Световое загрязнение Световое загрязнение

Световое загрязнение

• Световое загрязнение — осветление ночного неба искусственными источниками света, свет которых рассеивается в нижних слоях атмосферы. Иногда это явление также называют световым смогом.

Причины светового загрязнения • • Основными источниками светового загрязнения являются крупные города и промышленные комплексы. Световое загрязнение создаётся уличным освещением, светящимися рекламными щитами или прожекторами. В Европе многие дискотеки направляют мощные пучки света в ночное небо. Больша я часть излучаемого света направляется или отражается наверх, что создаёт над городами так называемые световые купола. Это вызвано неоптимальной и неэффективной конструкцией многих систем освещения, ведущей к расточительству энергии. Эффект осветления неба усиливается распространёнными в воздухе частицами пыли, так называемыми аэрозолями. Эти частицы дополнительно преломляют, отражают и рассеивают излучаемый свет. Световое загрязнение — сопровождающее явление индустриализации и встречается прежде всего в густо заселённых регионах развитых стран. В Европе около половины населения так или иначе регулярно сталкивается со световым загрязнением. Ежегодный рост светового загрязнения в разных странах Европы составляет от 6 до 12 %. Световое загрязнение влияет на устоявшуюся экосистему и имеет многочисленные последствия.

Перерасход электроэнергии • Чрезмерное ночное освещение ведет к перерасходу электроэнергии и увеличению выбросов парниковых газов. В среднем, одна лампа уличного освещения потребляет 400 ватт, таким образом, за 8 часов работы каждой лампой расходуется 3, 2 к. Вт·ч электроэнергии

Влияние на живые организмы • Искусственное осветление окружающей среды влияет на цикл роста многих растений. Распространённые источники белого света с большим удельным весом голубого света в спектре мешают ориентации многих видов насекомых, ведущих ночной образ жизни, а также сбивают с пути перелётных птиц, старающихся облетать очаги цивилизации. Согласно наблюдениям, каждый уличный светильник ежесуточно является причиной гибели 150 насекомых. С учётом числа светильников в одной только Германии каждую ночь от них погибает более миллиарда насекомых. При этом не учтены многие другие источники света, такие как освещение промышленных комплексов, светящаяся реклама и освещение жилых домов. • Не до конца исследовано воздействие светового загрязнения на хронобиологию человеческого организма. Возможны отклонения в гормональном балансе, тесно связанном с воспринимаемым циклом дня и ночи.

• Маленькие морские черепашки, которые вылупляются в песке и в обычных условиях ползут ночью в воду, перестали ориентироваться. Атлантические побережья в период появления потомства полны маленьких трупиков черепашек, которые ползут в противоположном от воды направлении и гибнут от обезвоживания или голода. Из-за искусственного освещения гибнут и новорожденные морские черепашки • Дело в том, что они ориентируются по отражённому водой свету луны и звёзд — ночью берег должен быть темнее воды, а ползут черепашки на свет. Теперь же всё изменилось — свет берега заглушает свет воды. Природный магнетизм света для новорожденных созданий настолько велик и связан с выживанием, что известны случаи, когда черепашки заползали в горящий на пляже костер и сгорали заживо.

