Die Lichter der Stadt bringen den Frühling nach vorne und den Herbst zurück.

Straßenlaternen, Neonröhren und LEDs in Schaufenstern verwirren Pflanzen: In Städten beginnt der Frühling mehrere Tage früher als auf dem Land, und auch der Herbst verzögert sich um fast zwei Wochen. Eine im Fachmagazin Nature Cities veröffentlichte Studie zeigt, wie Lichtverschmutzung wie die Sonne wirkt und grundlegende Prozesse der Pflanzenphänologie wie Knospenbildung und Laubfall beschleunigt. Forscher vermuten, dass Stadtlichter das Pflanzenleben verändern, deren Folgen noch ungeklärt sind.

Lichtverschmutzung hindert uns bereits daran, die Sterne zu sehen . Jüngste Studien haben zudem gezeigt, wie sich übermäßige künstliche Beleuchtung in Städten auf das Verhalten von Stadttieren und die menschliche Gesundheit auswirkt. Gleichzeitig haben viele Studien bestätigt, dass der Frühling in den Städten früher Einzug hält. Sie wiesen jedoch auf die globale Erwärmung hin, die in städtischen Umgebungen durch den so genannten Wärmeinseleffekt verstärkt wird: Der Beton der Gebäude, der Asphalt der Straßen, die Höhe der Gebäude und die gesamte Stadtgestaltung speichern die Wärme. Nun kommt noch die Lichtverschmutzung hinzu, und das Ergebnis ist eine weit verbreitete Zerstörung der städtischen Vegetation.

Die in Nature Cities veröffentlichte Studie ergab, dass Stadtzentren im Durchschnitt etwa 12,6 Tage früher grün werden als die Pflanzen im Umland. Am anderen Ende der Skala beginnt die Blattalterung in Städten durchschnittlich 11,2 Tage später. Das Phänomen ist ebenfalls weit verbreitet. Die Studie verfolgte den Beginn der Vegetationsperiode in 428 Großstädten der nördlichen Hemisphäre. Diese Veränderungen der Pflanzenphänologie wurden in 378 von ihnen, also 88,3 %, beobachtet. Um diese Veränderungen zu erfassen, nutzten die Forscher Sensoren mehrerer Satelliten und Daten seit 2014.

„Satelliten erkennen Unterschiede im Grünanteil, indem sie die Menge des von der Erdoberfläche reflektierten Lichts messen“, erklärt Lin Meng, Forscher an der Vanderbilt University (USA) und Co-Autor der Studie. Sie haben Instrumente an Bord, die diese Reflexion bei verschiedenen Wellenlängen erfassen, insbesondere im sichtbaren und nahinfraroten (NIR) Bereich des Spektrums. „Die Vegetation reflektiert NIR-Licht stark, während sie sichtbares rotes Licht für die Photosynthese absorbiert“, ergänzt Meng. Sie erfassen dies mithilfe von Markern wie dem Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). „Gebiete mit dichterer Vegetation oder höherer photosynthetischer Aktivität reflektieren mehr NIR-Licht und weniger rotes Licht, was zu höheren NDVI-Werten führt“, erklärt der Forscher.

Durch den Vergleich dieser Reflexionsmuster in Städten und umliegenden ländlichen Gebieten konnten Satelliten räumliche Veränderungen der Grünflächen erkennen. Die Studie nutzt einen Gradienten von den entlegensten Gebieten bis zum Stadtzentrum. Im Fall von Barcelona beispielsweise liegt das zum Vergleich beobachtete ländliche Gebiet 32 ​​Kilometer vom Stadtzentrum entfernt. In der katalanischen Hauptstadt stellten die Forscher fest, dass die Vegetationsperiode im Stadtkern 14 Tage länger ist als in den abgelegeneren ländlichen Gebieten.

Ein weiterer wichtiger Beitrag dieser Arbeit besteht darin, dass es gelingt, die Ursachen für dieses Stadt-Land-Gefälle aufzuschlüsseln. Die Autoren nutzten außerdem Satelliten, um den Grad der Lichtverschmutzung zu messen. Unter natürlichen Bedingungen, in einer bewölkten Nacht, beträgt die Leuchtkraft etwa 0,6 Millilux (ein Lux misst die Menge des einfallenden Lichts). Bei wolkenlosem Himmel und Vollmond im Zenit kann der Wert 0,3 Lux erreichen. In Städten hingegen liegt die Leuchtkraft zwischen 7 und 65 Lux. Frühere Studien haben gezeigt, dass die nächtliche Umgebung seit über einem Jahrzehnt jedes Jahr um fast 10 % heller wird . Bislang war die Temperatur jedoch immer der Schlüssel zur Erklärung phänologischer Veränderungen der Stadtflora.

„Wir haben ein statistisches Analyseverfahren, die partielle Korrelationsanalyse, verwendet, um den Einfluss der Temperatur vom Einfluss der künstlichen Beleuchtung auf die Phänologie der Vegetation zu trennen“, erklärt Meng. „Die partielle Korrelation misst den Grad der Verbindung zwischen zwei Zufallsvariablen und eliminiert den Einfluss einer Reihe von Kontrollvariablen. Dadurch können wir den Effekt jedes Faktors auf den Zielfaktor isolieren und gleichzeitig andere Faktoren kontrollieren“, erklärt sie. Sie fanden heraus, dass sowohl Temperatur- als auch Lichtvariablen die Länge der Vegetationsperiode beeinflussen. Sie stellten außerdem fest, dass Letztere in vier der sieben untersuchten Klimaregionen einen größeren Einfluss hat – von warmen, trockenen Städten wie Dallas bis hin zu kalten, trockenen Städten wie den Städten Kanadas.

Meng geht detailliert auf Städte ein: „Städte mit höherer künstlicher Lichtintensität haben einen größeren Einfluss auf die Phänologie“, sagt er. Da die Intensität saisonal schwankt, unterscheidet sich ihr Einfluss zwischen Frühling und Herbst. „Insbesondere viele amerikanische Städte wiesen im Frühling eine höhere Leuchtkraft auf. Im Gegensatz dazu weisen europäische Städte im Herbst eine höhere Lichtverschmutzung auf, sodass sie am Ende der Vegetationsperiode, im Herbst, einen größeren Einfluss zeigten“, fügt er hinzu.

Dunxian She, Professor an der Universität Wuhan (China) und Erstautor der Studie, weist auf die Folgen für die Flora hin, dass ein früherer Frühling und ein späterer Herbst sowohl positive als auch negative Auswirkungen haben können. „In natürlichen Ökosystemen könnte eine längere Vegetationsperiode die Produktivität und die Kohlenstoffbindung verbessern und so zum Klimaschutz beitragen. Sie könnte sich aber auch auf lokale Ökosysteme auswirken, wenn sich neue Arten durchsetzen und die Artenvielfalt verändern, insbesondere durch die Einführung exotischer Arten für die städtische Landschaftsgestaltung“, sagt er.

Künstliches Licht verlängert die Photoperiode und wirkt wie eine Verlängerung des Tageslichts. Die Autoren der Studie vermuten, dass diese Verlängerung die Ansammlung von Signalen verändern könnte, die Knospenbildung oder Alterung auslösen, wie beispielsweise eine verringerte Effizienz der Photosynthese. Doch die Störung geht tiefer. Pflanzen nehmen Licht je nach Wellenlänge unterschiedlich wahr. Photochrome sind Proteine, die als Photorezeptoren fungieren und auf rotes Licht reagieren, während Cryptochrome auf blaues Licht reagieren. Letzteres ist die treibende Kraft hinter der LED-Revolution, deren Folgen noch erforscht werden müssen.

Georg Wohlfahrt ist Leiter der Biometeorologie-Gruppe an der Universität Innsbruck (Österreich). Obwohl er an dieser Arbeit nicht beteiligt war, war er Hauptautor einer bahnbrechenden Arbeit, in der festgestellt wurde, dass der Frühling in Städten früher beginnt . Seine Arbeit wies auf den Wärmeinseleffekt und Umweltverschmutzung hin, erkennt aber auch die Rolle der Lichtverschmutzung an. „Abgesehen von nicht-saisonalen Klimazonen wie den Tropen hängt die Phänologie der Pflanzen von der Temperatur und der Qualität/Quantität des Lichts ab“, erinnert er sich in einer E-Mail. „Künstliches Licht in städtischen Gebieten verändert die Lichtexposition der Pflanzen und somit die Phänologie. Das ist nichts Neues. Das Neue an dem Artikel in Nature Cities ist, dass er das Problem in großem Maßstab in einer großen Zahl von Städten angeht und versucht, die Auswirkungen des künstlichen Lichts von denen der städtischen Wärmeinsel zu trennen“, fügt er hinzu.

Wenn sich jemand mit Lichtverschmutzung auskennt, dann ist es Christopher Kyba. Der Professor am GFZ Helmholtz-Forschungszentrum für Geowissenschaften (Deutschland) erforscht seit über einem Jahrzehnt die Auswirkungen von künstlichem Licht. Zu diesem Zweck hat er ein Netzwerk aus Wissenschaftlern, Citizen-Science-Projekte und sogar eine App zur Messung des nächtlichen Lichtverlusts aufgebaut. Die Ergebnisse seines jüngsten Projekts wurden gerade in derselben Ausgabe von Nature Cities veröffentlicht und stehen in keinem Zusammenhang mit der Studie der 428 Städte. Im Rahmen der von Kyba koordinierten Citizen-Science-Arbeit wurden Daten aus 33 deutschen Gemeinden erhoben. Dabei stellte sich heraus, dass nach Mitternacht mehr als ein Licht pro Einwohner an bleibt. Aufschlussreich ist, dass für jede angelassene Straßenlaterne eine leuchtende Neonreklame oder ein leuchtendes Schaufenster steht.

„Ich sehe sowohl Grund zur Hoffnung als auch zur Sorge“, sagt Kyba über die Zukunft der Lichtverschmutzung. „Einerseits gibt es Beispiele für Städte und sogar ganze Länder in wohlhabenden, industrialisierten Regionen der Welt, in denen die Lichtemissionen nach Mitternacht abnehmen“, schreibt er in einer E-Mail. „Andererseits erhöht die überwiegende Mehrheit der Städte und Länder weltweit ihre Beleuchtung weiter.“