الضوء الاصطناعي يؤثر على أنظمة المياه العذبة ويعطل توازن الكائنات الحية الدقيقة ويغير من تدفق الكربون

التوهجات الخافتة في سماء الليل، والتي غالبًا ما تُرى فوق أفق المدن البعيدة، قد تُسهم في أكثر من مجرد كشف التمدد العمراني.

تُظهر نتائج حديثة أن حتى المستويات المنخفضة جدًا من الضوء الاصطناعي قد تؤثر على أنظمة المياه العذبة، مما يُؤدي إلى زيادة في أنواع معينة من الطحالب، ويُغير في الوقت نفسه كيفية تدفق الكربون عبر الأنظمة البيئية للبحيرات.

قام باحثون في معهد لايبنتس لعلم بيئة المياه العذبة ومصايد الأسماك الداخلية ( IGB ) بالتحقيق في هذه التأثيرات، حيث أظهروا كيف يمكن للوهج السماوي- الضوء الاصطناعي المنتشر في الغلاف الجوي – أن يصل إلى البحيرات النائية ويعطل بشكل خفي توازن الكائنات الحية الدقيقة.

قال هانز بيتر جروسارت، الباحث في معهد علوم البحار، والذي قاد البحث: “لم تكن آثار التوهج السماوي على النظم البيئية للمياه العذبة معروفة إلى حد كبير حتى وقت قريب، ومع ذلك، فقد علمنا الآن أن العديد من الكائنات الحية في البحيرات تتبع إيقاعًا متقطعًا بين الليل والنهار”.

نُشرت الدراسة في مجلة أبحاث المياه ، حيث يضيف جروسارت “في دراستنا، أظهرنا أن الضوء الاصطناعي ليلاً يعزز تكاثر البكتيريا الزرقاء، المعروفة أيضًا باسم الطحالب الخضراء المزرقة، والتي قد تُنتج سمومًا. كما يُحفز توهج السماء دورة الكربون في المياه العذبة”.

دراسة التلوث الضوئي في البحيرات

استخدم الفريق مختبر بحيرة IGB ، وهو منصة تجريبية فريدة من نوعها مُقامة داخل بحيرة أكبر. يتكون هذا النظام من 24 حاوية منفصلة، ​​تحتوي كل منها على 1300 متر مكعب من مياه البحيرة، معزولة عن بقية البيئة.

في بداية التجربة، تأكد الباحثون من توزيع الطحالب والبكتيريا والفطريات والقشريات الصغيرة بالتساوي في جميع هذه الحاويات.

أُضيئت عشرة من هذه الأقسام ليلاً لمدة شهر باستخدام نظام مصمم خصيصاً، تراوحت مستويات الإضاءة فيه بين 0.06 لوكس، وهو مستوى مشابه لتوهج السماء المعتاد في المناطق الحضرية، و6 لوكس، وهو أعلى مستوى موثق لتوهج السماء تم قياسه على الإطلاق، وتُركت خمسة أقفاص مظلمة كعينات ضابطة.

الإضاءة الاصطناعية والبكتيريا الزرقاء

تم تصميم التجربة لاختبار ما إذا كان الضوء الليلي منخفض الكثافة سيغير تكوين واستقلاب الكائنات الحية في البحيرة.

ركّز الباحثون على الكائنات الدقيقة، وخاصةً البكتيريا والطحالب، الضرورية لدورة العناصر الغذائية كالكربون. وأراد العلماء معرفة ما إذا كان ضعف الإضاءة الليلية يُحدث تغييرات ملحوظة في كيفية إنتاج ومعالجة سكان البحيرة للمواد العضوية.

مارك جيسنر، المؤلف المشارك في الدراسة، هو باحث في معهد علوم الضوء، وأحد منسقي المشروع الخاص بتلوث الضوء في البحيرات.

وقال جيسنر: “يوفر مختبر IGB LakeLab الظروف المثالية لمثل هذه التجربة واسعة النطاق، حيث يمكن التأكد من العلاقات السببية في إعدادات ميدانية واقعية من خلال مقارنة استجابات الحاويات المضاءة وغير المضاءة”.

تستجيب البكتيريا لمستويات الإضاءة المنخفضة

خلال التجربة، قام العلماء بتتبع كيفية نمو مجموعات البكتيريا واستجابتها، مع التركيز بشكل خاص على البكتيريا الزرقاء والبكتيريا الأخرى التي تعتمد على الضوء لتوليد الطاقة.

وكانت النتائج مهمة: حيث زادت هذه الكائنات الحية الدقيقة التي تستخدم الضوء بمعدل 32 ضعفًا في الأماكن المضاءة مقارنة بالأماكن المظلمة.

وارتفعت مستويات العديد منها، بما في ذلك البكتيريا الزرقاء وبعض الكائنات الضوئية اللاهوائية، إلى مستويات عالية بما يكفي للإشارة إلى استجابة مباشرة حتى لأضعف توهج اصطناعي.

