Глава 6 Мониторинг состояния окружающей среды


Экологическая обстановка в мире требует всестороннего и повседневного анализа состояния окружающей среды. Только на основании точных количественных данных можно принимать решения о проведении необходимых мероприятий, предупреждающих ухудшение состояния окружающей среды. Для этих целей организуется система мониторинга состояния окружающей среды.

Мониторинг (от англ. monitor- следящий, слежение )- это система наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей среды. Термин «мониторинг» появился незадолго перед проведением Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде (5-16 июня 1972 г.). На первом межправительственном совещании по мониторингу (Кения, 1974 г.), созванном Советом Программы ООН по проблемам окружающей среды (ЮНЕП), были определены основные цели глобальной системы мониторинга окружающей среды. Первоочередным направлением в системе глобального мониторинга были названы наблюдения за загрязнением окружающей среды на региональном (национальном), фоновом и импактном уровнях.

Ю.А. Израэль предложил следующую блок- схему мониторинга:

Рисунок 6.1 - Схема мониторинга (по Израэлю) [14]

Из схемы видно, что мониторинг не включает управление (регулирование) качеством окружающей среды. Однако очевидно, что для организации управления качеством окружающей среды необходимым условием является организация системы мониторинга.

6.1 Классификация систем мониторинга

Системы мониторинга бывают различными как по масштабу, так и по целям.

Глобальная система относится к биосфере в целом. Национальная (региональная) система ограничивается рамками одного государства (региона), особенностью ее является то, что сбор информации и ее оценка осуществляется в соответствии с национальными (региональными) интересами. Глобальная система базируется на подсистемах национального (регионального) мониторинга, которые в свою очередь основаны на локальных подсистемах.

Импактный мониторинг- это мониторинг региональных и локальных антропогенных воздействий в особо опасных точках.

Цели мониторинга различны в зависимости от области человеческой деятельности, где используются результаты наблюдений и прогноза. Мониторинг включает наблюдения за источниками и факторами антропогенного воздействия, состоянием элементов биосферы с получением данных о фоновом (первоначальном) состоянии элементов биосферы. В соответствии с этим он классифицируется на мониторинг источников, факторов воздействия, природных сред, фоновый. Такой подход позволяет связать источники воздействия с реакцией отдельных природных сред и экосистем на антропогенное влияние. Особо следует отметить, что мониторинг включает выявление источников и факторов воздействия, причем необходимо выявлять те факторы, которые приводят к наиболее серьезным и длительным изменениям в природных средах, а также наиболее чувствительные элементы биосферы (критические, ключевые), нарушение которых ведет к деградации экосистем. В соответствии с этим необходимо определять приоритеты факторов воздействия и элементов биосферы. Наблюдения могут осуществляться по физическим, химическим, биологическим показателям; особенно перспективным представляются интегральные (комплексные) показатели состояния природных сред.

Мониторинг может проводиться по отдельным компонентам экосистем или по экосистемам разного уровня. Здесь важен учет реального распределения организмов различных популяций, возможности антропогенных воздействий на наиболее чувствительные и важные для системы популяции, причем наблюдениям за воздействием непосредственно на человека должен быть отдан максимальный приоритет.

Например, при оценке приоритетных территорий, максимальное преимущество должно быть отдано городам, зонам использования воды как источника питьевых нужд человека и местам нерестилищ рыб; для природных сред- атмосферному воздуху и воде пресноводных водоемов ( особенно малопроточных); для веществ, загрязняющих воздух- пыли, SO2,NOx, тяжелым металлам (Hg, Pb и др.), оксиду углерода, бензапирену, пестицидам; для воды- биогенным продуктам, нефтепродуктам, фенолам; для источников загрязнения в городах- автотранспорту, теплоэнергетике, химическим предприятиям и т.д.

При проведении мониторинга используются физико-химические, биологические, географические и другие методы, широко внедряются космические методы мониторинга.

По классификации, предложенной академиком И. П. Герасимовым, мониторинг подразделяют на следующие уровни: биоэкологический, геоэкологический и биосферный.

