Глава 10. Экологический мониторинг

Мониторинг (от латинского monitor - предупреждающий, предостерегающий) - комплексная система наблюдений, оценки и прогноза изменения состояния окружающей среды под влиянием антропогенных факторов.

Этот термин появился перед проведением Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде (июнь, 1972) в дополнение к понятию «контроль». Большой вклад в разработку теории мониторинга внесли И.П. Герасимов, Ю.А. Израэль, В.Д. Федоров и др. (Майстренко, 1996).

Для разумного управления природопользованием необходимо, прежде всего располагать данными о том, какая среда является оптимальной для нормальных условий жизни человека. Исходным понятием в этой работе служит качество среды, то есть такая совокупность ее параметров, которая всецело удовлетворяет как экологической нише человека, так и научно-техническому прогрессу общества. Для получения своевременной информации об изменениях в экологической системе необходима так называемая «точка отсчета», то есть какое-то определенное значение параметра качества среды, которое Ю.А. Израэль называет фоновым. Параметры такого фонового состояния не являются постоянными, а меняются под влиянием деятельности человека в пределах некоторого критического уровня среды, за пределы которого посторонние воздействия не должны выводить данную систему во избежание необратимых изменений. Таковыми считаются предельно допустимая экологическая нагрузка (ПДЭН) или предельно допустимые концентрации чуждых данной системе веществ-ксенобиотиков (ПДК).

Объектами мониторинга могут быть природные, антропогенные или природно-антропогенные экосистемы. Цель мониторинга - не только пассивная констатация фактов, но и проведение экспериментов, моделирование процессов.

При организации мониторинга возникает необходимость решения нескольких задач разного уровня, поэтому И.П. Герасимов (1975) предложил различать три ступени мониторинга (табл. 37).

Таблица 37

Система наземного мониторинга окружающей среды

(по И.П. Герасимову, 1975)

 

Ступени мониторинга	Объекты мониторинга	Характерируемые показатели мониторинга
Биоэкологический (санитарно- гигиенический)	Приземный слой воздуха	ПДК токсичных веществ
Поверхностные и грунтовые воды, промышленные и бытовые стоки и различные выбросы	Физические и биологические раздражители (шумы, аллергены и др.)
Радиоактивные излучения	Предельная степень радиоизлучения
Геосистемный (природно- хозяйственный)	Исчезающие виды животных и растений	Популяционное состояние видов
Природные экосистемы	Их структура и нарушения
Агроэкосистемы	Урожайность сельскохозяй- ственных культур
Лесные экосистемы	Продуктивность насаждений
Биосферный (гло- бальный)	Атмосфера	Радиационный баланс, тепловой перегрев, состав и запыление
Гидросфера	Загрязнение рек и водоемов: водные бассейны, круговорот воды на континентах
Растительный и почвенный покровы, животное население	Глобальные характеристики состояния почв, растительного покрова и животных. Глобальные круговороты СО2, О2 и др.

 

При биоэкологическом (синоним - локальный) мониторинге предполагается контроль за содержанием токсичных для человека химических веществ в атмосфере, природных водах, растительности, почве, подверженных воздействию конкретных источников загрязнения (промышленные предприятия, стройки, рудники, мелиоративные системы, предприятия энергетики и т.д.). Состояние окружающей среды оценивают с точки зрения здоровья человека, что служит самым важным, емким и комплексным показателем. Проводят локальный мониторинг гидрометеорологические, водохозяйственные и санитарно-эпидемиологические службы.

Геосистемный (синонимы - геоэкологический, региональный, природохозяйственный) мониторинг должен давать оценку антропогенного влияния на природную среду в ходе обычной хозяйственной деятельности человека, которая обязательно предполагает тот или иной вид взаимодействия с природой (градостроительство, сельское хозяйство, промышленность, энергетика, лесное хозяйство, рыболовство, коммунально-бытовая деятельность и т.д.). Региональный мониторинг проводят агрослужба, гидроклиматическая, сейсмологическая и другие службы.

