Doppler

Ökologische Aspekte der Lichtverschmutzung
Wilfried Doppler
AEC Linz 19.11.2011
Der Einfluss von natürlichem Licht auf Pflanzen und Tiere ist Ökologen seit vielen
Jahren bewusst. Erst im 20. Jahrhundert hat auch die künstliche Beleuchtung ein
Ausmaß angenommen, das massive Auswirkungen auf Individuen und Lebensgemeinschaften zeigt. Am augenscheinlichsten ist die Anziehungskraft von elektrischem Licht auf Insekten, jeder kennt die Bilder von Motten, die eine Lampe umkreisen.
Bei einigen Arten sind die katastrophalen Konsequenzen von künstlichem Licht gut
dokumentiert, wie zum Beispiel der Tod von Zugvögeln an beleuchteten Hochhäusern und die Fehlleitung schlüpfender Meeresschildkröten an den Stränden. Für weniger augenfällige Einflüsse des Lichts fehlen vielfach noch systematische Untersuchungen, angesichts der zunehmenden Lichtverschmutzung besteht hier aber dringender Forschungsbedarf.
Tageslicht ist ein wichtiger externer Zeitgeber für interne Rhythmen der Lebewesen.
Die Synchronisation der inneren Uhr durch das Tageslicht ist bei nahezu allen Lebewesen sogar Bestandteil des Erbgutes. Die rein natürlichen Beleuchtungsstärken
liegen in der Nacht bei Vollmond um 0,25 lx, bei Neumond bei 0,01 lx. Das sind die
Verhältnisse, auf die sich die Natur eingestellt hat. Obwohl bei 0,5 lx bis 1 lx das Lesen eines Textes von einem Menschen gerade noch möglich ist, darf 1 lx nicht als
Maßstab für die gesamte Ökologie gesehen werden. Nachtaktive Tiere haben teilweise ein wesentlich wirkungsvolleres Nachtsehen entwickelt, so dass deren Störung
empfindlicher ist, als diejenige des Menschen.
Die Erdkröte (Bufo bufo) benötigt nur einen Bruchteil des Lichts des Sternenhimmels
für den nächtlichen Beutefang. Die Beleuchtungsstärke eines einzigen Himmelskörpers – die des Sirius (0,00001 Lux) – genügt dem Tier um sich visuell zu orientieren
und gestützt auf den Gesichtssinn Beute zu fangen. [Buchanan in Rich und Longcore
2006]
Die Homogenisierung von Tag und Nacht durch Kunstlicht bedeutet eine Verdrängung der Nacht.
Ökologische Lichtverschmutzung
Lichtverschmutzung wird meist als Beeinträchtigung der Beobachtungsmöglichkeiten
des Sternenhimmels verstanden. Im Gegensatz zu dieser „Astronomischen Lichtverschmutzung“ beschäftigt sich die „Ökologische Lichtverschmutzung“ mit den Auswirkungen künstlichen Lichts auf die natürlichen Lichtverhältnisse in Ökosystemen.
[Rich und Longcore 2006] Ökologische Lichtverschmutzung entsteht durch permanent und periodisch veränderte Lichtverhältnisse, plötzliche Änderungen der Beleuchtung und direkte Blendung. Störendes Licht kommt von den Lichtdomen über
nächtlichen Städten, beleuchteten Bauwerken, Anstrahlungen von Bauwerken und
Denkmälern, Schaufenstern, Signal- und Sicherheitseinrichtungen, Straßen- und
Fahrzeugbeleuchtungen, aber auch von Ölplattformen und Fischerbooten.
Manche Tiere profitieren von künstlichem Licht, weil sie sich besser orientieren können, andere verlieren die Orientierung, werden vom Licht angezogen oder weichen
diesem aus. All dies beeinflusst Ernährung, Fortpflanzung, Kommunikation, Wanderungsbewegungen und andere unter natürlichen Lichtverhältnissen in evolutionären
Zeiträumen entstandene Verhaltensweisen.
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Orientierung
Ein bekanntes Beispiel für den Orientierungsverlust durch künstliche Beleuchtung ist
das Schlüpfen von Schildkröten an Meeresstränden. Unter natürlichen Bedingungen
bewegen sich schlüpfende Schildkröten weg von niedrigen, dunklen Silhouetten wie
der Dünenvegetation und gelangen so rasch ins Meer. Durch beleuchtete Strände
werden die Dünen nicht mehr wahrgenommen, die Tiere verlieren die Orientierung.
[Salmon et al. 1995] Auch beim Ablegen der Eier am Strand werden Meeresschildkröten durch künstliches Licht gestört.
Helligkeitsänderungen beeinträchtigen die Orientierung nachtaktiver Tiere. Frösche
z.B. können durch plötzlich auftretendes Licht für Minuten bis Stunden erblinden.
Haben sie sich einmal an das Licht adaptiert, werden sie mitunter sogar davon angezogen.
Eine besondere Gefahr besteht für nächtliche Zugvögel: fliegen sie aufgrund
schlechter Witterung tiefer und geraten in die Umgebung einer starken Lichtquelle,
können sie von dieser geradezu „gefangen“ werden. [Ogden 1996] Am 162 Meter
hohen mit 2000 Leuchtstoffröhren und 112 Strahlern beleuchteten Post-Tower in
Bonn registrierte Haupt von Oktober 2006 bis November 2007 827 Kollisionen mit
Vögeln, 151 waren sofort tot. Vögel fliegen gegen die beleuchtete Fassade, bis sie
erschöpft zu Boden fallen und ein leichtes Opfer für Räuber werden.[Haupt 2008]
Weil Vögel von hohen beleuchteten Gebäuden angezogen werden, besteht eine erhöhte Kollisionsgefahr. Wissenschafter schätzen, dass in Nordamerika jährlich Millionen Vögel an nachts beleuchteten Bürogebäuden sterben. Allein die Flugwarnbeleuchtungen an den Spitzen von Türmen und Wolkenkratzern fordert in den USA je
nach Schätzung zwischen vier bis fünf Millionen (U.S. Fish and Wildlife Service) und
100 Millionen [FLAP] Opfer. Während der Zugsaison sollten in Hochhäusern in der
Nacht zumindest alle Raumbeleuchtungen ausgeschalten oder die Jalousien geschlossen werden.
Deutsche Ornithologen berichten von der Notlandung von 2000 Kranichen im Jahr
1998, die von den Flutlichtstrahlern der Ruine Ulrichstein in Hessen angezogen wurden. Mehrere verwirrte Tiere flogen gegen die Mauern und starben. Vogelkundler
vermuten, dass die durch den Nebel irritierten Vögel das Flutlicht der Burgruine für
eine große Wasserfläche hielten, die sie ansteuerten, um dort zu rasten. Gerade bei
schlechter Sicht zieht der nächtliche Lichtschein über den Städten Zugvögel magisch
an. [BUWAL 2005]
In der Schweiz beschäftigte sich die Schweizerische Vogelwarte Sempach bereits in
den 1970er Jahren mit dem Problem des Reklamescheinwerfers der Jungfraubahn
auf eine Eiswand. In Nebelnächten während des Herbstzuges verursachte dieser
Scheinwerfer den Tod von tausenden Zugvögeln. [BUWAL 2005]
Besonders negativ wirken sich plötzlich auftauchende starke Lichtreize wie Skybeamer aus. In einer Schreckreaktion weichen Zugvögel bis 45° von ihrer Route ab und
reduzieren gleichzeitig die Geschwindigkeit. Wenn die Vögel aber ständig Umwege
fliegen müssen, gehen wertvolle Energiereserven verloren, auf welche die Tiere bei
Ihrem Flug dringend angewiesen sind. [Bruderer et al.1999]
10.000 im Licht gefangene Vögel waren bei den Gedenkveranstaltungen "Tribute in
Light" beim Ground Zero Memorial in New York jeweils am 11. September 2004 und
2010 zu beobachten. Neumond und bewölkter Himmel verstärkten die desorientierende Wirkung der Scheinwerfer.
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Vor allem in Zugrouten sind Leuchttürme, Signallichter auf hohen Bauwerken wie
Schloten und Funktürmen [Ogden 1996] aber auch Glashäuser und Bohrplattformen
fatal.
Die Bohrplattform L15 nördlich der Watteninsel Vlieland wurde 2007 statt mit dem
bisher eher rot oder orange leuchtenden Lampen mit grüner Beleuchtung ausgerüstet. Jedes Jahr sterben zahlreiche Gänse, Seeadler und andere Arten über der Nordsee auf ihrer Reise nach Süden, weil sie bei bestimmten Wetterbedingungen von den
rot scheinenden Lampen der Offshore-Anlagen angelockt werden. Stundenlang drehen sie dort wie hypnotisiert ihre Runden. Entweder stürzen sie total erschöpft in die
dunklen Wassermassen oder sie suchen sich ein Plätzchen zum Ausruhen. Zu diesem Zeitpunkt haben sie jedoch so viel Energie verbraucht, dass sie einen Weiterflug
zum rettenden Festland nicht mehr schaffen. Zwar fliegen immer noch Zugvögel in
Richtung grüner Neonlampen, aber wesentlich weniger als bei der üblichen Beleuchtung. [Eikenaar 2008]
Nicht nur Nachtfalter, viele Gruppen von Insekten werden von künstlichem Licht angezogen, ultraviolettes Licht ist dabei besonders attraktiv. [Eisenbeis und Hassel
2000]
Insekten haben eine grundlegende Bedeutung für den Naturhaushalt, sind sie doch
die artenreichste Gruppe der Tiere überhaupt. Mindestens 80% Prozent der bekannten Tierarten oder weit über eine Million Arten gehören dazu. Von den 4000 Schmetterlingsarten in Österreich sind 85% nachtaktiv. Nachtfalter bestäuben Pflanzen, wie
z.B. Türkenbund und Weiße Waldhyazinthe. Darüber hinaus sind sie – wie viele Insektenarten - wichtige Glieder der Nahrungskette. Anstatt Nahrung zu suchen, sich
zu paaren oder Eier zu legen, verfliegen sie ihre Energievorräte an den Lampen. Sie
sterben an Erschöpfung, verbrennen an der heißen Lichtquelle oder werden leichte
Beute ihrer Feinde (vor allem Fledermäuse und Spinnen).
Bei der Untersuchung der Straßenbeleuchtung am Fleher Deich in Düsseldorf durch
Eisenbeis und Eick [2008] hatten die Quecksilberdampf-Hochdrucklampen mit 60,6
Individuen pro Tag die höchsten Fangzahlen gefolgt von Halogenmetalldampfdrucklampen mit 50,9 Fängen und Leuchtstoffröhren mit 32,7 Fängen pro Nacht. Am besten schnitten LED mit 12,1 Fängen gefolgt von Natriumdampf-Hochdrucklampen mit
28,1 Fängen ab. Bezieht man die Fänge auf die einzelnen Insektenordnungen, differenziert sich das Bild zwar, bleibt aber in der Hierarchie der Abfolge genauso erhalten. Eine Ausnahme bilden die Leuchtstoffröhren, die in der Ordnung der Nachtfalter
und der Wanzen etwas besser abschneiden als die LED. Damit hat sich die Erwartung überzeugend bestätigt: Unter ökologischen Gesichtspunkten sind LED-Leuchten
die günstigste Variante.
Bestätigt wurden diese Ergebnisse in einer Feldstudie des Tiroler Landesmuseums
Ferdinandeum und der Tiroler Landesumweltanwaltschaft [Huemer et al., 2010]
In Völs (Tirol) wurden zwischen dem 2.7.2010 und dem 14.8.2010 in 18 Nächten in
einem bewaldeten Hang sechs in der modernen Straßenbeleuchtung eingesetzte
Leuchtmittel vergleichbarer Leistung auf ihre Anlockwirkung auf nachtaktive Insekten
getestet:
HQI-TS Metallhalogendampf -Hochdrucklampe mit Quarzbrenner, 5600 K, 78 W;
HCI-TT Metallhalogendampf- Hochdrucklampe mit Keramikbrenner, 3.000 K, 74W
HCI-E/P Metallhalogendampf-Hochdrucklampe mit Keramikbrenner, 4.200 K, 73W
NAV-T Natriumdampf- Hochdrucklampe, 2.000 K, 70W
LED 6000 K, 2 x 72 Stk. LED, 2 x 25W
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LED 3000 K, 2 x 72 Stk. LED, 2 x 25W
Insgesamt wurden 21.001 Insekten aus 13 Ordnungen angelockt. Die Bestimmungen
des Materials basieren auf Ordnungsniveau, lediglich bei den Schmetterlingen auf
Artniveau. Diese Gruppe macht einen großen Teil der Biomasse aus, während gut
die Hälfte der Individuen zu winzigen Zweiflüglern mit einer Größe unter 2mm gehört.
Die Anlockwirkung der einzelnen Lampentypen ist über alle Ordnungen ähnlich. Als
ökologisch verträglichste Leuchtmittel erweisen sich LED 3000 K mit durchschnittlich
41,1 Insekten/Nacht (5,9 Lepidoptera), gefolgt von LED 6000 K mit 74,9 Individuen
(7,1 Lepidoptera) und NAV-T mit 162,9 Individuen (27,4 Lepidoptera). Metallhalogendampf-Hochdrucklampen besitzen eine signifikant höhere Anlockwirkung: HCIE/P mit 198,7 Individuen/Nacht (41,1 Lepidoptera), HQI-TS mit 310,9 Individuen
(69,4 Lepidoptera) und HCI-TT mit 372,1 (64,4 Lepidoptera). In Absolutwerten wurden von der für Insekten attraktivsten Lampe HCI-TT 6698 Exemplare angelockt, von
der ökologisch sinnvollsten LED 3000 K hingegen nur 848.
Der UV-Anteil des Spektrums scheint maßgeblich für die Attraktivität eines Leuchtmittels für Insekten zu sein. Die Empfindlichkeit des Nachtfalterauges bei 400nm und
die geringe Emission warmweißer LED in diesem Bereich erklärt das gute Abschneiden diese Lampen bei den Insektentests.
Künstliches Licht kann auch eingesetzt werden, um Tiere zu lenken: so können Fische zu Fischtreppen gelockt werden, um Kraftwerke und Dämme zu umgehen
[Haymes et al. 1984].
Pumas hingegen meiden beleuchtete Areale, sodass Beier [1995] vorschlägt, sie
durch künstliches Licht von Siedlungen fernzuhalten. Beleuchtete Straßen können
auch eine Lebensraumzerschneidung zur Folge haben. Untersuchungen in Nordamerika haben gezeigt, dass Pumas künstlich erhellte Gebiete meiden und dadurch
wichtige Wildtierkorridore nicht finden. [BUWAL 2005]
Nachtaktive Großsäuger wie Füchse, Rehe und Dachse meiden in der Regel beleuchtete Räume, was negative Auswirkungen auf ihren Aktionsradius und somit auf
ihr Nahrungsangebot hat. Eine Untersuchung in der Schweiz hat ergeben, dass beleuchtetet Waldränder von diesen Tieren zehnmal seltener aufgesucht werden als
unbeleuchtete. [BUWAL 2005]
Fortpflanzung
In einer Versuchsanordnung wurde beobachtet, dass Frösche mit dem Rufen aufhörten, sobald ein nahegelegenes Stadion seine Flutlichtanlage einschaltete. Erst als
die Tiere vom Licht abgeschirmt wurden, setzten sie ihre Rufaktivität fort. [Rich und
Longcore 2004]
Bei Vögeln könnte künstliche Beleuchtung in der Nacht die Nestwahl beeinflussen.
De Molenaar et al. [2000] beobachteten, dass die Nestdichte bei Uferschnepfen bis
300 Meter neben einer beleuchteten Straße statistisch signifikant geringer war als in
unbeleuchteten Vergleichsflächen.
Vögel ändern unter nächtlicher Dauerbeleuchtung ihr Fortpflanzungsverhalten, wie
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Ornithologie in Seewiesen herausgefunden haben. Männchen einiger Singvogelarten fangen unter Kunstlicht morgens
früher an zu singen, weibliche Blaumeisen beginnen eher mit dem Brutgeschäft. Und
entgegen dem Sprichwort "im Dunkeln ist gut munkeln" haben
Blaumeisen-Männchen unter Kunstlichteinfluss mehr Nachwuchs außerhalb ihrer
festen Partnerschaft. [Kempenaers B. et al. 2010]
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Kommunikation
Wegen der zentralen Rolle des Sehsinns bei der Orientierung und der Kommunikation bei vielen Tieren ist es nicht verwunderlich, dass künstliches Licht das Verhalten
beeinflusst. Das mag für manche Arten vorteilhaft, für andere ein Nachteil sein. Aber
auch „positive“ Effekte für einzelne Arten könnten negative Auswirkungen auf das
Ökosystem haben.
Arten, die mit Licht kommunizieren, sind besonders betroffen. So können etwa weibliche Glühwürmchen Männchen mit ihren Lichtsignalen über 45 Meter anlocken.
Durch künstliches Licht wird die Reichweite der Signale eingeschränkt.
Nahrungskonkurrenz
Vor allem schnell fliegende Fledermausarten wie der Abendsegler und die Zwergfledermaus profitieren von Insekten, die von künstlichen Lichtquellen angezogen werden. Langsamer fliegende Arten hingegen meiden das Licht, was zu einer Verschiebung der Artenzusammensetzung in einem Lebensraum führen kann. [Blake et al.
1994, Kuijper et al. 2008, Rydell 1998]
Nachtfalter können vielfach die Ultraschallrufe von Fledermäusen wahrnehmen und
sich noch rechtzeitig in Sicherheit bringen. In der Nähe von Quecksilberhochdruckdampflampen versagt jedoch dieses Sensorium, was den Jagderfolg der Fledermäuse verbessert. [Svensson und Rydell 1998]
Räuber-Beute-Beziehung
Wenn es auch so scheinen mag, dass tagaktive Arten von einer verlängerten Aktivitätsperiode durch künstliche Beleuchtung profitieren können, so kann dieser Vorteil
durch eine erhöhte Gefährdung durch Fressfeinde aufgehoben werden. [Gotthard
2000]
Kleinere Nagetiere fressen unter starkem Kunstlicht weniger, eine Tendenz die sich
auch bei einigen Hasenartigen, Beuteltieren, Schlangen, Fledermäusen und Fischen
zeigt.
Gorenzel und Salmon [1995] haben beobachtet, dass städtische Krähenpopulationen
in Kalifornien ihre Schlafplätze an helleren Orten errichteten als Populationen außerhalb der Stadt. Sie vermuten, dass dadurch die Gefahr durch Eulen geringer ist.
Werden im Siedlungsgebiet wichtige Lebensräume von Vögeln beleuchtet (z.B.
Parkanlagen), verlängert sich die Aktivitätszeit der Vögel in die Nacht hinein. Eine
erfolgreiche Nahrungsbeschaffung ist aber durch die unnatürliche Beleuchtung mit
hartem Schattenwurf schwieriger. Außerdem können viele Nahrungsquellen nicht
erschlossen werden, da die Nahrungstiere z.B. wegen der nächtlichen Kälte nicht zur
Verfügung stehen. (BUWAL 2005)
Auswirkungen auf Ökosysteme
Ein „permanenter Vollmond“ durch künstliche Beleuchtung begünstigt lichttolerante
Arten und benachteiligt andere. Arten, die während der dunkelsten Mondphasen ihr
Aktivitätsmaximum haben, werden es unter Umständen nicht schaffen, ihren Energiebedarf zu decken. Wenn sie ausfallen, würde die Artenvielfalt im Ökosystem reduziert.
