Eine unerwartete Zunahme der Verschmutzung trat ein, nachdem Chelan County auf LED-Leuchten umgestellt hatte, die hell leuchten und weniger Energie verbrauchen als herkömmliche Glühbirnen. Ein Jahr nach Beginn der Umstellung verdeckte die zusätzliche Blendung etwa die Hälfte der zuvor sichtbaren Sterne. Was dort geschah, ist kein Einzelfall.

In den letzten Jahren haben Städte und Gemeinden auf der ganzen Welt an einer radikalen Revolution teilgenommen - an der Revolution unserer Glühbirnen. Herkömmliche orangefarbene Natriumdampf-Hochdrucklampen werden gegen energieeffizientere, weißere und hellere LED-Lampen (Licht emittierende Dioden) ausgetauscht. Doch der Vormarsch der LEDs wirft auch neue Probleme für unseren Nachthimmel und unsere Gesundheit auf.

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass der Nachthimmel in den letzten zehn Jahren jedes Jahr um fast 10 Prozent heller geworden ist, weil künstliche Lichter, vor allem LEDs, zu viel Blendlicht aussenden. Straßenlaternen sind Teil des Problems, ebenso wie Quellen wie beleuchtete Werbetafeln und Stadionbeleuchtung.

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Außenleuchten beeinträchtigen die Gesundheit

Dieselben Außenleuchten beeinträchtigen auch unsere Gesundheit. Gängige LED-Lichttypen enthalten einen höheren Anteil blauer Wellenlängen, die das Nachtleben der Menschen beeinflussen können. Sie stören unseren zirkadianen Rhythmus, verringern die Leistungsfähigkeit unseres Immunsystems und erhöhen das Auftreten bestimmter Krankheiten, einschließlich Krebs.

„Die Menschen müssen verstehen, dass LED-Leuchten überall installiert werden, nicht nur in Straßenlaternen, sondern in alle Richtungen“, sagte Jim White, leitender Ingenieur für Energieeffizienz beim Chelan County Public Utility District, der bei der Umstellung des Bezirks auf LED-Leuchten geholfen hat. Aber er fügte hinzu: „Es ist eine Form der Umweltverschmutzung, die wir lösen könnten“.

Behörden und Organisationen wie der National Park Service und die American Medical Association haben Empfehlungen ausgesprochen, wie man die Lichtverschmutzung und ihre schädlichen Auswirkungen auf das Leben reduzieren kann. Die Änderungen beginnen damit, welche Art von LED-Licht man überhaupt kaufen sollte.

Licht ins Dunkel der Problematik bringen

Das Problem ist in den letzten Jahren mit dem Aufkommen der neuen LED-Technologie ans Licht gekommen. LED-Lampen sind die olympischen Marathonläufer unter den Glühbirnen: Sie verbrauchen bis zu 90 Prozent weniger Energie und halten bis zu 25 Mal länger als herkömmliche Glühbirnen. Da es sich um die energieeffizienteste Glühbirne auf dem Markt handelt, ist es nicht verwunderlich, dass sich so viele Menschen für diese Technologie entscheiden.

Das Energieministerium schätzt, dass LEDs im Jahr 2017 etwa 19 Prozent aller Beleuchtungsinstallationen ausmachten und etwa 1 Prozent des gesamten Energieverbrauchs in den Vereinigten Staaten einsparten. Bis 2035 sollen 84 Prozent der Beleuchtungsanlagen auf LEDs umgestellt werden. Es wird erwartet, dass Straßen-, Park-, Gebäudeaußen- und Gebietsbeleuchtungen - also Anwendungen, die in der Regel einen hohen Lumenwert (ein Maß für die Helligkeit) haben - bis 2035 fast vollständig auf LED-Leuchten umgestellt werden.

White freute sich, dass Chelan County, das in der Mitte des Bundesstaates liegt und rund 80.000 Einwohner hat, an der LED-Lichtrevolution teilnimmt. Ab 2014 begann der Chelan County Public Utility District, sich mit lokalen Regierungen, Gemeinden und Behörden zu treffen, um zu erörtern, was für den Austausch der Straßenbeleuchtung erforderlich ist. Im Jahr 2018 wurde ein 1,9-Millionen-Dollar-Projekt in Angriff genommen, das teilweise durch einen staatlichen Zuschuss des Handelsministeriums des Bundesstaates Washington finanziert wurde, um fast 3700 Natriumdampf-Hochdruck-Straßenlampen (etwa 60 Prozent der Straßen- und Gebietsbeleuchtung) durch LEDs zu ersetzen.

