Общая характеристика экологического мониторинга

Чтобы управлять экологическим риском, необходимо распо­лагать данными о том, какая именно среда оптимальна для нормаль­ных условий существования биоты. Так, в США существует балльный показатель, именуемый индексом качества природной сре­ды. Его максимальное значение для самых лучших условий окружа­ющей среды составляет 700 баллов. Индекс определяется по результатам балльной оценки состояния воды, воздуха, природных ресурсов и т.д. За период с 1969 года по 1977 год этот индекс снизил­ся в США с 406 до 343 баллов, а затем, когда проблемы защиты ок­ружающей среды стали активно решаться, индекс стал возрастать. Балльная оценка состояния природной среды дает возможность еже­годно устанавливать, за счет какого именно фактора снижается ин­декс. В нашей стране величиной, обеспечивающей нормальное функционирование и устойчивость экосистем и биосферы, является предельно допустимая экологическая нагрузка (ПДЭН).

Для её определения необходимо проведение следующих ме­роприятий:

а) текущий учет изменений в окружающей среде и предотвра­щение ухудшения качества среды;

б) прогноз изменений в окружающей среде и связанных с ними экологических последствий.

Эти мероприятия входят в систему экологического мониторин­га. Термин «мониторинг» образован от латинского слова «монитор», что переводится как «наблюдающий» или «предостерегающий». Система мониторинга является информационной и не предусматри­вает мероприятия по управлению качеством среды. В то же время она является необходимым средством для принятия научно обосно­ванных решений по регулированию качества среды.

Экологический мониторинг - это система повторных наблю­дений за элементами окружающей среды в пространстве и во време­ни с определенными целями и в соответствии с определенными обстоятельствами.

Экологический мониторинг предусматривает следующие про­цедуры:

- выделение объекта наблюдений;

- обследование выделенного объекта;

- составление информационной модели для объекта наблю­дений;

- планирование измерений;

- оценка состояния объекта;

- прогнозирование состояния изменения объекта наблюдений;

- представление информации в удобной для использования
форме.

Основная цель мониторинга - обеспечение органов государ­ственной власти и системы управления природоохранной деятель­ностью своевременной и необходимой информацией для выработки долгосрочных и оперативных управляющих решений для обеспече­ния экологической безопасности. Система экологического монито­ринга должна накапливать, систематизировать и анализировать информацию:

- о состоянии окружающей среды;

- об источниках и факторах воздействия;

- о допустимости изменений и нагрузок на среду в целом;

- о существующих резервах биосферы.

В соответствии с этим определяются основные объекты мони­торинга:

- источники загрязнения и воздействия на окружающую среду;

- факторы воздействия;

- техногенные экосистемы;

- биосфера в целом;

- основные элементы антропоэкосистемы, такие, как насе­ление, демографические факторы, здоровье, социально-экономичес­кие и социально-гигиенические факторы;

- атмосфера;

- гидросфера;

- почвы;

- флора и фауна.

По масштабам обобщения информацииэкологический мо­ниторинг подразделяется на различные уровни.

1. Глобальный мониторинг, который основан на международ­ном сотрудничестве.

2. Национальный мониторинг - общегосударственная систе­ма наблюдений.

3. Региональный мониторинг - система наблюдений в регионах.

4. Локальный (импактный) мониторинг - наблюдения в зоне влияния предприятий.

5. Фоновый мониторинг - наблюдения в районах, где исключе­на или максимально ограничена всякая хозяйственная деятельность.

Основными направлениями экологического мониторинга являются:

- мониторинг атмосферного воздуха;

- мониторинг водных объектов;

- мониторинг земель;

- мониторинг флоры и фауны;

- социально-гигиенический мониторинг;

- медико-географический мониторинг;

- мониторинг источников антропогенного воздействия и зон их влияния;

- мониторинг природных ресурсов;

- мониторинг промышленной безопасности.

При реализации мониторинга для выявления антропогенных факторов, их интенсивности, оценки уровня их влияния необходимо знать фоновое состояние природной среды в районах, удаленных от центров интенсивной хозяйственной деятельности. Необходимо так­же учитывать и прошлое состояние природной среды (историчес­кий мониторинг), дающее возможность определить уровень загрязнения среды в различные периоды развития природы и обще­ства. Исторический мониторинг позволяет на основании наблюде­ний получить представление об уровнях естественного фона основных загрязняющих элементов и изменение этих уровней в за­висимости от антропогенных факторов.

Экологический мониторинг подразделяется также на физичес­кий, химический, геолого-геоморфологический, биологический, по­чвенный и гео(эко)системный.

Физический мониторингвключает в себя гелиофизический (на­блюдение за солнцем, его активностью, физическими процессами на нем и их влиянием на землю), гравиметрический (наблюдение за гра-витацией), магнитометрический (наблюдение за магнитным полем Зем­ли и атмосферы), ионосферный (наблюдение за состоянием верхних слоев атмосферы), метеорологический, гидрологический, океанологи­ческий, сейсмологический, радиометрический мониторинг.

Химический мониторингвключает в себя гидрохимический (наблюдение за химическим составом поверхностных и подземных вод), биогеохимический (биохимические наблюдения за верхним слоем почв) мониторинг.

В геолого-геоморфологическийвходят геодезический, склоново-процессовый, эрозионный и другие виды мониторинга.

Биологический мониторингделится на ботанический, зоо­логический, микробиологический и другие виды мониторинга, свя­занные с живой природой.

Почвенный мониторингпредусматривает наблюдения за ка­чеством почв и их загрязнением.

Гео(эко)системныймониторинг объединяет комплекс наблю­дений за экосистемами.

9.2. Методы контроля техногенного воздействия на окру­жающую среду

Наблюдение за объектами окружающей среды предполагает выполнение ряда требований.

1. Наблюдения должны носить комплексный характер, т.е.
охватывать всю совокупность природных и природно-антропогенных объектов (атмосферный воздух, воды, почвы, биоту, литосферу, геосистемы в целом) и воздействующие на них факторы (антропо­генные и естественные).

2. Наблюдения должны учитывать различные процессы, про­исходящие в природе (физические, химические, биологические, физико-географические), использовать весь арсенал методов, которые дают возможность получить необходимую информацию о состоя­нии окружающей среды.

3. Наблюдения должны быть систематичными. Этому требо­ванию в наибольшей степени отвечают режимные наблюдения - регулярная, с определенной периодичностью фиксация хода природ­ных и природно-антропогенных процессов во времени.

Наблюдения должны быть репрезентативными, т.е. наибо­лее полно охватывать объекты (территории) мониторинговых наблю дений. При выборе объектов необходимо учитывать типичность физико-географических условий, направление и степень антропоген­ного воздействия как на региональном, так и на локальном уровнях.

5. Наблюдения должны проводиться по одной и той же про­грамме на измененной человеком территории и на участках с нена­рушенной природой. Такая синхронность необходима для сравнения изучаемых объектов и получения оценки антропогенных изменений природной среды.

С учетом этих требований должны выбираться методы слеже­ния. Выделяют две основные группы методов слежения:

1. Контактные (как правило, наземные);

2. Неконтактные (дистанционные).

С помощью контактных методов в настоящее время получают большую часть информации, которая используется для оценки и про­гноза состояния окружающей среды. Слежение и контроль за состо­янием среды ведется на постоянных и временных пунктах наблюдения, расположенных на измененных человеком территори­ях и участках, не тронутых хозяйственной деятельностью. Последние необходимы для фиксации фоновых показателей функ­ционирования природных объектов.

При проведении контактных (наземных) мониторинговых на­блюдений широко используются геохимические, геофизические и индикационные методы.

Геохимические методы.Сущность этих методов состоит в изучении распределения, миграции и концентрации химических эле­ментов и их соединений в различных геологических средах. Геохи­мические методы позволяют проследить поступление химических элементов в экосистему естественным путем и в результате хозяй­ственной деятельности человека, выявить интенсивность их водной и воздушной миграции.

Геохимические методы дают возможность определить законо­мерности изменения химического состава природных компонентов и комплексов, их устойчивость к различным веществам и способ­ность к самоочищению, выявить вероятность формирования техно­генных аномалий, скорости распространения и пространственные масштабы загрязнения.

Геохимические методы включают в себя отбор проб воздуха, воды, почв, горных пород, растений с целью определения химичес- кого состава этих компонентов. Для определения химического со­става компонентов используются различные методы аналитической химии.

При выборе метода анализа учитываются следующие харак­теристики:

- селективность метода, т.е. возможность обнаружения иско­мого элемента в присутствии других;

- чувствительность метода, т.е. наименьшее количество ис­комого элемента, которое может быть обнаружено данным методом;

- величина относительной ошибки метода, т.е. точность оп­ределения искомого элемента.

Современные аналитические методы, использующиеся для определения состава компонентов окружающей среды, подразделя­ются на физические, физико-химические и химические.

Из физических методов чаще всего используют рентгено-флюоресцентную спектрометрию, атомно-абсорбционную спектромет­рию, газовую и жидкостную хроматографию, потенциометрию, спек-трофотометрию, иммунно-флюоресцентный анализ.

Сущность геофизических методовзаключается в изучении процессов поступления и превращения веществ и энергии в экосис­темах на основе использования балансового подхода. Наблюдения проводят в стационарных условиях на постоянных участках с при­менением специальных измерительных приборов по определенной программе и методике. Программа включает инструментальное из­мерение элементов радиационного, теплового и водного балансов, исследование тепло- и влагообмена между компонентами окружаю­щей среды, водно-теплового режима.

Индикационные методыоснованы на определении состоя­ния одного объекта по состоянию другого, связанного с первым и более доступного для изучения. В последние 5-10 лет особое внима­ние уделяется методам биологического мониторинга, которые осно­ваны на использовании живых организмов, особенно чувствитель­ных к конкретным химическим веществам. Использование методов биомониторинга не требует больших экономических затрат (дорого­стоящей аппаратуры, больших лабораторий и т.д.), а также позволя­ет оценить качество среды в случаях, когда количественное содер­жание загрязнителя может быть определено каким-либо методом, но отсутствуют сведения о биологической активности загрязнителя.

Биомониторинг является составной частью экологического мониторинга и включает в себя следующие подсистемы: биотести­рование, биоиндикацию и биоаккумуляцию. Биотестирование и био­индикация - это два схожих исследовательских приема, в которых о качестве среды, о факторах, воздействующих на эту среду, судят по выживаемости, продуктивности, поведению, а также по различным физико-биологическим параметрам живых организмов. Биотестиро­вание подразумевает использование живых организмов, специально помещаемых в данную среду (тест-объекты), а биоиндикация - жи­вых организмов, естественным образом обитающих в данной среде.

Биоаккумуляция - частный случай биотестирования или био­индикации, в котором о качестве среды, о факторах, воздействую­щих на эту среду, судят по степени накопления вредных веществ в живых организмах.

Методы биотестирования широко применяются во всем мире. Например, в Голландии на больших площадях страны используются гладиолусы и тюльпаны, которые являются тест-объектами на на­копление фторидов, а итальянская ржаная трава - тест-объект на накопление ионов тяжелых металлов.

Биотестирование осуществляется также с помощью таких вы­сокочувствительных тест-объектов, как дафнии, пиявки, инфузории, хлорелла и другие. Они используются для оценки загрязнения вод­ных объектов ионами тяжелых металлов, нефтепродуктами, для оцен­ки УФ-излучения и т.п.

Одним из методов биоиндикации является метод лихеноинди-кации (от латинского «лихенос» - лишайник), который основан на учете количества лишайников в городских насаждениях, районах крупных предприятий и т.д. Установлена четкая связь между «поля­ми загрязнения воздуха» в городах и встречаемостью лишайников на стволах деревьев.

Биоаккумуляция примесей наблюдается у некоторых живых организмов. Например, ртуть, мышьяк и другие тяжелые металлы интенсивно накапливаются в рыбах, в волосах человека. В Японии весьма успешно разводят асцидии - морские организмы, которые концентрируют ванадий. После их сжигания из золы получают со­единения ванадия.

В последние годы большое внимание уделяется мониторингу биологического разнообразия. Биоразнообразие- это разнообразие

видов в конкретной экосистеме. Биоразнообразие - самый важный биологический индикатор состояния биосферы и входящих в ее со­став биомов, который чутко реагирует на воздействие человека. Биом- это экосистема с преобладанием растений одной жизненной фор­мы (например, альпийские луга, тайга).

В современном мире ежедневно исчезает от 1 до 10 видов жи­вотных и еженедельно - 1 вид растений. Гибель одного вида расте­ний ведет к уничтожению примерно 30 видов мелких животных (прежде всего, насекомых и червей).

Мониторинг биоразнообразия включает слежение и контроль за многообразием видов, флористическим и фаунистическим разно­образием территорий и акваторий, разнообразием биоценозов. Его задача состоит в том, чтобы регулярно составлять информацию о том, где и с какой скоростью изменяется биоразнообразие. В связи с этим разрабатываются стандартные методы мониторинга и опреде­ляются приоритеты, которые должны обеспечить накопление дан­ных, необходимых для понимания современного и будущего статуса биоразнообразия. В настоящее время создаются системы мониторин­га изменений биоразнообразия в различных регионах нашей страны и планеты в целом.

Средствами реализации экологического мониторинга являют­ся: стационарные станции; передвижные посты; дистанционные ме­тоды (аэрокосмический мониторинг); автоматизированные системы.

Стационарные станциипозволяют в ручном или автомати­зированном режиме замерять отдельные параметры окружающей среды (например, концентрацию веществ в атмосферном воздухе, метеорологические параметры) и передавать их на центральный сер­вер для обработки и составления прогноза. В последнее время передача сигналов на центральный сервер осуществляется с исполь­зованием сети GSM. Сигналы с GSM-контроллера системы переда­ются SMS (Short Message Service - передача коротких сообщение-сообщениями или в диалоговом режиме на центральный пульт экологического мониторинга.

Передвижные постыоборудуются на шасси автомобилей раз­личных марок. Они содержат измерительные приборы, позволяю­щие контролировать содержание токсичных веществ в воздушной, водной среде или в почве.

Дистанционные методымониторинга основаны на бескон­тактной регистрации (дистанционном зондировании) электромагнит­ных волн отраженного солнечного света и собственного излучения поверхности Земли с самолетов, вертолетов и различных космичес­ких аппаратов. Преимущество дистанционного зондирования (преж­де всего, из космоса) перед другими методами заключается в возможности достаточно частой повторности (а при необходимости и непрерывности) наблюдений во времени, оперативности получе­ния аэрокосмических материалов, получении на одном изображении обширных и отдельных территорий и акваторий, в том числе в виде электронных карт в различных диапазонах спектра, возможности пространственно-временного анализа одновременно нескольких ком­понентов окружающей среды в их взаимосвязи.

Аэрокосмические системы позволяют реализовывать задачи глобального мониторинга. Для этого создается постоянная орбиталь­ная система, включающая спутники со специальным комплектом ап­паратуры. Мониторинг с помощью аэрокосмических систем позволяет понять функционирование Земли как природного комп­лекса.

В нашей стране используются автоматизированные системы наблюдений и контроля окружающей среды (АНКОС), предназна­ченные для определения уровня загрязнения воздуха. Системы АН-КОС являются стационарными, они оснащены устройствами непрерывного контроля и анализа проб воздуха и передачи инфор­мации по каналам связи в центр управления состоянием воздушной среды в заданном режиме.

Кроме постоянных станций, обсерваторий, пунктов, постов наблюдений, существуют временные (экспедиционные, периодичес­кие, сезонные) наблюдения, дополняющие общую картину исследо­ваний.