• • Ещё одна группа существ, гибнущих от света чаще других, — птицы. Раньше перелётные птицы ориентировались по созвездиям, теперь же светлое марево городов сбивает систему птичьей навигации. Стаи резко меняют курс и направляются к светящимся высотным зданиям, башням, маякам и ярко освещённым судам. Дезориентированные, они бьются об оконные стёкла, стены, иллюминаторы, прожекторы и землю. Орнитологи считают, что ослеплённые птицы перестают воспринимать препятствие на своём пути и на скорости 75 км/час (скворец) или 120 км/час (чирок-свистунок) врезаются в препятствие. Ежегодно только в США гибнет около 4 миллионов мигрирующих птиц при столкновении с освещенными башнями телекоммуникаций. В 1996 году, осенью, в Марбурге (Германия) световая реклама ночной дискотеки привела к тому, что стая летящих на юг журавлей, сбитая с толку, несколько часов кружила вокруг неё, а потом, обессиленная, опустилась на город. В садах ещё несколько дней находили сотни мертвых или покалеченных птиц. Другой случай — не менее ужасающий: в один день, 7 октября 1954 года, около 50 тысяч птиц, привлечённых светом маяка на американской военно-воздушной базе, погибли, разбившись о землю. В 1981 году более 10 тысяч птиц врезались в огромную, освещённую прожекторами дымовую трубу на электростанции на озере Онтарио. Лишь одно высотное здание Чикагского выставочного центра ежегодно уносит жизни около 1 500 мигрирующих птиц. Городские птицы также страдают от искусственного освещения. В ярко освещённых скверах и парках они вьют гнезда осенью, а не весной, и птенцы замерзают или умирают от голода.

• На границе штата Техас установлены прожекторы, которые освещают приграничную зону, используемую нелегальными иммигрантами. Яркий свет прожекторов, установленных на протяжении всей границы практически сделал непригодной среду обитания оцелотов — маленьких диких котов — ночных хищников • Особи, которые ведут ночной образ жизни, вынуждены, скрываясь от искусственного ночного освещения, нарушать свой естественный природный ритм, что приводит к падению численностей некоторых видов — например, львов и тигров, чья ночная охота затрудняется.

• • Этот феномен, который пока в мире серьёзно не воспринимается, получил название "Light pollution" — световое загрязнение, и страна, которая претендует на звание "Главный световой загрязнитель планеты" — это, конечно, США. Именно здесь уже организовано несколько центров борьбы со светом, которые работают под лозунгом "Выключи свет!". Наиболее крупная называется "Международная ассоциация за тёмные небеса" и большинство её членов — астрономы, которые заявляют, что жители мегаполисов лишены возможности увидеть в ночном небе 2, 5 тысяч звёзд, вместо которых получают слабые изображения нескольких десятков звёзд. На картинке показано, как изменился уровень освещенности ночью территории США в 1950, 1970, 1997 годах и дан прогноз на 2025 год

Влияние на астрономические наблюдения • • • Световое загрязнение в крупных городах делает практически невозможным астрономические наблюдения. Из-за осветления неба видны только наиболее яркие звёзды, и если при тёмном небе человек невооружённым глазом может увидеть до 2— 3 тысяч звёзд, то, находясь в городе или другом месте с ярким искусственным освещением, часто не насчитаешь их больше полусотни. Таким образом, из крупных городов можно наблюдать только яркие звёзды, луну и некоторые планеты (Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн), и становится очень сложно наблюдать объекты далёкого космоса: звёздные скопления, туманности, галактики и т. п. Кроме того, становится невозможным определять контуры созвездий, т. к. многие из них включают слабые звёзды. Вдобавок, яркий свет мешает адаптации человеческого глаза к темноте. Световое загрязнение также сильно затрудняет использование оптических телескопов. Принцип работы телескопа заключается в том, что он собирает свет звёзд и других объектов при помощи линз или зеркал (это гораздо важнее увеличения). При световом же загрязнении телескоп собирает не только и даже не столько звёздный свет, сколько свет фонарей, отражённый и рассеянный водяным паром и пылью, которыми наполнен воздух. Кроме того, световое загрязнение уменьшает контраст между небесными объектами и самим небом. Это сводит на нет многие преимущества телескопа и вынуждает астрономов, как профессионалов, так и любителей, удаляться от любых поселений с их искусственным освещением, в ненаселенные тёмные места, что часто неудобно, или же использовать светофильтры, уменьшающие (но не преодолевающие) световое загрязнение. Таким образом, световое загрязнение серьёзно мешает не только наблюдениям астрономов-любителей, но и работе астрономических обсерваторий (см. , например, сайт Паломарской обсерватории в США, где есть также богатый материал, посвящённый световому загрязнению). Современные обсерватории строятся вдали от крупных поселений, чтобы избежать светового и атмосферного загрязнения. В некоторых регионах борьба со световым загрязнением ведётся на законодательном уровне[1].

