ТЕМА 9. ГЛОБАЛЬНАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ
СРЕДЫ.
Особенно сложны проблемы экологического мониторинга на глобальном уровне.
Цель ГСМОС – изучение Земли. Идея создания Глобальной Системы
Экологического Мониторинга окружающей среды (ГСМОС) была высказана на первой
(Стокгольмской) конференции ООН по окружающей среде в
Хорошо известно, что со временем происходят естественные, т. е. природные изменения климата, температуры, давления, сезонные изменения биомассы растений и животных.
Природные изменения происходят сравнительно медленно, за большие отрезки времени. Их регистрируют различные геофизические, метеорологические, гидрологические, сейсмические и другие службы.
Антропогенные изменения развиваются гораздо быстрее, последствия их весьма опасны, так как они могут стать необратимыми. Для их установления необходимо иметь информацию о первоначальном состоянии объекта окружающей среды, т. е. состоянии до начала антропогенного воздействия. Эти особенности определяют правомочность другого названия глобального мониторинга – фоновый мониторинг, или мониторинг фонового загрязнения окружающей природной среды.
В настоящее время создана мировая сеть станций фонового мониторинга (в рамках деятельности Всемирной Метеорологической организации), на которых осуществляется слежение за определенными параметрами состояния окружающей природной среды. Эта работа проводится под эгидой Программы ООН по окружающей среде и координируется ЮНЕСКО.
Станции комплексного фонового мониторинга РФ расположены в 6 биосферных заповедниках и являются частью глобальных международных наблюдательных сетей.
Таким образом, задачи мониторинга состояния окружающей среды в глобальном масштабе являются многокритериальными. Одна из таких задач – определение величины допустимого воздействия на Землю, в частности на биосферу Земли.
В России основными направлениями глобального мониторинга считают:
- изучение небольших, проявляющихся повсеместно, например, глобальных изменений климата вследствие загрязнения;
- изучение эффектов, связанных с распространением загрязняющих веществ на большие расстояния, например, закисление среды под влиянием выбросов в атмосферу серы;
- изучение антропогенных воздействий, обладающих большой инерционностью эффектов, например, кумулятивный эффект хлорорганических пестицидов.
Международная
геосферно-биосферная программа (МГБП)
Задача изучения Земли как целостной природной системы поставлена
Международной геосферно-биосферной программой (МГБП), осуществление которой
началось с
В основу МГБП положены междисциплинарные исследования по ряду ключевых проектов. В основном проекты ориентированы на изучение изменения климата. Руководителями большей части проектов были ученые и специалисты США; у нас эту задачу взяла на себя программа «Глобальные изменения природной среды и климата». Работы выполняются на основе широкого применения космических средств наблюдения.
МГБП предусматривает разработку семи ключевых направлений:
1. Закономерности химических процессов в глобальной атмосфере и роль биологических процессов в круговоротах малых газовых компонентов. Проекты, выполняемые по этим направлениям, ставят целью, в частности, анализ последствий изменений содержания озона в стратосфере на проникновение к земной поверхности биологически опасной УФ-радиации, оценку влияния аэрозолей на климат и др.
2. Влияние биогеохимических процессов в океане на климат и обратные влияния. Проекты включают комплексные исследования глобального газообмена между океаном и атмосферой, морским дном и границами континентов, разработку методик прогнозирования реакции биогеохимических процессов в океане на антропогенные возмущения в глобальном масштабе, изучение эвфонической зоны Мирового океана.
3. Изучение прибрежных экосистем и влияния изменений землепользования.
4. Взаимодействие растительного покрова с физическими процессами, ответственными за формирование глобального круговорота воды. Проводятся исследования по программе Глобального эксперимента по изучению круговорота энергии и воды как дополнение к исследованиям по Всемирной программе исследования климата.
5. Влияние глобальных изменений на континентальные экосистемы. Разрабатываются методики прогноза воздействия изменений климата, концентрации диоксида углерода и землепользования на экосистемы, а также обратных связей, исследуются глобальные изменения экологического разнообразия.
6. Палеоэкология и палеоклиматические изменения, и их последствия.
Проводятся исследования с целью реконструкции истории изменений климата и
окружающей среды за период с
7. Моделирование земной системы с целью прогноза ее эволюции. Создаются численные модели в глобальном масштабе, делаются количественные оценки взаимодействия глобальных, физических, химических и биологических интегративных процессов в земной системе на протяжении последних 100 тыс. лет.
Изучаются биогеофизические круговороты углерода, азота, фосфора и серы, которые сейчас определяются как природными, так и антропогенными факторами. Антропогенные факторы особенно существенны для круговорота углерода.
