تأثیر پنهان آلودگی نوری بر دریاچه‌ها؛ نور ضعیف، اثرات بزرگ

1

درخشش‌های ضعیف در آسمان شب که اغلب در افق‌های دوردست شهری دیده می‌شوند، تنها نشانه‌ای از گسترش شهرنشینی نیستند. یافته‌های جدید نشان می‌دهند که حتی کمترین سطح نور مصنوعی می‌تواند بر سیستم‌های آب شیرین اثر بگذارد، باعث رشد جلبک‌های خاصی شود و جریان چرخه کربن در اکوسیستم‌های دریاچه‌ای را دگرگون کند.

تأثیر درخشش آسمان بر دریاچه‌های دورافتاده

نتایج تحقیقات مؤسسه IGB

پژوهشگران مؤسسه اکولوژی آب‌های شیرین و شیلات داخلی لایب‌نیتس (IGB) این پدیده را بررسی کرده‌اند. آن‌ها نشان دادند که «درخشش آسمان» – یعنی نور مصنوعی پخش‌شده در جو – می‌تواند به دریاچه‌های دور افتاده نفوذ کند و تعادل میکروارگانیسم‌ها را به طور نامحسوس بر هم بزند.

هانس-پیتر گروس‌آرت، پژوهشگر IGB و رهبر این تحقیق گفت:
«تأثیرات درخشش آسمان بر اکوسیستم‌های آب شیرین تا همین اواخر تا حد زیادی ناشناخته بود. با این حال، ما اکنون دریافته‌ایم که بسیاری از موجودات در دریاچه‌ها از یک ریتم شبانه‌روزی پیروی می‌کنند.»

او ادامه داد:
«در مطالعه‌مان نشان دادیم که نور مصنوعی در شب باعث رشد بیشتر سیانوباکتری‌ها یا همان جلبک‌های سبز-آبی می‌شود که ممکن است سم تولید کنند. همچنین درخشش آسمان، چرخه کربن در آب‌های شیرین را تحریک می‌کند.»

بررسی آلودگی نوری در دریاچه‌ها

پلتفرم آزمایشی LakeLab

تیم تحقیقاتی از پلتفرم آزمایشی منحصر به‌فردی به نام LakeLab استفاده کردند که در یک دریاچه بزرگ واقع شده است. این ساختار شامل ۲۴ محفظه جداگانه است که هر کدام ۱۳۰۰ متر مکعب آب دریاچه را در خود جای داده و آن را از محیط اطراف جدا می‌کند.

در آغاز آزمایش، محققان اطمینان حاصل کردند که جلبک‌ها، باکتری‌ها، قارچ‌ها و سخت‌پوستان کوچک به طور یکنواخت در تمام محفظه‌ها توزیع شده‌اند.

شرایط نوری آزمایش

ده محفظه از این مجموعه به مدت یک ماه در شب روشن شدند. شدت نور در این بخش‌ها از ۰٫۰۶ لوکس (شبیه نور پراکنده شهری) تا ۶ لوکس (بیشترین سطح ثبت‌شده درخشش آسمان) متغیر بود. پنج محفظه دیگر بدون نور باقی ماندند و به عنوان گروه کنترل مورد استفاده قرار گرفتند.

نور مصنوعی و رشد سیانوباکتری‌ها

تأثیر بر ترکیب و متابولیسم موجودات

این آزمایش برای بررسی این طراحی شده بود که آیا نور ضعیف شبانه می‌تواند ترکیب و متابولیسم موجودات دریاچه‌ای را تغییر دهد یا خیر. تمرکز اصلی بر میکروارگانیسم‌هایی مانند باکتری‌ها و جلبک‌ها بود که در چرخه مواد مغذی نظیر کربن نقش دارند.

مارک گسنر، یکی از نویسندگان همکار تحقیق و پژوهشگر IGB گفت:
«پلتفرم LakeLab شرایط ایده‌آلی برای چنین آزمایش بزرگی فراهم می‌کند، جایی که می‌توان روابط علت و معلولی را در شرایط میدانی واقعی با مقایسه بخش‌های روشن و تاریک بررسی کرد.»

واکنش باکتری‌ها به نور کم

رشد چشمگیر میکروارگانیسم‌های نور‌دوست

در طول آزمایش، پژوهشگران رشد جمعیت باکتری‌ها را زیر نظر گرفتند. تمرکز ویژه بر سیانوباکتری‌ها و سایر باکتری‌هایی بود که برای تولید انرژی به نور نیاز دارند.

نتایج چشمگیر بودند:
میکروارگانیسم‌های نور‌دوست به طور متوسط ۳۲ برابر بیشتر در محفظه‌های روشن نسبت به تاریک افزایش یافتند. برخی از آن‌ها – از جمله سیانوباکتری‌ها و فتوتروف‌های بی‌هوازی خاص – به سطوحی رسیدند که نشان‌دهنده واکنش مستقیم به نور حتی بسیار ضعیف بود.