• Эксперименты, целью которых было изучение воздействия искусственного освещения на человека, проводились и тогда было доказано, что искусственный свет в ночное время сбивает биологические "паттерны", отвечающие за сон, температуру тела и так далее, негативно отражаясь и на психике.

• Еще в 1964 году немецкий исследователь В. Йохле заметил, что мыши, которые содержались в помещении с круглосуточным освещением, гораздо чаще болели раком молочной железы и умирали от него, чем животные, находившиеся при обычном световом режиме.

• В России первая научная работа о связи рака и постоянного освещения была сделана в 1966 году в Российском онкологическом научном центре имени Н. Н. Блохина РАМН (ранее - Институт экспериментальной патологии и терапии рака АМН СССР. ) Тогда было обнаружено, что через 7 месяцев после начала воздействия постоянного освещения у 78– 88% самок крыс развились гиперпластические процессы в молочной железе и мастопатии.

• В 2005 году на научной конференции «Световой режим, старение и рак» в г. Кондопоге ученые из Петрозаводского государственного университета рассказали о результатах своих исследований, связанных с изменением светового режима. При содержании в условиях постоянного освещения до 18 –месячного возраста доживало чуть больше половины самок крыс, при этом у 30% были обнаружены спонтанные опухоли. Среди животных, содержащихся при стандартном световом режиме, до 18 месяцев доживали почти 90% самок крыс, а опухоли были выявлены только у 16%.

• Таким образом, опыты с грызунами убедительно свидетельствуют об ингибирующем действии световой депривации на канцерогенез молочной железы. Эпидемиологические данные также подтверждают такой вывод. Американский эпидемиолог Р. Хан в 1991 году сообщил о результатах анализа свыше 100000 выписных эпикризов, опубликованных в Национальном госпитальном регистре. Риск развития рака молочной железы оказался в 2 раза меньшим у первично слепых женщин по сравнению со зрячими. В ряде исследований, выполненных в последние годы учеными Швеции и Финляндии, было обнаружено существенное снижение риска всех видов рака среди слепых, и этот уменьшенный риск является специфичным для рака молочной железы у женщин.

• В 2009 году исследователи из Университета Хайфы (Израиль) при участии профессора Ричарда Стивенса из Университета Коннектикута (США) сопоставили данные Международного агентства по исследованию рака по заболеваемости раком простаты в 164 странах мира с уровнями ночного освещения в этих странах, определенными по спутниковым снимкам. Оказалось, что в странах с низким уровнем ночного освещения раком простаты заболевает 66, 77 человек из ста тысяч. При средней ночной освещенности заболеваемость возрастает на 30% (87, 11 случаев на сто тысяч человек), а при высокой - на 80% и составляет 157 случаев на сто тысяч человек.

Постоянное освещение вызывает: • - Угнетение синтеза и секреции мелатонина - Увеличение синтеза и секреции пролактина - Увеличение порога чувствительности гипоталамуса к торможению эстрогенами - Индукцию ановуляции и кист яичника - Стимуляцию пролиферативных процессов и рака в молочой железе и эндометрии - Усиление образования активных форм кислорода - Стимуляцию атеросклероза

