Как светлинното замърсяване увеличава емисиите на въглероден диоксид и защо проблемът е лесен за решаване?

Светлинното замърсяване обикновено се възприема като нещо абстрактно. То пречи на астрономите, пречи на нощните насекоми, изтрива звездите от небето – голяма загуба ли е това? Но ново мащабно проучване, публикувано в Nature Climate Change, показва, че проблемът е много по-дълбок и пряко засяга основните процеси на планетата.

Изкуствената светлина през нощта (известна в науката като ALAN – Artificial Light At Night) кара цели екосистеми да отделят повече въглероден диоксид. Тя нарушава естествения ритъм на вдишване и издишване на горите, полетата и пасищата, като променя техния въглероден баланс в посока на емисиите.

Как една обикновена улична лампа може да направи това? Нека разберем механиката на този процес.

Какво представлява метаболизмът на екосистемите?

Необходимо е да се изяснят два термина: брутно първично производство (GPP) и дишане на екосистемата (Re).

GPP (брутно първично производство) по същество е фотосинтезата в мащаба на цялата екосистема. През светлата част на денонощието растенията поглъщат CO₂ от атмосферата и използват слънчевата светлина, за да го превърнат в органична материя. Това е дишането на планетата, процесът на поглъщане на въглерод.

Ре (екосистемно дишане) е обратният процес. Всички живи организми – растения, животни, гъби, микроби в почвата – дишат, за да получат енергия. При това те отделят CO₂. Това е издишване, процес на освобождаване на въглерод.

Разликата между това колко въглерод е бил погълнат (GPP) и колко е бил освободен (Re) се нарича нетен екосистемен обмен (NEE). Ако дадена екосистема абсорбира повече, отколкото освобождава, тя действа като поглътител на въглерод, т.е. премахва CO₂ от атмосферата. Ако отделя повече, тя се превръща в източник на въглерод. Този баланс е един от основните фактори, които регулират климата.

Как нощното осветление се намесва в този процес?

Логично би било да се предположи, че допълнителната светлина през нощта може по някакъв начин да стимулира фотосинтезата, като повлияе на GPP. Но изследователите анализират данните от 86 измервателни станции в Северна Америка и Европа и установяват обратното.

Оказва се, че върху поглъщането на въглерода изкуствената светлина няма почти никакъв ефект. Ударът е бил нанесен върху другата част от уравнението.

Под въздействието на нощната светлина дишането на екосистемите се увеличава драстично.

Екосистемите дишат по-интензивно под светлината на уличните лампи. Те отделят повече въглероден диоксид, особено в периодите, когато би трябвало да са в покой.

Защо се увеличава дишането и до какво води то?

Нощната светлина нарушава циркадните ритми – вътрешния биологичен часовник на живите организми. Растенията не получават ясен сигнал, че нощта е настъпила. Това може да доведе до това, че техните стомати (малки пори на листата, през които се осъществява газообменът) остават отворени по-дълго от необходимото, което увеличава загубата на вода и енергия. Микроорганизмите в почвата, които играят огромна роля в разграждането на органичната материя, също променят своята активност.

Казано по-просто, светлината принуждава екосистемата да работи извънредно. Тази прекомерна активност изисква енергия, която се извлича чрез дишането. А резултатът от дишането е отделянето на CO₂.

Сега да се върнем към нашето уравнение. Ако вдишването остане същото, а издишването се увеличи, нетният баланс се променя. Екосистемата започва или да абсорбира по-слабо въглерода, или да го освобождава по-активно. В годишен мащаб проучването показва, че ефектът ALAN върху въглеродния баланс се проявява именно чрез този механизъм: не чрез потискане на фотосинтезата, а чрез стимулиране на нощното дишане.

Винаги и навсякъде ли се случва това по един и същи начин?

Не. Ефектът е нелинеен и зависи от няколко фактора, най-вече от продължителността на нощта.

При кратки интервали от време (изследователите анализират данните на всеки половин час) най-силно увеличение на дишането под въздействието на светлината се наблюдава през кратките летни нощи. Когато обаче се анализират среднодневните и годишните данни, картината става по-сложна, но общата тенденция се запазва: колкото повече светлина, толкова повече екосистемата издишва CO₂.

Това доказва, че светлинното замърсяване не е само локален фактор, а постоянен фонов стресор, който хронично влияе на природните системи.

Какво означава това за нас и за климата?

Изводът е, че светлинното замърсяване е подценяван фактор за глобалните промени, който влияе пряко върху въглеродния цикъл. Нашите градове, пътища и индустриални зони, забулени в светлинен купол, не само ни пречат да виждаме звездите, но и създават условия, при които околните природни зони губят способността си да съхраняват ефективно въглерода.

Този ефект трябва да бъде отчетен в климатичните модели. В момента те се фокусират върху концентрацията на парникови газове, температурата и земеползването, но пренебрегват един повсеместен фактор като нощната светлина.

Има обаче и добри новини. За разлика от много други глобални проблеми, този има сравнително бързо техническо решение. Насочването на светлините надолу, затъмняването, използването на по-топъл спектър, който оказва по-малко въздействие върху живите организми, и простото правило да се изключва осветлението там, където не е необходимо, могат да намалят натоварването на екосистемите. По думите на самите учени негативните последици от светлинното замърсяване могат да бъдат „смекчени за една нощ“. А сега има и доказано основателна причина да го направим.