Световое загрязнение среды или как вернуть звёздное небо
Человек по мере заселения все больших территорий старается также создать и комфортную среду для жизни.
Качественный искусственный свет в ночное время, безусловно, играет одну из важнейших ролей в нашей повседневной жизни.
Что нам дает свет?
Свет позволяет человеку видеть в темноте, обеспечивает доступность и безопасность для пешеходов и водителей, снижает криминогенность пространства.
Помимо этого, свет используется в дизайне и архитектуре, позволяя создавать потрясающие сознание пейзажи, и полностью преображая внешний вид города. Но не так часто мы задумываемся о том, что свет может нести и отрицательное воздействие как на природу, так и на человека.
В погоне за круглосуточной жизнью, большей производительностью и прибылью, город начинает расширяться и нуждаться в растущем количестве света. И тогда человек решает начать превращать ночь в день.
В темное время суток источниками света являются различные устройства: это и уличные фонари, и светящиеся рекламные вывески, и архитектурная подсветка прожекторами фасадов и деревьев.
Эта проблема привела к появлению понятия «светового загрязнения». Традиционно под световым загрязнением понимают чрезмерное, неправильное и инвазивное (проникающее внутрь помещений) использование искусственного света. К нему относят свет, выходящий за пределы области, подлежащей освещению, направленный выше горизонта, а также от осветительных приборов, создающий прямую блескость.
Некомпетентно созданное уличное освещение приводит к изменению яркости и контрастности ночного неба, затмевает свет звезд. Свет, излучаемый уличными светильниками в небо, отражаясь от частиц пыли, различных взвесей, облаков и пара, все равно возвращается на землю.
Свет только редких самых ярких астрономических объектов проникает сквозь толщу отраженного света. Так что большинство людей даже понятия не имеет, как по-настоящему выглядит настоящее небо, расположенное прямо над их головами.
Единственной возможностью насладиться чистым небом представляется лишь та, когда возможно выехать далеко за пределы густонаселенного города.
Фотография Jeremy Stanley/Creative Commons
В рамках распространения информации о проблеме светового загрязнения Globe at Night создала специальную карту, на которой пользователи отмечают измеренную яркость ночного неба с помощью приложений, установленных на мобильных устройствах. А Международная ассоциации темного неба IDA (International Dark-Sky Association) составила карту мест, участвующих в программе Темного Неба по сохранению и защите темных ночных мест.
В поисках звезд появилось даже отдельное туристическое направление – астротуризм, участники которого посещают места удобные для наблюдения за звездами.
Наибольший ущерб свечение неба приносит, конечно, обсерваториям. Избыточный свет затмевает слабый свет малых объектов, затрудняет проведение астрономических наблюдений. Однако, помимо видимого глазу свечения неба, существует еще более неприятная проблема, создаваемая наружными источниками освещения. Ее хорошо видно на спектрограммах, которые астрономы используют для изучения химического состава, температуры и скорости движения объектов. Светильники, особенно ртутные, создают дополнительные яркие полосы на всех частях оптического спектра от инфракрасного до ультрафиолетового. Яркость этих полос значительно превышает яркость полос от астрономических объектов, и этот свет практически никак невозможно отфильтровать.
В целях более детального изучения явления, рассмотрим световое загрязнение в трех разных аспектах – экологическом, социальном и экономическом.
Экологический аспект
С точки зрения экологии, свет является жизненно важным фактором для многих живых организмов.
Постоянно проживающие на определенной территории организмы приспосабливаются к условиям местного светового режима. Так, информацию о наступлении холодов и необходимости подготовки к ним растения получают по снижению продолжительности светового дня. Поэтому искусственное изменение продолжительности светового дня может существенно повлиять на жизнь растений. Известны случаи, когда сибирские деревья погибали, не сумев подготовиться к зимнему периоду в более благоприятных климатических условиях Франции.
Изменение светового дня оказывает не меньшее влияние и на наступление диапаузы у насекомых, под которой понимают обратимую остановку процессов развития, вызванную внешними факторами. Для насекомых длинного дня увеличение продолжительности светового дня свыше критического значения приводит к резкому снижению численности особей в состоянии диапаузы, а насекомых короткого дня стимулирует к переходу в период диапаузы .
Изменения интенсивности света и его спектральный состав также вызывают определенные сдвиги в функционировании фотосистем, метаболизме углерода и обмене продуктов фотосинтеза.
Доступ к открытому небу необходим для животных и птиц особенно в периоды их миграции и перелетов. Проведенные многочисленные исследования подтвердили, что одним из способов ориентации птиц в дальних перелетах является астрономическая ориентация по солнцу и звездам. Световая подсветка архитектурных строений тоже оказывает свое влияние. Она зачастую ослепляет птиц, и те, не замечая препятствий перед собой, ежегодно тысячами разбиваются насмерть.
Таким образом, в результате застройки территорий человеком меняется существующая световая среда, а страдают обитающие в ней живые организмы.