В НИИ онкологии им. Н. Н. Петрова в Санкт-Петербурге и Петрозаводского государственного университета несколько лет изучают влияние ночного освещения на здоровье людей. Вывод такой: постоянный яркий свет угнетает синтез мелатонина, гормона, который препятствует образованию и развитию злокачественных опухолей. Ночное освещение, часто называемое световым загрязнением, стало почти неотъемлемой частью современной жизни. Между тем, нормальная работа человеческого организма требует регулярной смены дня и ночи, света и темноты. В темноте эпифиз (шишковидная железа) синтезирует гормон мелатонин. Так вот, мелатонин, в числе прочего, — наш биологический защитник от злокачественных новообразований. А воздействие света в ночные часы его синтез подавляет. Точнее — подавляет активность ферментов, которые помогают превратить гормон бодрости серотонин в гормон сна — мелатонин. Чем интенсивнее ночной свет, тем больше он угнетает синтез мелатонина, причем голубое освещение действует сильнее, чем обычное. Женщины более чувствительны к действию ночного освещения, чем мужчины. Световое загрязнение вызывает у них преждевременное старение репродуктивной системы и увеличивает риск развития рака молочной железы и толстой кишки. Но и мужчины не могут чувствовать себя в безопасности. Ночные рабочие и летчики чаще заболевают злокачественными опухолями толстой или прямой кишки. Кроме того, беспорядочный световой режим вызывает нарушения сна, желудочно-кишечные и сердечно-сосудистые заболевания, нарушения обмена веществ и, возможно, увеличивает частоту развития диабета. В норме ночью концентрация мелатонина в нашем организме максимальна, а днем — минимальна. У онкологических больных суточный ритм мелатонина в сыворотке нарушен, а концентрация его ниже нормы. Так не вводить ли пациентам мелатонин? Именно по такому пути пошли исследователи. Экспериментируя на животных, исследователи установили, что применение мелатонина действительно тормозит возникновение и развитие опухолей. Подтверждают это и клинические наблюдения — мелатонин продлевает жизнь онкологическим больным, причем не оказывает побочных эффектов.

• Согласно гипотезе «циркадианной деструкции» , воздействие света в ночные часы нарушает эндогенный циркадианный ритм, подавляет ночную секрецию мелатонина эпифизом, что приводит к снижению его концентрации в крови. Эпифиз — это нейроэндокринный орган, основной функцией которого является передача информации о световом режиме окружающей среды во внутреннюю среду организма. Так в организме поддерживаются физиологические ритмы, обеспечивающие адаптацию к условиям внешней среды. Основные функции эпифиза в организме • Регуляция циркадианных и сезонных ритмов организма • Регуляция репродуктивной функции • Антиоксидантная защита организма • Противоопухолевая защита • «Солнечные часы старения» Мелатонин – это гормон эпифиза. Основные эффекты мелатонина • Нормализация циркадных ритмов • Антиоксидантный эффект • Нормализация жироуглеводного обмена • Снижение частоты рака • Увеличение продолжительности жизни И если эпифиз уподобить биологическим часам, то мелатонин можно уподобить маятнику, который обеспечивает ход этих часов и снижение амплитуды которого приводит к их остановке.

Физиологический контроль эндокринной функции эпифиза у человека и животных в значительной мере осуществляется световым режимом. Световая информация, воспринимаемая через глаза, передается в эпифиз по нейронам супрахиазматического ядра (СХЯ) гипоталамуса. В темное время суток сигналы от СХЯ вызывают увеличение синтеза и высвобождение норадреналина из симпатических окончаний. Этот нейромедиатор возбуждает рецепторы, расположенные на мембране пинеалоцитов (клеток эпифиза), стимулируя синтез мелатонина. Этот нейрогормон, в свою очередь, оказывает значительное влияние на многие физиологические функции организма

