De stadsverlichting luidt de lente in en brengt de herfst terug.

Straatverlichting, neonverlichting en ledlampen in etalages brengen planten in de war: in steden begint de lente al een paar dagen eerder dan op het platteland, en de herfst laat ook nog eens bijna twee weken op zich wachten. Onderzoek gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Cities laat zien hoe lichtvervuiling , net als de zon, fundamentele processen in de fenologie van planten versnelt, zoals knopvorming en bladval. Onderzoekers denken dat stadsverlichting het plantenleven verandert, maar de gevolgen daarvan zijn nog niet duidelijk.

Lichtvervuiling belemmert ons nu al om de sterren te zien . Recente studies hebben ook aangetoond hoe overmatige kunstmatige verlichting in steden het gedrag van stadsdieren en de gezondheid van mensen beïnvloedt. Tegelijkertijd hebben veel studies bevestigd dat de lente in steden eerder aanbreekt . Maar ze wezen op de opwarming van de aarde, die in stedelijke omgevingen wordt versterkt door het zogenaamde stedelijke hitte-eilandeffect : het beton in gebouwen, het asfalt in straten, de hoogte van gebouwen en de gehele stedelijke structuur houden warmte vast. Nu komt daar nog lichtvervuiling bij, met als resultaat een wijdverbreide verstoring van de stedelijke vegetatie.

Uit het onderzoek, gepubliceerd in Nature Cities, bleek dat stadscentra gemiddeld 12,6 dagen eerder groen worden dan planten in het omliggende platteland. Aan de andere kant begint bladveroudering in steden gemiddeld 11,2 dagen later. Dit fenomeen is ook wijdverbreid. De studie volgde de start van het plantengroeiseizoen in 428 grote steden op het noordelijk halfrond. Deze veranderingen in de plantenfenologie werden in 378 van deze steden, oftewel 88,3%, waargenomen. Om deze veranderingen te detecteren, gebruikten ze sensoren van verschillende satellieten en gegevens sinds 2014.

"Satellieten detecteren verschillen in groen door de hoeveelheid licht te meten die door het aardoppervlak wordt gereflecteerd", legt Lin Meng uit, onderzoeker aan de Vanderbilt University (Verenigde Staten) en medeauteur van de studie. Ze hebben instrumenten aan boord die deze reflectie op verschillende golflengten vastleggen, met name in het zichtbare en nabij-infrarode (NIR) deel van het spectrum. "Vegetatie reflecteert NIR-licht sterk, terwijl het zichtbaar rood licht absorbeert voor fotosynthese", voegt Meng toe. Ze registreren dit met behulp van markers zoals de Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). "Gebieden met dichtere vegetatie of een hogere fotosynthetische activiteit reflecteren meer NIR-licht en minder rood licht, wat resulteert in hogere NDVI-waarden", legt de onderzoeker uit.

Door deze reflectiepatronen in steden en nabijgelegen platteland te vergelijken, konden satellieten ruimtelijke veranderingen in groen detecteren. De studie maakt gebruik van een gradiënt van de meest afgelegen gebieden naar het stadscentrum zelf. In het geval van Barcelona bijvoorbeeld ligt het ter vergelijking gemonitorde plattelandsgebied 32 kilometer van het stadscentrum. In de Catalaanse hoofdstad ontdekten ze dat het groeiseizoen in de stadskern 14 dagen langer is dan in de meer afgelegen plattelandsgebieden.

De andere belangrijke bijdrage van dit werk is dat het erin slaagt de oorzaken van dit verschil tussen stad en platteland te desaggregeren. De auteurs gebruikten ook satellieten om de mate van lichtvervuiling te meten. Onder natuurlijke omstandigheden, op een bewolkte nacht, bedraagt ​​de lichtsterkte ongeveer 0,6 millilux (een lux meet de hoeveelheid invallend licht). Bij onbewolkt weer, met volle maan op het hoogste punt, kan dit oplopen tot 0,3 lux. Maar in steden varieert de lichtsterkte van 7 tot 65 lux. Eerdere studies hebben aangetoond dat de nachtelijke omgeving gedurende meer dan tien jaar elk jaar bijna 10% helderder wordt . Maar tot nu toe was de temperatuur altijd de sleutel tot het verklaren van fenologische veranderingen in de stadsflora.

"We gebruikten een statistische analysemethode, partiële correlatieanalyse, om de impact van temperatuur te onderscheiden van de impact van kunstlicht op de fenologie van vegetatie", legt Meng uit. "Partiële correlatie meet de mate van associatie tussen twee willekeurige variabelen, waardoor de invloed van een reeks controlevariabelen wordt geëlimineerd. Dit stelt ons in staat om het effect van elke factor op de doelfactor te isoleren en tegelijkertijd rekening te houden met andere factoren", legt ze uit. Ze ontdekten dat zowel temperatuur als lichtvariabelen de lengte van het groeiseizoen van planten beïnvloeden. Ze ontdekten ook dat de laatste een grotere impact heeft in vier van de zeven belangrijkste klimaatregio's die in het onderzoek werden bestreken, variërend van warme, droge steden zoals Dallas tot koude, droge steden zoals de steden van Canada.

