Problemfeld „Lichtverschmutzung“ und geeignete Lösungen

Effektive und umweltverträgliche Außenbeleuchtung

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Lichtlösungen Beleuchtungsplanung
1 Beleuchtete Straßenkreuzung in Suhl bei Nacht, fotografiert aus circa 30 Meter Höhe über dem Boden. Foto: Jonas Renk

Lichtverschmutzung" im Freien durch übermäßige künstliche Außenbeleuchtung bei nächtlicher Dunkelheit kann sich in erheblichem Ausmaß und auf verschiedenste Weise negativ auf die Umwelt auswirken. Sie kann bei zahlreichen Tieren wie Insekten, Vögeln, Fledermäusen und Fischen zu Beeinträchtigungen bis hin zum Tod führen und Ökosystemen erheblich schaden. Auch auf die menschliche Gesundheit kann sich Lichtverschmutzung unmittelbar negativ auswirken.

Folgen der Lichtverschmutzung

Sehr viele Insekten, darunter zahlreiche Fluginsekten wie Nachtfalter, sind nachtaktiv (Schmid et al. 2012). Für die Orientierung und den Entwicklungszyklus nachtaktiver Fluginsekten spielt natürlicherweise das Licht des Mondes und der Sterne eine zentrale Rolle (ebd.). Künstliche Außenbeleuchtung hat auf nachtaktive Insekten häufig einen sognannten "Staubsaugereffekt": Sie werden von dem Licht angelockt und gehen dann an der Leuchte zugrunde (Eisenbeis 2013). Wenn Außenleuchten keine geschlossenen Lampengehäuse aufweisen, verbrennen Insekten meist an den heißen Leuchtmitteln (Schmid et al. 2012). Andere Insekten, die sich im beleuchteten Bereichen niederlassen, kommen beispielsweise durch Überfahren um, wieder andere sterben an Erschöpfung nach langem Kreisen um die Leuchten (Schmid et al. 2012). In vielen Fällen ließe sich das Problem alleine durch den Einsatz anderer Leuchtmittel in den Außenleuchten wesentlich verringern. So bieten Untersuchungen von Eisenbeis und Eick (2011) Hinweise, dass der Anflug von nachtaktiven Insekten bei Lichtemissionsdioden (LED) hochsignifikant niedriger ist als etwa bei Quecksilberdampfhochdrucklampen, Metallhalogenlampen, Leuchtstoffröhren und Natriumdampfhochdrucklampen.

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Stark nach oben beleuchtetes Gebäude in Suhl bei Nacht, fotografiert aus circa 50 Meter Höhe über dem Boden. Im Hintergrund rechts der Siedlungsbereich, links (schwarz) der Thüringer Wald. Foto: Jonas Renk

Besonders insektenfreundlich sind LEDs mit warm-weißem Licht (Eisenbeis 2013). Das hängt damit zusammen, dass viele nachtaktive Insekten wie zum Beispiel Nachtfalter vor allem für ultraviolette und kurzwellige (violett, blau bis grün) Strahlungsanteile von künstlichem Licht empfindlich sind (Schmid et al. 2012), daher werden sie von LED-Leuchten, deren Spektrum diese Farben ja nicht oder kaum enthält, erheblich weniger angezogen. Auch durch eine gebündelte Ausrichtung des Lichts von Außenleuchten nach unten ließen sich die negativen Auswirkungen künstlicher Außenleuchten auf Insekten deutlich reduzieren. Denn künstliches Licht, das stark nach unten gebündelt ist, hat einen wesentlich geringeren Anlockradius für Nachtfalter und andere nachaktive Tiere, während horizontal ausgerichtetes Kunstlicht eine Fernwirkung über viele Kilometer haben kann (Posch 2013).