• • С возрастом синтез мелатонина в организме снижается Дневной уровень мелатонина в сывортке крови снижается у здоровых людей с первого года жизни и до глубокой старости. Ночной подъем мелатонина в крови пожилых людей менее выражен, чем у молодых. Наиболее высокой секреция мелатонина оказывается в возрасте около 7 лет. В период полового созревания количество циркулирующего в крови гормона снижается, причем наиболее отчетливо именно в период наступления половой зрелости. Разница между его ночной и дневной концентрацией сокращается до 10 раз. У людей в возрасте 60– 74 года большинство физиологических показателей претерпевают положительный фазовый сдвиг циркадианого ритма примерно на 1, 5– 2 ч вперед. У лиц старше 75 лет нередко возникает десинхронизация секреции многих гормонов, температуры тела, сна и некоторых ритмов поведения, что может быть связано с эпифизом, функция которого при старении угнетается. Если эпифиз — солнечные часы организма, то любые изменения длительности светового дня должны сказываться на его функциях и, в конечном счете, на скорости старения. В ряде работ показано, что нарушение фотопериодичности может существенно сокращать продолжительность жизни.

• К чему приводят мутации в "часовых" генах? Все биологические ритмы строго подчиняются основному водителю, расположенному в супрахиазматических ядрах гипоталамуса. Их молекулярный механизм образуют «часовые» гены (Per 1, Per 2, Per 3, Cry-1, Cry-2, Clock, Bmal 1/Mop 3, Tim и др. ). Показано, что свет напрямую воздействует на экспрессию некоторых "часовых" генов, обеспечивающих циркадианный ритм. Эти гены регулируют функции клеток, контролирующих экспрессию генов ключевого клеточного цикла деления и генов апоптоза. Гормоном-посредником, доносящим руководящие сигналы до органов и тканей, собственно, и служит мелатонин. Мутации в некоторых "часовых" генах драматически сказываются на многих функциях организма и приводят к развитию различных патологических процессов. Мутации гена Per 2 -/- вызывают: - уменьшение продолжительности жизни, - преждевременные нарушения репродуктивной функции, - увеличение частоты опухолей. Мутации гена Clock/Clock вызывают: - ожирение, - метаболический синдром, - преждевременные нарушения репродуктивной функции. Мутации гена Bmal 1 -/- вызывают: - уменьшение продолжительности жизни, - увеличение перекисного окисления липидов, - катаракта, - саркопения.

Антистрессорные эффекты мелатонина • Эпифиз — важный элемент антистрессорной «обороны» организма, и мелатонину отводится в этом важная роль фактора неспецифической защиты. У высокоорганизованных животных и тем более человека пусковым моментом при развитии стресса служат негативные эмоции. Мелатонин способствует ослаблению эмоциональной реактивности. К отрицательным последствиям стресса можно отнести усиление свободно-радикального окисления, в том числе и перекисного окисления липидов, повреждающего клеточные мембраны. Стресс обязательно сопровождается обширными сдвигами в эндокринной сфере, которые в первую очередь затрагивают гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковую систему. Участие мелатонина носит «поправочный» характер: гормон подключается к эндокринной регуляции только в случае резких отклонений в работе надпочечников. Существует целая серия доказательств неблагоприятного влияния хронического стресса на иммунную систему. В частности, у лиц, длительное время переживающих психотравмирующую ситуацию, снижается уровень Т-лимфоцитов в крови. В этой ситуации мелатонин оказывает как прямое действие на иммунокомпетентные клетки, так и опосредованное, через гипоталамус и другие нейроэндокринные структуры. Хронический стресс (например, связанный с болью или иммобилизацией) вызывает рассогласование суточных биоритмов, при этом возникают проблемы со сном, изменяется ЭЭГ, нарушается секреция ряда биологически активных соединений. И хотя основным «водителем ритма» в организме служит не эпифиз, а супрахиазматическое ядро гипоталамуса, оба этих образования взаимодействуют при посредничестве мелатонина (рецепторы к нему есть в клетках СХЯ), который способен ограничивать ход «спешащих часов» основного ритмоводителя

В опытах на животных с индуцированным химическим канцерогенезом мелатонин тормозил рост опухолей различной локализации (молочной железы, шейки матки и влагалища, кожи, подкожной клетчатки, легких, эндометрия, печени, толстой кишки), что говорит о широком спектре его антиканцерогенного действия. Данные этих экспериментов на животных хорошо согласуются с результатами клинических наблюдений. Так, канадские исследователи обобщили результаты 10 работ, в которых использовали мелатонин для лечения онкологических больных с солидными формами опухолей. У 643 пациентов, принимавших мелатонин, относительный риск смерти снизился до 0, 66, причем серьезных побочных эффектов препарата в течение года не зарегистрировали.

