Zvuk a světlo
jako závažné polutanty
Jan Hollan
CzechGlobe –
Ústav výzkumu globální změny
AV ČR, v.v.i
a
Ústav ochrany a podpory zdraví
Masarykova Univerzita, Brno

Co je to znečištění?
• před staletími: jen náboženský pojem
• 60. léta: toxické přídavky do prostředí

• nyní: změna oproti přirozenému stavu
• – jestli škodlivá pro nás nebo jiné
organismy, to může být těžké zjistit

Hluk kdysi a dnes
• jak se dostat zpět k neškodným úrovním?

Co je to hluk?
•

Hluk – různé významy
• silný zvuk
• zvuk bez rozlišitelných tónů, bez melodie
• jakýkoliv zvuk, který nechceme slyšet
• protiklad ticha
• Noise – týž kořen jako Nausea

Hluk / Zvuk = Sound
• Sound pollution?
• (sound: OK, good, healthy, reasonable...)
• proto se v angličtině užívá jen
• Noise pollution
• nebo
• Acoustic pollution, akustické znečištění

Hluku přibývá
• Jaké jsou jeho zdroje?
• pozadí: přírodní jevy
• starobylé antropogenní zdroje
• industriální zdroje v 19. století a dále
• … a ve 21.

Nedostatek ticha
a jev, kdy na něj mají lidé návyk

Fyzika zvuku
• kolísání tlaku
• tok energie: druhá mocnina amplitudy tlaku

Weberův-Fechnerův zákon
• to, co vnímáme je poměr podnětů
• - a tedy přírůstek

• logaritmu
• podnětu

Kvantifikace
2

2

• Lp = 10 dB · log(p /p0 )
• p0 = 2 · 10

−5

Pa

• LI = 10 dB · log( I / I0)

• I0 =

10

−12

W/m

2

• To je pro 1000 Hz...

Co to je 1000 Hz?
• a jaké spektrální složení mají reálné zvuky,
• jako lidská řeč?
• ...from Voice type na Wikipedii:

Co to je 1000 Hz?

z http://onlinetonegenerator.com

Poškození vláskových buněk
• čili systému zesílení až 105 x (50 dB),
zejména vysokých frekvencí:
• http://www.cochlea.org/en/noise
• http://www.cochlea.eu/en/pathology/presbycusis

• (o oněch buňkách:
http://www.cochlea.eu/en/hair-cells )

Presbyakuze

Některé hladiny hlasitosti
•
•
•
•
•
•
•
•

sbíječka 1 metr daleko
115
ruční cirkulárka 1 metr daleko
115
sekačka trávy 1 metr daleko
92
náklaďák při 50 km/h, 20 m daleko 85
osobní auto 60 km/h, 20 m daleko 65
rozhovor 1 metr daleko
55
tichý pokoj
40
… a jak to je s nižšími hladinami?

Desetkrát, dvakrát, třikrát...
• Kolika decibelům to odpovídá?

o 5 dB více, to je nějaký poměr
hustot toků energie
•
•
•
•
•
•
•
•

a dalších 5 dB ten stejný poměr,
dohromady je to 10 dB, čili 10x více,
5 dB je tedy odmocnina z toho, čili zhruba
poměr 3:1:
5 dB znamená (jen o trochu více než)
3x více
a 3 dB, 6 dB, 9 dB?

o 5 dB více, to je nějaký poměr
hustot toků energie
•
•
•
•
•
•

a dalších 5 dB ten stejný poměr,
dohromady je to 10 dB, čili 10x více,
5 dB je tedy odmocnina z toho, čili zhruba
poměr 3:1:
5 dB znamená (jen o trochu více než)
3x více

•

• a 3 dB, 6 dB, 9 dB?
• 2x,
4x,
8x
• (teď umíte interpolovat mezi 1 a 10 na logaritmické ose...)

Zdravotní důsledky
• en.wikipedia.org/wiki/Noise_health_effects
• zhoršení sluchu – oproti hodnotám odpovídajícím
věku
• (nejvíce ovlivněny jsou vysoké kmitočty, ztráta
schopnosti porozumět řeči)
• tinnitus
• hypertenze
• kardiovaskulární
• nepohodlí, hněv
• poruchy spánku

Dobře spát?
• To vyžaduje tmu a ticho!