Bei Vögeln führt Lichtverschmutzung allgemein zu Veränderungen in deren biologischem Rhythmus, was sich etwa darin äußern kann, dass diese in ihrem Tag-Nacht-Rhythmus früher zu singen beginnen und im Jahresrhythmus früher brüten (Helm und Partecke 2013). Speziell auf Zugvögel kann Lichtverschmutzung unmittelbar gravierende Auswirkungen haben. Denn unter ihnen nutzen viele, insbesondere weit ziehende Arten, die Nacht für ihre Wanderung und orientieren sich dabei an natürlichem Licht und dem Magnetfeld der Erde, wobei sie unter anderem auf die Sterne und den Auf- und Untergang der Sonne achten (Helm und Partecke 2013). Sie reagieren dabei auf die natürlicherweise geringen Lichtintensitäten der Nacht (Haupt 2013). Durch Lichtverschmutzung können die Tiere massiv gestört oder sogar getötet werden. Desorientierung bis hin zur völliger Orientierungslosigkeit und erheblichen Schreckreaktionen können ausgelöst werden, was sich etwa darin äußern kann, dass sie geblendet und stark irritiert um einen Lichtkegel kreisen und dann in eine falsche Richtung weiterfliegen oder sogar umkehren, notlanden müssen, durch Kollision umkommen oder bedingt durch Stress und Erschöpfung tot vom Himmel stürzen (Haupt 2013, Schmid et al. 2012). Auch wenn dieser unmittelbare Tod nicht eintritt, bringt das durch Lichtverschmutzung häufig verursachte Fliegen in eine falsche Richtung einen erheblichen Zeit- und Energieverlust für die Tiere mit sich, welcher deren Überleben sehr gefährden kann (Haupt 2013). Auch Störungen von Rast- und Ruheverhalten können bei Zugvögeln durch Lichtverschmutzung ausgelöst werden (Schmid et al. 2012). Besonders gefährlich ist Lichtverschmutzung für niedrig fliegende Zugvögel (Haupt 2013) sowie im Zusammenwirken mit Wolken oder Nebel und beim Blenden durch Scheinwerfer oder gar Laserstrahlen (Schmid et al. 2012). Letztere können zu Verbrennungen der Augen und der Haut führen (ebd.). Bei der nächtlichen Außenbeleuchtung sollte auf Zugvögel insbesondere im Zeitraum des Hauptzugs in Mitteleuropa von Mitte Februar bis Mitte Mai sowie von August bis Mitte November Rücksicht genommen werden (ebd.). Untersuchungen von Poot et al. weisen darauf hin, dass blau-grünes Licht für Zugvögel wesentlich weniger irritierend ist als rotes langwelliges Licht (Poot et al. 2008). Im Hinblick auf Vögel erscheint somit ein anderes Lichtspektrum geeignet als bei nachtaktiven Insekten.

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3 Uplights auf einem Parkplatz in Suhl bei Nacht, fotografiert aus circa 30 Meter Höhe über dem Boden. Foto: Jonas Renk

Lichtverschmutzung führt auch bei Fledermäusen zu Veränderungen in deren biologischem Rhythmus, jedoch im Gegensatz zu Vögeln zu einer Verkürzung der (ausschließlich nächtlichen) Aktivitätszeit (Lewanzik und Voigt, C.C. 2013). Dies bringt insofern auch eine Reduzierung der Dauer für die Nahrungssuche mit sich, was sich wiederum negativ auf die Entwicklung der Tiere auswirken kann (ebd.). Manche Fledermäuse profitieren bei ihrer Nahrungssuche wohl auch von Straßenbeleuchtung, da sich hier meist besonders viele Insekten finden (ebd.). Viele Arten sind jedoch sehr lichtempfindlich und vermeiden beleuchtete Bereiche (ebd.). Diese Arten werden daher auch in ihrem Lebensraum durch Lichtverschmutzung stark eingeschränkt (ebd.). Untersuchungen von Downs et al. (2003) weisen darauf hin, dass eine weiße Beleuchtung bei Fledermäusen zu einem deutlicheren Vermeidungsverhalten führt als rotes und blaues Licht.

