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L’acronimo Artificial Light At Night (ALAN) indica la presenza di luce artificiale durante la notte. Questo fenomeno è una forma di inquinamento luminoso, ovvero si tratta di un’alterazione delle naturali condizioni di luce. Tale disturbo antropico, alla pari di altre fonti di inquinamento, costituisce una minaccia per la vita della maggior parte degli organismi, il cui comportamento è regolato dal ritmo circadiano e stagionale. Nonostante il suo ampio impiego, le conseguenze legate all’uso di luce artificiale hanno attirato l’attenzione della comunità scientifica solo negli ultimi due decenni. È ormai accertato che l’inquinamento luminoso possa avere effetti sulla salute umana, sul comportamento animale e sul benessere degli ecosistemi in generale. In questo contesto, è stato introdotto il concetto di Ecological Light Pollution.
Questo elaborato si concentra sull’inquinamento luminoso nelle aree costiere, in particolare nella fascia intertidale, uno degli ambienti più ricchi in termini di biodiversità e funzionalità ecosistemiche. La tesi è suddivisa in due parti principali: la prima è relativa alla mappatura di tratti di costa rocciosa, mentre la seconda si focalizza sull’analisi delle relazioni trofiche in un ambiente intertidale attraverso l’impiego dell’Analisi degli Isotopi Stabili (Stable Isotope Analysis, SIA) di Carbonio e Azoto.
Studio metodologico sull’uso di LANcube v2 e FlatLAN
La prima parte della tesi ha come obiettivo lo sviluppo di un metodo per monitorare l’inquinamento luminoso notturno nelle aree costiere. Per questo studio, sono stati utilizzati due strumenti innovativi: il LANcube v2 e il FlatLAN, che consentono di misurare le caratteristiche spettrali e direzionali della luce. Questi dispositivi, che non erano mai stati impiegati in ambiente marino costiero, sono stati testati durante una campagna di campionamento dell’ALAN, che ha avuto luogo in provincia di Livorno nei mesi di luglio e agosto 2024. I dati raccolti sono stati successivamente elaborati tramite l’uso del Sistema Informativo Geografico QGIS, un software che consente di visualizzare il dato grezzo su una superficie cartografica. Per analizzare i dati spaziali, sono stati utilizzati due modelli di interpolazione spaziale forniti da QGIS: l’“Inverse Distance Weighting” (IDW) ed il “Triangulated Irregular Network” (TIN). Entrambi si basano su pattern di distribuzione prestabiliti, ovvero prescindono dal comportamento nello spazio della variabile di interesse. Le interpolazioni IDW e TIN sono state applicate sull’80% dei dati, mentre il restante 20% è stato utilizzato per il confronto dei valori interpolati. È stato così possibile confrontare gli errori di interpolazione e verificare l’affidabilità dei modelli nella rappresentazione del comportamento della luce in questi ambienti.
I risultati ottenuti hanno consentito di individuare tre step principali da considerare nello sviluppo di un metodo di monitoraggio dell’ALAN in ambiente intertidale.
L’impatto dell’inquinamento luminoso sull’ecologia trofica del granchio Pachygrapsus marmoratus (Fabricius, 1787)
La seconda parte della tesi si concentra sull’analisi degli effetti dell’inquinamento luminoso notturno sull’ecologia trofica del granchio Pachygrapsus marmoratus. I campioni di alghe e macrobenthos, raccolti nell’estate del 2022, provengono da due siti lungo la Riviera Francese. I siti in questione sono Saint-Jean-Cap-Ferrat (Site 1) e Villefranche-sur-Mer (Sito 2), e per ciascun sito, sono state individuate quattro aree: due esposte ad ALAN e due al buio. I campioni sono stati trattati in modo tale da poter eseguire l’Analisi degli Isotopi Stabili di Carbonio e Azoto, ampiamente utilizzati in ecologia per studiare la struttura delle reti trofiche. Tramite i pacchetti Stable Isotope Bayesian Ellipses in R (SIBER) e tRophicPosition forniti da RStudio, i rapporti isotopici di carbonio (δ13C) e azoto (δ15N) vengono usati per calcolare i parametri utili a definire la nicchia isotopica del granchio, la sua posizione trofica (TP) e la TP delle altre specie di crostacei. I risultati ottenuti vengono confrontati in funzione del sito di appartenenza e delle condizioni di illuminazione (esposizione ad ALAN o buio).
In entrambi i siti, la SIA ha rivelato un cambiamento in termini di larghezza della nicchia isotopica del granchio, che risulta più piccola quando gli organismi sono esposti ad ALAN. Una diminuzione della dimensione della nicchia isotopica si traduce in una minore diversità trofica, il che non è auspicabile. Per quanto riguarda la posizione trofica del granchio, non sono emerse differenze significative legate ad ALAN, ma notiamo una variazione dovuta al sito. La posizione trofica del granchio al Sito 1 risulta più alta rispetto alla TP del Sito 2, ma servono ulteriori dati per ottenere una definizione più completa della struttura trofica e poter comprendere meglio tale risultato.
Per i crostacei, la posizione trofica non cambia tra i due siti, ma al Sito 2 la TP risulta più alta nelle condizioni di buio e più bassa dove gli organismi sono esposti ad ALAN. Questo potrebbe indicare una variazione nella dieta dei crostacei, oppure un’alterazione nell’ecologia trofica delle prede.
Infine, i risultati del Generalised Linear Mixed Model (GLMM) suggeriscono che l'esposizione all'ALAN ha un effetto statisticamente significativo sui valori di δ13C del granchio in entrambi i siti.
I risultati di questa ricerca contribuiscono a un’ulteriore comprensione degli effetti dell’ALAN sugli ecosistemi intertidali, nonché dimostrano che l'esposizione all’inquinamento luminoso notturno può influenzare l’ecologia trofica del granchio P. marmoratus. Tuttavia, sono necessari ulteriori studi per comprendere meglio come l’inquinamento luminoso notturno influenzi la biodiversità e la funzionalità degli ecosistemi marino costieri. È importante caratterizzare queste dinamiche per comprendere a quale livello rappresentano una minaccia per l'ambiente e affrontarle, considerando scopi conservazionistici, di tutela, e ricreativi.

English version
The acronym Artificial Light At Night (ALAN) refers to the presence of artificial light during night-time, representing a form of light pollution – an alteration of natural lighting conditions. This anthropogenic disturbance, like other forms of pollution, poses a threat to most organisms whose behaviour is regulated by circadian and seasonal rhythms. It is now well-established that light pollution can affect human health, animal behaviour, and overall ecosystem well-being.
This thesis focuses on light pollution in coastal areas, specifically in the intertidal zone, one of the most biodiverse and ecologically functional environments. The research is divided into two main parts, as described below.
The first part of the thesis aims to develop a method for monitoring nocturnal light pollution in coastal areas. Two innovative tools, LANcube v2 and FlatLAN, were used to measure the spectral and directional properties of light. These devices, which had never been used in coastal marine environments, were tested during a light pollution sampling campaign in the Livorno area in July and August 2024. The collected data were processed using the Geographic Information System QGIS. Two spatial interpolation models, “Inverse Distance Weighting” (IDW) and “Triangulated Irregular Network” (TIN), were employed to analyse the spatial data. These models, which assume predefined distribution patterns, were applied to 80% of the data, with the remaining 20% used for comparison. The results allowed to elaborate three key steps that may help developing an intertidal light pollution monitoring method.
The second part of the thesis examines the effects of nocturnal light pollution on the trophic ecology of the crab Pachygrapsus marmoratus. Algae and macrobenthos samples were collected from two sites along the French Riviera in the summer of 2022: Saint-Jean-Cap-Ferrat (Site 1) and Villefranche-sur-Mer (Site 2). Each site was divided into four areas: two exposed to ALAN and two in the dark. The samples were analysed using Stable Isotope Analysis of Carbon (δ13C) and Nitrogen (δ15N), which are widely used in ecology to study trophic networks. Using the SIBER and tRophicPosition packages in RStudio, the isotopic ratios were used to calculate parameters to define the crab’s isotopic niche and trophic position (TP), along with the TP of other crustacean species. The results were compared based on site and light exposure.
Both sites showed a change in the crab’s isotopic niche width, which was smaller when exposed to ALAN, indicating reduced trophic diversity. Although no significant differences in trophic position were found related to ALAN exposure, a site-specific variation was observed. For crustaceans, trophic position did not change between sites, but at Site 2, TP was lower in light conditions, suggesting a shift in diet toward nitrogen-poor substances or changes in prey trophic ecology.
Finally, the Generalised Linear Mixed Model (GLMM) results suggested that ALAN exposure significantly affects the crab’s δ13C values at both sites.
These findings contribute to a better understanding of ALAN effects on intertidal ecosystems and demonstrate that nocturnal light pollution can influence the trophic ecology of P. marmoratus. Understanding these dynamics is essential to determine the level of environmental threats and to address them through conservation, protection, and recreational strategies.