Биосферный (синонимы - фоновый, глобальный) мониторинг предполагает контроль за общепланетарными изменениями в биосфере, которые связаны с деятельностью человека. Фоновый мониторинг проводят в соответствии с Глобальной системой мониторинга окружающей среды, Международной программой «Наблюдения за планетой», Программой ЮНЕСКО «Человек и биосфера», Программой ООН по окружающей среде ЮНЕП.

Программу работ выполняют на станциях фонового мониторинга. На территории России эти станции действуют в заповедниках: Березинском, Приокско-Террасном, Центральном лесном, Кавказском, Астраханском, Баргузинском, Сихотэ-Алинском, Сары-Челекском, Чаткальском, Репетек ском, Кроноцком, Боровое, леднике Абрамова. В пунктах - Сыктывкар, Ново-Пятигорск, Туруханск, Курган, Иркутск.

Программа станций фонового мониторинга предполагает регулярный отбор проб и определение следующих показателей:

- в атмосфере - взвешенные частицы, мутность, озон, диоксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, углеводороды, сульфаты, 3,4-бензпирен, ДДТ;

- в атмосферных осадках - свинец, ртуть, кадмий, мышьяк, 3,4-бензпирен, рН;

- в поверхностных, подземных водах, донных отложениях - свинец, ртуть, метил ртуть, кадмий, мышьяк, ДДТ, 3,4-бензпирен, биогенные элементы;

- в почвах - свинец, ртуть, кадмий, мышьяк, ДДТ, 3,4-бензпирен, биогенные элементы.

Системы контроля загрязнений с помощью химических мето­дов анализа делят на:

1. Традиционные аналитические (по специфическим реакци­ям, в частности цветным).

2. Современные сенсорные (позволяют проводить экспресс­ный и непрерывный контроль за химическими загрязнителями).

В современных системах хемосенсоров в качестве чувстви­тельных элементов-детекторов используют

1. Напыленные слои оксидов металлов с полупроводниковы­ми свойствами — ZnO, TiO₂, NiO, ZrO₂ и др. При попадании (или сорбции) молекул загрязнителей на поверхность такого слоя электрическое сопротивление последнего резко изменяется, что и регистрирует прибор.

2. Керамические соли из смесей оксидов, например Сr₂О₃— Аl₂О₃—V₂O₃—TiO₃, Fe₂O₃—SnO₂ и др., которые изменяют свою электропроводность при сорбции на них некоторых химических компонентов среды.

3. Световоды, в которых регистрируется изменение распро­странения светового сигнала вследствие хемосорбции загрязни­телей.

4. Тонкие слои металлов, например меди или алюминия, в которых адсорбируемые химические вещества возбуждают кванты плазменных колебаний в ИК-диапазоне.

5. Электрохимические сенсоры, в которых происходят элект­рокаталитические превращения химических веществ адсорбируе­мых на электродах, а далее анализируются вольт-амперные ха­рактеристики этих процессов.

6. Мембранные сенсоры, обладающие повышенной селектив­ностью определения компонентов среды за счет того, что регист­рирующую систему отделяют от анализируемой среды специаль­ными мембранами или прослойками, содержащими, в свою оче­редь, «чувствительные» молекулы — биологически активные ве­щества, ферменты, иммобилизованные (закрепленные на мемб­ране) антигены, хромофоры и т. д.

В некоторых случаях био- и хемосенсоры можно рассматри­вать как единое эффективное анализирующее устройство.

Пороги восприятия (степень чувствительности) для всех пере­численных систем различны и зависят от множества факторов (состава среды, типа узнаваемых молекул, синергических эффек­тов в анализируемой смеси и т. д.). Обычно используемые хемо­сенсоры регистрируют концентрации загрязнителей в диапазоне 10^-8—10^-4 моль/л. Химики и биохимики разрабатывают более чувствительные системы, фиксирующие концентрации примесей до 10^-13 моль/л.