Nicht nur an Land und in der Luft, sondern auch im Zusammenhang mit aquatischen Ökosystemen kann Lichtverschmutzung sehr problematisch sein. Fische beispielsweise können sehr empfindlich darauf reagieren. Übermäßige nächtliche Außenbeleuchtung kann bei ihnen zu Stress führen, sie kann ihr Wachstum und ihre Entwicklung massiv stören und sich negativ auf ihre Lebensweise und hormonell gesteuerte Prozesse auswirken (Brüning und Hölker 2013). So können Fische beispielsweise hinsichtlich Wanderverhalten, Fortpflanzung und Nahrungsaufnahme beeinträchtigt werden (ebd.). Da aquatische Ökosysteme bekanntermaßen insgesamt äußerst komplex sind und häufig bereits kleinste Veränderungen der Umweltbedingungen erhebliche Auswirkungen auf die Lebensgemeinschaften haben können (bspw.in Form von Algenblüten und deren Folgen), erscheint es angemessen, die künstliche Beleuchtung von Gewässern und gerade von naturnahen Gewässern, beispielsweise durch nicht fokussierte Beleuchtung an Uferpromenaden, möglichst zu vermeiden oder zumindest einzuschränken.

Lichtverschmutzung kann sich auch negativ auf Laubbäume auswirken. Denn sie kann dazu führen, dass Bäume ihre Blätter später abwerfen und sich später auf den Winter vorbereiten, wodurch Frostschäden auftreten können (Rich und Longcore 2006).

Über die aufgezeigten Schädigungen von Flora und Fauna und von Ökosystemen hinaus kann übermäßige Beleuchtung bei Nacht auch unmittelbare negative Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben, etwa in Form von Desynchronisierung und Beeinträchtigungen des menschlichen Schlafverhaltens bis hin zu Schlafstörungen (Knab 2013).

Besonders problematische Außenleuchten

Als besonders problematische Leuchtentypen erscheinen hinsichtlich der Strahlengeometrie solche Außenleuchten, die Lichtstrahlen auch oberhalb der Horizontalen nach oben ins Freie emittieren oder sogar gezielt von unten frei nach oben in den Himmel leuchten (vgl. dazu auch Posch 2013). Dies ist insbesondere bei Kugelleuchten, also Leuchten, die in alle Richtungen strahlen, nach oben in den freien Himmel gerichteten Uplights und dem Einsatz von Flutlichtstrahlern, Leuchtscheinwerfern, Skybeamern (Himmelsstrahlern) und entsprechenden Lasergeräten (Show- und Projektionslasern) im Freien der Fall. Kugelleuchten, Uplights, Flutlichtstrahler und Leuchtscheinwerfern sollten daher aus naturschutzfachlicher Sicht grundsätzlich vermieden oder zumindest nur gezielt und sehr eingeschränkt verwendet werden. Der Einsatz von Skybeamern und entsprechenden Lasergeräten unter freiem Himmel ist aus naturschutzfachlicher Sicht nicht vertretbar. Unter den gebräuchlichen Leuchtmitteln für Außenleuchten sind Quecksilberdampf-Hochdrucklampen sehr kritisch für Insekten, da sie diese auf Grund des hohen UV-Anteils im Lichtspektrum sehr stark anlocken (Schmid et al. 2012). Unter den Leuchtgehäusen sind in für Insekten solche besonders problematisch, die nach außen nicht vollständig geschlossen sind (ebd.).

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4 Bodenintegrierte Uplights in einer Rasenfläche unter Baumkronen (li.) und horizontal abstrahlende Pollerleuchten an einem Weg (re.) in Würzburg. Foto: Jonas Renk

Geeignete Lösungsansätze

Für eine effektive und umweltverträgliche Außenbeleuchtung sollte diese grundsätzlich auf das jeweils räumlich und möglichst auch zeitlich erforderliche Maß begrenzt werden. Es sollte nur das eigentliche Ziel im nötigen Zeitraum beleuchtet werden und nur so intensiv beleuchtet werden, wie dies vor Ort zum gegebenen Zeitpunkt sinnvoll ist. Gerade in Bereichen mit geringer nächtlicher Frequentierung erscheinen zeitlich und hinsichtlich der Intensität modulierte Beleuchtungssysteme angemessen, wobei der Einsatz von Bewegungssensoren sinnvoll sein kann (vgl. dazu auch Völker und Krenz 2013).

Hinsichtlich der Strahlengeometrie eignen sich vollabgeschirmte Leuchten, die von oben nach unten gerichtet nur das beleuchten, was es zu beleuchten gilt, etwa einen Weg (vgl. dazu auch Posch 2013). Solche Leuchten werden auch als FCO (full cut-off)-Leuchten bezeichnet. Die ideale Strahlengeometrie künstlicher Außenbeleuchtung besteht dabei darin, dass die Leuchten ausschließlich in dem Strahlungswinkel 0 bis 70 Grad Licht ausstrahlen, wobei 0 Grad Lichtstrahlen genau vertikal von oben nach unten und 70 Grad entsprechend leicht schräg ausgerichtete Lichtstrahlen meint (Posch 2013). Auch eine möglichst geringe Höhe der Lichtquellen (Mastenhöhe) kann zur Vermeidung von Lichtverschmutzung beitragen, selbst wenn dadurch mehr Lichtpunkte im Raum erforderlich sein können (ebd.). Denn durch eine niedrigere Lichtpunkthöhe kann bei einer nach unten gerichteten Leuchte der Radius der Anlockwirkung auf Tiere erheblich reduziert werden (ebd.). In Bezug auf geeignete Leuchtmittel erscheinen Natriumdampf-Niederdrucklampen sowie LED mit warm-weißer Lichtfarbe (2700 bis 3000 K) besonders empfehlenswert (Schmid et al. 2012). Außenleuchten sollten auch unbedingt ein geschlossenes Lampengehäuse aufweisen (ebd.). Hinsichtlich der Zertifizierung umweltverträglicher Leuchten ist insbesondere das Zertifikat der IDA (International Dark Sky Association) zu nennen (vgl. auch Schmid et al. 2012).

Synergieeffekte

Da sich eine umweltverträglich Außenbeleuchtung insbesondere durch Effektivität und Reduktion auf ein erforderliches Maß auszeichnet, besteht darin auch ein hohes Potenzial für langfristige Energie- und damit Kosteneinsparungen im Sinne von Synergieeffekten einer nachhaltiger Außenbeleuchtung.

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5 Negativ-Beispiel für ineffektive und die Umwelt beeinträchtigende Strahlengeometrie bei der Außenbeleuchtung: Kugelleuchte als Lichtquelle (L) (schematische und stark vereinfachte Darstellung). Grafik: Jonas Renk
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6 Positiv-Beispiel für effektive und umweltverträgliche Strahlengeometrie bei der Außenbeleuchtung: FCO-Leuchte als Lichtquelle (L) (schematische und stark vereinfachte Darstellung, ohne Berücksichtigung der Lichtreflexion). Foto: Jonas Renk

Umsetzung auf kommunaler Ebene

Um eine effektive und umweltverträgliche Außenbeleuchtung auf kommunaler Ebene umzusetzen, erscheint es zielführend, in der Bauleitplanung entsprechende Vorgaben zu verwenden. Entsprechende textliche Festsetzungen oder zumindest Hinweise sollten systematisch in die Bebauungspläne einer Kommune aufgenommen werden. Auf diese Weise lassen sich solche Vorgaben auf Bauvorhaben im Geltungsbereich solcher Bebauungspläne verbindlich anwenden.

Auch kann es sinnvoll sein, dass ein Stadt- beziehungsweise Gemeinderat entsprechende Beschlüsse fasst, etwa in Form eines kommunalen Grundsatzbeschlusses für eine umweltverträgliche Außenbeleuchtung in kommunalen Grünanlagen, Parks, Gärten und Friedhöfen sowie Straßen- und Wegesystemen. Mit solchen Beschlüssen kann auch der Vorbildfunktion der öffentlichen Hand Rechnung getragen werden.

Insbesondere in Großstädten kann es ferner nützlich sein, kommunale Konzepte und Pläne für die Außenbeleuchtung zu entwickeln und zu beschließen. Im Rahmen des Forschungs- und Entwicklungsvorhabens "Lichtverschmutzung und Biodiversität" des Bundesamts für Naturschutz fanden in diesem Kontext insbesondere die Städte Zürich ("Plan Lumière"), Berlin (Lichtkonzept der Stadt Berlin), Leipzig (Lichtmasterplan Leipzig) und Augsburg (umweltverträgliche Straßenbeleuchtung durch das Tiefbauamt der Stadt Augsburg) Beachtung. Durch Stadtratsbeschluss können auch solche Konzepte oder Pläne langfristig Verbindlichkeit entfalten.

Fazit und Ausblick

Angesichts der umfassenden negativen Auswirkungen von Lichtverschmutzung ist es dringend erforderlich, bei der Außenbeleuchtung neben Aspekten der Verkehrssicherheit und dem menschlichem Sicherheitsempfinden, Wirtschaftlichkeit sowie ästhetischen Ansprüchen auch auf eine möglichst hohe Umweltverträglichkeit zu achten.

Allgemeine Empfehlungen für effektive und umweltverträgliche nächtliche Außenbeleuchtung

  • Begrenzung der Außenbeleuchtung auf das räumlich und zeitlich erforderliche Maß
  • nur so intensiv beleuchten wie vor Ort notwendig
  • Verwendung von vollabgeschirmten Außenleuchten (FCO-Leuchten) mit geschlossenem Lampengehäuse
  • Ausrichtung der Außenleuchten möglichst nur von oben nach unten und nur auf das, was es zu beleuchten gilt (z. B. Weg)
  • Lichtquellen so niedrig wie möglich aufhängen (Mastenhöhe)
  • nach Möglichkeit zeitliche Regelung der Außenbeleuchtung in Abhängigkeit von der Erfordernis, ggf. Einsatz von Bewegungssensoren
  • Verwendung geeigneter Leuchtmittel: LEDs mit warm-weißer Lichtfarbe (2700 bis 3000 K) oder Natriumdampf-Niederdrucklampen
  • Vermeidung beziehungsweise nur sehr eingeschränkte Verwendung von Kugelleuchten, Uplights, Flutlichtstrahlern und Leuchtscheinwerfern im Freien
  • keine Verwendung von Skybeamern (Himmelsstrahlern) und entsprechenden Lasergeräten im Freien
  • besondere Rücksicht auf Zugvögel im Zeitraum von Mitte Februar bis Mitte Mai sowie von August bis Mitte November
  • keine künstliche Beleuchtung von Gewässern, insbesondere naturnahen Gewässern und Fisch-Gewässern

Literatur

Brüning, A. und Hölker, F. (2013): Lichtverschmutzung und die Folgen für Fische. In: Held, Martin; Hölker, Franz; Jessel, Beate (2013): Schutz der Nacht - Lichtverschmutzung, Biodiversität und Nachtlandschaft. Grundlagen, Folgen, Handlungsansätze. Beispiele guter Praxis. 69-72.

Downs, N.C.; Beaton, V.; Guest, J.; Polanski, J.; Robinson, S.L.; Racey, P.A. (2003): The effects of illumination the roost entrance on the emergence behaviour of Pipistrellus pygmaeus. In: Biological Conservation 111. 247-252.

Eisenbeis, G. (2013): Lichtverschmutzung und die Folgen für nachtaktive Insekten. In: Held, Martin; Hölker, Franz; Jessel, Beate (2013): Schutz der Nacht - Lichtverschmutzung, Biodiversität und Nachtlandschaft. Grundlagen, Folgen, Handlungsansätze. Beispiele guter Praxis. 53-56.

Eisenbeis, G. und Eick, K. (2011): Studie zur Anziehung nachtaktiver Insekten an die Straßenbeleuchtung unter Einbeziehung von LEDs. In: Natur und Landschaft - Zeitschrift für Naturschutz und Landschaftspflege. 86. Jahrgang 2011, Heft 7. 298-306.

Haupt, H. (2013): Lichtverschmutzung und die Folgen für Zugvögel. In: Held, Martin; Hölker, Franz; Jessel, Beate (2013): Schutz der Nacht - Lichtverschmutzung, Biodiversität und Nachtlandschaft. Grundlagen, Folgen, Handlungsansätze. Beispiele guter Praxis. 61-64.

Held, Martin; Hölker, Franz; Jessel, Beate (2013): Schutz der Nacht - Lichtverschmutzung, Biodiversität und Nachtlandschaft. Grundlagen, Folgen, Handlungsansätze. Beispiele guter Praxis. BfN-Skripten 336. Bonn - Bad Godesberg.

Helm, B. und Partecke, J. (2013): Lichtverschmutzung und die Folgen für Singvögel. In: Held, Martin; Hölker, Franz; Jessel, Beate (2013): Schutz der Nacht - Lichtverschmutzung, Biodiversität und Nachtlandschaft. Grundlagen, Folgen, Handlungsansätze. Beispiele guter Praxis. 57-60.

Knab, Barbara (2013): Lichtverschmutzung und die Folgen für die menschliche Gesundheit. In: Held, Martin; Hölker, Franz; Jessel, Beate (2013): Schutz der Nacht - Lichtverschmutzung, Biodiversität und Nachtlandschaft. Grundlagen, Folgen, Handlungsansätze. Beispiele guter Praxis. BfN-Skripten 336. Bonn - Bad Godesberg. 77-80.

Lewanzik, D. und Voigt, C.C. (2013): Lichtverschmutzung und die Folgen für Fledermäuse. In: Held, Martin; Hölker, Franz; Jessel, Beate (2013): Schutz der Nacht - Lichtverschmutzung, Biodiversität und Nachtlandschaft. Grundlagen, Folgen, Handlungsansätze. Beispiele guter Praxis. 65-68.

Longcore, T.; Rich, C.; Gauthreaux, S.A. Jr. et al. (2008): Height, guy wires, and steady-burning lights increase hazard of communication towers to nocturnal migrants: a review and meta-analysis. The Auk 125 (2). 485-492.

Poot, H.; Ens, B., de Vries, H.; Donners, M.; Wernand, M.; Marquenie, J. (2008): Green light for nocturnally migrating birds. Ecology and Society 13. 47. www.ecologyandsociety.org/vol13/iss2/art47/, letzter Zugriff am 15.03.2019.

Posch, Thomas (2013):Besser beleuchten - richtige Wahl der Strahlengeometrie. In: Held, Martin; Hölker, Franz; Jessel, Beate (2013): Schutz der Nacht - Lichtverschmutzung, Biodiversität und Nachtlandschaft. Grundlagen, Folgen, Handlungsansätze. Beispiele guter Praxis. 83-86.

Rich, C und Longcore, T. (2006): Ecological Consequences of Artificial Night Lighting. Kalifornien.

Schmid, H.; Doppler, W., Heynen, D.; Rössler, M. (2012): Vogelfreundliches Bauen mit Glas und Licht. 2. Überarbeitete Auflage. Schweizerische Vogelwarte Sempach.

Völker, S. und Krenz, P. (2013): Entwicklung von Maßzahlen für adaptive Beleuchtungssysteme. In: Held, Martin; Hölker, Franz; Jessel, Beate (2013): Schutz der Nacht - Lichtverschmutzung, Biodiversität und Nachtlandschaft. Grundlagen, Folgen, Handlungsansätze. Beispiele guter Praxis. 87-90.

M.Sc. (TUM) Jonas Renk
Autor

Umweltplaner und Ingenieurökologe, freiberuflicher Fachautor und Berater für Naturschutz und Biodiversität

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