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Ökologische Auswirkungen künstlicher Beleuchtung

Gerne erstellen wir auf Anfrage und bei Finanzierung eine Aktualisierung des Grundlagenberichtes.
In den letzten Jahren sind insbesondere zum Einsatz von LED Beleuchtungen eine Reihe von spannenden Studien erstellt worden!


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Zusammenfassung:

Lichtimmissionen durch künstliche Beleuchtung nehmen seit Jahren weltweit exponentiell zu - und damit auch die negativen ökologischen Auswirkungen. Aufgrund einer umfassenden Literaturstudie wurden die biologischen und medizinischen Aspekte - nicht aber ästhetische oder technische Aspekte - zusammengefasst um als Grundlage einer ökologischen Beurteilung künstlicher Beleuchtung zu dienen.


Effekte von Licht auf Pflanzen, Tiere, Mensch und Lebensgemeinschaften

Alle Organismen, d.h. Bakterien, Algen, Pilze, Pflanzen, Tiere und natürlich auch der Mensch haben sich im Laufe der Evolution an den Tag-Nacht-Wechsel angepasst und verfügen über eine ausgeprägte physiologische Uhr ("innere Uhr"). Diese wird hauptsächlich durch das Licht des natürlichen Tag-Nacht-Wechsels auf den 24-Stundenrhythmus (circadianer Rhythmus) eingestellt. Die meisten Tiere und Pflanzen sind zudem in der Lage, ihre innere Uhr an die sich ändernden Tageslängen (Photoperiode) innerhalb des Jahres anzupassen. Die Steuerung durch die Tageslänge ermöglicht eine Reihe ökologischer Vorteile. Es ist beispielsweise für Tiere von Vorteil, ihre Jungen bei günstigen Umweltbedingungen aufzuziehen, und für Pflanzen, nicht im Winter zu blühen. Künstliche Beleuchtung kann sich auf verschiedene Pflanzen- und Tierarten unterschiedlich auswirken. Während die lichttoleranten Arten von künstlichem Nachtlicht profitieren, sich anpassen können oder nicht davon betroffen sind, kann es für lichtempfindliche Arten eine Reduktion ihrer Überlebensfähigkeit bedeuten oder bis zu einem Sterberisiko werden. Künstliche Beleuchtung kann den Lebensraum von Tierarten zerschneiden und ihren Aktionsradius und dadurch das Nahrungsangebot einschränken. Sie kann auch zur veränderten Konkurrenz und Räuber-Beute-Beziehung zwischen Arten führen. Durch diese Auswirkungen kann es zur schleichenden Artenverschiebung innerhalb einer Lebensgemeinschaft kommen. Bei bedrohten Arten muss ein Rückgang oder gar das Aussterben von kleinen, isolierten Populationen befürchtet werden, besonders dort, wo Lebensräume durch die städtische Entwicklung zerschnitten werden.


Pflanzen

Bei Pflanzen nehmen Photorezeptoren das Licht wahr und steuern dadurch Prozesse wie das Stellen der inneren Uhr, Samenkeimung, Stängelwachstum, Blattausdehnung, Übergang vom vegetativen in den Blühstatus, Blütenentwicklung, Fruchtentwicklung und Alterung. Neben dieser jahreszeitlichen Rhythmik lässt sich auch ein Tagesrhythmus, beispielsweise in der Atmungsaktivität und im zellulären und organismischen Stofftransport, erkennen. Die entscheidende Bedeutung von Belichtungszeitpunkt und -dauer für Pflanzen kann in Versuchen gezeigt werden: Im Dauerlicht (24 h) erlahmt das Photosynthesevermögen bei manchen Arten. Störlicht in der Mitte der Dunkelphase kann bei den einen Pflanzen die Blütenbildung verhindern, während bei anderen die optimale Blütenbildung anregt wird. Bis heute wurden unzählige Untersuchungen ausgeführt, welche die Mechanismen sowie Wechselwirkungen von Lichtwahrnehmungen und Tagesrhythmen bei Pflanzen zum Thema haben. Genauere Untersuchungen über die Auswirkung der längeren Photoperiode durch künstliche Nachtbeleuchtung auf Pflanzen in natürlicher Umgebung fehlen jedoch.


Wirbellose

Bei Insekten steuert die Tageslänge (Photoperiode) neben der Tagesaktivität den Schlüpfrhythmus und ist Auslösefaktor für die Winterruhe. Bei den meisten Insekten weisen die Aktionsspektren für photoperiodische Reaktionen einen Wirkungsgipfel im Blaubereich des Lichts um 450 nm auf. Larven oder erwachsene Tiere vieler nachtaktiver Insektengruppen wie Schmetterlinge (Nachtfalter), Käfer, Mücken, Fliegen, Schnaken, Schwebefliegen, Köcherfliegen, Wespen, Wanzen, Grillen etc. werden von Licht angezogen und dadurch von ihrem natürlichen Lebensraum weggelockt. Anstatt Nahrung zu suchen, sich zu paaren oder Eier zu legen, verfliegen sie ihre Energievorräte an den Lampen und können dort zu Tode kommen. Besonders attraktiv für viele Insektenarten wirkt Licht im Ultraviolettbereich. Unter den angezogenen Insekten sind immer auch bedrohte Arten. Da nicht alle Insektenarten in gleichem Masse durch Licht angelockt werden, ist es möglich, dass es dadurch zur Artenverschiebung kommt. Wasserflöhe wandern nur während dunklen Bedingungen in die Nähe der Wasseroberfläche, um Nahrung (Algen) aufzunehmen. Bei Seen in städtischer Umgebung, die 5-30-mal mehr Licht enthalten als Seen in ländlichen Gebieten, wandern sie weniger weit hoch. Spinnen zeigen unterschiedliches Verhalten auf Licht: Während die einen wie die Brückenkreuzspinne aktiv beleuchtete Orte aufsuchen, meiden andere das Licht. Bei Weinbergschnecken sind Aktivitätsdauer, Wachstum und Eiablage von der Lichtdauer abhängig. Bei mehr als 15 Stunden Licht sind die Schnecken zwar aktiv, wachsen aber weniger. Lange Tage regen die Eiablage der erwachsenen Tiere an.


Fische

Das Lichtregime stellt in der Fischzucht ein wichtiger ökonomischer Faktor dar. Forellen und Lachse laichen normalerweise einmal im Jahr. Mit einem entsprechenden Lichtregime laichen sie zusätzlich 6 Monate später nochmals. Die Geschlechtsreife der Weibchen kann gehemmt oder verzögert werden, wenn sie zum richtigen Zeitpunkt Dauerlicht ausgesetzt werden. Bestimmte Fische lassen sich von Licht anziehen (z.B. Hering, Lachs), während andere Licht meiden (z.B. Aal). Während die einen unter künstlicher Beleuchtung eine grössere Aktivität zeigen, sind andere weniger aktiv. Bestimmte Fische fressen vor allem in dunklen Nächten, nicht aber bei Vollmond oder künstlicher Beleuchtung. Nächtliche Beleuchtung kann durch den Anlockeffekt das Wanderverhalten und die Verteilung von Fischen verändern.


Amphibien und Reptilien

Amphibien sind fast ausschliesslich nachtaktiv. Bei Beleuchtung erscheinen bestimmte Amphibien eine Stunde später aus ihrem Versteck und verlieren dadurch Zeit für die Nahrungssuche. Künstliche Nachtbeleuchtung blendet Frösche und Kröten, sodass sie Schwierigkeiten haben, Beute (Insekten) zu fangen. Andererseits werden sie von Licht angezogen, sobald sich ihre Augen daran gewöhnt haben, und die Beutejagd kann sich sogar einfacher gestalten, wenn sie die Nahrung durch die Beleuchtung sehen oder das Licht eine grosse Menge an Beute angezogen hat. Allerdings besteht dadurch die Gefahr, dass sie ihrerseits zur leichten Beute werden. Künstliche Nachtbeleuchtung gefährdet die Fortpflanzung von Froscharten, die sich nur bei sehr geringen Lichtverhältnissen paaren oder bei hellem Licht nicht rufen und sich unter diesen Umständen auch nicht paaren können. Bei Eidechsen wird die Bewegungsaktivität, die Tätigkeit der Keimdrüsen und der Farbwechsel allein durch ein lichtempfindliches Gehirnorgan, d.h. über die Schädeldecke, gesteuert. Bei künstlicher Beleuchtung muss deshalb mit schwer wiegenden Veränderungen gerechnet werden.


Vögel

Bei Vögeln reicht - wie bei Eidechsen - die Lichtdurchlässigkeit der Schädeldecke aus, um geringe Helligkeitsunterschiede zu registrieren und den Organismus zu beeinflussen. Mit Zusatzlicht kann die Geschlechtsreife bei Hühnern vorverschoben und die Tätigkeit der Keimdrüsen (Eiablage) verlängert werden. Andererseits nimmt die Spermaproduktion beim erwachsenen Hahn markant ab, wenn die längere Beleuchtung beibehalten wird. Künstliche Beleuchtung kann auch die Nestdichte und den Brutbeginn bei Wildvögeln beeinflussen. Bei niedriger Wolkendecke, Dunst oder Nebel wird das Licht von Agglomerationen, Gebäuden oder andern baulichen Strukturen an den Wassertröpfchen reflektiert, was zu einem erleuchteten Areal, gewissermassen einer Lichtglocke oder einem Lichtdom, führt. Unter solchen Umständen können Tausende von nachts fliegenden Zugvögeln zu Tode kommen, da sie in niedrigerer Höhe ohne Orientierung nach den Sternen und der Fernorientierung durch Landmarken fliegen müssen und vom Licht angezogen werden. Die Vögel finden nicht mehr aus der Lichtglocke heraus und sterben an Erschöpfung oder kollidieren mit Strukturen oder anderen Vögeln, da sie immer zahlreicher werden. Sie verlieren wertvolle Energiereserven, weil sie Umwege fliegen oder einige Zeit in der Lichtsphäre gefangen sind. Diese Mechanismen sind von punktuellen Lichtquellen (z.B. Fernmeldetürmen, Wolkenkratzern), beleuchteten Arealen (z.B. Flugplätzen, Elektrizitätswerken etc.) wie auch von Lichtglocken über Agglomerationen aus vielen Ländern bekannt. Beim Einfliegen in einen starken Lichtkegel (z.B. Skybeamer) zeigen nachts ziehende Vögel eine Schreckreaktion, indem sie von ihrer ursprünglichen Flugrichtung abweichen und ihre Fluggeschwindigkeit reduzieren.


Säugetiere

Nachtaktive Säugetiere reagieren auf grössere Lichtintensität mit einer Verlängerung des circadianen Rhythmus. Licht hat bei Säugetieren einen grossen Einfluss auf die Fortpflanzung: Bei der Tierproduktion (Pferde, Schafe, Ziegen) wird zusätzliches Licht, eventuell zusammen mit dem Hormon Melatonin, eingesetzt, um die sexuelle Aktivität auch entgegen der natürlichen Jahreszeit zu steuern sowie Spermaproduktion, Fruchtbarkeit und Jungenzahl zu erhöhen. Künstlich beleuchtete Räume werden von bestimmten nachtaktiven Säugetieren vermieden. Fledermäuse fliegen später aus, wenn die Ausflugsöffnungen beleuchtet werden und keine alternativen Ausflugsmöglichkeiten bestehen. Den Tieren bleibt dadurch weniger Zeit für die Nahrungssuche. Bekannt sind Fälle, da angestammte Quartiere nach der Installation einer neuen Beleuchtung von den Fledermäusen verlassen wurden oder wo Lichteinsatz bei einem Stadtfest zu erhöhter Jungensterblichkeit führte.


Menschen

Wie alle anderen Säugetiere reagiert auch der Mensch auf die Dunkel-Hell-Zyklen des Naturtages. Licht wird von einem Photopigment in den Zellen der Netzhaut des menschlichen Auges aufgenommen und als elektrische Impulse über Nervenbahnen zur physiologischen (inneren) Uhr im Zwischenhirn weitergeleitet. Dort wird in der Zirbeldrüse mit Höhepunkt zwischen 2 Uhr und 4 Uhr morgens in der Dunkelheit das Hormon Melatonin freigesetzt, welches den Schlaf-Wach-Rhythmus und andere zeitabhängige Rhythmen des Körpers wie beispielsweise die Produktion anderer Hormone steuert. Neben diesen Steuerfunktionen übernimmt Melatonin eine wichtige Rolle in der Immunabwehr und hat krebshemmende Wirkung. Das Photopigment in der menschlichen Netzhaut reagiert hoch sensitiv auf Licht blauer Wellenlänge bereits bei einer Lichtstärke, die nicht einmal dem Vollmond entspricht. Wird die Dunkelheit durch künstliches Licht unterbrochen, wird die natürliche Produktion von Melatonin gestoppt. Bei Menschen, die über längere Zeit Schicht arbeiten, können entsprechend gesundheitliche Probleme auftreten wie gestörte physiologische Rhythmen (Hormonproduktion, Zellteilung), Schlafprobleme, chronische Müdigkeit, Herz-Kreislaufprobleme, Krebserkrankungen.


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Ökologische Auswirkungen künstlicher Beleuchtung

Inhaltsverzeichnis


Impressum

Vorwort Herausgeberin

Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung: Ökologische Auswirkungen künstlicher Beleuchtung

Effekte von Licht auf Pflanzen, Tiere, Mensch und Lebensgemeinschaften

Pflanzen

Wirbellose

Fische

Amphibien und Reptilien

Vögel

Säugetiere

Menschen

Einführung

Methoden

Verwendete Literatur und Grundlagen

Übersichtsdarstellungen

Spezifische Untersuchungen

Einzelereignisse, Zitate von Personen

Beurteilungen, Empfehlungen

Auswirkungen von Licht auf Pflanzen, Tiere und Menschen

Allgemeine Grundlagen

Naturtag synchronisiert circadiane Rhythmik

Lichtintensitätsänderungen bestimmen endogene Rhythmik

Licht beeinflusst Periodenlänge von Tagesrhythmus

Gen für die innere Uhr

Ökologischer Vorteil des Photoperiodismus

Auswirkungen der Lichtqualität

Beleuchtungsstärke und ihre Auswirkungen

Hell-Dunkeladaptation des menschlichen Auges

Reaktionen von Insekten auf UV-Licht und Licht blauer Wellenlänge (bis ca. 490 nm)

Reaktion von Tieren auf Licht im grünen bis roten Wellenbereich

Indirekter Effekt von unterschiedlichem Licht auf Fledermäuse

Licht blauer Wellenlänge und Melatonin beim Menschen

Effekte von Licht auf Pflanzen

Allgemeine Bedeutung von Tageslicht für Pflanzen

Tageszeitlicher Rhythmus im Naturtag

Tageslänge löst Blütenbildung aus

Anpassung an die Tageslänge der geographischen Breite

Reaktion auf Lichtspektrum

Photorezeptoren reagieren auf Umgebungslicht

Auswirkung von künstlicher Nachtbeleuchtung noch unerforscht

Effekte von Licht auf Tiere

Artspezifische Phototaxis

Photoperiodische Effekte auf Insekten

Mondlicht steuert Entwicklungszyklen von Zuckmücken

Lichtabhängige Vertikalwanderung des Zooplanktons

Photoperiodische Effekte auf Schnecken

Lichtempfindliches Hirnorgan bei Echsen

Lichtdurchlässige Schädeldecke bei Vögeln

Lichteinfluss auf Melatonin-Produktion bei Säugetieren

Auswirkungen von künstlichem Nachtlicht auf Tiere und den Menschen

Invertebraten (Wirbellose)

Anziehung von Fluginsekten

Anlockwirkung auf Wasserinsekten

Mechanismus der Anlockwirkung von Insekten und Konsequenzen

Anziehung und Meidung bei Spinnen

Veränderung der Vertikalwanderung von Wasserflöhen

Kommunikation bei Glühwürmchen

Fische

Lichtabhängigkeit der Reproduktion

Aktivitätsänderungen

Künstliche Beleuchtung als Leitsignal

Anziehung von Feinden

Amphibien

Blendung – Anziehung – Vermeidung von Licht

Verändertes Fortpflanzungsverhalten

Reptilien

Desorientierung von Meeresschildkröten

Aktivitätsanpassung – Beutefang – Risiko

Vögel

Lichtregime beeinflusst Reproduktion bei Hühnern

Kombination von Licht und Nebel als Gefahr für Zugvögel – Mechanismus

Zugvögel im Lichtdom über Agglomerationen

Zugvögel in der Lichtsphäre von kleineren beleuchteten Arealen

Towerkill

Kollision mit erleuchteten Wolkenkratzern

Fehlgeleitete Meeresvögel

Reaktion auf plötzliche Lichtreize

Vogelgesang zu Unzeiten

Strassenlicht und Nestdichte bzw. Brutbeginn von Uferschnepfen

Schlafplätze im Schutze des Lichts?

Säugetiere

Künstliches Nachtlicht und innere Uhr

Lichtregime und Melatonin in der Tierproduktion

Lichtscheu

Fassadenbeleuchtung – eine Bedrohung für Fledermäuse?

Attraktion durch Beuteansammlung?

Blendung und ihre Auswirkungen

Menschen

Rezeptorzellen für die biologische Uhr

Blaues Licht in der Nacht und Melatonin-Produktion

Melatonin reguliert und schützt

Melatonin und Krebs im Tierversuch

Nachtlicht und menschliche Gesundheit

Mechanismus der Schutzwirkung von Melatonin

Auswirkungen von künstlichem Nachtlicht auf Lebensgemeinschaften

Zwischenartliche Konkurrenz

Nischendifferenzierung und Diversität bei künstlichem Nachtlicht

Begünstigung von Fledermausarten durch Strassenbeleuchtung

Räuber-Beuteverhalten

Vorteil und Nachteil von künstlichem Nachtlicht

Lichtbeeinflusste Beuteansammlung zieht Feinde an

Feinderkennung durch künstliches Licht verunmöglicht

Folgerungen aus den Literaturgrundlagen

Auswirkungen von künstlichem Nachtlicht auf Pflanzen

Auswirkungen von künstlichem Nachtlicht auf Tiere

Auswirkungen von künstlichem Nachtlicht auf Lebensgemeinschaften und bedrohte Arten

Barriereeffekt von künstlichem Nachtlicht

Ökosystem-Effekt von künstlichem Nachtlicht

Einfluss von Beleuchtungsstärke

Einfluss von Licht unterschiedlicher Wellenlänge

Beurteilung künstlicher Beleuchtung im Siedlungsraum

Naturnahe Lebensräume

Auswirkungen von künstlichem Nachtlicht

Beurteilung

Hochhäuser, Hochkamine

Auswirkungen beleuchteter Hochhäuser und Vogeltod

Auswirkungen beleuchteter Hochkamine und Vogeltod

Nachtzug von Vögeln im schweizerischen Mittelland

Beurteilung

Gebäude, Einzelobjekte

Auswirkungen angestrahlter oder beleuchteter Gebäude

Beurteilung

Brücken

Auswirkungen beleuchteter Brücken auf Vögel

Auswirkungen beleuchteter Brücken auf Wasserinsekten und Fische

Beurteilung

Skybeamer, Laseranlagen

Auswirkungen von Skybeamern

Verbote von Skybeamern

Beurteilung

Strassen als lineare Lichtelemente

Auswirkungen von linearen Lichtelementen

Beurteilung

Umweltverträgliche Beleuchtung

Lichtqualität

Kriterien zur Wahl der Lampentypen

Umweltverträglichkeit verschiedener Lampentypen bezüglich ihrer spektralen Zusammensetzung

Lichtquantität

Beleuchtungsstärke

Leuchtdichte

Lichtlenkung

Grundsätze und Empfehlungen

Abklärungen über Umweltverträglichkeit

Lichtimmission allgemein vermindern

Anpassung der Beleuchtung an ökologisch verschiedene Stadtgebiete

Anpassung der Beleuchtung an die Saison

Ökologisch verträglichste Beleuchtung einsetzen

Forschungsbedarf und Monitoring

Tab. 4. Matrix: Checkliste für eine umweltverträgliche Beleuchtung

Literatur

Glossar

Anhang

Gesetzliche Grundlagen in der Schweiz

Eingesetzte Lampen am Beispiel der Stadt Zürich


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Therese Hotz & Fabio Bontadina, 2007. Ökologische Auswirkungen künstlicher Beleuchtung.
Bericht von SWILD als Grundlage für Grün Stadt Zürich > und Amt für Städtebau >, Zürich. 78 Seiten.
[ Den Bericht bei Grün Stadt Zürich bestellen, eine PDF Kopie bei SWILD bestellen ]

(c) swild.ch / licht@swild.ch / update website 2. Januar 2017