulację sygnałów, które inicjują pączkowanie lub starzenie się, takich jak zmniejszona wydajność fotosyntezy. Ale zaburzenie sięga głębiej. Rośliny odbierają światło inaczej w zależności od jego długości fali. Fotochromy to białka, które działają jako fotoreceptory wrażliwe na światło czerwone, podczas gdy kryptochromy są wrażliwe na światło niebieskie. To drugie jest siłą napędową rewolucji LED, a konsekwencje tego pozostają do zbadania.

Georg Wohlfahrt jest szefem grupy biometeorologicznej na Uniwersytecie w Innsbrucku (Austria). Chociaż nie brał udziału w tej pracy, był głównym autorem pionierskiej pracy, w której stwierdzono, że wiosna nadchodzi wcześniej w miastach . Jego praca wskazywała na efekt wyspy ciepła i zanieczyszczenie środowiska, ale także uwzględniała rolę zanieczyszczenia światłem. „Poza klimatami niesezonowymi, takimi jak tropiki, fenologia roślin zależy od temperatury i jakości/ilości światła” — wspomina w wiadomości e-mail. „Sztuczne światło na obszarach miejskich modyfikuje ekspozycję roślin na światło, a zatem i fenologię. To nie jest nic nowego. Nowością artykułu Nature Cities jest to, że zajmuje się on problemem na dużą skalę w dużej liczbie miast i próbuje rozdzielić wpływ sztucznego światła od wpływu miejskiej wyspy ciepła” — dodaje.

Jeśli ktoś wie coś o zanieczyszczeniu światłem, to jest to Christopher Kyba. Profesor w GFZ Helmholtz Research Centre for Geosciences (Niemcy), od ponad dekady bada wpływ sztucznego światła. W tym celu stworzył sieć naukowców, projekty nauki obywatelskiej, a nawet aplikację do pomiaru utraty światła nocnego . Wyniki jego najnowszego projektu zostały właśnie opublikowane w tym samym wydaniu Nature Cities , niezwiązane z badaniem 428 miast. Praca w ramach nauki obywatelskiej koordynowana przez Kybę zebrała dane z 33 niemieckich gmin, odkrywając, że po północy na mieszkańca pali się więcej niż jedno światło. Odkrywcze jest to, że na każdą pozostawioną włączoną latarnię uliczną przypada oświetlony neon lub witryna sklepowa.

„Widzę powody zarówno do nadziei, jak i do obaw” — mówi Kyba o przyszłości zanieczyszczenia światłem. „Z jednej strony istnieją przykłady miast, a nawet całych krajów w bogatych, uprzemysłowionych rejonach świata, w których obserwujemy spadek emisji światła po północy” — mówi w e-mailu. „Z drugiej strony, zdecydowana większość miast i krajów na całym świecie nadal zwiększa swoje oświetlenie”.