Види та рівні екологічного моніторингу
В залежності від критеріїв оцінки стану навколишнього середовища існують різні види моніторингу:
o біоекологічний (санітарно-гігієнічний);
o геоекологічний (природно - господарський);
o біосферний (глобальний);
o супутниковий;
o геофізичний;
o кліматичний;
o біологічний та ін.
Супутниковий моніторинг використовує дистанційні (незбурювальні) методи і дозволяє за космічними знімками стежити за змінами, що відбуваються на поверхні Землі та в атмосфері.
Геофізичний моніторинг передбачає виконання спостережень за забрудненням, ступенем прозорості атмосфери, метеорологічними і гідрологічними характеристиками середовища та інтерпретацію отриманих даних. Проводиться також моніторинг неживої складової біосфери, конструкцій і будинків.
Кліматичний моніторинг включає в себе моніторинг стану кліматичної системи (атмосфера - океан - літосфера - кріосфера - біота). Його метою є оцінка можливих змін клімату.
Біологічний моніторинг передбачає визначення стану біоти, її реакції на антропогенний вплив, а також функцію стану і відхилення цієї функції від нормального природного стану на різноманітних рівнях: молекулRpному, клітинному, організмовому, популяційному, на рівні спільноти. Як підсистема сюди відноситься санітарно-гігієнічний моніторинг (визначення стану здоров'я людини під впливом навколишнього середовища).
Залежно від призначення здійснюється загальний, оперативний та фоновий моніторинг навколишнього природного середовища.
Загальний (стандартний) моніторинг навколишнього природного середовища - це оптимальні за кількістю параметрів спостереження в пунктах, об'єднаних в єдину інформаційно-технологічну мережу, які дають змогу на основі оцінки й прогнозування стану навколишнього середовища регулRpно розробляти управлінське рішення на всіх рівнях.
Оперативний (кризовий) моніторинг навколишнього природного середовища - це спостереження спеціальних показників на цільовій мережі пунктів у реальному масштабі часу за окремими об'єктами - джерелами підвищеного екологічного ризику в окремих регіонах, що їх визначено як зони надзвичайної екологічної ситуації, а також у районах аварії зі шкідливими екологічними наслідками, з метою забезпечення оперативного реагування на призові ситуації та створення безпечних умов для населення.
Фоновий (науковий) моніторинг навколишнього природного середовища - це спеціальні високоточні спостереження за всіма складовими навколишнього середовища, а також за характером, складом, колообігом та міграцією забруднювальних речовин, за реакцією організмів на забруднення на рівні окремих популяцій, екосистем і біосфери в цілому. Фоновий моніторинг здійснюється в природних та біосферних заповідниках, на інших територіях, що охороняються, на базових станціях.
В залежності від масштабів об'єкта спостереження розрізняють три рівні екологічного моніторингу навколишнього природного середовища: глобальний, регіональний та локальний.
Локальний моніторинг - це коли об'єктами спостереження є окремі точки і зони, розміри яких не перевищують десятків квадратних кілометрів. Локальний моніторинг проводиться на території окремих об'єктів (підприємств), міст, на визначених ділянках ландшафтів.
Якщо об'єктами спостереження є локальні джерела підвищеної небезпеки, наприклад території поблизу місць поховання радіоактивних відходів, хімічні заводи, тощо, то такий моніторинг називається імпактним.
При збільшенні масштабів спостереження до тисяч квадратних кілометрів здійснюється регіональний моніторинг.
Спостереження за загальносвітовими процесами і явищами в біосфері Землі та в її екосфері є предметом глобального моніторингу
Цілі, методичні підходи та практика моніторингу на різних рівнях суттєво відрізняються.
Найбільш чіткий критерій якості навколишнього середовища визначений на локальному (імпактному) рівні. Ціль регулювання тут - забезпечити таку стратегію, яка не виведе концентрації визначених пріоритетних антропогенних забруднюючих речовин за граничний діапазон, що є свого роду стандартним. Він представляє собою граничнодопустимі концентрації (ГДК). Задачею моніторингу на локальному рівні є визначення параметрів моделей "поле викидів - поле концентрацій". Об'єктом впливу на локальному рівні є людина.
Так наприклад, для ефективного контролю за забрудненням атмосфери в містах із населенням до 100 тис. доцільно мати принаймні три контрольні станції; від 100 до 300 тис. - не менше п'яти, від 300 до 500 тис. - сім. У містах з населенням понад 1 млн. передбачається 11-24 моніторингових контрольних пунктів. Промислові системи екологічного моніторингу контролюють викиди промислових підприємств, рівень забруднення промислових майданчиків і прилеглих до них районів.
Регіональний моніторинг організується і проводиться в межах адміністративно-територіальних одиниць, на територіях окремих економічних і природних регіонів. На регіональному рівні підхід до моніторингу заснований на тому, що забруднюючі речовини, потрапляючи в навколишнє середовище, розсіюються, включаються в колообіг речовин в біосфері. Внаслідок цього змінюється стан абіотичної складової навколишнього середовища, і як наслідок, виникають зміни в біоті (екзогенні сукцесії). Кожен господарчий захід, який відбувається в масштабі регіону, відображається на регіональному фоні - змінює стан рівноваги абіотичної та біотичної складової.
Національним називають екологічний моніторинг, що здійснюється на національному рівні або на території країни. В цілому такий моніторинг означає статистичну обробку та аналіз даних про забруднення навколишнього середовища від регіональних систем, зі штучних супутників Землі та космічних орбітальних станцій. Вони функціонують разом зі службою погоди, держкомгідромету України і здійснюють прогноз якості навколишнього середовища на великих територіях країни.
Особливо складні проблеми екологічного моніторингу виникають на глобальному рівні. Навіть на сьогодні цілі такого моніторингу ще недостатньо чітко сформульовані. Окрім того, моніторинг на локальному та регіональному рівнях, як правило, постає внутрішньодержавною задачею, тоді як глобальний моніторинг - задача світової спільноти, що повинна відповідати інтересам всього людства.
На практиці мета глобального моніторингу визначається в ході міжнародного співробітництва на рівні різноманітних міжнародних конвенцій та декларацій.
Ідея створення глобальної системи моніторингу навколишнього середовища (ГСМНС) зародилась на Стокгольмській конференції ООН з навколишнього середовища в 1972 р. Реальні основи ГСМНС були покладені на спеціальній зустрічі держав - членів ООН в Найробі (Кенія) в 1974р.
Основи ГСМНС в колишньому СРСР були розроблені академіком Ю. А. Ізраель та представлені на засіданні Ради управління ЮНЕП в 1974 р. Визначною особливістю концепції Ю. А.Ізраеля було спостерігання за антропогенними змінами в навколишньому середовищі.
Добре відомо, що з часом відбуваються природні зміни клімату, погоди, температури, тиску в атмосфері, сезонні зміни біомаси рослин та тварин. Ця інформація давно використовується людством. Природні зміни відбуваються порівняно повільно, за великі відрізки часу. їх реєструють різноманітні геофізичні, метеорологічні, гідрологічні, сейсмічні та інші служби.
Антропогенні ж зміни розвиваються дуже швидко, наслідки їх дуже небезпечні, і досить часто можуть бути незворотніми. Для їх визначення необхідно мати інформацію про первинний стан об'єкту навколишнього середовища, тобто стан до початку антропогенного впливу. Якщо таку інформацію отримати не можна, вона може бути змодельована з існуючих даних моніторингу, отриманих за великий проміжок часу, за результатами спостережень за хімічним складом донних відкладень в водних об'єктах, складом льодників, складом деревини за кільцями, віднесеними до досліджуваного періоду початку антропогенного впливу, а також за даними, отриманими в місцях, віддалених від джерел забруднення.
Ці особливості визначають необхідність такого виду глобального моніторингу, як фоновий моніторинг, або моніторинг фонового забруднення навколишнього природного середовища. В сучасний період створена сітка станцій глобального фонового моніторингу, де відбувається спостереження за визначеними параметрами стану навколишнього природного середовища. Спостереження охоплюють всі типи екосистем: водні (морські, прісноводні) та наземні (лісові, степові, пустельні, високогірні). Ця робота супроводжується під наглядом ЮНЕП. Станції комплексного фонового моніторингу знаходяться в біосферних заповідниках і є часткою глобальних міжнародних спостережних сіток.
Ціль ГСМНС - дослідження та вивчення Землі в планетарному масштабі.
Задача вивчення Землі як цілісної природної системи поставлена Міжнародною геосферно-біосферною програмою (МГБП) та вирішується на основі широкого застосування космічних засобів спостережень. МГБП, здійснення якої почалося з 1990р., передбачає сім ключових розробок.
1. Закономірності хімічних процесів в глобальній атмосфері та роль біологічних процесів в колообігах малих газових компонентів. Проекти, виконані з цими напрямками, аналізують вплив зміни вмісту озону в стратосфері на проникнення до земної поверхні біологічно-небезпечного ультрафіолетового випромінювання, оцінку впливу аерозолів на клімат.
2. Вплив біологічних процесів в океані на клімат та зворотні впливи. Проекти включають комплексні дослідження глобального газообміну між океаном і атмосферою, морським дном та літосферою континентів, розробку методик прогнозування біохімічних процесів в океані в залежності від антропогенних збурень в глобальному масштабі, вивчення евфотичної зони Світового океану.
3. Вивчення узбережних екосистем та впливу змін землевикористання.
4. Взаємодія рослинного покрову з фізичними процесами, відповідальними за формування глобального колообігу води. В рамках цього напрямку проводяться дослідження за програмою глобального експерименту з метою вивчення колообігу енергії та води в доповнення до робіт за Всесвітньою програмою досліджень клімату.
5. Вплив глобальних змін на континентальні екосистеми. Розробляються методики прогнозу взаємодії змін клімату, концентрації вуглекислого газу та землевикористання екосистем; дослідження глобальних змін екологічного різновиду.
6. Палеоекологія і палеокліматичні зміни та їх наслідки. Проводяться дослідження з метою реконструкції історії зміни клімату та навколишнього середовища.
7. Моделювання земної системи з метою прогнозу її еволюції. Створюються численні моделі в глобальному масштабі, визначаються кількісні оцінки взаємодії глобальних, фізичних, хімічних та біологічних інтерактивних процесів в земній системі на протязі останніх ста тисяч років.
В рамках МГБП вивчаються біогеофізичні колообіги вуглецю, азоту, фосфору та сірки, які тепер визначаються як природними, так і антропогенними факторами.
Антропогенні фактори особливо важливі для колообігу вуглецю. Складність вивчення цих процесів обумовлених природною мінливістю, пов'язаною зі зміною вкладу континентальної біомаси в кругообіг, що зумовлено вирубкою лісів і зменшенням сумарної продуктивності екосистем, та варіаціями колообігу інших компонентів.
В глобальному колообігу речовини та енергії на планеті важливу роль відіграє Світовий океан. Він функціонує як великий резервуар біогенних компонентів та складає значну долю продуктивності біосфери. В глобальному екологічному моніторингу продуктивності Світового океану використовують такі параметри, як біомаса фітопланктона, первинна продукція фітопланктона, концентрація хлорофілу. Для дослідження та аналізу використовують супутникову оптичну апаратуру типу сканерів, приладів для вимірювання флуоресценції. Супутникове спостереження звичайно супроводжується контрольними судовими та буйковими спостереженнями.
Важливою підсистемою глобального екологічного моніторингу постає вивчення ролі лісів в формуванні біохімічних колообігів, зокрема їхнього впливу на формування опадів, на енергетичний баланс, клімат, роль як утилізатора вуглекислого газу. Під час вивчення біологічних процесів на основі даних глобального моніторингу на суші ключова роль відводиться дослідженню специфіки енергетичного балансу різних екосистем: пустель, лісів, господарчих районів.
З метою побудови більш детального глобального екологічного моніторингу планети в рамках спільного узгодження між країнами "вісімки" (Великобританія, Італія, Канада, США, Франція, Германія, Японія, Росія) утворений міжнародний комітет з природно - ресурсних супутників.
Прикладом сучасної програми глобального моніторингу може бути система Environmental Observance System (EOS) в США. Програма розрахована на тривалу перспективу - 15 років, з початком у 1995 р. Вона має міжнауковий характер та працює на основі даних спостережень з трьох супутників, що обслуговуються орбітальною системою. Гігантський об'єм спостережень за допомогою супутників потребує серйозних зусиль з обробки, аналізу, архівації та видачі даних.
Таким чином, задачі моніторингу стану навколишнього середовища у глобальному масштабі виявляються багатокритеріальними. Однією з головних його задач є визначення величини допустимого впливу на Землю, особливо на біосферу Землі. Слід зазначити, що допустимими слід вважати такі впливи, які не приводять до погіршення стану біосфери.