В настоящее время нашли широкое применение сенсоры для определения наличия и значений концентрации в исследуемой среде целого ряда ионов (Н⁺, К⁺, Nа⁺, Аg⁺, Са²⁺, NH₄⁺, Fe²⁺, Сu²⁺, Ni²⁺, Сd²⁺, Рb²⁺, F^-, С1^-, Вr^-, NO₃^-), молекул газов (Н2, О2, NН3, СО2, О3), органических соединений (мочевина, ацетон, фенол, четвертичные аммонийные соли, фосфор- и хлорорганические соединения, поверхностно-активные вещества, нефтепродукты и прочие вещества), свободных атомов и радикалов (Н, О, N. С1,НО, СН₃, С₂Н₅, NН, NH₂ и т. д).

Аналитическая химия загрязняющих веществ располагает богатейшим арсеналом средств и методов определения всевоз­можных химических компонентов среды.

Для количественного определения радиоактивности необходи­мо ввести понятия абсолютной и удельной активности. Абсолют­ная активность — это количественная мера радиоактивности об­разца какого-либо вещества или материала, в котором распад происходит с такой же скоростью, как в 1 г Rа-226, т. е. со ско­ростью 3,7 • 10¹⁰ распадов в секунду. Эта величина и есть 1 кю­ри — единица измерения радиоактивности. Один милликюри (мКu) соответствует 3,7•10⁷, а микрокюри (мкКu)—37•10⁴ распадов в секунду. Удельная активность—это радиоактив­ность единицы массы данного вещества, измеряемая числом рас­падов в минуту или секунду. Эта величина определяет относи­тельное содержание в образце радионуклидов (по отношению к общему числу изотопов—радиоактивных и устойчивых)

Обнаружить и измерить радиоактивность можно с помощью многих физико-химических и фотохимических методов. Некоторые из них:

1. Ионизационный метод. В известном счетчике Гейгера-Мюллера используют эффект ионизации инертного га­за аргона под действием радиоактивного излучения. Последнее проникает в металлическую трубку, заполненную аргоном, через тонкое слюдяное окно, выбивая из молекул инертного газа элек­троны:Аr →Аr+ е^-

Положительные ионы идут к катоду, а электроны — к прово­лочному аноду. Возникающий при этом импульс тока можно уси­лить и зарегистрировать (по щелчкам в наушниках счетчика или по вспышкам сигнальной лампы).

2. Сцинтилляционный метод. Некоторые вещества, например сульфид цинка ZnS, излучают видимый свет, если на них попа­дает радиоактивное излучение. Вспышки света при бомбардиров­ке радиоактивными частицами датчика, покрытого слоем суль­фида цинка, регистрируются в сцинтилляционном счетчике.

3. Фотохимический метод (авторадиография). Если на слой фотографической эмульсии, содержащей галогениды серебра (АgВr и АgС1), поместить радиоактивный образец, то последний оставит след, подобный тому, который привел А. Беккереля в 1896 г. к открытию радиоактивности. После проявления фото­пленки радиоактивность образца оценивается при рассмотрении фоточувствительного слоя под сильным увеличением. Пятно на рентгеновской пластине диаметром 1 мм соответствует примерно 10⁴ распадам (или при 30-минутной экспозиции частице с актив­ностью 1,5 • 10^-4 мкКu[37]).

Для определения содержания радона ²²²Rn в воздухе исполь­зуют активированный уголь как сорбент (нормальное содержа­ние составляет примерно 0,03—1,1 • 10^-12 Кu/л) (Шустов, 1994).

Наряду с методами оценки степени загрязнения с помощью приборов используются методы так называемой биологической индикации, основанные на учете живых организмов (тест объектов), особенно чувствительных к конкретным химическим примесям. Такими биоиндикаторами могут служить мхи, лишайники, чувствительные к загрязнению воздуха; дафнии, инфузории, четко реагирующие на загрязнение поверхностных вод; почвенная фауна (например, дождевые черви) при загрязнении почв.