Первый уровень- биоэкологический ( биологический, санитарно- гигиенический, санитарно- токсикологический) мониторинг включает наблюдение:
·  за состоянием окружающей среды;
·  за степенью загрязнения природных объектов вредными веществами;
·  за воздействием этих загрязнителей на человека и биоту в целом (совокупность флоры, фауны и микроорганизмов);
·  за наличием в окружающей среде аллергенов, патогенных организмов, пыли;
·  за содержанием в атмосфере оксидов серы и азота, тяжелых металлов;
·  за качеством водных объектов, степенью их загрязнения и т.д.

Объектами мониторинга являются: приземные слои атмосферы, поверхностные и грунтовые воды, почвы, промышленные и бытовые стоки и выбросы, радиоактивные излучения и отходы. Биоэкологический мониторинг осуществляют различные службы: гидрометеорологическая (метеостанции, гидропосты, обсерватории); санитарно- гигиеническая и эпидемиологическая (службы Госкомсанэпиднадзора) и др. Биоэкологический мониторинг дает экспресс- информацию о состоянии окружающей среды и очень важен для всех районов, городов, населенных пунктов.

Второй уровень - системный геоэкологический (природно-хозяйственный) мониториг. Он заключается в наблюдении за изменениями в экосистемах (биогеоценозах), природных комплексах, в наблюдении за их продуктивностью, динамикой запасов полезных ископаемых, водных, земельных и растительных ресурсов.

Объектами геоэкологического мониторинга служат: исчезающие виды растений, животных, микроорганизмов, природные эко - и геосистемы, агросистемы, лесные насаждения, рекреационные системы. Наблюдения ведутся на географических стационарах и специальных полигонах (тестовых участках). Тестовые участки предназначены для контрольных измерений и наблюдений, на них разрабатываются тесты (индикаторы) ПДК, ПДВ, ПДУ, биологической продуктивности, естественной способности к самоочищению и т. д. Результаты, полученные на тестовых участках, рассматриваются как типичные, характерные для данной экосистемы. Эта работа проводится службами Росгидромета, мониторинга лесного фонда Рослесхоза, агрохимических наблюдений и мониторинга загрязнения сельскохозяйственных земель Роскомзема, системой мониторинга геологической среды Роскомнедра, Минприроды России.

Третий уровень - глобальный биосферный мониторинг. Целью этого мониторинга является контроль за состоянием окружающей среды в глобальном масштабе, наблюдения за глобальными - фоновыми изменениями в природе, прогноз возможных изменений биосферы и всей географической оболочки в результате хозяйственной деятельности человека.

Объектами мониторинга являются: радиационный баланс, прозрачность атмосферы и ее антропогенное изменение, мировой водный баланс и загрязнение Мирового океана, крупномасштабные изменения в биогеохимических циклах элементов и веществ (CO2,O2,N,S,P,H2O и др.), энергообмен географической оболочки с космосом, мировая миграция птиц, животных, растений, насекомых, изменение климата на планете и др.

В целях проведения фоновых наблюдений по всему миру создана сеть биосферных заповедников, на территории которых запрещается производственная деятельность, представляющая для всего живого. В настоящее время по всему миру создано более 200 биосферных заповедников.

Начиная с 60- х годов, огромную роль в организации глобального мониторинга стали играть методы космической съемки. Дистанционное зондирование Земли включает все работы, связанные с исследованием состояния окружающей среды из космоса. Особенно эффективны космические исследования, когда они сочетаются с аэровизуальными методами и наземными наблюдениями.

Создание глобальных мониторинговых систем требует больших финансовых затрат, это технически сложная задача и она под силу только развитым государствам.

6.2 Моделирование в экологии

Успехи информационных технологий в последние годы позволили применять в экологии методы моделирования, которые имеют большую перспективу в проведении глобального мониторинга, и прогнозирования.

Основоположником нового метода прогнозирования - глобального моделирования - является американский ученый Джей Форрестер, специалист в области теории управления сложными системами. Научная заслуга Дж. Форрестера состоит в том, что он первым предложил вариант модели экономического развития общества (Мир- II), в котором учитываются 5 факторов: население; капиталовложения (фонды); природные ресурсы; часть фондов, вкладываемая в сельское хозяйство, уровень загрязнения. В этой модели приняты в расчет темпы роста населения, определяемые рождаемостью и смертностью; темпы капиталовложений, зависящие от темпов образования фондов и их износа; темпы потребления природных ресурсов; темпы загрязнения.

