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La contaminación lumínica ecológica [1] es el efecto de la luz artificial sobre los organismos individuales y sobre la estructura de los ecosistemas en su conjunto.
El efecto que la luz artificial tiene sobre los organismos es muy variable [2] y va desde beneficioso (por ejemplo, mayor capacidad de las especies depredadoras para observar a sus presas ) hasta inmediatamente fatal (por ejemplo, polillas que se sienten atraídas por las linternas incandescentes y mueren por el calor). También es posible que la luz nocturna sea a la vez beneficiosa y perjudicial para una especie. Por ejemplo, los seres humanos se benefician del uso de luz artificial en interiores para ampliar el tiempo disponible para trabajar y jugar , pero la luz altera el ritmo circadiano humano y el estrés resultante es perjudicial para la salud. [3] [4]
A través de los diversos efectos que la contaminación lumínica tiene sobre las especies individuales, la ecología de las regiones se ve afectada. En el caso en que dos especies ocupan un nicho idéntico , la frecuencia poblacional de cada especie puede cambiar por la introducción de luz artificial si no se ven igualmente afectadas por la luz durante la noche. Por ejemplo, algunas especies de arañas evitan las áreas iluminadas, mientras que otras especies construyen voluntariamente telarañas directamente en los postes de luz. Dado que los postes de luz atraen a muchos insectos voladores , [5] las arañas que toleran la luz obtienen una ventaja sobre las arañas que la evitan y, como resultado, pueden volverse más dominantes en el medio ambiente. [6] Los cambios en estas frecuencias de especies pueden tener efectos en cadena , ya que las interacciones entre estas especies y otras en el ecosistema se ven afectadas y las redes alimentarias se alteran. Estos efectos dominó pueden eventualmente afectar a las plantas y animales diurnos . Como ejemplo, los cambios en la actividad de los insectos activos de noche pueden cambiar las tasas de supervivencia de las plantas que florecen de noche, [7] que pueden proporcionar alimento o refugio a los animales diurnos.
La introducción de luz artificial durante la noche es uno de los cambios antropogénicos más drásticos en la Tierra, comparable a la contaminación tóxica , el cambio de uso de la tierra y el cambio climático debido al aumento de la concentración de gases de efecto invernadero .
La introducción de luz artificial altera varios ciclos de luz natural que surgen de los movimientos de la Tierra , la Luna y el Sol , así como de factores meteorológicos .
El cambio más evidente que se produce al introducir luz por la noche es el fin de la oscuridad en general. El ciclo día/noche es probablemente la señal de comportamiento ambiental más potente, ya que casi todos los animales pueden clasificarse como nocturnos o diurnos . Si un animal nocturno solo es activo en condiciones de oscuridad extrema, no podrá sobrevivir en áreas iluminadas. Los efectos más agudos se producen directamente junto a las farolas y los edificios iluminados, pero la luz difusa del resplandor del cielo puede extenderse a cientos de kilómetros de los centros urbanos .
La inclinación axial de la Tierra da lugar a estaciones fuera de los trópicos . El cambio en la duración del día, o fotoperiodo , es la señal clave del comportamiento estacional (por ejemplo, la temporada de apareamiento ) en animales y plantas no tropicales. La presencia de luz durante la noche puede dar lugar a "estaciones fuera de tiempo", [8] cambiando el comportamiento , la termorregulación y el funcionamiento hormonal de los organismos afectados. Esto puede dar lugar a una desconexión entre el funcionamiento corporal y la estacionalidad, lo que provoca alteraciones en la reproducción, la latencia y la migración.
El comportamiento de algunos animales (por ejemplo, coyotes , [9] murciélagos , [10] sapos , [11] insectos) está vinculado al ciclo lunar. Cerca de los centros urbanos, el nivel de resplandor del cielo a menudo supera al de la luna llena , [12] por lo que la presencia de luz durante la noche puede alterar estos comportamientos, lo que podría reducir la aptitud.