“في تجاربنا، حتى شدة الضوء المنخفضة للغاية والتي تصل إلى 0.06 لوكس كانت كافية لإثارة الاستجابة”، أوضحت المؤلفة المشاركة ستيلا بيرجر، خبيرة العوالق النباتية في IGB.

تسلط هذه النتائج الضوء على مدى قدرة الكميات الضئيلة للغاية من الضوء الاصطناعي على إحداث تأثيرات أكبر على النظام البيئي مما كان يعتقد العلماء في السابق.

اضطراب دورة الكربون والسموم

عندما تزدهر الميكروبات المفضلة للضوء بشكل أكبر، فإن العمليات التي تحرك إنتاج المواد العضوية واستهلاكها وتحليلها تتغير وفقًا لذلك.

تعتمد أنظمة المياه العذبة على دورة متوازنة: حيث تقوم الطحالب والنباتات المائية والبكتيريا الضوئية بتحويل العناصر غير العضوية مثل ثاني أكسيد الكربون إلى مادة عضوية، والتي تستخدم في نهاية المطاف كغذاء للكائنات الحية الأخرى.

البكتيريا التي تعمل كمحللات تُحلل المواد المتبقية، مُعيدةً العناصر الغذائية إلى البيئة. وجود البكتيريا الزرقاء الزائدة قد يُخل بهذا التوازن، مُنتجةً أحيانًا سمومًا ضارةً بالأسماك والحياة البرية، وحتى البشر، إذا تراكمت في مصادر مياه الشرب.

التلوث الضوئي يغير البحيرات

وكشف التحليل المختبري لعينات المياه من الحاويات المضاءة أنه في ظل ظروف تشبه سماء المناطق الحضرية النموذجية، زادت تحلل البكتيريا للمواد العضوية بشكل كبير.

وقد أكدت الأدلة الجينية أن تكوين المجتمع قد تحول، حيث ازدهرت أنواع معينة تحت ضوء اصطناعي منخفض وتغيرت معدل تداول الكربون والمواد المغذية في البحيرة.

وأضاف فرانز هولكر، الباحث في معهد IGB والمؤلف المشارك في الدراسة والمنسق الثاني للمشروع، أن “إضاءة تبلغ 0.06 لوكس هي تقريبًا الإضاءة التي يمكن أن تتعرض لها الكائنات الحية في المناطق الحضرية الكبيرة”.

بعبارة أخرى، يتطابق هذا التوهج الخافت مع السطوع الذي قد تشهده المواقع الريفية أو البعيدة ببساطة بسبب تشتت أضواء المدينة البعيدة في الغلاف الجوي.

 

 الآثار المترتبة على جودة المياه

تُعدّ استنتاجات الدراسة ذات أهمية كبيرة في إدارة موارد المياه العذبة، إذ يُمكن أن يُؤدي تكاثر البكتيريا الزرقاء إلى تعطيل الأنشطة الترفيهية، ونفوق الأسماك، وإطلاق سموم تُشكّل مخاطر على الصحة العامة.

حتى لو ظلت الظروف الأخرى، بما في ذلك درجة الحرارة ومستويات العناصر الغذائية، مستقرة، فإن وجود ضوء اصطناعي خافت في الليل قد يكون عاملاً آخر يساهم في ترجيح كفة الميزان نحو ازدهار الطحالب الضارة.

ويشير الباحثون إلى أنه في الحالات التي لا يمكن فيها تفسير ازدهار الطحالب بسهولة، ينبغي اعتبار التلوث الضوئي أحد الأسباب المساهمة.

الزيادة العالمية في التلوث الضوئي

يمكن أن يُساعد الاستخدام المتزايد لصور الأقمار الصناعية وتقنيات الطائرات بدون طيار في تحديد المناطق الأكثر تضررًا، مما يُتيح استراتيجيات للإنذار المبكر والتخفيف من آثار الكوارث، ومع ذلك، لا تزال الوقاية تُمثل تحديًا.

إن الزيادة العالمية الأوسع في الإضاءة الاصطناعية قد تؤدي إلى تغييرات بعيدة المدى في الموائل التي لم يكن من المقصود إضاءتها على الإطلاق.

من خلال إظهار أن الظروف التي كانت تعتبر في السابق خافتة للغاية بحيث لا تشكل أهمية يمكن أن تؤدي إلى استجابات بيئية جديرة بالملاحظة، يعمل هذا البحث على تحويل الحوار حول تلوث الضوء الاصطناعي.

على الرغم من أنه من السهل التغاضي عن التوهج السماوي الخافت، فإن البحيرات المليئة بالحياة تكون أكثر حساسية لهذه الإضاءات اللطيفة المتناثرة مما كان يُعتقد سابقًا.