Итогом работ по МГБП в целом является падение интереса к парниковому эффекту и смещение приоритетов в сторону использования земли и изменения ее покрова, устойчивого развития, а также уязвимость систем, доступность воды, здоровье человечества.
Мониторинг
загрязнения окружающей природной среды
Мониторинг загрязнения окружающей природной среды осуществляет
действующая в рамках Росгидромета Государственная Служба наблюдений (ГСН),
созданная в бывшем СССР в
- глобальность и непрерывность наблюдений за состоянием окружающей природной среды, ее загрязнением;
- единство и сопоставимость методов наблюдений, методов отбора, обработки, хранения и распространения полученной информации;
- интеграция с внутригосударственными и международными системами мониторинга окружающей природной среды, ее загрязнения;
- обеспечение достоверности информации о состоянии окружающей природной среды, ее загрязнении и доступности для пользователей.
Система наблюдений состоит из следующих подсистем:
- за загрязнением воздуха в горных и промышленных районах;
- за загрязнением почв;
- за загрязнением пресных и морских вод;
- за трансграничным переносом веществ, загрязняющих атмосферу;
- комплексным наблюдением за загрязнением природной среды и состояния растительности;
- за химическим и радионуклидным составом и кислотностью атмосферных осадков и загрязнением снежного покрова;
- за фоновым загрязнением атмосферы.
Задачей службы является обеспечение наблюдений за загрязнением природной среды и предоставление государственным органам и заинтересованным организациям систематической информации и прогнозов, а также экстренной информации о резких изменениях загрязненности природной среды.
Выполняется несколько видов работ:
- режимные наблюдения;
- оперативные работы;
- специальные работы.
Режимные работы проводятся систематически по ежегодным программам на специально организованных пунктах наблюдений.
Необходимость выполнения оперативных работ зависит от случаев аварийного загрязнения природной среды или стихийных бедствий; эти работы выполняются при чрезвычайных ситуациях.
Специальные работы, например, мониторинг пестицидного загрязнения, выполняются в связи с увеличением значимости различных антропогенных факторов в развитии изменений в природных экосистемах.
Наблюдательная сеть Росгидромета представляет собой систему стационарных и подвижных пунктов наблюдений, в том числе постов, станций, лабораторий, центров, предназначенных для наблюдений за физическими, химическими и биологическими процессами, происходящими в окружающей среде, а также для определения уровня загрязнения атмосферного воздуха, почв, водных объектов и околоземного космического пространства.
Все работы: отбор проб, их консервацию и анализ – проводят согласно нормативно-методическим документам, устанавливающим соответствующие требования (руководящим документам, методическим рекомендациям).
Научно-методическое руководство работами по мониторингу загрязнения природной среды осуществляют научно-исследовательские институты Росгидромета.
На основе сбора, обработки, учета, хранения и распространения документированной информации о состоянии окружающей природной среды и ее загрязнении формируется единый государственный фонд данных.
Порядок ведения единого государственного фонда данных определяет Правительство РФ.
Поверхностные воды
суши и моря
Задачей ГСН Росгидромета является обеспечение наблюдений за загрязнением поверхностных вод суши и предоставление государственным органам и заинтересованным организациям систематической информации и прогнозов о загрязненности воды водоемов и водотоков и экстренной информации о резких изменениях загрязненности воды.
Работы ведутся по следующим направлениям:
- наблюдения за уровнем загрязненности вод по физическим, химическим и гидробиологическим показателям;
- изучение динамики загрязняющих веществ и выяснение условий, при которых происходит резкое колебание загрязненности, для обеспечения прогнозов;
- изучение процессов самоочищения и накопления загрязняющих веществ в донных отложения;
- изучение закономерностей выноса веществ через устьевые створы рек для определения баланса этих веществ в водных объектах.
В настоящее время наблюдениями за загрязнением поверхностных (пресных) вод суши по гидрохимическим показателям охвачено более 1100 водных объектов, на которых функционирует около 2 тыс. пунктов наблюдения.
Число анализируемых показателей колеблется от 33 до 99. На части этих водных объектов проводятся гидробиологические наблюдения по 2-7 показателям.
Отбор проб для режимных наблюдений проводят в пунктах наблюдений.
Пункты разделены на 4 категории с учетом комплекса факторов: народнохозяйственного значения водного объекта, качества вод и др.
Категория пункта наблюдений определяет периодичность и вид программы.
В пунктах наблюдений организуют один или несколько створов. В каждом створе пробы отбирают с нескольких вертикалей, число которых зависит от ширины зоны загрязненности.
Для оценки экологического состояния водного объекта наиболее полную информацию дают результаты гидробиологических наблюдений. Этот подход, получивший название биоиндикации основан на сапрбиологическом анализе; последний включает большой набор показателей, охватывающих основные трофические уровни водной экосистемы: фитопланктон, зоопланктон, перифитон, бентос, продукцию и деструкцию органического вещества и др.