En las zonas prístinas, las nubes ocultan las estrellas y oscurecen el cielo nocturno, lo que da lugar a las noches más oscuras posibles. En cambio, en las zonas urbanas y suburbanas , las nubes potencian el efecto del resplandor del cielo, [12] en particular para las longitudes de onda más largas. [13] Esto significa que el nivel típico de luz es mucho mayor cerca de las ciudades, pero también significa que nunca se producen noches verdaderamente oscuras en estas zonas.
La atracción de los insectos por la luz artificial es uno de los ejemplos más conocidos del efecto de la luz nocturna sobre los organismos. Cuando los insectos se sienten atraídos por las lámparas, pueden morir por agotamiento o por contacto con la propia lámpara, y también son vulnerables a depredadores como los murciélagos. [5]
Los insectos se ven afectados de forma diferente por las distintas longitudes de onda de la luz, y muchas especies pueden ver luz ultravioleta e infrarroja que es invisible para los humanos. Debido a las variaciones en la percepción, las polillas se sienten más atraídas por las fuentes de luz blanca y azulada de amplio espectro que por la luz amarilla emitida por las lámparas de vapor de sodio de baja presión . [14]
El ojo compuesto de las polillas produce una atracción fatal hacia la luz. [15]
Las libélulas perciben la luz polarizada horizontalmente como una señal de agua. Por esta razón, las fuentes de agua son indistinguibles de las carreteras de asfalto contaminadas por luz polarizada . Las libélulas que buscan agua para beber o para poner huevos suelen aterrizar en carreteras u otras superficies planas y oscuras reflectantes, como los automóviles, y permanecen allí hasta que mueren de deshidratación e hipertermia . [16]
La contaminación lumínica puede obstaculizar los rituales de apareamiento de las luciérnagas , ya que dependen de su propia luz para el cortejo, lo que resulta en una disminución de las poblaciones. [17] [18] [19]
Las luciérnagas son carismáticas (una cualidad poco común entre los insectos) y son fácilmente detectadas por los no expertos, lo que las convierte en buenas especies emblemáticas para atraer la atención del público; buenos modelos de investigación para los efectos de la luz en la vida silvestre nocturna; y finalmente, debido a su sensibilidad y rápida respuesta a los cambios ambientales, buenos bioindicadores para la iluminación nocturna artificial. [20]
Las luces en estructuras altas pueden desorientar a las aves migratorias y provocarles muertes. Se estima que anualmente ocurren entre 365 y 988 millones de colisiones fatales de aves con edificios en América del Norte, lo que convierte a las estructuras construidas por el hombre en un gran contribuyente a la disminución de las especies de aves. [21] La superficie de vidrio que emite luz artificial por la noche es un factor importante en las colisiones fatales de aves con edificios, y apagar las luces por la noche puede minimizar estas muertes. [22] El Programa de Concientización sobre la Luz Fatal (FLAP) trabaja con propietarios de edificios en Toronto , Canadá y otras ciudades para reducir la mortalidad de las aves apagando las luces durante los períodos de migración.