Не смотря на ограниченность модели Дж. Форрестера (сам он называл ее учебной), ее значение в экологических исследованиях огромно: она продемонстрировала возможность объединения в модели производственных, социальных и экологических процессов.

Глобальная экология получила нужный ей метод исследования. «Работы Дж. Форрестера внесли существенный вклад в создание научного направления, чрезвычайно важного для всего человечества»,- отмечал академик Н. Н. Моисеев (47).

Рассматривая свою модель как предварительную попытку моделирования глобальных систем, Дж. Форрестер на основе проведенных модельных экспериментов пришел к следующему выводу: при сохранении современных социальных, демографических и других закономерностей, действующих в обществе, с середины 21 века начнется его деградация: сократится промышленное производство, снизится уровень жизни, уменьшится рождаемость и увеличится смертность, и в итоге резко и значительно сократится численность населения.

В 1972 г. по заданию Римского клуба Д. Медоуз и другими сотрудниками Массачусетского технологического института с помощью компьютерной программы, которая была опробована Дж. Форрестером, были исследованы различные показатели будущего развития жизни на Земле. Результаты исследований были опубликованы в работе «Пределы роста». Результаты выявили весьма пессимистическую картину будущего: сохранение современных темпов роста экономики и населения приведет уже в ближайшем столетии к гибели человечества из- за исчерпания сырьевых ресурсов, глобальной нехватки продовольствия, разрушения и загрязнения, если своевременно не будут приведены в действие эффективные политические мероприятия по планированию семьи, ограничению экономического роста, введению природосберегающих технологий в промышленности.

Составленная также по заданию Римского клуба более дифференцированная модель кибернетиков М. Месаревича (Кливленд, США) и Э. Пестеля (Франкфурт, ФРГ) была опубликована в 1974 г. под заголовком «Человечество на перепутье». В зависимости от выбранного сценария авторы разделили Землю в зависимости от динамики населения, ресурсов и т. д. на отдельные связанные между собой регионы и пришли к аналогичным выводам. Но выход из кризиса они видят в установлении нового глобального экономического порядка и справедливой (с их точки зрения) и долгосрочной системы распределения мировых ресурсов. Для обеих моделей, как указывали критики, характерны недостаточная дифференцированность данных и неудовлетворительный способ их обобщения, вследствие чего даже при незначительном изменении некоторых переменных можно прийти к совершенно иным методам. Кроме того, модели не учитывают имеющиеся конфликты внутри общества и его социальное расслоение, поэтому выдвинутые в них предложения не имеют политически убедительной перспективы. Это понятно и бесполезно требовать математической точности от моделей мирового развития. Они скорее выявляют опасности, которых следует ожидать, и указывают направления необходимых научных поисков.

В нашей стране ученые также занимаются вопросами моделирования глобальных экологических процессов, так, например, в 1972 г. ученые Вычислительного Центра Академии наук СССР пришли к выводу, что решение проблем глобального масштаба требуют построения математической модели биосферы, рассматриваемой как единое целое. Такая модель была создана, всей системе дали название «Гея» - по имени древнегреческой богини Земли. С помощью системы «Гея» невозможно предсказать будущее человечества, можно лишь с определенной точностью изучить последствия развития заданного сценария воздействия на биосферу. Сценарии могут быть самые разные, например, учеными ВЦ был исследован сценарий развития последствий возможной ядерной войны. Исследования были проведены учеными В. В. Александровым и Г. Л. Стенчиковым на установке «Гея». Результаты, полученные учеными, были ошеломляющими. Они показали, что ядерный конфликт приведет не к локальным похолоданиям и мраку под пологом отдельных сажевых облаков, а к «глобальной ядерной ночи», которая продлится около года. В дальнейшем произойдет полная перестройка атмосферной циркуляции, в биосфере Земли произойдут необратимые процессы.

Кроме того, разрабатываются модели изменения климата, модели общей циркуляции атмосферы, модель океана, модели глобального круговорота углерода, азота в системе «атмосфера - растения - почва» и др., которые используются при оценке результатов мониторинга состояния окружающей среды.

На предыдущую страницу На главную страницу На следующую страницу