Technická opatření proti hluku
• bariéry proti jeho šíření
• a co už nezvládnou a kdy vadí
• snížení emisí
• někdy stačí dobrá vůle
• tolerance není na místě

Světlo jako polutant
• Light pollution – no heavy issue?
• Světelné znečištění:
• každé světlo z umělých zdrojů přidané do
venkovního prostředí
• (to je z definice: změna stavu oproti
přírodnímu...)
• v interiéru: až takové jeho množství, které
by mohlo škodit zdraví

Tma: základní atribut noci
• Co je to tma?
• Méně světla než před chvílí
• nebo kousek vedle.
• Je běžná i ve dne...
• Venku je v přírodě světlo i v noci,
• méně pod střechou nebo v lese.
• Bez světla: jen zcela uzavřené prostory.

Tma nežádoucí
- a symbol ošklivosti
- zdroj úzkosti a strachu
•
- …ale žádné
skutečné nebezpečí
- jen nutnost se pohybovat opatrněji
• v noci vidíme: noc není černá, jen šedá

Tma žádoucí
- pro odpočinek
- rozjímání nebo modlitbu
•
- vyprávění
příběhů
- soukromí
- a ovšem pro přírodu

Světelná témata
• http://amper.ped.muni.cz/noc/vyber_textu/
• diskuse: máte dost tmy na spánek? Jak se
chráníte před světlem, které vám vadí?
• Kolik hodin kdy spáváte? (odpovědi na
lístečky)
• Proč je spánek tak důležitý, i pro studium...
• měření světla pod stolem, u zdi, u okna,
venku, do očí
• vliv žlutých brýlí

Střídání dne a noci:
základní rytmus našeho světa
- slunný den 30 tisíc až 100 tisíc luxů
- 1/1000 •lx v noci
- zataženo: 3x až 30x méně
- den/noc: 3 milióny až 1 miliarda
- úplněk – 1/10 lx
(poměr den/noc klesá 100x)

log (horizontální osvětlenost / 1 lx)
jasné nebe, bez Měsíce či s ním

A co v interiéru?
• Řádově méně světla než venku – původně
• Nyní jsou to v noci desítky až stovky luxů
• Často více než přes den...

Umělé osvětlování
- kdysi jen plameny (dřevo, tuk),
nijak snadné a ne všudypřítomné
- pak vylepšené plameny
- pak elektřina, všude, celou noc
- 24 / 7 ...

Jeho přednosti
- lidé odcizení přírodě nemají rádi tmu, ani
dospělí
- tma je plná přízraků a zlých duchů
- dnes duchové už nejsou, nahradili je: vrazi,
lupiči...
- vidět dobře na cestu je při chůzi nebo jízdě
příjemné
- ale kriminalitu svícení nesnižuje, právě
naopak...

a neblahé důsledky
- ztráta přírodního prostředí  (mizí druhy,
ekosystémy, kultura, kvalita života)
- lidé již neznají noční prostředí
- oslňování zhoršuje viditelnost a orientaci
- ztráta kontaktu s vesmírem
- ohromné výdaje
- a emise skleníkových plynů
- a... zhoršení zdraví vinou nedostatku tmy

První povědomí, že je zde
nějaký problém – 60. léta
pár hvězdářů
- ještě než začaly být žárovky nahrazovány
výbojkami a než se pověra, že
vše má být osvětleno stala běžnou
ale:
Squires WA, Hanson HE. 1918. The
destruction of birds at the lighthouses on the
coast of California. Condor 20: 6–10.

Dopady umělého osvětlování
Česko, 2003, tisíc osob >15 let
5 % populace udává světlo pronikající do
ložnice jako jeden ze dvou hlavních důvodů,
proč špatně spí
nežádoucí, nedostatečně potlačené světlo do
ložnic udává dalších 10 % dotazovaných
dalších 20 % si ložnice zatemňuje a považuje
to za uspokojivé

oslňování umělými zdroji světla vnímají jako
problém desítky procent
náhrada skutečné noční krajiny samotnými
lampami vadí téměř polovině populace,
stejně tak snížená viditelnost hvězd vinou
oslňování
čtvrtina populace si stěžuje na příliš světlou
oblohu i tam, kde žádné oslnivá světla v
dohledu nejsou.
... ztráta nádhery nebe může být vážnější než
bychom odhadovali...

