Fotobiologické účinky a světelné znečištění Lidé a zvířata

Prezentace na téma: "Fotobiologické účinky a světelné znečištění Lidé a zvířata"— Transkript prezentace:

1 Fotobiologické účinky a světelné znečištění Lidé a zvířata
Připravil ISR – University of Coimbra srpen 2017

2 Obsah Světelné znečištění
1.1. Druhy světelného znečištění (záře oblohy, oslnění, světelný přesah, shluky světla) 2. Dopady na lidi 3. Dopady na ekosystémy 4. Dopady na přírodu 5. Zmírnění světelného znečištění

3 1. Světelné znečištění Světelným znečištěním se rozumí přítomnost antropogenního světla v nočním prostředí. narušuje ekosystémy má zdraví škodlivé účinky ruší astronomické observatoře

4 1. Světelné znečištění Druhy světelného znečištění
Existují čtyři hlavní kategorie světelného znečištění: záře oblohy (sky glow) oslnění (glare) světelný přesah (light trespass) shluky světel (light clutter)

5 1. Světelné znečištění Druhy světelného znečištění
potřebný světelný tok oslnění osvětlovaná oblast přilehlá oblast DLOR ULOR světelné znečištění záře oblohy světelný přesah DLOR - Světelný tok v dolním poloprostoru ULOR - Světelný tok v horním poloprostoru

6 1. Světelné znečištění Druhy světelného znečištění
Záře oblohy (sky glow) Jde o jasné rozptýlené světlo, které je v noci nad městy. Může být způsobena přírodními faktory, ale často jsou její příčinou neefektivní a umělé světlo svítící zbytečně do nebe, dále rozptýlené částicemi polétavého prachu, plynem a vodními kapičkami.

7 1. Světelné znečištění Druhy světelného znečištění
Oslnění (glare) Oslnění je nepříjemný vizuální efekt způsobený nepříznivou distribucí intenzity světla nebo vysokými kontrasty, který nutí oko k rychlému přizpůsobení. Obvykle se rozlišují dva druhy efektů oslnění: Omezující oslnění, jehož příčinou je rozptýlení světla v oku, které snižuje kontrastní citlivost, a Rušivé oslnění, které vyvolává subjektivní nepříjemný pocit.

8 1. Světelné znečištění Druhy světelného znečištění
Světelný přesah (light trespass) Světelný přesah vzniká, když nechtěné světlo proniká do nechtěných oblastí, neúmyslně osvětluje jiné domy, podniky či oblasti. K běžnému problému se světelným přesahem dochází, když zvenku do oken něčího domova svítí silné světlo.

9 1. Světelné znečištění Druhy světelného znečištění
Shluky světel (light clutter) Světelnými shluky se označuje nadměrné seskupení světel. Seskupení světel může způsobit zmatek a odvést pozornost od překážek. To vytváří nebezpečné prostředí pro řidiče, protože konkuruje dopravním a navigačním signálům. Shluky světel jsou patrné zejména na silnicích, když je veřejné osvětlení špatně navrženo, nebo kde je u silnice jasně osvětlená reklama. Přispívá také k jiným druhům světelného znečištění, včetně světelného přesahu, osnění a záře oblohy.