Meng gaat dieper in op steden: "Steden met een hogere kunstlichtintensiteit hebben een grotere impact op de fenologie", zegt hij. Omdat de niveaus per seizoen variëren, verschilt hun invloed tussen de lente en de herfst. "Vooral veel Amerikaanse steden vertoonden een hogere lichtintensiteit in de lente. Europese steden daarentegen hebben in de herfst meer lichtvervuiling, waardoor ze een grotere invloed hadden aan het einde van het groeiseizoen, in de herfst", voegt hij eraan toe.

Wat de gevolgen voor de flora betreft, wijst Dunxian She, professor aan de Universiteit van Wuhan (China) en hoofdauteur van de studie, erop dat een vroegere lente en een latere herfst zowel positieve als negatieve effecten kunnen hebben. "In natuurlijke ecosystemen kan een langer groeiseizoen de productiviteit en koolstofvastlegging verbeteren en zo bijdragen aan de beperking van klimaatverandering. Het kan echter ook lokale ecosystemen beïnvloeden als nieuwe soorten dominanter worden, wat leidt tot veranderingen in de biodiversiteit, met name door de introductie van exotische soorten in stedelijk landschapsontwerp", zegt hij.

Kunstlicht verlengt de fotoperiode en fungeert als een verlenging van het daglicht. Volgens de auteurs van het onderzoek zou deze verlenging de accumulatie van signalen die knopvorming of veroudering initiëren, kunnen beïnvloeden, zoals een verminderde fotosynthese-efficiëntie. Maar de verstoring gaat dieper. Planten nemen licht anders waar, afhankelijk van de golflengte. Fotochromen zijn eiwitten die functioneren als fotoreceptoren die gevoelig zijn voor rood licht, terwijl cryptochromen gevoelig zijn voor blauw licht. Dit laatste is de drijvende kracht achter de led-revolutie, en de gevolgen hiervan moeten nog worden onderzocht.

Georg Wohlfahrt is hoofd van de biometeorologiegroep aan de Universiteit van Innsbruck (Oostenrijk). Hoewel hij niet aan dit werk deelnam, was hij de hoofdauteur van een baanbrekend artikel waaruit bleek dat de lente in steden eerder aanbrak . Zijn werk wees op het hitte-eilandeffect en milieuvervuiling, maar erkent ook de rol van lichtvervuiling. "Afgezien van niet-seizoensgebonden klimaten, zoals de tropen, hangt de fenologie van planten af ​​van de temperatuur en de kwaliteit/kwantiteit van het licht", herinnert hij zich in een e-mail. "Kunstlicht in stedelijke gebieden beïnvloedt de blootstelling van planten aan licht en daarmee de fenologie. Dit is niet nieuw. De nieuwigheid van het artikel in Nature Cities is dat het het probleem op grote schaal in een groot aantal steden aanpakt en probeert het effect van kunstlicht te onderscheiden van dat van het stedelijke hitte-eiland", voegt hij eraan toe.

Als iemand iets weet over lichtvervuiling, dan is het Christopher Kyba wel. Hij is hoogleraar aan het GFZ Helmholtz Research Centre for Geosciences (Duitsland) en doet al meer dan tien jaar onderzoek naar de impact van kunstlicht. Om dit te bereiken, heeft hij een netwerk van wetenschappers, burgerwetenschappelijke projecten en zelfs een app opgezet om het verlies van licht 's nachts te meten. De resultaten van zijn nieuwste project zijn onlangs gepubliceerd in hetzelfde nummer van Nature Cities , dat losstaat van het onderzoek naar de 428 steden. Het burgerwetenschappelijke werk, gecoördineerd door Kyba, heeft gegevens verzameld van 33 Duitse gemeenten en vastgesteld dat er na middernacht meer dan één lamp per inwoner blijft branden. Het onthullende is dat voor elke straatlantaarn die aan blijft, er een verlicht neonreclame of winkelraam is.

"Ik zie redenen voor zowel hoop als vrees", zegt Kyba over de toekomst van lichtvervuiling. "Enerzijds zijn er voorbeelden van steden en zelfs hele landen in rijke, geïndustrialiseerde gebieden in de wereld waar we een afname van de lichtemissie na middernacht zien", schrijft hij in een e-mail. "Aan de andere kant blijft de overgrote meerderheid van de steden en landen wereldwijd hun verlichting verhogen."