Социальный аспект
Основная цель уличного освещения - создание комфортной среды для передвижения людей в темное время суток.
Считается, что применение большего количества света делает пространство безопаснее, но на самом деле чрезмерное освещение снижает способность глаз адаптироваться к темноте. Непродуманный световой дизайн с использованием ярких источников света создает резкие контрастные тени, а свет, исходящий под небольшим углом в 70-90 градусов от надира (направления, указывающего непосредственно вниз под конкретным местом), слепит людей.
Попробуйте сравнить две фотографии ниже.
Человек в центре первой фотографии на второй переместился прямо под фонарь и оказался практически незаметен. Такая ситуация создает дополнительную опасность, поскольку потенциальному преступнику очень легко оценить особенности жертвы, а самому остаться необнаруженным.
Рисунок 1. Человек находится в центре фотографии и в зоне видимости
Рисунок 2. Человек находится под фонарем и вне зоны видимости
Это подтверждается и исследованиями, проведенными в Англии и Уэльсе, которые показали отсутствие взаимосвязи между ростом преступности и выключением или частичным освещением в ночное время.
Также была выявлена слабая взаимосвязь между снижением преступности и применением диммирования и источников освещения белого цвета.
Стоит отметить, что излишний наружный свет может оказывать вредное воздействие на людей даже внутри помещений.
При неправильно выбранной конструкции уличных осветительных приборов или излишней рекламной подсветке свет проникает сквозь светопрозрачные конструкции в наши квартиры, повышая таким образом уровень освещенности. В результате подавляется выработка мелатонина, который больше известен под названием «гормона сна». Его основная роль состоит в регулировании суточных ритмов сна и бодрствования человека. Выработка мелатонина происходит в темное время суток и зависит в первую очередь от уровня внешней освещенности. Пик уровня мелатонина приходится на ночное время с 02:00 до 04:00.
Снижение выработки мелатонина приводит к нарушению качественного сна, бессоннице, развитию депрессии.
При этом монохроматические источники света с излучением в синей части видимого спектра оказывают большее влияние на подавление выработки мелатонина по сравнению с желтой частью, и могут способствовать вероятности развития рака.
Экономический аспект
Guidance Notes for the Ruduction of Unwanted Light, ILP, 2011
Международная ассоциация темного неба оценивает, что в США более 30% света от уличных светильников тратится на световое загрязнение. Это равняется около 22 ТВт-ч электрической энергии год. Порядка 6,9 млрд. долларов тратится в США в результате избыточного освещения и неудачного выбранной схемы освещения, что соответствует 20$ на душу населения.
Как показывает практика, массовое применение светильников не допускающих распространение бесполезного света, может также приносить и значительную экономическую выгоду.
Всерьез о проблеме светового загрязнения в провинции Фрозиноне (Италия) задумались еще в 1996 году и приняли правила по установке новых, а также замене старых светильников.
В результате снизилось потребление энергии на 66%, а сокращение выбросов СО2 достигло 12,000 тонн.
При этом каждый светильник был оборудован устройством снижения мощности, а дистанционный контроль позволил оперативно устранять повреждения.
Фрозиноне, Италия
Возможно ли снизить уровень светового загрязнения?
К счастью, осознанный подход к проектированию наружного освещения, рациональный выбор конструкции уличных фонарей и внедрение технологий автоматизации освещения дают возможность обеспечить необходимые световые условия при минимальном воздействии на окружающую среду.
Основные принципы, которые необходимо учитывать при продумывании системы наружного освещения, заключаются в следующем:
1. Использовать свет только на той территории, где он действительно необходим;
2. Использовать свет только в то время, когда в нем есть потребность;
3. Ориентировать световой поток в нужном направлении;
4. Снижать интенсивность источников света;
5. Использовать светильники с теплой цветовой температурой.
Итак, сначала надо четко выделить те границы участков, которые должны быть освещены. При расстановке осветительных приборов рекомендуется следить за распространением света за пределами этих границ. Для этого можно обращать на показатель Backlight, используемый в рейтинговой системе BUG. Чем ниже значение этого показателя, тем меньше световой поток распространяется в указанном направлении.
IES-TM-15 with addenda
В выборе наружных светильников стоить обратить внимание на саму его форму и распределение кривой силы света (данная информация обычно предоставляется производителем).
Стоит исключить применение светильников с распространением света выше горизонтали и отдавать предпочтение тем светильникам, которые имеют ограничение распространения света в верхнюю полусферу, т.е. кривая силы света не располагается выше 90 градусов от надира.
Светильники с отражающими элементами могут обеспечить тот же уровень освещенности, что и без отражателей, но с меньшими затратами энергии.
Упомянутый ранее рейтинг BUG также позволит выбрать более эффективный светильник, но в этот раз необходимо ориентироваться на показатель Uplight, который учитывает количество света, распространяющегося выше линии горизонта. Наглядно влияние света, распространяющегося выше горизонта, можно заметить на изображениях ниже.