Интегральными показателями, характеризующими общий уровень загрязнения вод всем комплексом токсичных веществ и, следовательно, опасность водной среды для гидробионтов, являются биотестовые показатели. Токсикологический анализ производится с помощью приемов и методов биотестирования токсичности.
Относительно новым направлением в мониторинге загрязнения пресноводных экосистем является анализ и оценка загрязненности донных отложений.
Мониторинг загрязнения морей решает следующие задачи:
- наблюдения за уровнем загрязнения вод и донных отложений по физическим, химическим и гидробиологическим показателям, особенно в курортно-оздоровительных и рыбохозяйственных зонах, а также на участках морей, подвергающихся интенсивному воздействию;
- изучение баланса загрязняющих веществ в морях и их отдельных частях с учетом процессов, протекающих на границе раздела атмосфера/вода, разложения и трансформации загрязняющих веществ и накопления их в донных отложениях;
- изучение закономерностей пространственных и временных изменений концентраций загрязняющих веществ, установление связи этих изменений с естественными процессами циркуляции, с гидрометеорологическим режимом и обеспеченностями хозяйственной деятельности.
Размещение станций морских наблюдений основывается на данных по гидрохимическому и гидрометеорологическому режиму, сведениях о рельефе дна.
В зависимости от народнохозяйственной значимости и загрязненности станции морских наблюдений подразделяют на три категории.
Программа мониторинга определяется категорией станции.
Помимо гидрохимических и гидробиологических показателей, в программу мониторинга входит определение гидрометеорологических параметров: температуры воды, течения, скорости и направления ветра, количества атмосферных осадков, атмосферного давления, влажности воздуха и др.
Пробы отбирают на всех стандартных океанографических горизонтах, включая придонный слой воды, а также слои «скачка свойств».
По данным 1996-1997 гг., морскими наблюдениями охвачено 11 морей, омывающих территорию РФ. Наблюдения проводятся по 24 гидрохимическим и 12 гидробиологическим показателям.
Важной составной частью мониторинга морей является изучение загрязненности и экодинамики Мирового океана.
Методы контроля за состоянием
загрязнения вод
Основными стандартными методами контроля за состоянием загрязнения вод являются определение химического потребления кислорода (ХПК) и биохимического потребления кислорода (БПК). Химическое потребление кислорода это величина, характеризующая общее содержание в загрязненной воде органических и неорганических восстановителей, реагирующих с сильными окислителями. Значение ХПК обычно выражают в единицах количества кислорода, расходуемого на окисление. БПК – это количество кислорода, требуемого для окисления находящихся в воде органических веществ в аэробных условиях в результате происходящих в загрязненной воде биологических процессов. При относительной простоте и доступности этих методов невозможно достичь высокой точности определения концентраций загрязнений. Такие соединения, как пиридин, бензол, толуол не окисляются, и определить их наличие в пробе этими методами невозможно.
При анализе состава сточных вод все чаще применяют «многокомпонентные» методы анализа, которые позволяют определить широкий спектр химических веществ. К ним относятся атомно-эмиссионный, рентгеновский и хроматографический методы. Для этого выпускают С -, Н-, N-анализаторы и другие приборы-автоматы.
Почвы
Наблюдения за уровнем загрязнения почв в системе Росгидромета подразделяются на две категории: почвы сельскохозяйственных районов (1-я категория) и почвы в районах промышленно-энергетических объектов (2-я категория).
На почвах первой категории пробы отбирают два раза в год – весной после таяния снега (до применения пестицидов) и в конце вегетационного сезона (в течение 10 дней после уборки урожая). Уровень загрязнения определяют для наиболее токсичных и перспективных пестицидов и тяжелых металлов.
На почвах второй категории пробы отбирают один раз в год, весной. После таяния снега, и анализируют концентрации загрязняющих веществ в зависимости от характера выбросов: металлы, бензопирен, полихлорбифенилы. На территориях охваченных наблюдениями за уровнем загрязнения почв: кислотность, сульфат - и хлорид-ионы, общий и подвижный азот и фосфор, микробиологические показатели.
В настоящее время отбор проб почв производится в 234 хозяйствах на площади около 40 тыс. га, а также в 32 населенных пунктах. Анализируются до 24 ингредиентов.
В последнее время для оценок используют так называемые коэффициенты загрязнения, которые рассчитывают путем сравнения загрязненности с фоновым участком. При этом нормативы концентраций не требуются, но надежность результатов зависит от правильного выбора сравнительных участков, которые должны быть максимально идентичными.
