Počítačový model ukázal, do akej miery vplývajú aerosóly na svetelné znečistenie.
Svetelná žiara nad sídlom. Zdroj: iStockphoto.com
Negatívne dopady svetelného znečistenia z miest na životné prostredie sa čoraz viac zhoršujú. Narúša totiž prirodzené biorytmy nielen človeka, ale aj živočíchov. Príliš veľa svetla môže u človeka viesť k problémom so spánkom, zvýšiť únavu a spôsobiť mu ďalšie zdravotné ťažkosti. V prípade zvierat, napríklad svetlušiek, môže dokonca narúšať párenie.
Slovenský vedec s americkým kolegom v novej štúdii zistili, že ak sa podarí obmedziť znečistenie ovzdušia nad mestami, zníži sa aj jas nočnej oblohy nad nimi. Zistenia v štúdii, ktorú zverejnili v časopise Scientific Reports, tak prinášajú ďalší argument pre zníženie znečistenia vzduchu. Okrem obmedzenia negatívnych dopadov na zdravie ľudí, redukcia znečistenia ovzdušia prináša aj krajší pohľad na nočnú oblohu.
Obmedzené možnosti zlepšenia svetiel
Svetelný smog nad mestami a ďalšími zasiahnutými oblasťami možno potlačiť úpravou niektorých parametrov verejného osvetlenia. Táto cesta však už začína narážať na svoje limity a možnosti ďalšej modernizácie sú tiež obmedzené.
„Vzhľadom na požadované normy na bezpečnosť a prevádzku nie je možné znižovať svetelný výkon, takže opatrenia sú zamerané na lepšie smerovanie svetla alebo zlepšenie jeho spektrálneho profilu,“ vysvetľuje pre Vedu na dosah vedec Miroslav Kocifaj z Ústavu stavebníctva a architektúry SAV a Fakulty matematiky a informatiky Univerzity Komenského, ktorý je jedným z autorov štúdie.
„Je napríklad známe, že modré svetlo sa v atmosfére rozptyľuje s väčšou efektivitou ako červené svetlo, a tak môže zmena spektrálnej skladby tiež viesť k úprave svetelných pomerov v prostredí. Na druhej strane modré zdroje svetla, napríklad LED, sú ekonomicky veľmi výhodné, pretože pri rovnakej spotrebe elektrickej energie sú efektívnejšie.“
Aby sme dosiahli ďalšie zlepšenie a prekonali súčasné možnosti svetelných zdrojov, treba sa pozrieť aj na iné faktory, ktoré vplývajú na šírenie rozptýleného svetla. A práve týmto sa zaoberala nová štúdia. Skúmala vplyv aerosólov na šírenie svetla. Aerosóly sú zmesou veľmi drobných čiastočiek pevnej alebo kvapalnej látky. Aerosóly sú koncentrované v najnižších vrstvách atmosféry, predovšetkým v okolí miest.
„Rozmery aerosólových častíc sú násobne väčšie ako rozmery molekúl vo vzduchu. Z pohľadu fyziky to znamená, že rozptyľujú svetlo s výrazne vyššou efektivitou. Čast svetla unikajúca z mestských zdrojov je tak účinne presmerovaná späť k zemskému povrchu, kde ho môžeme vnímať ako rozptýlené svetlo oblohy,“ vysvetľuje vedec.
„Je to niečo podobné, ako keď zapnete reflektory auta v hmle a namiesto zlepšenia viditeľnosti prostredia ste ako šofér ešte viac oslepený rozptýleným svetlom.“
Zistenia sedeli s modelom
Aby sa dozvedeli o vplyve aerosólov na svetelné znečistenie viac, Miroslav Kocifaj s americkým kolegom Johnom Barentinom vytvorili počítačový model, ktorý zohľadňoval procesy rozptylu svetelného vlnenia molekulami vo vzduchu a aerosólmi rôznych veľkostí a zloženia.
Vysoká koncentrácia čiastočiek prachu a aerosólu v okolí miest vedie k zhoršenej viditeľnosti hviezd v kontraste presvetlenej oblohy. Čím sú čiastočky väčšie, tým viac svetla rozptýlia smerom k zemskému povrchu. Rozmerovo veľké častice však zotrvávajú v atmosfére oveľa kratší čas než menšie častice, ktorých je tak neporovnateľne viac a môžu tak tiež výrazne prispievať k svetelnému smogu. Úroveň jasu oblohy sa môže meniť aj s chemickým zložením častíc. Napríklad čiastočky na báze uhlíka, ktoré vznikajú pri spaľovaní či priemyselnej výrobe, veľmi dobre absorbujú svetlo. Zatiaľ čo čiastočky minerálnych solí môžu zvyšovať jas nočnej oblohy vďaka efektívnejšiemu rozptylu a menšej absorpcii.
Keby bol nad mestami čistejší vzduch, dovolil by mestskému svetlu uniknúť. Nežiaduci jas oblohy by tak klesol.
Výskumníci svoj model otestovali s použitím dát získaných na observatóriu vo Viedni na jar 2019. V čase experimentu sa zmenili atmosférické podmienky tak, že došlo k dočasnému ale výraznému vyčisteniu vzduchu. Jas oblohy nad Viedňou sa v dôsledku toho zmenšil zhruba o šesťdesiat percent. K zmenám v mestskom osvetlení pritom nedošlo. Výsledky merania sa dobre zhodovali s teoretickou predpoveďou vytvorenou na základe modelom, ktorý vedci vyvinuli.
Astronóm s teleskopom pozorujúci hviezdnu oblohu. Zdroj: iStockphoto.com
Je to na mestách a znečisťovateľoch
Viac hviezd a menej rušivého svetla oblohy v mestách by tak popri zlepšení zdravia mohli byť ďalším argumentom, prečo obmedziť znečistenie mestského ovzdušia.
„Znižovanie aerosólovej záťaže prostredia vedie tiež k zníženiu svetelného znečistenia, a to aj bez akejkoľvek zmeny parametrov verejného osvetlenia. Ak by sa týmto začali vážnejšie zaoberať väčšie mestá alebo mestské časti napríklad v Bratislave, dosiahli by výrazné zlepšenie podmienok aj bez vynaloženia finančných nákladov inak potrebných na drahú rekonštrukciu osvetlenia,“ argumentuje vedec.
Dopĺňa, že na základe výpočtov je možné určiť, aké typy aerosólov sú pre danú lokalitu kritické, a tak lepšie určiť potenciálne, napríklad priemyselné zdroje znečistenia. Vďaka tomu by bolo možné navrhnúť cielené opatrenia. Zároveň však varuje, že znižovanie znečistenia vzduchu by nemalo byť náhradou za klasické snahy pri obmedzovaní svetelného znečistenia.
„Vieme celkom dobre určiť najrizikovejšie zdroje znečistenia pre to-ktoré mesto alebo tú-ktorú lokalitu. Opatrenia na miestnej úrovni sú už záležitosťou miestnych úradov a samotných znečisťovateľov,“ dodáva Kocifaj.
Ak vás téma svetelného znečistenia zaujala, odporúčame vám aj autorský film Mateja Poka z produkcie Centra vedecko-technických informácií SR.
Zdroj: DOI: 10.1038/s41598-021-94241-1
