Огни города приближают весну и возвращают осень.

Уличные фонари, неоновые огни и светодиоды в витринах магазинов сбивают растения с толку: в городах весна наступает на несколько дней раньше, чем в сельской местности, а осень также задерживается почти на две недели. Исследование, опубликованное в научном журнале Nature Cities, показывает, что световое загрязнение действует подобно солнцу, ускоряя фундаментальные процессы в фенологии растений, такие как бутонизация и листопад. Исследователи полагают, что городское освещение изменяет жизнь растений, последствия чего еще предстоит определить.

Световое загрязнение уже мешает нам видеть звезды . Недавние исследования также показали, как чрезмерное искусственное освещение в городах влияет на поведение городских животных и здоровье человека . В то же время многие исследования подтвердили, что весна наступает в городах раньше . Но они указали на глобальное потепление, которое усиливается в городской среде из-за так называемого эффекта городского острова тепла : бетон в зданиях, асфальт на улицах, высота зданий и весь городской дизайн задерживают тепло. Теперь к уравнению добавляется световое загрязнение, и результатом становится повсеместное нарушение городской растительности.

Исследование, опубликованное в Nature Cities, показало, что в среднем городские центры зеленеют примерно на 12,6 дня раньше, чем растения в окружающей сельской местности. С другой стороны, старение листьев начинается в городах в среднем на 11,2 дня позже. Это явление также широко распространено. Исследование отслеживало начало вегетационного периода растений в 428 крупных городах Северного полушария. Эти изменения в фенологии растений наблюдались в 378 из них, или 88,3%. Для обнаружения этих изменений они использовали датчики с нескольких спутников и данные с 2014 года.

«Спутники обнаруживают различия в зелени, измеряя количество света, отраженного от поверхности Земли», — объясняет Линь Мэн, исследователь из Университета Вандербильта (США), соавтор исследования. На борту у них есть приборы, которые фиксируют это отражение на разных длинах волн, особенно в видимой и ближней инфракрасной (NIR) частях спектра. «Растительность сильно отражает NIR-свет, поглощая видимый красный свет для фотосинтеза», — добавляет Мэн. Они фиксируют это с помощью маркеров, таких как нормализованный индекс разницы растительности (NDVI). «Области с более густой растительностью или более высокой фотосинтетической активностью отражают больше NIR-света и меньше красного света, что приводит к более высоким значениям NDVI», — объясняет исследователь.

Сравнивая эти модели отражения в городах и близлежащих сельских районах, спутники смогли обнаружить пространственные изменения в зелени. Исследование использует градиент от самых отдаленных районов к самому центру города. В случае Барселоны, например, сельская местность, контролируемая для сравнения, расположена в 32 километрах от центра города. В каталонской столице они обнаружили, что вегетационный период на 14 дней длиннее в городском центре по сравнению с более отдаленными сельскими районами.

Другим важным вкладом этой работы является то, что ей удается разбить причины этой разницы между городом и деревней. Авторы также использовали спутники для измерения степени светового загрязнения. В естественных условиях, в облачную ночь, яркость составляет около 0,6 миллилюкс (люкс измеряет количество падающего света). Если облаков нет, при полной луне в зените этот показатель может достигать 0,3 люкс. Но в городах яркость колеблется от 7 до 65 люкс. Предыдущие исследования показали, как ночная среда становится почти на 10% ярче каждый год в течение более чем десятилетия . Но до сих пор температура всегда была ключом к объяснению фенологических изменений в городской флоре.

«Мы использовали метод статистического анализа, частичный корреляционный анализ, чтобы разделить влияние температуры и искусственного освещения на фенологию растительности», — объясняет Мэн. «Частичная корреляция измеряет степень связи между двумя случайными переменными, устраняя влияние набора контрольных переменных. Это позволяет нам изолировать влияние каждого фактора на целевой фактор, контролируя другие факторы», — объясняет она. Они обнаружили, что как температурные, так и световые переменные влияют на продолжительность вегетационного периода растений. Они также обнаружили, что последний оказывает большее влияние в четырех из семи основных климатических регионов, охваченных исследованием, от теплых и сухих городов, таких как Даллас, до холодных и сухих городов, таких как города Канады.

Мэн подробно останавливается на городах: «Города с более высокой интенсивностью искусственного освещения оказывают большее влияние на фенологию», — говорит он. Поскольку уровни меняются в зависимости от сезона, их влияние различается между весной и осенью. «В частности, многие американские города показали более высокую освещенность весной. Напротив, в европейских городах световое загрязнение выше осенью, поэтому они показали большее влияние в конце вегетационного периода, осенью», — добавляет он.

Что касается последствий для флоры, Дуньсянь Шэ, профессор Уханьского университета (Китай) и первый автор исследования, отмечает, что более ранняя весна и более поздняя осень могут иметь как положительные, так и отрицательные эффекты. «В естественных экосистемах более длительный вегетационный период может улучшить производительность и секвестрацию углерода, тем самым способствуя смягчению последствий изменения климата. Однако это также может повлиять на местные экосистемы, если новые виды станут более доминирующими, что приведет к изменениям в биоразнообразии, особенно с введением экзотических видов для городского ландшафтного дизайна», — говорит он.

Искусственный свет удлиняет фотопериод, выступая в качестве продления дневного света. По мнению авторов исследования, это удлинение может изменить накопление сигналов, которые инициируют почкование или старение, например, снижение эффективности фотосинтеза. Но нарушение идет глубже. Растения воспринимают свет по-разному в зависимости от его длины волны. Фотохромы — это белки, которые функционируют как фоторецепторы, чувствительные к красному свету, в то время как криптохромы чувствительны к синему свету. Последний является движущей силой светодиодной революции, и последствия этого еще предстоит изучить.

Георг Вольфарт — руководитель группы биометеорологии в Университете Инсбрука (Австрия). Хотя он не принимал участия в этой работе, он был ведущим автором новаторской статьи, в которой было обнаружено, что весна наступает в городах раньше . Его работа указала на эффект острова тепла и загрязнение окружающей среды, но также признает роль светового загрязнения. «Помимо несезонного климата, такого как тропики, фенология растений зависит от температуры и качества/количества света», — вспоминает он в электронном письме. «Искусственное освещение в городских районах изменяет воздействие света на растения и, следовательно, фенологию. Это не ново. Новизна статьи Nature Cities заключается в том, что она рассматривает проблему в больших масштабах во многих городах и пытается отделить влияние искусственного света от влияния городского острова тепла», — добавляет он.

Если кто-то и знает о световом загрязнении, так это Кристофер Киба. Профессор Исследовательского центра геонаук GFZ Helmholtz (Германия), он более десяти лет изучает влияние искусственного света. Для этого он создал сеть ученых, проекты гражданской науки и даже приложение для измерения потери ночного света . Результаты его последнего проекта были только что опубликованы в том же выпуске Nature Cities , не связанном с исследованием 428 городов. Работа гражданской науки, координируемая Кибой, собрала данные из 33 немецких муниципалитетов и обнаружила, что после полуночи на каждого жителя остается включенным более одного света. Показательно, что на каждый включенный уличный фонарь приходится освещенная неоновая вывеска или витрина магазина.

«Я вижу причины как для надежды, так и для страха», — говорит Киба о будущем светового загрязнения. «С одной стороны, есть примеры городов и даже целых стран в богатых, промышленно развитых районах мира, где мы видим снижение светового излучения после полуночи», — пишет он в электронном письме. «С другой стороны, подавляющее большинство городов и стран по всему миру продолжают увеличивать свое освещение».