Ein gutes Beispiel für den Einfluss des Lichts ist das Zooplankton, das sich in einem
24-stündigen Zyklus zwischen tieferen und oberflächennahen Wasserschichten bewegt. Vermutlich weicht das Plankton Räubern aus, indem es nur nachts zur Nah5
rungsaufnahme an die Oberfläche kommt. [Gliwicz 1986] Bereits Licht das schwächer als der Halbmond ist (<0,1 lx) reicht aus, um die vertikale Verteilung des Zooplankton zu beeinflussen. Weniger Algen fressendes Zooplankton an der Wasseroberfläche kann zu einer Algenblüte und zum Kippen des Gewässers führen. [Moore
et al. 2000]
Pflanzen
Für Pflanzen könnte Kunstlicht negative Auswirkungen haben, weil es die physiologische Uhr manipuliert. Wird der Blatt- oder Blühtrieb zu früh ausgelöst, sind diese
Pflanzen vermehrt frostgefährdet. Eine Verzögerung des Blattabwurfs und der Winterruhe im Herbst hingegen kann zu Astabbrüchen wegen vermehrter Schneelast
führen. Vielfach ist zu beobachten, dass ein Ast unter einer Laterne noch Blätter
trägt, während der unbeleuchtete Rest des Baumes kahl ist. Dies könnte zur Schwächung von Bäumen in Siedlungsnähe führen. (BUWAL 2005)
Forschung
Im interdisziplinären Forschungsverbund ‚Verlust der Nacht‘ des Leibniz-Institut für
Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) werden neben den ökologischen auch
die gesundheitlichen, kulturellen und sozioökonomischen Auswirkungen der zunehmenden Beleuchtung sowie ihre Ursachen erforscht.
Die zentrale naturwissenschaftliche Fragestellung dabei ist, welche Formen von Licht
sich in welcher Intensität negativ auf welche Lebewesen auswirken können und in
welchen räumlichen und zeitlichen Zusammenhängen dies geschieht (z.B. Grünfläche, Uferzone, Innenstadt, Wohngebiet, etc. zu unterschiedlichen Jahreszeiten).
Im Bereich Ökologie werden die "Physiologische Wirkungen künstlicher Beleuchtungen in der Nacht auf Fische" und die "Evolutionsökologische Konsequenzen der
Lichtverschmutzung auf Stech- und Tanzmücken" sowie der "Einfluss von Lichtverschmutzung auf eine obligat nachtaktive Säugetiergruppe (Fledermäuse)" und "Birds
in Illuminated Landscapes – BILL" untersucht.
Schlussfolgerungen
Viele Fragen zu den Auswirkungen von künstlichem Licht auf Pflanzen und Tiere sind
noch offen und weitere Untersuchungen natürlicher Populationen erforderlich. Ökologen haben die Lichtverschmutzung als wesentlichen Umweltfaktor erkannt, leider
wird die nächtliche Dunkelheit noch selten als Kriterium bei der Ausweisung von
Schutzgebieten berücksichtigt.
Empfehlungen zum Einsatz von künstlichem Licht im Außenraum
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in dem Zeitraum, in dem es benötigt wird und
nur dort, wo es sicherheitstechnisch notwendig ist und dann
nur in der erforderlichen Intensität
keine Anstrahlung von Bäumen und Sträuchern
nur abgeschirmte Leuchten mit geschlossenem Gehäuse verwenden
die Oberflächentemperatur von Leuchten sollte unter 60°C liegen
keine Abstrahlung über die Horizontale
Lampen mit geringem UV-Anteil im Spektrum
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Reduzierung der Lichtpunkthöhe zur Verminderung der Fernwirkung auf Insekten
Besonderes Augenmerk muss auf sensible Lebensräume wie Trockenwiesen,
Feuchtgebiete, Gewässer, Waldränder und allgemein auf Schutzgebiete gelegt werden. Hier ist die Artenvielfalt und damit das Gefahrenpotenzial durch Kunstlicht am
größten.
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