LED-Leuchten machen den Himmel heller – Sterne verschwinden

Die Energieeinsparungen waren deutlich spürbar. Nach der Umstellung sparten die neuen Leuchten 2.612.491 Kilowattstunden ein - genug, um etwa 120 rein elektrische Haushalte im Bezirk ein Jahr lang mit Strom zu versorgen. Aber es gab auch Nachteile: Forscher des National Park Service stellten fest, dass die LED-Leuchten mehr Sterne auswuschen, insbesondere in der Nähe des Horizonts.

„Man kann sehen, dass die Beleuchtung größer wird, so dass sie höher in den Himmel reicht ... der gesamte Himmel wurde heller“, sagte Li-Wei Hung, ein Astronom beim National Park Service, der eine Studie über die LED-Umstellung in Chelan County veröffentlichte. „Noch vor ein paar Jahren war dies eine wirklich neue Erkenntnis für uns. Verringert die Umstellung auf LEDs wirklich die Lichtverschmutzung oder nimmt sie zu? Wir [wussten] es nicht genau.“

Kameradaten zeigten, dass der Himmel über dem örtlichen Burch Mountain nach dem Abschluss der Umstellung durch den Landkreis im Jahr 2019 um 60 Prozent heller war als 2018. Das neue künstliche Licht betrug nach der Umstellung das 3,69-fache des natürlichen Lichts; vor der Umstellung erzeugten die künstlichen Lichter das 2,30-fache des natürlichen Lichts. White sagte, die erhöhte Verschmutzung sei „eine totale Überraschung“, da der Public Utility District versucht habe, die Lichter auf den Boden zu richten, aber das Licht streue immer noch.

Detaillierte Daten über das nächtliche Leuchten einzelner Städte sind nur schwer zu bekommen, was die Umstellung in Chelan County zu einer wichtigen Fallstudie macht, um sowohl die guten als auch die schlechten Auswirkungen von LED-Leuchten zu verstehen. Beobachtungen und Anekdoten zeigen jedoch, dass Chelan County nicht allein ist. Von 2011 bis 2022 haben Berichte von Bürgerwissenschaftlern ergeben, dass der durchschnittliche Nachthimmel jedes Jahr um 9,6 Prozent heller geworden ist, was die Forscher auf den Austausch von LED-Lampen zurückführen. Einige Städte, wie z. B. Washington D.C., haben die Umstellung auf LED-Lampen ausgesetzt, nachdem sich Einwohner über die hellen Lichter beschwert hatten, die ihren Schlaf stören.

Aber warum erscheint das Licht von LED-Lampen am Nachthimmel auffälliger als das anderer Beleuchtungsarten? Die Antwort liegt im blauen Licht der LED.

Die Probleme mit blauem Licht

LED-Lampen strahlen mehr blaues Licht aus als normale Glühbirnen. Blaues Licht hat eine kürzere Wellenlänge (450 bis 495 Nanometer) und eine höhere Frequenz, wodurch Luftpartikel schneller schwingen und in der Atmosphäre stärker gestreut werden als andere Farben. Das blaue Licht wird in verschiedene Richtungen am Himmel umgelenkt. Das ist auch der Grund, warum unser Himmel blau erscheint.

Das menschliche Auge ist auch sehr empfindlich für die Wellenlänge des blauen Lichts. Sie erinnern sich vielleicht an zwei Arten von Fotorezeptoren in unseren Augen, die Stäbchen und Zapfen, die uns helfen, Farben und Schattierungen zu erkennen. In den letzten Jahrzehnten haben Wissenschaftler die Funktion eines weiteren Fotorezeptors, der intrinsisch lichtempfindlichen retinalen Ganglienzelle (ipRGC), identifiziert. Diese Photorezeptoren sind für kürzere Wellenlängen empfindlich und tragen dazu bei, den Menschen wach zu halten, indem sie ein Hormon namens Melatonin unterdrücken, das eine Rolle bei unserem Schlaf spielt.