10 Světelné znečištění 2. Dopady na lidi
Nedávný objev vnitřních fotosenzitivních retinálních gangliových buněk (ipRGC) v našich tělech ukazuje, jak jsou tyto buňky důležité pro nastavení vnitřních biologických hodin. Nově identifikované gangliové buňky velmi citlivě reagují na viditelné modré světlo a nastavují vnitřní hodiny, které synchronizují naše těla s externím cyklem dne a noci. Světlo bohaté na modré části spektra stimuluje fotoreceptory ipRGC, zúží zorničky, stimuluje tvorbu dopaminu, serotoninu a kortizolu a potlačí melatonin. Sítnice lidského oka není tvořena jen tyčinkami a čípky, které slouží převážně pro vizuální vnímání, ale také vnitřními fotosenzitivními retinálními gangliovými buňkami (ipRGC). V roce 2007 bylo objeveno, že tyto buňky obsahují melanopsin, a jsou tedy citlivé na světlo. Maximální citlivost na melanopický účinek světla je při vlnové délce 490 nm (modrá). To znamená, že tato vlnová délka obzvláště dobře stimuluje melanopsin. Účinkem této stimulace je potlačení tvorby hormonu melatoninu v epifýze. Hormon melatonin hraje ústřední roli v cirkadiánním rytmu člověka. Především večer, když jsme unaveni, je v naší krvi vysoká koncentrace melatoninu, která ve spánku klesá, takže ráno je hladina melatoninu podstatně nižší. Denní světlo, které má vyšší podíl modrého světla (zejména ráno), také přispívá k potlačení melatoninu.

11 Světelné znečištění 2. Dopady na lidi
- Sítnice lidského oka není tvořena jen tyčinkami a čípky, které slouží převážně pro vizuální vnímání, ale také vnitřními světlocitlivými gangliovými buňkami (ipRGC). - V roce 2007 bylo objeveno, že tyto buňky obsahují melanopsin, a jsou tedy citlivé na světlo. Maximální citlivost na melanopický účinek světla je při vlnové délce 490 nm (modrá). To znamená, že tato vlnová délka obzvláště dobře stimuluje melanopsin. - Účinkem této stimulace je potlačení tvorby hormonu melatoninu v epifýze. Hormon melatonin hraje ústřední roli v cirkadiánním rytmu člověka. Především večer, když jsme unaveni, je v naší krvi vysoká koncentrace melatoninu, která ve spánku klesá, takže ráno je hladina melatoninu podstatně nižší. Denní světlo, které má vyšší podíl modrého světla (zejména ráno), také přispívá k potlačení melatoninu.

12 Světelné znečištění 2. Dopady na lidi
Gangliové buňky vysílají signály do mozku a regulují tvorbu hormonů. Toto jsou čtyři nejdůležitější hormony, které řídí biologický rytmus: Melatonin vyvolává únavu, zpomaluje tělesné funkce a utlumuje aktivitu, aby mohl nastat odpočinek. Kortizol na druhé straně je stresový hormon, který je vytvářen přibližně od 3 hodin ráno. Stimuluje metabolismus a nastavuje tělo na denní režim. Serotonin funguje jako stimulátor a motivátor. Zatímco hladina kortizolu v krvi v průběhu dne klesá, a tím působí proticyklicky k hladině melatoninu, serotonin napomáhá zvyšovat úrovně energie. Dopamin hraje důležitou roli ve svalové koordinaci, čilosti a v systému potěšení.

13 Světelné znečištění 2. Dopady na lidi
V průběhu dne se v souladu s přirozeným světelným cyklem světlo mění: Nízké hladiny světla a nízké teploty chromatičnosti brzy ráno Vysoké hladiny světla a vysoké chromatičnosti v poledne (až K) Nízké hladiny světla a nízké teploty chromatičnosti večer Extrémně nízké hladiny světla a střední Tc za měsíčního svitu

14 Světelné znečištění 2. Dopady na lidi
Tyto přirozené proměny slunečního světla pomáhají určit nastavení našich vnitřních hodin, cirkadiánního rytmu, který našemu tělu říká, kdy spát a kdy být vzhůru. Protože náš cyklus spánku a bdění je velmi důležitý, jeho narušení může mít také dopad na: imunitní systém paměť chování

15 Světelné znečištění 2. Dopady na lidi
Kvůli nárůstu používání bílých LED svítidel u venkovního osvětlení a jejich relativně většímu podílu krátkovlnného spektra – blízko maximální citlivosti na melanopický účinek světla 490 nm (modrá) – v porovnání s vysokotlakými sodíkovými (HPS) světelnými zdroji, které obvykle nahrazují, vznikly obavy, že potenciálně zvýšená přítomnost krátkých vlnových délek v nočním prostředí může být škodlivá zdraví. Řada kontrolovaných laboratorních studií ukázala zpoždění normálního přechodu na noční fyziologii kvůli večerní expozici displejům tabletů a počítačů, podsvícených elektronických čteček a pokojovému osvětlení typickému v obydlích.

16 Světelné znečištění 2. Dopady na lidi
Spektrální rozsah LED svítidel může být navržen tak, aby poskytoval jakékoli světelné spektrum – například aby více nebo méně stimuloval ipRGC, podle situace nebo denní doby. Je ale důležité poznamenat, že krátké vlnové délky jsou zásadní složkou viditelného spektra a mají také přínosy: lepší identifikace objektů (např. vozidel, oblečení, lidí) lepší kontrast mezi objektem (např. sutiny na silnici) a jeho okolím. lepší periferní vidění při nízké intenzitě osvětlení To znamená, že není možné je jednoduše odstranit z veřejného osvětlení, zejména u silnic.

17 Světelné znečištění 3. Dopady na ekosystémy
Ekologické systémy jsou silně ovlivňovány světlem, a především denními a sezónními cykly světla a tmy. Zavedení umělého světla narušuje tyto přírodní světelné cykly, které vznikají pohybem Země, Měsíce a Slunce, i meteorologickými faktory. den / noc roční doby lunární cykly

18 Světelné znečištění 3. Dopady na ekosystémy
24-hodinový (solární) cyklus Nejzřetelnější změnou v zavádění svícení v noci je obecně konec tmy. Cyklus střídání dne a noci je pravděpodobně nejsilnějším environmentálním signálem pro chování, neboť téměř všechny živočichy můžeme kategorizovat jako noční nebo denní. Pokud je noční živočich aktivní pouze v extrémní tmě, nebude schopen žít v osvětlených oblastech. Mnoha živočichům slouží jako podnět pro každodenní aktivity (např. shánění potravy) čas soumraku a svítání. Nejkritičtější dopady jsou pociťovány přímo u veřejného osvětlení a osvětlených budov, ale rozptýlené světlo záře oblohy může sahat až stovky kilometrů od center měst.

19 Světelné znečištění 3. Dopady na ekosystémy
Sezónní cykly Změna délky dne je klíčovým signálem pro sezónní chování, neboť mnoho živočichů používá délku dne jako signál pro sezónní události (např. růst, rozmnožování, migraci). Přítomnost světla v noci může vést k tom, že organismus vnímá jiné období, než skutečně je, což mění chování a termoregulaci dotčených organismů. Tento dopad může být pro malé savce v zimě smrtelný, protože když jejich těla reagují jako by bylo léto, neudržují odpovídající zimní teplotu těla potřebnou pro přežití zimních nocí.

20 Světelné znečištění 3. Dopady na ekosystémy
Lunární cykly Chování některých živočichů je řízeno lunárních cyklem (např. rozmnožování). Blízko center měst hladina záře oblohy často překračuje úroveň světla za úplňku, takže přítomnost světla v noci může tyto vzorce chování změnit. Například snížit synchronnost reprodukčních aktivit jednotlivců (s následky pro úspěch oplodnění, nasycení predátorů apod.) a interakce s ostatními důležitými environmentálními fenomény, jako je dostupnost zdrojů.

21 Světelné znečištění 4. Dopady na divokou přírodu
Savci - Savci, jako například netopýři, mývalové, kojoti, vysoká zvěř a losi, mohou mít kvůli nadměrnému světlu v noci potíže při shánění potravy. Riskují odhalení přirozenými predátory a kvůli narušení nočního vidění je u nich vyšší úmrtnost. Dochází u nich také k poklesu reprodukce, což vede ke snižování populací. Ptáci - Ptáci, jako například sovy a lelkové, využívají světlo Měsíce a hvězd a v noci loví a migrují. Umělé zdroje světla mohou být silnější než ty přírodní a ptáci jsou umělými světly přitahováni nebo se na ně fixují. Následkem toho se ptáci odchýlí od své zamýšlené migrační trasy, letí až do vyčerpání a kolapsu a stanou se kořistí ostatních živočichů. Mořští ptáci, například albatrosi, narážejí kvůli silnému světlu do majáků, větrných turbín a vrtných plošin na moři. Jen v Severní Americe uhyne ročně 100 milionů ptáků po srážce s osvětlenými budovami a věžemi.

22 Světelné znečištění 4. Dopady na divokou přírodu
Plazi - Plazy, jako například mořské želvy, světelné znečištění ovlivňuje do velké míry. Samice želv hnízdí na tmavých odlehlých plážích, ale jasná pobřežní světla jim zabraňují najít bezpečná místa k nakladení vajec. To vede k tomu, že želvy nakladou vejce na nebezpečných místech nebo do oceánu. Vylíhlé želvičky instinktivně lezou za nejjasnější části na pláži, což bylo po mnoho staletí měsíční světlo a hvězdami osvětlený oceán. Nadměrné světlo na pláži nebo blízko pobřeží vylíhnutá mláďata mate a způsobuje, že bloudí směrem od oceánu. Mohou je sežrat predátoři, přejet auta, mohou se utopit v bazénech nebo uhynout kvůli dehydratací či vyčerpání. Umělá světla také mohou způsobit dezorientaci ostatních nočních plazů.

23 Světelné znečištění 4. Dopady na divokou přírodu
Obojživelníci - Záře oblohy má vliv na obojživelníky, například žáby, ropuchy a mloky v bažinách a mokřadech. Oranžový opar je mate a dezorientuje, což vede k problémům se stravou a pářením. Také narušuje přirozené instinkty, které obojživelníky chrání před přirozenými predátory a živly. Hmyz - Hmyz, například noční můry, je přirozeně přitahován ke světlu a může vynaložit veškerou svoji energii, aby u zdroje světla zůstal. To narušuje páření a migraci a činí to hmyz zranitelným ze strany přirozených predátorů, což snižuje jejich populace. Toto má také vliv na všechny druhy, které na hmyz spoléhají z důvodů potravy nebo opylení.

24 5. Zmírnění světelného znečištění
Veřejné osvětlení by mělo být konstruováno tak, aby nejen poskytovalo světlo tam, kde je potřeba a v čase, kdy je potřeba, a to energeticky účinným způsobem, ale také aby minimalizovalo nebo zabránilo problémům, které může rozptýlené světlo způsobit.

25 5. Zmírnění světelného znečištění
Osvětlení komunikací by mělo být instalováno takovým způsobem, aby bylo jeho přínosů dosaženo s minimálním únikem světla do směrů, kde není žádoucí, nebo je vyloženě škodlivé pro zdraví i bezpečnost. Světelný tok vyzařovaný přímo ze svítidla do horního poloprostoru (Upwards Light Output Ratio, ULOR) by měl být snížen na 0 %. Při osvětlování vertikálních objektů namiřte světlo dolů kdekoli to je možné nebo použijte clony, usměrňovací desky a žaluzie, aby se snížil únik světla kolem objektu a nad ním na minimum. Ztlumení světla může výrazně snížit nadbytečné osvětlení (a šetří energii). Používejte svítidla s lepšími G třídami clonění (ČSN EN 13201) Kdykoli je to možné, minimalizujte použití osvětlení s krátkými vlnovými délkami.

26 5. Zmírnění světelného znečištění
Svítidla jsou navržena tak, aby distribuovala osvětlení způsobem odpovídajícím specifickému využití. Prakticky jakékoli svítidlo může způsobovat světelné znečištění a oslnění, pokud je nainstalováno nesprávně, nebo je použito pro nesprávný účel. Těmto problémům je možné se vyhnout výběrem svítidel, která mají vhodné vyzařování světla a vhodné spektrální složení (vhodnou teplotu chromatičnosti).