استلا برگر، نویسنده همکار و متخصص فیتوپلانکتون در IGB توضیح داد:
«در آزمایش‌های ما، حتی شدت نور بسیار کم معادل ۰٫۰۶ لوکس نیز کافی بود تا واکنش ایجاد کند.»

اختلال در چرخه کربن و تولید سموم

تأثیرات ثانویه نور مصنوعی

وقتی میکروارگانیسم‌های نور‌دوست رونق می‌گیرند، فرآیندهای تولید، مصرف و تجزیه مواد آلی نیز تغییر می‌کنند. سیستم‌های آب شیرین به چرخه‌ای متعادل وابسته‌اند: جلبک‌ها، گیاهان آبی و باکتری‌های فتوسنتزکننده عناصر معدنی مانند دی‌اکسید کربن را به ماده آلی تبدیل می‌کنند که سپس غذای سایر موجودات می‌شود.

باکتری‌های تجزیه‌کننده مواد باقی‌مانده را تجزیه می‌کنند و مواد مغذی را به محیط بازمی‌گردانند. اما سیانوباکتری‌های اضافی می‌توانند این تعادل را بر هم زنند و گاهی سمومی تولید می‌کنند که برای ماهی‌ها، حیات وحش و حتی انسان‌ها خطرناک است؛ به‌ویژه اگر در منابع آب آشامیدنی تجمع یابند.

تغییر رفتار دریاچه‌ها با نور مصنوعی

تحلیل ژنتیکی و شیمیایی

تجزیه‌وتحلیل‌های آزمایشگاهی نمونه‌های آب از محفظه‌های روشن‌شده نشان داد که حتی در شرایط مشابه درخشش آسمان شهری، تجزیه مواد آلی توسط باکتری‌ها به‌طور چشمگیری افزایش یافته است.

شواهد ژنتیکی تأیید کرد که ترکیب جمعیت میکروبی تغییر کرده و گونه‌هایی که با نور مصنوعی کم سازگارند رشد بیشتری یافته‌اند و نرخ چرخش کربن و مواد مغذی را در دریاچه تغییر داده‌اند.

فرانتس هولکر، پژوهشگر IGB و هماهنگ‌کننده دوم پروژه افزود:
«شدت روشنایی ۰٫۰۶ لوکس تقریباً همان مقداری است که موجودات در مناطق شهری گسترده می‌توانند تجربه کنند.»

به بیان دیگر، این نور ضعیف با روشنایی‌ای که مکان‌های روستایی یا دورافتاده از طریق پراکندگی نور شهرهای دوردست تجربه می‌کنند مطابقت دارد.

پیامدها برای کیفیت آب

خطر شکوفه‌های جلبکی

نتایج این مطالعه اهمیت زیادی برای مدیریت منابع آب شیرین دارد. شکوفه‌های سیانوباکتری‌ها می‌توانند استفاده تفریحی از آب را مختل کنند، باعث مرگ ماهی‌ها شوند و سمومی تولید کنند که برای سلامت عمومی خطرناک‌اند.

حتی اگر سایر شرایط از جمله دما و سطح مواد مغذی ثابت باقی بمانند، حضور نور مصنوعی ضعیف شبانه ممکن است عامل پنهانی برای تشدید این شکوفه‌های مخرب باشد.

پژوهشگران پیشنهاد می‌دهند که در مواردی که دلیل شکوفه‌های جلبکی مشخص نیست، آلودگی نوری باید به عنوان یک علت احتمالی در نظر گرفته شود.

رشد جهانی آلودگی نوری

ردیابی و پیشگیری

افزایش استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و فناوری‌های پهپادی می‌تواند در شناسایی مناطقی که بیشتر تحت تأثیر هستند مفید باشد و امکان هشدار زودهنگام و استراتژی‌های کاهش را فراهم کند. با این حال، پیشگیری همچنان چالش‌برانگیز است.

افزایش جهانی نورپردازی مصنوعی ممکن است موجب تغییرات گسترده در زیستگاه‌هایی شود که هرگز نباید روشن می‌شدند.

نتیجه‌گیری: تغییر دیدگاه نسبت به آلودگی نوری

این تحقیق نشان می‌دهد که شرایطی که پیش‌تر بسیار ضعیف تلقی می‌شدند، می‌توانند واکنش‌های قابل‌توجهی در اکوسیستم‌ها ایجاد کنند.

اگرچه درخشش ضعیف آسمان به‌راحتی نادیده گرفته می‌شود، اما دریاچه‌های پر از زندگی بسیار حساس‌تر از آن چیزی هستند که قبلاً تصور می‌شد.

منبع: این مطالعه در نشریه Water Research منتشر شده است.