„Eines der Markenzeichen unserer zirkadianen Uhr ist diese zeitliche Produktion von Melatonin. Melatonin wird mit Schläfrigkeit in Verbindung gebracht“, sagt Manuel Spitschan, Neurowissenschaftler an der Technischen Universität München und am Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik. „Wenn man Menschen nachts oder abends Licht aussetzt, wird die Produktion von Melatonin unterdrückt.“

Spitschan erklärt, dass, wenn blaues Licht auf unser Auge trifft, die ipRGCs aufgrund eines lichtempfindlichen Moleküls namens Melanopsin, das Photonen in ein elektrisches Signal an das Gehirn umwandelt, um die Melatoninproduktion zu unterdrücken, schnell zu feuern beginnen. Je mehr Photonen der ipRGC einfängt, desto stärker ist das vom Photorezeptor erzeugte Signal, was zur Unterdrückung der Melatoninproduktion führt.

Ohne Melatonin, das die Schläfrigkeit auslöst, ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass der Mensch länger wach bleibt. Störungen unseres zirkadianen Rhythmus wurden mit Krebserkrankungen, wie z. B. Brustkrebs, in Verbindung gebracht und von der Weltgesundheitsorganisation als wahrscheinlich krebserregend eingestuft. Andere Forschungen haben gezeigt, dass Unterbrechungen unseres zirkadianen Rhythmus mit einigen Herzproblemen in Verbindung stehen.

„Wir reagieren nachts empfindlicher auf blaues Licht als tagsüber“, sagt Chris Kyba, der am Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ das künstliche Licht in der nächtlichen Umgebung quantifiziert.

Lösungen zur Begrenzung der Lichtverschmutzung in Ihrer Umgebung

Es gibt eine Welt, in der es energieeffizientere LED-Leuchten gibt, die weder die nächtlichen Landschaften noch unsere Gesundheit erheblich beeinträchtigen. Die Lichtverschmutzung „kann mit LEDs verbessert werden, aber man muss sehr auf das Design achten“, so Ashley Pipkin vom National Park Service, Biologe und Mitautor der Studie zur Lichtverschmutzung in Chelan County. Diese Lösungen - vom Kauf eines bestimmten LED-Lichttyps bis hin zu Änderungen, die die Blendung verhindern - können sowohl auf städtischer Ebene als auch für einzelne Häuser umgesetzt werden.

Die Wahl des richtigen Lichts und der richtigen Helligkeit für Ihre Bedürfnisse

Der National Park Service sagt, dass eine Möglichkeit, die Lichtverschmutzung des Nachthimmels zu reduzieren, darin besteht, sich bewusst zu überlegen, wo die Beleuchtung angebracht werden soll: Ist ein Licht an diesem Ort wirklich notwendig? Und welche Helligkeit ist für diese Lichtverwendung angemessen?

Pipkin erklärte, dass wir bei Glühbirnen in der Regel an die Wattzahl denken, d. h. daran, wie viel Energie die Glühbirne verbraucht, aber bei LEDs muss sich unser Fokus ändern. LEDs verbrauchen weniger Watt als herkömmliche Glühbirnen, und man sollte sich bei der Wahl einer Lampe nach der Lumen-Zahl richten, die oft als Helligkeit bezeichnet wird.

Viele Menschen verwenden viel hellere LED-Lampen als nötig, vor allem im Freien. Im Idealfall können Sie eine LED-Lampe mit viel geringerer Wattzahl kaufen und haben trotzdem die gleiche Helligkeit wie eine Glühbirne. Eine 30-Watt-LED-Glühbirne hat nach Angaben des National Park Service die gleiche Anzahl an Lumen wie eine 250-Watt-Glühbirne. Pipkin fügte jedoch hinzu, dass die Industrie oft nicht genügend Optionen mit geringen Lumen anbietet“.

Außerdem kann es unnötig sein, jede herkömmliche Glühbirne durch eine LED-Birne zu ersetzen. „Man braucht nicht so viel Watt, um eine Straßenecke zu beleuchten“, sagte White.

Wärmere LED-Lampen verwenden

Nicht alle LED-Lampen sind gleich. Wenn Sie in den Laden gehen, sehen Sie vielleicht einige LED-Lampen, die mit 4.000 Kelvin, 3.000 Kelvin oder sogar 2.000 Kelvin angegeben sind. Diese Temperaturen entsprechen dem Erscheinungsbild des Lichts, das entweder warm (gelber) oder kühl (blauer) ist.