В последнее время активно обсуждаются возможные механизмы ингибирующего действия мелатонина на канцерогенез и старение. Установлено, что он эффективен на системном, тканевом, клеточном и субклеточном уровнях, препятствуя старению и раку. На системном уровне мелатонин снижает продукцию гормонов, способствующих этим процессам, стимулирует иммунный надзор, предупреждает развитие метаболического синдрома. Одновременно подавляется продукция свободных радикалов кислорода и активируется антиоксидантная защита. Мелатонин тормозит пролиферативную активность клеток и повышает уровень апоптоза в опухолях, но уменьшает его в нервной системе, угнетает активность теломеразы. На генетическом уровне он подавляет действие мутагенов и кластогенов, а также экспрессию онкогенов. Эти данные говорят о важной роли эпифиза в развитии рака. Угнетение его функции при постоянном освещении стимулирует канцерогенез. Эпидемиологические наблюдения относительно увеличения риска рака молочной железы и рака толстой кишки у рабочих ночных смен соответствуют результатам экспериментов на грызунах. Применение эпифизарного гормона угнетает канцерогенез у животных и при обычном световом режиме, и при постоянном освещении. Значит, мелатонин может оказаться весьма эффективным для профилактики рака, особенно в северных регионах, где летом всегда светло ( «белые ночи» ), а в течение долгой полярной ночи всюду горит электрический свет.

• В отличие от многих гормонов, действие мелатонина на клеточные структуры зависит не только от его концентрации в крови и межклеточной среде, но и от исходного состояния клетки. Это позволяет считать мелатонин универсальным эндогенным адаптогеном, поддерживающим баланс организма на определенном уровне и способствующим адаптации к непрерывно меняющимся условиям окружающей среды и локальным воздействиям на организм. В многочисленных исследованиях показано, что мелатонин замедляет процессы старения и увеличивает продолжительность жизни лабораторных животных — дрозофил, плоских червей, мышей, крыс. Определенный оптимизм вызывают публикации о его способности повышать устойчивость к окислительному стрессу и ослаблять проявления некоторых ассоциированных с возрастом заболеваний людей, таких как макулодистрофия сетчатки, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, гипертоническая болезнь, сахарный диабет. Всесторонние клинические испытания этого гормона существенно расширят его применение для лечения и профилактики возрастных заболеваний и, в конечном счете, преждевременного старения. В России зарегистрирован препарат "Мелаксен" фирмы "Юнифарм", США, содержащий 3 мг мелатонина. В настоящее время проводится изучение эффекивности "Мелаксена" при лечении климактерического синдрома, язвенной болезни, артериальной гипертензии, рака толстой кишки и предстательной железы и ряда других заболеваний.

• Эффективных способов борьбы со светом пока нет — правда, считается, что манипуляции с освещением могут снизить риск жертв: так некоторые предлагают освещать маяки и башни снаружи — такой свет не ослепляет и дает более-менее реалистичные представления о расстоянии, размерах и масштабах птичьего препятствия. • Кроме того, борцы со световой грязью рекомендуют фокусировать свет и делать его фрагментарным — чтобы световые пятна нескольких больших объектов не расплывались в одно. Они требуют, чтобы фонари и прожекторы освещали какую-то конкретную зону, причем луч никогда не должен быть направлен в небо без необходимости. Главный принцип борцов со световой грязью — Dark Sky (чёрное, или тёмное, небо). Слева: неправильное освещение (свет расфокусирован), справа: правильное освещение (свет сфокусирован)