También se ha observado una desorientación similar en las especies de aves que migran cerca de las instalaciones de producción y perforación en alta mar. Los estudios realizados por Nederlandse Aardolie Maatschappij bv (NAM) y Shell han llevado al desarrollo y ensayo de nuevas tecnologías de iluminación en el Mar del Norte. A principios de 2007, se instalaron luces en la plataforma de producción L15 de Shell. El experimento resultó ser un gran éxito, ya que el número de aves que volaban en círculos sobre la plataforma se redujo entre un 50 y un 90 %.[56] Las aves marinas jóvenes también pueden desorientarse por las luces cuando abandonan sus nidos y vuelan hacia el mar, lo que provoca episodios de alta mortalidad. [23] Para minimizar la mortalidad, se llevan a cabo programas de rescate en muchas islas que dan una segunda oportunidad a miles de polluelos de aves marinas. [24]
Las aves migran de noche por varias razones. Ahorran agua de la deshidratación en días calurosos mientras vuelan y parte del sistema de navegación de las aves funciona de alguna manera con las estrellas. Como la luz de la ciudad eclipsa el cielo nocturno, las aves (y también los mamíferos) ya no se orientan por las estrellas. [25]
Los ceilómetros (reflectores) pueden ser trampas particularmente mortales para las aves, [26] ya que quedan atrapadas en el haz y corren el riesgo de agotarse y colisionar con otras aves. En la peor matanza registrada por ceilómetros, el 7 y 8 de octubre de 1954, 50.000 aves de 53 especies diferentes murieron en la base aérea Warner Robins. [27]
Las luces de los desarrollos costeros repelen las crías de tortugas marinas que anidan , y sus crías se sienten fatalmente atraídas por las luces de las calles y los hoteles en lugar de por el océano . [28]
La iluminación artificial tiene muchos efectos negativos en los árboles y las plantas, particularmente en otoño y la fenología otoñal . Los árboles y las plantas herbáceas dependen del fotoperiodo , o la cantidad de tiempo en un día en que la luz solar está disponible para la fotosíntesis , para ayudar a determinar los cambios de estaciones. Cuando las horas de luz solar disminuyen, las plantas pueden reconocer que el otoño está en marcha y comienzan a prepararse para la latencia invernal. Por ejemplo, los árboles caducifolios cambian el color de sus hojas para maximizar diferentes longitudes de onda de luz que son más frecuentes en el otoño antes de finalmente dejarlas caer cuando la luz se vuelve demasiado escasa para que la fotosíntesis valga la pena. Cuando los árboles caducifolios están expuestos a la contaminación lumínica, confunden la luz artificial con la luz solar y conservan sus hojas verdes hasta más tarde en la temporada de otoño. Esto puede ser peligroso para el árbol, ya que desperdicia energía tratando de realizar la fotosíntesis que debería conservarse para la supervivencia invernal. La contaminación lumínica también puede hacer que los estomas de las hojas permanezcan abiertos durante la noche, lo que deja al árbol vulnerable a infecciones y enfermedades. [29]
De manera similar, la contaminación lumínica en primavera también puede ser peligrosa para los árboles y las plantas herbáceas. La luz artificial hace que las plantas piensen que ha llegado la primavera y que es hora de comenzar a producir hojas para realizar la fotosíntesis nuevamente. Sin embargo, las temperaturas pueden no ser lo suficientemente cálidas como para permitir la aparición de nuevos brotes de hojas y son susceptibles a las heladas, lo que puede perjudicar la producción futura de hojas. Las plantas herbáceas pequeñas que están expuestas a la iluminación artificial enfrentan potencialmente un mayor riesgo, ya que una mayor parte de su cuerpo está iluminada. Por lo tanto, solo el sistema de raíces está protegido y podría no ser suficiente para sostener a toda la planta mientras intenta permanecer verde durante el otoño y el invierno. [30]
La contaminación lumínica ecológica también tiene efectos críticos sobre los ecosistemas marinos. [31]
El zooplancton (por ejemplo, Daphnia ) exhibe migración vertical diaria . Es decir, cambian activamente su posición vertical dentro de los lagos a lo largo del día. En lagos con peces , el principal impulsor de su migración es el nivel de luz, porque los peces pequeños los atacan visualmente. La introducción de luz a través del resplandor del cielo reduce la altura a la que pueden ascender durante la noche. [32] Debido a que el zooplancton se alimenta del fitoplancton que forma las algas , la disminución de su depredación sobre el fitoplancton puede aumentar la posibilidad de floraciones de algas , que pueden matar las plantas de los lagos y disminuir la calidad del agua .