Da unsere Augen nachts empfindlich auf blaues Licht reagieren, empfehlen Ärzte den Kauf von LED-Lampen mit wärmeren Farbtönen, wie Gelb oder Bernstein. Das bedeutet, LED-Lampen mit weniger als 4.000 Kelvin zu verwenden. Im Durchschnitt haben LED-Lampen mit 4.000 Kelvin einen Blauanteil von etwa 29 Prozent. Bei 3.000 Kelvin sind es etwa 21 Prozent. Heutzutage gibt es LED-Lampen mit nur 2.000 Kelvin. Wärmere Farbtöne streuen auch weniger in der Atmosphäre als das kühle blaue Licht.

Doch die Hersteller von Leuchten stellen nur langsam auf wärmere Farbtöne um, so Mario Motta, ein pensionierter Kardiologe, der die Empfehlungen der AMA zur Verringerung der Lichtverschmutzung mitverfasst hat. Als er die Empfehlungen vor mehr als fünf Jahren verfasste, erinnerte er sich daran, dass er von Unternehmen, die bereits einen Überschuss an Lampen mit dem höchsten Blaulichtanteil gekauft hatten, zurückgewiesen wurde.

White aus Chelan County sagte, es gebe noch nicht genug Nachfrage für die Hersteller, um viele Lampen mit einem niedrigen Wert von 2.000 Kelvin zu produzieren. „Wir brauchen mehr Leute, die danach fragen und darauf bestehen“, sagte er.

Blockieren oder begrenzen Sie das Licht

In Ihrem Zuhause können Verdunkelungsvorhänge verhindern, dass Straßenlaternen in die Schlafzimmer eindringen, was die Auswirkungen auf Ihren Schlaf eindämmen kann. Bewegungsmelder, Zeitschaltuhren und Dimmer können ebenfalls dazu beitragen, die Anzahl der Stunden mit unnötigem Licht zu reduzieren und gleichzeitig mehr Energie zu sparen.

Lichtstrahlen nach unten lenken

Experten raten dazu, das Licht außerhalb der Wohnung oder in öffentlichen Räumen nach unten zu richten. Vermeiden Sie unbedeckte oder freiliegende Leuchten, die ihr Licht nach oben und horizontal abstrahlen. Auch der Winkel und die Höhe der Leuchte können die Ausbreitung des Lichtstrahls beeinflussen.

Die Ausrichtung von LED-Lichtstrahlen nach unten kann die Lichtverschmutzung zwar verringern, aber nicht unbedingt beseitigen - wie in Chelan County zu sehen war. Helles Licht mit hohem Blauanteil, so Pipkin, kann vom Boden abprallen und in den Nachthimmel gestreut werden, wodurch es weiterhin zur Lichtverschmutzung beiträgt. Deshalb ist es wichtig, LEDs mit wärmeren Temperaturen und niedrigeren Lumenwerten zu kaufen.

Seit der Umstellung der Straßenbeleuchtung in Chelan County auf LEDs haben White und seine Kollegen noch keine weiteren Änderungen vorgenommen. Sie planen Änderungen, sobald fortschrittlichere kommerzielle Produkte verfügbar sind, die es beispielsweise ermöglichen, die Beleuchtung nach einer bestimmten Zeit in der Nacht zu dimmen oder aufzuhellen, wenn sich Fahrzeuge nähern.

Mit besseren Änderungen in der Zukunft hofft White, dass die Sterne nachts wieder den Himmel füllen werden. „Ich liebe es, mein Teleskop herauszuholen und die Ringe des Saturn, die Sterne und die Monde der anderen Planeten zu sehen. Wir haben alles versucht, um dies mit der besten verfügbaren Technologie zu erreichen“, so White. „Es ist ein allgemeines Problem, das jeder kennen sollte.“

Wir testen zurzeit maschinelle Übersetzungen. Dieser Artikel wurde aus dem Englischen automatisiert ins Deutsche übersetzt.

Dieser Artikel war zuerst am 23. Juni 2023 in englischer Sprache bei der „Washingtonpost.com“ erschienen – im Zuge einer Kooperation steht er nun in Übersetzung auch den Lesern der IPPEN.MEDIA-Portale zur Verfügung.