В настоящее время все большее развитие получает система аэрокосмического мониторинга, который используется в региональном и глобальном масштабе. Картины Земли из космоса - это прежде всего интегральные изображения природных и хозяйственных систем. Исследователь оперирует изображениями или цифровыми данными о земной поверхности как в широкой зоне видимого спектра, так и в ультрафиолетовом, инфракрасном и радиолокационном диапазонах. К достоинствам космического мониторинга относятся возможность слежения за глобальными и региональными особенностями природы Земли, комплексный характер информации, содержащейся на снимках из космоса, что позволяет их использование для изучения сложных компонентов природы и обнаружения следов антропогенного воздействия.

Современные темпы и масштабы антропогенных изменений в природе могут привести к необратимым негативным последствиям, предотвратить которые можно лишь при условии знания всех процессов, происходящих на уровне экологических систем и биосферы в целом. Кроме экологического мониторинга для решения этой задачи в экологии используют моделирование и экологическую экспертизу.

Под моделированием в экологии понимается исследование процессов и явлений, постановка различных экспериментов не в живой природе, а на специально созданных искусственных объектах, простейшим из которых является аквариум (террариум), или графических логических или математических схемах, более или менее отражающих свойства естественных систем. В отличие от обычного эксперимента при моделировании более развит теоретический момент.

Экологическая экспертиза является особым видом экологического исследования, направленного на получение оценки воздействия на окружающую среду, природные ресурсы и здоровье людей комплекса промышленно-хозяйственных и других объектов. Это организованная деятельность экологов-экспертов, включающая анализ конкретных проблем природопользования с широким применением методологии системного подхода, постановку точного диагноза и выработку экологически обоснованного заключения.

Промышленно развитые страны, раньше столкнувшиеся с проблемой ухудшения состояния природной среды, были вынуждены начать разработку методики и системы экспертиз. Они начали проводиться с 1965 года в Японии, с 1970 года в США, с 1973 года в Канаде и т.д. В нашей стране экспертные комиссии при Госкомприроде были созданы лишь в 1988 году.

В настоящее время для оценки воздействия на окружающую среду антропогенных факторов используется шесть специальных методов: групповой экспертизы, «контрольного списка», картографического наложения, блок-схемы, матричный метод и моделирование. Последние два метода широко используются при экологической экспертизе в зарубежных странах. Так, при матричном методе в матрицу включают следующую информацию: по компонентам среды (климатические параметры - температура, влажность, ветер; земельные ресурсы; водные объекты и т.д.), по видам хозяйственной деятельности (шахты, обогатительные фабрики) с указанием индикаторов техногенного воздействия. Например, в США при проведении экспертизы различных проектов хозяйственных сооружений используются матрицы, в которые вводятся более 80 компонентов окружающей среды с учетом типов воздействий (шум, вибрация, отвалы, лесоразработки и др.).

Экологическую экспертизу подразделяют на три основные группы:

- ретроспективная экспертиза - изучение последствий реализованных ранее проектов, подведения итогов незапланированных промышленных экспериментов по воздействию на окружающую среду;

- оперативная экспертиза - расследование экологических проблем, связанных с аварийными ситуациями и необходимостью получения конкретных данных по экологической обстановке в различных пунктах и регионах;

- перспективная экспертиза - рассмотрение широкого круга проблем природопользования локального, регионального и глобального уровней.

В таких странах, как Япония, США, Франция, Канада, при проведении экспертиз точность прогнозов оказалась довольно высокой, лишь 7% прогнозов полностью не оправдалось. В нашей стране рассмотрено около 60 проектов комиссиями при Госкомприроде России. Это экспертизы по Туруханской ГЭС и водохранилищу, по развитию города Северобайкальска и др.(Чибисова, 1998).

 

Контрольные вопросы

1. Что такое мониторинг окружающей среды?

2. Что является объектом мониторинга?

3. Какие выделяют ступени мониторинга?

4. Какие Вам известны химических мето­дов анализа загрязнений?

5. Что такое биоиндикация?

6. С помощью каких методов можно обнаружить и измерить радиоактивность?

7. Что такое экологическое моделирование и экологическая экспертиза?.

 

⇐ Предыдущая13141516171819202122Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: