VERONICA - ČASOPIS PRO OCHRANU PŘÍRODY A KRAJINY

V tomto článku prezentuji výsledky a perspektivu úsilí snížit světelné znečištění v Itálii. Mezi hlavní výsledky patří, že 18 z 20 italských regionů zavedlo zákony proti světelnému znečištění. Dvanáct z nich zakazuje instalovat jiná než plně cloněná venkovní svítidla, což platí pro osvětlení veřejné i soukromé. Zákony, které vešly v platnost po roce 2002, tak znějí všechny. Požadavek plného clonění, který znamená, že svítidla nesmějí svítit vodorovně a šikmo nahoru, je ten hlavní, ale zákony jej kombinují také s limity pro maximální povolený jas osvětlovaných ploch či pro maximální intenzitu jejich osvětlení a s požadavky na vypnutí nebo tlumení osvětlení v době nočního klidu a na spektrální složení světla s minimem škodlivých dopadů. V tom se různé regiony liší. Pro ozdobné osvětlení platí zvláštní pravidla, např. pro svícení na pomníky, památky, budovy. Bohužel některé starší regionální zákony jsou v praxi k ničemu, protože jejich technické požadavky jsou příliš slabé.

Navzdory téměř zdvojnásobení instalovaného světelného toku způsobenému instalací dalších osvětlovacích soustav a vyšší účinností nových světelných zdrojů (poskytujících více lumenů na watt svého příkonu), se v místě, které monitoruji, nezvýšil jas noční oblohy. V roce 2013 jsem naměřil tytéž hodnoty jako v roce 1998.

K tomu, aby se dopady světelného znečišťování snížily, by měla být zavedena další opatření. Nejprve limit pro nově přidávaný světelný tok, pak snížení celkového emitovaného toku světla a omezení modré složky uměle produkovaného světla.

Dokladů o škodlivých důsledcích světelného znečištění pro životní prostředí a lidské zdraví, které přináší vědecký výzkum posledních let, rychle přibývá. Světelné znečištění už není, jak si doposud kdekdo myslí, jen problémem pro astronomy. Je to nebezpečí pro naše prostředí a zdraví.

Italské regionální zákony proti světelnému znečištění

V Itálii je většina území a populace více či méně chráněna před světelným znečištěním. Italské regionální zákony proti světelnému znečištění a rok jejich přijetí ukazuje obrázek. Regiony se zákony vyžadujícími nulové přímé emise ze svítidel směrem vzhůru jsou znázorněny tmavošedě. Ty, které tento požadavek obsahují, ale připouštějí nějaké výjimky, jsou světlešedé. Toskánsko, znázorněné nejsvětlejší šedou, připouští, aby až 3 % světelného toku směřovala nad vodorovné směry. Regiony se zákony, které dovolují ještě větší emise směrem nad horizont nebo které v zákonech nestanovují pro venkovní svícení žádné technické požadavky, jsou zobrazeny střední šedou. Regiony bez zákonů jsou bílé. Benátsko, první oblast, která přijala nějaký zákon (v roce 1997) a připouštěla tehdy, že 3 % toku ze svítidel smí jít nad vodorovnou rovinu, modernizovalo roku 2009 své právo na požadavek, že takový tok musí být nulový. Změna byla vynucena důkazy, že tříprocentní hranice nezastavila růst světelného znečištění. I když bránila instalování těch nejhorších svítidel, jako jsou ta tvaru koule, umožňovala použití jiných velmi znečišťujících svítidel s nízkou účinností, jako jsou ta, která terén osvětlují nepřímo (svítí vzhůru a nad nimi je plocha, která světlo, ovšem ne všechno, nasměruje dolů). Navíc je notoricky známé, že světlo vyzařované jen nízko nad rovinu obzoru, typicky vycházející ze svítidel cloněných jen částečně, je zvláště účinné při znečišťování nočního prostředí, zejména v oblastech, které jsou od zdrojů světla velmi vzdálené. Např. ve vzdálenosti 100 km způsobuje zdroj, z něhož jdou nahoru 3 % světla, téměř trojnásobný nárůst jasu oblohy oproti svítidlu produkujícímu týž světelný tok, ale majícímu nulové emise vodorovně a vzhůru, tedy svítidlu plně cloněnému.

Hlavní pravidla pro silnice a ulice, rozlehlá prostranství a normální budovy, která byla přijata v regionech znázorněných na obrázku tmavošedě, jsou:

a) měrná svítivost svítidla v poloze, jak je umístěno, nesmí překročit 0,49 cd/klm (kandela/kilolumen) ve směrech vodorovně a výše,

b) jas vozovky ani intenzita osvětlení plochy, na niž světlo dopadá, nesmí překročit minimální hodnotu doporučenou bezpečnostními normami; když hustota dopravy klesne, je povinnost světelný tok snížit.

V některých z těchto regionů jsou v platnosti i dodatečná pravidla:

c) omezení barevné teploty světelných zdrojů,

d) relativní rozteč sloupů čili poměr mezi vzdáleností sousedních svítidel a jejich výškou má být větší než 3,7 (aby se minimalizovalo množení kandelábrů).

Všimněte si, že tato pravidla se uplatňují v celém území regionu, ne v nějaké oblasti kolem astronomických observatoří a přírodních parků. Tato pravidla platí pro všechny nové instalace (veřejné i soukromé), zatímco pro staré osvětlovací soustavy se plány jejich modernizace na nová méně znečišťující svítidla liší region od regionu. Některé žádné takové plány nemají, takže náprava přijde až tehdy, když je svítidla potřeba z nějakého důvodu změnit.

Pro zvláštní typy osvětlování existují výjimky, například:

• historické budovy, památky a monumenty mohou být osvětlovány i zespodu, přičemž platí omezení jasu a povinnost vypnout osvětlení na dobu nočního klidu;
• velmi malé instalace (jako osvětlení zahrady u domu) s omezeným světelným tokem;
• osvětlené bilboardy a světelné tabule mají omezen celkový světelný tok a osvětlení se musí vypnout na dobu nočního klidu.

Ne všechna tato pravidla jsou vynucována stejným způsobem, i když jsou předepsána zákonem, ale to nejdůležitější ze všech (pravidlo a), viz výše) je velmi úspěšné pravidlo a používá se i v oblastech, kde je zákon nevyžaduje.

Růst instalovaného světelného toku a jeho následky, pokud jde o jas noční oblohy

V Itálii, navzdory problémům ekonomiky, roční spotřeba elektřiny pro veřejné osvětlení během posledních 35 let trvale rostla, od 2 200 GWh v roce 1977 na téměř 6 400 GWh v posledních letech. Pouze v úplně posledních letech se zdá, že se růst zastavil, pravděpodobně v důsledku ekonomické krize.

Kombinací dat o elektrické spotřebě a o nárůstu průměrné účinnosti instalovaných světelných zdrojů pro tři z nejvíce industrializovaných oblastí v severní Itálii (Lombardie, Benátsko a Emilia-Romagna) byl vypočten celkový tok vyzařovaný veřejným osvětlením v těchto regionech pro posledních 15 let. Srovnatelný nárůst lze očekávat z ostatních zdrojů světelného znečištění, zejména ze soukromých instalací (např. průmysl, nákupní centra). Od roku 1998 do 2012 činil nárůst zhruba 80 % instalovaného světelného toku. Pokud by se nezměnilo nic jiného, měli bychom zaznamenat značný, 80% nárůst umělého příspěvku k jasu nebe nad observatoří San Benedetto Po, obklopené těmito regiony.

Měření jasu oblohy v letech 1998-2013

Od roku 1998 jsem měřil jas oblohy na hvězdárně v San Benedetto Po (označené písmenem S na obrázku). Používal jsem vědeckou CCD kameru vybavenou astronomickými filtry Johnson-Cousin (B a V), později jsem měřil přístroji nazvanými Sky Quality Meter (SQM), které jsem okalibroval měřením CCD v pásmu V (našel jsem malý posun mezi měřením CCD v pásmu V a údaji SQM, ty jsem dle toho korigoval).

Zjistil jsem, že i přes zvýšení instalovaného světelného toku v okolních regionech, které vytvářejí umělou složku jasu nebe nad hvězdárnou, se tento nárůst neprojevil ve zvýšení jasu oblohy. Naopak měřený jas nebe v roce 2013 se rovná, s ohledem na nejistoty měření a proměnlivost jasu noc od noci, jasu oblohy zjištěnému v roce 1998. Podobný výsledek, s kratší časovou řadou, byl získán i v jiném místě, asi 25 km západně od San Benedetto Po.

Proč se zvýšení světelného toku neodráží ve zvýšení jasu oblohy? Moje odpověď je, že je to díky prosazování zákonů proti světelnému znečištění. Tyto zákony umožňují jen instalaci plně cloněných svítidel. Navíc byly v průběhu let postupně modernizovány starší osvětlovací soustavy, jejichž svítidla byla nahrazena plně cloněnými, čímž se snížilo znečištění, které způsobují.

Porovnání vlivů přímého světelného toku a toku nepřímého srovnáním jasů nebe při zasněžené krajině a krajině beze sněhu

Měření jasu nebe v zenitu, když je krajina pokrytá sněhem, a měření za zimních podmínek v Pádské nížině obvyklých, když žádný sníh není, umožňují odlišit podíl jasu oblohy způsobený přímým světlem emitovaným ze svítidel, od podílu, který je důsledkem světla odraženého od terénu. Přímý tok vydávaný svítidly zůstává beze změny, zatímco odrážený světelný tok vlivem sněhové pokrývky vzroste. Měření za obou těchto stavů se podařilo provést na pěti místech v Itálii a na jednom ve Slovinsku. Ve všech studovaných místech je složka jasu oblohy působená světlem unikajícím přímo ze svítidel nad terén do ovzduší tou hlavní složkou umělého zvýšení jasu noční oblohy: ve Tradate a Zaplanu činí asi 60 %, zatímco v San Benedetto Po a Cembrano je to přes 90 %. To znamená, že kdybychom nějakým kouzlem odstranili všechen světelný tok, který jde ze svítidel nahoru (a přitom ponechali tok směřující tam, kde je mnohem užitečnější, čili dolů), pak bychom eliminovali 60 % až více než 90 % z umělé složky jasu bezoblačné noční oblohy!

Je zřejmé, že odstraněním té části toku, která jde z osvětlovacích soustav nahoru, je možné podstatně zlepšit kvalitu noční oblohy. Důkazem toho je také absence růstu jasu oblohy nad San Benedetto Po, i když narostl uměle produkovaný světelný tok.

Vlivy světelného záření na životní prostředí a zdraví

Jsou-li oči během noci vystaveny světlu, snižuje to sekreci melatoninu u většiny živočichů včetně člověka. Parametry, které mají vliv na potlačení produkce melatoninu, jsou intenzita světla, vlnová délka, načasování a trvání expozice. Jak výzkum pokračuje, nachází stále nižší úrovně intenzity světla, které u lidí potlačují tvorbu melatoninu. V roce 1980 se soudilo, že k potlačení sekrece melatoninu je zapotřebí jasné světlo. Nyní víme, že už osvětlenost řádu jednoho luxu může ovlivnit cirkadiánní rytmy. Typické večerní osvětlení ložnic je dostačující ke snížení a zpoždění produkce melatoninu.

Na začátku nového tisíciletí byl objeven nový fotoreceptor nepodílející se na tvorbě obrazu, tedy na tom, jak vidíme. Tento objev a též objev fotopigmentu melanopsinu umožnily lepší pochopení toho, jak světlo ovlivňuje lidské bytosti. Několik studií ukázalo, jak se mění odezvy lidí na to, když jsou v noci vystaveni světlu, v závislosti na spektrálním složení světla. Například práce z roku 2005 prokázala vliv vlnové délky světla působícího na člověka měřením melatoninu, bdělosti, termoregulace a tepové frekvence. Bylo zjištěno, že dvě hodiny expozice monochromatickému světlu s vlnovou délkou 460 nm (modré světlo) v pozdních večerních hodinách výrazně potlačuje vylučování melatoninu. Pokud se vlnová délka prodloužila na 550 nm (zelené světlo), pak se i při zachování stejné intenzity záření, jeho načasování a trvání takový účinek nedostavil.

Vzhledem k tomu, že melatonin je onkostatické čili antikarcinogenní činidlo, jeho snížené množství v krvi v důsledku vystavení umělému světlu během noci (ve srovnání s normálními nočními hladinami melatoninu v krvi) může podporovat růst některých typů rakoviny.

Světlo z umělých zdrojů působí v noci přímo na fyziologii, ale má i nepřímé důsledky, jako jsou poruchy spánku a nevyspání, které mohou mít negativní dopad na několik onemocnění, jako je cukrovka, obezita a další. Fyziologické, epidemiologické a ekologické důsledky světla v noci jsou uvedeny např. ve Fonken & Nelson (2011).

Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny přidala do seznamu skupiny 2A (pravděpodobně karcinogenní pro člověka) práce ve směnném provozu, který zahrnuje cirkadiánní narušení. Jak řečeno, narušení cirkadiánního rytmu může být vyvoláno tím, že je člověk v noci vystaven nepřirozeným množstvím světla.

Světlo v noci se stává problémem v oblasti veřejného zdraví. Silný postoj formulovala Americká lékařská asociace v rezoluci (2009) říkající, že světelné znečištění je ohrožením veřejného zdraví.

Trvající nárůst venkovního osvětlení v kombinaci s rozšiřujícím se využíváním halogenidových výbojek a LED světel se silnou emisí krátkých vlnových délek, tedy vydávajících nikoliv oranžové či alespoň žluté, ale bílé světlo napodobující denní spektrum, bude pravděpodobně mít vážné negativní dopady na lidské zdraví a na noční prostředí.

V přirozeném nočním životním prostředí jsou zvířata a rostliny vystaveny na otevřeném prostranství světlu v úrovních, které sahají od desetin mililuxu při zatažené obloze přes jeden mililux při bezoblačném nebi za bezměsíčné noci až k 0,02 lx, které poskytuje Měsíc v první čtvrti, a k maximům 0,1 lx až 0,3 lx v týdnu, kdy nastává úplněk. Umělé osvětlení typické silnice, 20 lx, je 20 000× až 50 000× silnější než osvětlení vyskytující se v dobách kolem novoluní v přirozených podmínkách. Život se vyvinul během dob, kdy panovaly jen přírodní intenzity osvětlení, takže není divu, že umělé světlo má v noci významný vliv na životní prostředí. A to v oboru ekologie behaviorální, týkající se chování populací a společenstev, zejména tím, že ovlivňuje návyky v oblasti potravní, páření, orientace, migrace, komunikace, konkurence a predace. Světelné znečištění může být více všudypřítomná a zároveň opomíjená forma znečištění než jiné formy. Vědecká komunita mu v posledních letech teprve začíná přikládat důležitost, jakou si zaslouží. Pro přehledy ekologických důsledků světelného znečištění viz Veronica č. 2/2010 a nověji např. Gaston et al. (2013).

Silné důkazy o nepříznivých účincích umělého světla v noci na zvířata a na lidské zdraví je potřeba klást na váhu oproti předpokládaným (ale dosud neprokázaným) pozitivním vlivům na bezpečnost.

Co dělat dál

Abychom došli k robustnějším výsledkům v ochraně nočního prostředí a získali zpět pohled na hvězdné nebe, je potřeba konat na všech úrovních. Uvádím zde některé zásady, jak je navrhla iniciativa Starlight spolu s CieloBuio a ISTIL (Falchi a Marin 2012):

a) Uvažme, že prvním krokem k tomu je omezit svícení, které není nezbytné.

b) Usilujme o přijetí standardních pravidel, která umožní podstatné snížení hladin v současné době používaných ve venkovním osvětlení; takové snížení povede trh LED technologií směrem k osvětlování šetrnějšímu k životnímu prostředí.

c) Provádějme výzkum, zda a jak světlo snižuje kriminalitu a počet dopravních nehod.

d) Poměřujme výhody (pokud by se v bodě c nějaké našly) proti přínosům jiných akcí, jež mají stejné náklady (např. větší kontrolu ze strany policie).

e) Zvažme zdravotní problémy užívání světla v noci, zejména má-li modrou složku, a omezme tuto krátkovlnnou složku při nočním osvětlování jak v interiérech, tak i venku.

f) Varujme, že specifické frekvence světelného spektra (např. vysoký podíl modré složky) ovlivňují mnoho druhů volně žijících živočichů a mění fungování ekosystémů v urbanizovaném prostředí i mimo ně.

g) Správně definujme pojem ekologicky šetrných technologií, který by kromě energetické účinnosti měl vzít v úvahu regulaci světelného znečištění ve všech jeho aspektech tím, že za šetrnou bude označena jen taková technologie, která alespoň:

- nepřipouští, aby svítidla posílala nějaké světlo přímo vodorovně nebo výše;

- vyhýbá se osvětlení zbytečně silnému;

- neplýtvá světelným tokem tím, že osvětluje i jiné plochy, než osvětleny být mají;

- vypíná světla, když se oblast nevyužívá;

- dbá na to, aby celkový instalovaný světelný tok nerostl a aby posléze klesal (jako se to děje u všech ostatních znečišťujících látek);

- silně omezuje krátkovlnné „modré“ světlo.

Ve vztahu k bodům e) a f) je třeba poznamenat následující.

Za účelem snížení nepříznivých účinků na zdraví, které plynou ze snížení produkce melatoninu a narušení cirkadiánního rytmu u lidí a zvířat, je vzhledem k závislosti potlačení tvorby melatoninu na vlnové délce světla doporučen celkový zákaz nočního umělého osvětlování s vlnovými délkami kratšími než 540 nm. Relativně nízké vyzařování vysokotlakých sodíkových výbojek v tomto spektrálním rozsahu může být vzato za horní hranici toho, co lze pro začátek brát za přijatelné, pokud jde o krátkovlnné emise světla. Takže je třeba dodržovat následující pravidlo:

Oblast vlnových délek viditelného spektra pod 540 nm, čili ta, která nejvíce potlačuje tvorbu melatoninu, by měla být ustanovena jako chráněná. Světelné zdroje, které vyzařují v tomto chráněném pásmu více než standardní vysokotlaké sodíkové výbojky, vztaženo na týž fotopický výkon (čili ten, který se udává v lumenech), by pro noční užívání neměly být instalovány.

Závěry

Světelné znečištění je celosvětový problém, který vyžaduje multidisciplinární opatření, aby byl studován a vyřešen. Ekologové by nyní měli převzít iniciativu započatou astronomy. Věda již ukázala, jaké jsou hlavní cesty k co největšímu snížení negativních vlivů použití umělého světla v noci. Nyní je úkolem, aby toto směřování bylo vyžadováno legislativou a aby bylo účinně prosazováno.

Vybrané odkazy

American Medical Association, House of Delegates, (2009): Resolution 516 - Advocating and Support for Light Pollution Control Efforts and Glare Reduction for both Public Safety and Energy Savings. Viz http://physics.fau.edu/observatory/lightpol-hlth-ascn.html#AMA_resol

Falchi F., Marin C. (2012): There are several ways of Lighting the Future. Starlight Initiative-CieloBuio-ISTIL. Viz www.starlight2007.net/pdf/LightGreenPaperComments.pdf či i v jiných jazycích na http://tinyurl.com/GreenLight-StarLight

Fonken L. K., Nelson R. J. (2011): Illuminating the deleterious effects of light at night. Viz http://f1000.com/prime/reports/m/3/18

Gaston K. J., Davies T. W., Bennie J., Hopkins J. (2013): The ecological impacts of nighttime light pollution: a mechanistic appraisal. Viz http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/brv.12036/full

Fabio Falchi je středoškolským učitelem fyziky a čelným světovým badatelem v oboru světelného znečištění. Je jedním ze tří hlavních hybatelů toho, že ve většině Itálie platí legislativa bránící zvláště špatnému venkovnímu osvětlování, přispěl též k tomu, že obdobná platí v celém Slovinsku. Předsedá organizaci CieloBuio, koordinující ochranu nočního nebe v Itálii, vědeckou práci vykonává v rámci Light Pollution Science and Technology Institute (ISTIL - Istituto di Scienza e Tecnologia dell’Inquinamento Luminoso). Je spoluautorem Světového atlasu jasu noční oblohy, připravuje jeho novou verzi.

Psáno pro Veroniku, přeložil Jan Hollan