На верхнем установлены светильники без ограничения распространения света. Весь испускаемый ими световой поток, направленный в небо, отражается обратно. На среднем изображении установлены светильники лучшей конструкции, и уже можно различить более яркие звезды. Но их суммарный световой поток, все еще достаточно большой, а отраженный свет от твердых покрытий возвращается обратно вверх. Самый благоприятный вариант наружного освещения приведен на нижнем рисунке. Он обеспечивает необходимый уровень освещенности, не создает дополнительного светового загрязнения, и при том затрачивает минимальное количество электроэнергии.
Стоит не забывать и о том, что светильники не должны ослеплять.
В России для этого используется применяется понятие защитного угла (угол, образованный горизонталью от поверхности лампы и линией, проходящей через край арматуры светильника). А в BUG рейтинге - это показатель Glare, т.е. блескость. При этом светильники должны иметь минимальное количество света на углах близких к горизонтали (70-90 градусов от надира) для исключения возможности ослепления и снижения видимости.
Оттенок света также позволит сократить световое загрязнение неба. IDA рекомендует выбирать лампочки с теплым светом. К ним относятся те, которые обладают цветовой температурой 3000К и ниже.
Современные технологии позволяют создавать адаптивное освещение для территории в зависимости от состояния освещенности и присутствия людей на ней.
В ночное время, когда улицы в большинстве своем уже не используются, можно снижать яркость осветительных приборов до минимума с помощью диммеров (электронное устройство для регулировки яркости света).
Датчики движения могут помочь определить наличие людей и увеличить уровень освещенности до требуемого.
В результате можно снизить не только распространение лишнего света, но и снизить потребление энергии. Также полезно применение фоточувствительных датчиков, с помощью которых можно будет настраивать яркость светильников в зависимости от освещенности пространства.
В заключение
Растущее использование ночного освещения будет приводить к появлению многочисленных экологических проблем и проблем со здоровьем людей.
Неразумный и устаревший принцип «больше света – лучше» уже сейчас показывает свою несостоятельность.
Необходимость решать проблему поддерживают и ведущие экологические системы сертификации (LEED, BREEAM, GREEN ZOOM) включая в свои стандарты мероприятия по сокращению светового загрязнения. В связи с чем организациями, деятельность которых направлена на распространение информации о вопросе светового загрязнения, выработаны различные практики, позволяющие снизить оказываемое влияние на экологию и человека. Учитывая такие рекомендации и применяя комплексный подход в проектировании наружного освещения, можно не только обеспечить существующие потребности в свете, но и получить преимущества, как для экономики, сокращая затраты на потребляемое электричество, так для окружающей среды, снижая эмиссию (выбросы) диоксида углерода.
Стоит отметить, что указанные рекомендации по выбору светильников с ограничением распространения светового потока (распределением света в нижнюю полусферу) не приводят к удорожанию проекта, а установка датчиков движения и повышения уровня освещенности окупается за счет последующей экономии энергетических ресурсов.
Статья подготовлена специалистами АНО «НИИУРС».
При подготовке статьи была использована литература и общедоступные информационные ресурсы:
Чернова Н.М., Былова А.М. Экология: Учеб. пособие для студентов биол. спец. пед. ин-тов. — 2-е изд., перераб. — М.: просвещение, 1988. — 272 с.
Биоиндикация загрязнений: учеб. Пособие. – СПб.: Изд-во С.-Петерб. Ун-та, 2016. – 300с.
Steinbach R, Perkins C, Tompson L, et al The effect of reduced street lighting on road casualties and crime in England and Wales: controlled interrupted time series analysis J Epidemiol Community Health 2015;69:1118-1124.
Prayag, A. S., Najjar, R. P., & Gronfier, C. (2019). Melatonin suppression is exquisitely sensitive to light and primarily driven by melanopsin in humans. J Pineal Res, in press.
Бижак Г., Кобав М. Б. Спектры излучения светодиодов и спектр действия для подавления секреции мелатонина//Светотехника. 2012. № 3
Анисимов ВН. Мелатонин – роль в организме, применение в клинике. СПб.: «Система», 2007
Chellappa, Sarah Laxhmi and Steiner, Roland and Blattner, Peter and Oelhafen, Peter and Götz, Thomas and Cajochen, Christian. (2011) Non-visual effects of light on melatonin, alertness and cognitive performance : can blue-enriched light keep us alert? PLoS ONE, Vol. 6, H. 1 , e16429.
Ariadna Garcia-Saenz, Alejandro Sánchez de Miguel et al. (2018). Evaluating the Association between Artificial Light-at-Night Exposure and Breast and Prostate Cancer Risk in Spain (MCC-Spain Study)
Gallaway, T. (2010). On light pollution, passive pleasures, and the instrumental value of beauty. Journal of Economic Issues, 44, 71–88.
Cinzano, Pierantonio. (2002). Light Pollution and the Protection of the Night Environment
По материалам сайтов: