La luz artificial en los mares

Los ecologistas y biólogos han reconocido durante mucho tiempo que la luz artificial durante la noche puede tener efectos adversos en la salud de los humanos y la vida silvestre terrestre , incluidos los patrones de sueño, los horarios de alimentación y los ciclos reproductivos interrumpidos.

Un creciente cuerpo de investigación muestra que la vida marina también es sensible a la luz artificial, incluidos niveles extremadamente bajos y ciertas longitudes de onda, particularmente la luz azul y verde . Ahora, por primera vez, los científicos han cuantificado los niveles de luz bajo el agua para las zonas costeras de todo el mundo. Un equipo de investigadores de Inglaterra, Noruega e Israel ha publicado el primer atlas mundial de luz artificial en el mar.

"Estos niveles de luz muy bajos que genera la luz artificial son de vital importancia para los organismos biológicos", dijo el autor principal y oceanógrafo Tim Smyth , que se especializa en óptica marina y detección remota del color del océano en el Laboratorio Marino de Plymouth. "Pero el impacto que tiene en el medio ambiente marino ha sido bastante poco estudiado".

El equipo de investigación construyó un modelo basado en dos conjuntos de datos satelitales: uno sobre la contaminación lumínica nocturna y otro sobre el color del océano, que revela las propiedades ópticas del agua. El modelo proyecta cómo la contaminación lumínica nocturna sobre la superficie del agua penetrará y será absorbida bajo el agua. Los resultados muestran las profundidades a las que las especies marinas podrían estar expuestas a la luz suficiente para provocar una respuesta biológica.

El estudio brinda a los investigadores una guía sobre dónde deben enfocar los estudios futuros sobre los efectos de la luz artificial en la vida marina. En particular, dijo Smyth, el estudio destaca áreas donde los ecosistemas están particularmente estresados por la luz artificial, lo que podría conducir a rápidos cambios evolutivos y adaptación.

“Los efectos de la luz artificial en los ecosistemas marinos deberían ser un foco real para la investigación del cambio global”, dijo Smyth.

Los científicos descubrieron que 1,9 millones de kilómetros cuadrados del océano experimentan cantidades biológicamente significativas de contaminación lumínica artificial a una profundidad de 1 metro. Esto representa alrededor del 3 por ciento de las Zonas Económicas Exclusivas (ZEE) del mundo, el área que se extiende 370 kilómetros frente a la costa de un país. Áreas significativas del océano están viendo exposiciones de luz a profundidades de 10 metros, 20 metros o más.

La profundidad a la que puede penetrar la luz depende no solo de la intensidad de la luz sobre el agua, dijo Smyth, sino también de las propiedades ópticas del agua, que varían según la estación. Por ejemplo, en áreas con aguas muy claras, incluida parte del Mar de China Meridional cerca de Malasia, la luz nocturna puede alcanzar profundidades de más de 40 metros.

Zonas con contaminación lumínica

Parte de la contaminación lumínica marina más extensa ocurre en áreas donde las plataformas de petróleo y gas en alta mar, los parques eólicos y el desarrollo de islas iluminan la noche por encima y por debajo de la línea de flotación. Los mapas de arriba muestran el Mar del Norte en abril y el Golfo Pérsico en diciembre. Incluyen tanto el brillo del cielo sobre el agua como la profundidad crítica a la que llega la luz submarina. (Tenga en cuenta las diferentes escalas para cada uno).

La luz artificial es muy diferente de la luz natural en sus propiedades espectrales, intensidad y tiempo, dijo Smyth. Las luces artificiales se encienden abruptamente al anochecer y se encienden durante toda la noche, todas las noches, mientras que la luz nocturna natural, como la luz de la luna, aumenta y disminuye en escalas de tiempo diarias, mensuales y estacionales.

Muchas especies marinas han desarrollado funciones biológicas que se rigen por ciclos de luz natural, incluso a niveles bajos y a grandes profundidades, y algunas están sintonizadas con ciertas longitudes de onda de luz. Por ejemplo, los copépodos son particularmente sensibles a la luz de la luna, lo que indica su migración diaria arriba y abajo de la columna de agua para alimentarse. Los copépodos son organismos clave en muchas redes alimentarias marinas. Para el estudio, los investigadores utilizaron la sensibilidad a la luz de los copépodos como umbral para una cantidad de luz biológicamente significativa.

Una pieza fundamental de la nueva investigación fue un atlas global del brillo del cielo nocturno artificial publicado por Fabio Falchi, físico del Instituto de Ciencia y Tecnología de la Contaminación Lumínica (Italia) y sus colegas en 2016. Ese atlas se construyó con datos de la Imagen Infrarroja Visible Radiometer Suite (VIIRS) en el satélite Suomi National Polar-orbiting Partnership (NPP), que puede observar luces tenues con su banda de día y noche (DNB).

La banda de día y noche es buena para capturar niveles bajos de luz en un amplio espectro, dijo Smyth. Pero el comportamiento de la luz bajo el agua depende de sus propiedades espectrales, y VIIRS DNB no discrimina longitudes de onda rojas, verdes y azules. En el trabajo de campo realizado alrededor de Plymouth, el equipo construyó un modelo que conecta lo que VIIRS "ve" en la noche con el espectro de luz que ingresa al agua.

Luego, el equipo tuvo en cuenta otras variables que afectan la forma en que la luz penetra en el agua, como la abundancia de fitoplancton, materia orgánica disuelta y sedimentos, que cambian estacionalmente. Estas propiedades también se pueden observar desde el espacio utilizando instrumentos de detección del color del océano, como el espectrómetro de imágenes de resolución media (MERIS) en Envisat, el espectrorradiómetro de imágenes de resolución moderada (MODIS) en Terra de la NASA, el sensor de campo de visión amplio para ver el mar. (SeaWiFS) y VIIRS.

“Usamos productos satelitales del color del océano para construir climatologías para cada mes del año, en todas partes del océano global”, dijo Smyth. Luego, el modelo podría calcular cómo la luz sobre el agua, ahora dividida en sus componentes rojo, verde y azul, se propagaría bajo el agua en función de las propiedades ópticas del agua en un lugar determinado en un mes determinado.

Las zonas costeras albergan muchas de las áreas urbanas más grandes de la Tierra. A medida que continúan creciendo, el brillo del cielo, la dispersión y difusión de la luz por las nubes, la niebla y los contaminantes en la atmósfera, que se filtran en el mar, también puede crecer, dijo Smyth.

Además, los esfuerzos de los planificadores urbanos para hacer la transición a una iluminación de diodos emisores de luz (LED) más eficiente en energía también podrían afectar negativamente a los ecosistemas marinos, dijo. Las ciudades que antes brillaban de color naranja bajo las luces de vapor de sodio ahora emiten un brillo azul más intenso y un espectro de luz más amplio que podría afectar a las especies marinas.

Imágenes de NASA Earth Observatory por Joshua Stevens , utilizando datos cortesía de Smyth, TJ, et al. (2021). Texto de Sara E. Pratt.

NASA Earth Observatory