La contaminación lumínica afecta la migración de algunas especies de peces. Por ejemplo, los salmones chinook juveniles se sienten atraídos por la luz artificial y se ralentizan. Es posible que la luz artificial los acerque a la costa, donde enfrentan un mayor riesgo de depredación por parte de aves y mamíferos. La iluminación artificial también atrae una mayor densidad de peces piscívoros , que tienen una ventaja debido al movimiento más lento de los peces juveniles. [33] La contaminación lumínica también tiene impactos en el funcionamiento hormonal de algunos peces; la perca europea y el rutilo experimentan reducciones en la producción de hormonas reproductivas cuando se exponen a la iluminación artificial en un entorno rural. [34] También se ha demostrado que la luz artificial causa alteraciones en los peces (y el zooplancton) en el alto Ártico, donde los barcos pesqueros con luces dieron como resultado una falta de peces hasta 200 metros por debajo de la superficie del agua. [35]
A principios de siglo se descubrió que los ojos humanos contienen un fotosensor no generador de imágenes que es el principal regulador del ritmo circadiano humano. [36] Este fotosensor se ve particularmente afectado por la luz azul , y cuando observa luz, la glándula pineal detiene la secreción de melatonina . La presencia de luz por la noche en las viviendas humanas (o para los trabajadores por turnos) dificulta el sueño y reduce el nivel general de melatonina en el torrente sanguíneo , y la exposición a una bombilla incandescente de bajo nivel durante 39 minutos es suficiente para suprimir los niveles de melatonina al 50%. [4] [37] Debido a que la melatonina es un poderoso antioxidante , se plantea la hipótesis de que esta reducción puede resultar en un mayor riesgo de cáncer de mama y próstata . [38] [39]
Otros efectos sobre la salud humana pueden incluir mayor incidencia de dolores de cabeza , fatiga laboral , estrés médicamente definido , disminución de la función sexual y aumento de la ansiedad. [40] [41] [42] [43] Asimismo, se han estudiado modelos animales que demuestran que la luz inevitablemente produce efectos adversos sobre el estado de ánimo y la ansiedad. [44] [45]
El efecto que la luz artificial tiene sobre los organismos depende de la longitud de onda . Si bien los seres humanos no pueden ver la luz ultravioleta , los entomólogos la utilizan a menudo para atraer insectos. En términos generales, es más probable que la luz azul sea dañina para los mamíferos porque los fotorreceptores no fotorreceptores de los ojos de los mamíferos son más sensibles en la región azul. [46] Esto significa que si las farolas tradicionales de descarga de vapor se reemplazan por LED blancos (que generalmente emiten más radiación en la parte azul del espectro ), el impacto ecológico podría ser mayor incluso si se reduce la cantidad total de luz irradiada. [47]
Las superficies planas artificiales, como las ventanas de vidrio o el asfalto, reflejan una luz altamente polarizada . Muchos insectos se sienten atraídos por las superficies polarizadas, porque la polarización suele ser un indicador de la presencia de agua. Este efecto se denomina contaminación lumínica polarizada [48] y, aunque sin duda es una forma de fotocontaminación ecológica, la "contaminación lumínica ecológica" suele referirse al impacto de la luz artificial sobre los organismos.
Por la noche, la polarización del cielo iluminado por la luna se reduce considerablemente en presencia de contaminación lumínica urbana , porque la luz urbana dispersa no está fuertemente polarizada. [49] Dado que se cree que muchos animales utilizan la luz de la luna polarizada para orientarse, este efecto de protección es otro efecto negativo de la contaminación lumínica sobre la ecología.
Para regular y gestionar el problema de la contaminación lumínica, es necesario establecer un sistema de gestión maduro. Según los estudios de Zhou, la introducción de normas como la iluminación verde y el fortalecimiento de la propaganda y la educación por parte de los gobernadores podrían ayudar a detener o reducir los efectos adversos de la contaminación lumínica. [50]