Методы контроля в
почвенном мониторинге
Почвенный (агроэкологический) мониторинг имеет более общий характер и открывает большие возможности для решения прогностических задач. Основными показателями, которые оцениваются в процессе агроэкологического мониторинга, являются следующие: кислотность, потеря гумуса, засоление, загрязнение нефтепродуктами.
Кислотность почв оценивается по значению водородного показателя (рН) в водных вытяжках почвы. Значение рН измеряют с помощью рН-метра, ионометра или потенциометра. Оптимальные диапазоны рН для растений от 5,0 до 7,5. Если кислотность,- т. е. рН меньше 5, то прибегают к известкованию почв, при рН более 7,5-8 используют химические средства снижения рН.
В настоящее время контроль за содержанием гумуса входит в число первоочередных задач.
Содержание гумуса определяют по окисленности органического вещества. Количество израсходованного окислителя определяют либо титрометрическим методом, либо спектрофотометрическим. Зная количество окислителя, определяют количество органического вещества.
В последнее время применяют анализаторы углерода, в которых происходит сухое сжигание органического вещества в токе кислорода с последующим определением выделившегося СО2.
Наиболее простой метод обнаружения засоления основан на измерении электрической проводимости.
При конторке за загрязнением почв нефтепродуктами решаются обычно три основные задачи: определяются масштабы загрязнения, оценивается степень загрязнения, выявляется наличие токсичных и канцерогенных загрязнений.
Первые две задачи решаются дистанционными методами, к которым относится аэрокосмическое измерение спектральной отражательной способности почв. По изменению окраски или плотности почернения на аэрофотоснимках можно определить размеры загрязненной территории, конфигурацию площади загрязнения, а по снижению коэффициента отражения оценить степень загрязнения. Степень загрязненности почв можно определить по количеству содержащихся в почве углеводородов, которое определяется методами хроматографии.
Вопросы
к теме.
1. Мониторинг загрязнения окружающей природной среды, цели и задачи.
2. Классификация мониторинга.
3. Глобальный мониторинг.
4. Национальный мониторинг.
5. Фоновый мониторинг, локальный мониторинг.
6. Методы контроля в мониторинге.
Учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов.
Тема 9. Глобальная система мониторинга
окружающей среды (1 час).
Оценка качества природной среды. Нормативы качества. Создание экологических нормативов на основе анализа экосистем и их компонентов. Экологическое нормирование в разных природных средах. Экологическое нормирование в правовой базе при управлении использования ресурсов и охраны природы. Общая характеристика состояния окружающей природной среды и экологических систем. Критерии состояния здоровья населения, животного и растительного мира. Предельно допустимые концентрации вредных веществ (ПДК). Загрязнение окружающей среды. Основные контролируемые параметры и нормирование загрязнения окружающей среды – предельно-допустимые концентрации (ПДК) в воздухе, воде, почве, растительности, продуктах питания, биосубстратах.
1.
Вернадский
В.И. Экология – ноосфера. М.: Луч, 1994.
2.
Вершило Н.Д.
Эколого–правовые основы устойчивого развития / Под ред. М.М. Бринчука. – М.:
Формула права, 2008.–319 с.Федеральный закон «Об
охране окружающей среды» от 10.01.2002 № 7-ФЗ
(с изменениями на 9 мая 2005 года).
3.
Экологическое право Российской Федерации. Курс лекций. /
Под. ред. проф. Ю.Е. Винокурова. М.: Изд-во МНЭПУ, 2-е изд.,2004. 462с.
4.
Израэль Ю. А. Экология и контроль состояния природной
среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1979, — 376 с.
5.
Герасимов И. П. Научные основы современного мониторинга
окружающей среды //Известия АН. Сер. геогр. 1978.3, -С.13-25.
6.
Сюткин В. М. Экологический мониторинг административного
региона (концепция, методы, практика на примере Кировской области). — Киров:
ВГПУ, 1999. — 232 с.
7.
Мазур И.И., Молдаванов О.И., Шишов В.Н. Инженерная экология
Общий курс: В 2 т. Т.1. Теоретические основы инженерной экологии: Учеб. Пособие
для втузов/ Под ред. И.И. Мазура. — М.: Высш. шк., 1996.
8.
Экология, охрана природы и экологическая безопасность.
Учебное пособие для системы повышения квалификации и переподготовки
государственных служащих. Под общей редакцией проф. В.И. Данилова-Данильяна. —
М.: Изд-во МНЭПУ, 1997.
9.
Протасов В.Ф., Молчанов А.В. Экология, здоровье и
природопользование в
10. России / Под ред.
В.Ф. Протасова. — М.: Финансы и статистика, 1995.
11. http://partnerstvo.ru/lib/pravo/node/779
12. http://ru.wikipedia.org/
13. http://www.bellona.ru/Casefiles/kioto