Brno, Kraví hora
• Jasno: 1 až 2 centiluxy místo 1 mililuxu
• Zataženo: deciluxy

Světlo v přírodě
• většina živočichů je nejaktivnější v noci
• tma je jejich základní ochranou
•
• narušení světelných podmínek je pro ně
osudné
•
• body či plochy extrémně vysokého jasu
jsou ty nejhorší,
• ale
• i pouhá absence přirozené tmy je problém

Některé dopady
- želvy táhnoucí od moře místo k němu
- zmatení, zranění, mrtví ptáci
- eutrofizované sladkovodní systémy
- decimované populace hmyzu, s dopady na
celé ekosystémy (jepice před 100 lety a
dnes...)
- stres pro korálové útesy (navíc ke zvýšené
teplotě, aciditě, chemickému znečištění)
- kdepak jsou světlušky?

Světlo je velmi závažný polutant
• Photopollution:
• degradation of photic habitat
• by artificial light
• (Verheijen, 1985)
• Tma je biologický imperativ

• Skotobiologie

Cirkadiání rytmus, melatonin
• přírodní noc a produkce melatoninu trvá
průměrně 11 h (více v zimě, méně v létě)
naše elektrická kultura je zkrátila na dobu
spánku
• rakovina prsu a prostaty, obezita, diabetes

Stevens, R.G. Electric power use and breast cancer: a hypothesis. Am.
J. Epidemiol. 125, 556 (1987).
Stevens, R.G. Light-at-night, circadian disruption and breast cancer:
assessment of existing evidence. International Journal of Epidemiology
38, 963 -970 (2009):
Background Breast cancer incidence is increasing globally for largely
unknown reasons. The possibility that a portion of the breast cancer
burden might be explained by the introduction and increasing use of
electricity to light the night was suggested >20 years ago.
Methods The theory is based on nocturnal light-induced disruption of
circadian rhythms, notably reduction of melatonin synthesis. It has
formed the basis for a series of predictions including that non-day shift
work would increase risk, blind women would be at lower risk, long sleep
duration would lower risk and community nighttime light level would codistribute with breast cancer incidence on the population level.
Results Accumulation of epidemiological evidence has accelerated in
recent years, reflected in an International Agency for Research on
Cancer (IARC) classification of shift work as a probable human
carcinogen (2A). There is also a strong rodent model in support of the
light-at-night (LAN) idea.

Conclusion
If a consensus eventually emerges that LAN does increase risk,
then the mechanisms for the effect are important to elucidate for
intervention and mitigation. The basic understanding of
phototransduction for the circadian system, and of the molecular
genetics of circadian rhythm generation are both advancing
rapidly, and will provide for the development of lighting
technologies at home and at work that minimize circadian
disruption, while maintaining visual efficiency and aesthetics. In
the interim, there are strategies now available to reduce the
potential for circadian disruption, which include
•
•
•
•

extending the daily dark period,
appreciate nocturnal awakening in the dark,
using dim red light for nighttime necessities,
and unless recommended by a physician, not taking melatonin
tablets.

Epidemiologické doklady
Kloog, I., Haim, A., Stevens, R.G., Barchana, M. & Portnov, B.A.
Light at Night Co-distributes with Incident Breast but not
Lung Cancer in the Female Population of Israel.
Chronobiology International 25, 65-81 (2008).
Kloog, I., Haim, A., Stevens, R.G. & Portnov, B.A.
Global Co-Distribution of Light at Night (LAN) and Cancers of
Prostate, Colon, and Lung in Men.
Chronobiology International 26, 108-125 (2009).
Kloog, I., Portnov, B.A., Rennert, H.S. & Haim, A.
Does the Modern Urbanized Sleeping Habitat Pose a Breast
Cancer Risk? (viz též citace v Google Scholar tohoto článku)
Chronobiol Int 28, 76-80 (2011):

(abstrakt článku:)
Due to its disruptive effects on circadian rhythms and sleep
deprivation at night, shiftworking is currently recognized as a
risk factor for breast cancer (BC). As revealed by the present
analysis based on a comparative case-control study of 1679
women, exposure to light-at-night (LAN) in the “sleeping
habitat” is significantly associated with BC risk (odds ratio
[OR]=1.220, 95% confidence interval [CI]=1.118–1.311;
p<.001), controlling for education, ethnicity, fertility, and
alcohol consumption. The novelty of the present research is
that, to the best of the authors' knowledge, it is the first study
to have identified an unequivocal positive association
between bedroom-light intensity and BC risk. Thus,
according to the results of the present study, not only should
artificial light exposure in the working environment be
considered as a potential risk factor for BC, but also LAN in
the “sleeping habitat.”

Gooley, J.J. et al. Exposure to Room Light before Bedtime
Suppresses Melatonin Onset and Shortens Melatonin
Duration in Humans. J Clin Endocrinol Metab (2010).
doi:10.1210/jc.2010-2098
Millions of individuals habitually expose themselves to room light in the hours
before bedtime, yet the effects of this behavior on melatonin signaling are not
well recognized. Objective: We tested the hypothesis that exposure to room light
in the late evening suppresses the onset of melatonin synthesis and shortens the
duration of melatonin production. Design: In a retrospective analysis, we
compared daily melatonin profiles in individuals living in room light (<200 lux) vs.
dim light (<3 lux). Patients: Healthy volunteers (n = 116, 18-30 yr) were recruited
from the general population to participate in one of two studies. Setting:
Participants lived in a General Clinical Research Center for at least five
consecutive days. Intervention: Individuals were exposed to room light or dim
light in the 8 h preceding bedtime. Outcome Measures: Melatonin duration, onset
and offset, suppression, and phase angle of entrainment were determined.
Results: Compared with dim light, exposure to room light before bedtime
suppressed melatonin, resulting in a later melatonin onset in 99.0% of individuals
and shortening melatonin duration by about 90 min. Also, exposure to room light
during the usual hours of sleep suppressed melatonin by greater than 50% in
most (85%) trials.
Conclusions: These findings indicate that room light
exerts a profound suppressive effect on melatonin levels and shortens the body's
internal representation of night duration. Hence, chronically exposing oneself to
electrical lighting in the late evening disrupts melatonin signaling and could
therefore potentially impact sleep, thermoregulation, blood pressure, and glucose
homeostasis.

Znečišťování prostředí uměle
vyráběným světlem
stále roste, rychle

Růst by měl být zastaven a obrácen
v pokles, abychom se dostali na
udržitelnou cestu

Je to podobné emisím fosilního
uhlíku
Oba polutanty byly před 40 lety pokládány za
neškodné,
oba jsou velmi škodlivé.
Řešení:
neplýtvejme tolik, buďme opatrní

Základní pravidla pro venkovní
osvětlování
(jako ve Slovinsku a většině
Itálie)
Žádné emise vodorovně a vzhůru
Užívat jen tolik světla, kolik je pro daný úkol
nezbytné, ne více než 1 cd/m2 či 10 lx
Nápisy s max. 10 x vyšším jasem než má
okolí (stačí 3 x)

Žluté, slabé světlo
pro noční práci (kdo protestuje?)
a jen centilux/mililux
pro pohyb během doby, kdy lidé
spí
by se měly stát normou

Technická opatření
• náhrada starých světel novými, slabšími,
lépe směrovanými
• tlumení,
• filtrování,
• clonění
• ...

Kazí se oči slabým světlem?
• Slyšeli jste někdy „rozsviť si, zkazíš si oči“?
• Jaký fyziologický mechanismus by k tomu
mohl vést?
• Má celá příroda, až na lidstvo těšící se
elektřině, oči pokažené?
• Slabé světlo nezúží zorničky, je potřeba mít
zrak zaostřený – lidé nad 50 let k tomu
musí užívat různé brýle, stačí levné, ale ne
jen jedny
• Velmi slabé světlo znamená jen větší
námahu pro mozek, jdeme pak dříve spát –
to je OK...

Světlo je dobrý sluha, ale zlý
pán!
http://amper.ped.muni.cz/noc/vyber_textu