Экологической мониторинг Презентация к курсу лекций Автор Наталья

Экологической мониторинг Презентация к курсу лекций Автор: Наталья Владимировна Иваненко, доцент кафедры экологии и природопользования ВГУЭС, канд. биол. наук

Введение в дисциплину «Экологический мониторинг» Определение экологического мониторинга и его задачи. Общие представления о мониторинге окружающей среды. Научные основы экологического мониторинга

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Основная литература Афанасьев Ю. А. , Фомин С. А. Мониторинг и методы контроля окружающей среды: Учеб. пособие. М. : Изд-во МНЭПУ, 1998. Ч. 1. 208 с. Израэль Ю. А. Экология и контроль состояния природной среды. М. : Гидрометеоиздат, 1984. 559 с. Как организовать общественный экологический мониторинг/ Под ред. М. В. Хотулевой. М. : Волгоград-Экопресс, 1998. 124 с. Орлов Д. С. , Садовникова Л. К. , Лозановская И. Н. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. М. : Высшая школа, 2002. 334 с. Экологический мониторинг основных сред жизни. Методическое пособие по большому практикуму. Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 2004. 22 с. Экологическая экспертиза: Учеб. пособие. Под ред. В. М. Питулько. М. : Издательский центр «Академия» , 2004. 480 с. Черных Н. А. , Сидоренко С. Н. Экологический мониторинг токсикантов в биосфере. М. : Изд-во РУДН, 2003. 430 с.

Дополнительная литература Беспалов Г. П. , Кротов Ю. А. Справочник. Предельно-допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Л. : Химия, 1985. 643 с. Добровольский В. В. Биосферные циклы тяжелых металлов и регуляторная роль почвы// Почвоведение, 1997. № 4. С. 431 – 441. Израэль Ю. А. Цыбань А. В. Антропогенная экология океана. Л. : Гидрометиздат, 1989. 528 с. Кузьмич В. Н. Нормирование допустимого воздействия на поверхностные водные объекты (правовой и нормативный аспекты)// Использование и охрана природных ресурсов России, 2003. № 11, 12. С. 52 – 65. Малахов С. Г. , Махонько Е. П. Выброс токсичных металлов в атмосферу и их накопление в поверхностном слое земли// Успехи химии, 1990. Т. 59, вып. 11. С. 1777 -1798. Малышев Ю. С. , Полюшкин Ю. В. Оценка состояния экосистем – ключевое звено экологического мониторинга// География и природные ресурсы, 1988. № 1. С. 35 – 42. Мур Д. , Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах: Контроль и оценка влияния. М. : Мир, 1987. 285 с.

Ровинский Ф. Я. , Громов С. А. , Бурцева Л. В. , Парамонов С. Г. Тяжелые металлы: дальний перенос в атмосфере и выпадение с осадками// Метеорология и гидрология, 1994, № 10, с. 5 -14. Розин В. И. Основы экологического мониторинга (инженерные задачи рационального природопользования). Таганрог, 1988. 260 с. Федорова А. И. , Никольская А. Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды: Учеб. пособие. М. : Гуманит. Изд. Центр ВЛАДОС, 2003. 288 с. Хоружая Т. А. Методы оценки экологической опасности. М. : Эксперт бюро, 1998. 224 с. Экологическая экспертиза. Обзорная информация ВИНИТИ. Вып. № 3. М. : ЦЭП, 1999. 100 с.

monitoring (англ. ) – контроль, смысл monitor (лат. ) – надзиратель

Термин «мониторинг» появился перед проведением Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде (Стокгольм, 5 – 16 июня 1972 г. ). На Стокгольмской конференции была выработана специальная Программа ООН по окружающей среде. Согласно этой программе, под мониторингом было решено понимать систему непрерывного наблюдения, измерения и оценки состояния окружающей среды. Важным решением Стокгольмской конференции была рекомендация по созданию глобальной системы мониторинга окружающей среды – ГСМОС (Global Environmental Monitoring Systems – GEMS). При создании ГСМОС было рекомендовано опираться на существующие национальные системы. К концу 70 -х годов Глобальная система мониторинга начала полностью выполнять поставленные цели.

Классическое определение: Экологический мониторинг – информационная система наблюдений, оценки и прогноза изменений в состоянии окружающей среды, созданная с целью выделения антропогенной составляющей на фоне природных процессов. Контроль экологический (По: «Толковый словарь по охране природы» ) – деятельность государственных органов, предприятий и граждан по соблюдению экологических норм и правил. Различают государственный, производственный и общественный экологический контроль

Основная цель экологического мониторинга Ø Ø Ø обеспечить систему управления природоохранной деятельностью, а также систему управления экологической безопасностью своевременной и достоверной информацией о естественных колебаниях и изменениях состояния среды, которая позволит: оценить показатели состояния функциональной целостности экосистем и среды обитания человека; выявить причины изменения этих показателей и оценить последствия таких изменений, а также определить корректирующие меры в тех случаях, когда целевые показатели экологических условий не достигаются; создать предпосылки для определения мер по исправлению создающихся негативных ситуаций до того, как будет нанесен ущерб.

Основные задачи экологического мониторинга: Ø Ø наблюдение за состоянием биосферы, оценка и прогноз состояния природной среды; определение степени антропогенного воздействия на окружающую среду, выявление факторов и источников такого воздействия, а также степени их воздействия.

Основные объекты экологического мониторинга: Ø Ø Ø природные среды (атмосферный воздух, поверхностные воды суши, морские воды, почва и земной покров, ландшафты и геологическая среда); источники антропогенного воздействия, приводящие к поступлению в окружающую среду токсичных, опасных и экологически вредных веществ (сточные воды, промышленные выбросы и т. д. ), к изменению сложившегося или естественного состояния природных сред, изменению ландшафта территорий; природные ресурсы (водные, земельные, лесные и прочие биологические); факторы воздействия среды обитания (шум, тепловое загрязнение, физические поля); состояние биоты, ее ареалов и экосистем.

Организация экологического мониторинга в России На территории СССР в 70 -е годы на базе станций гидрометeослужбы была организована Общегосударственная служба наблюдений и контроля состояния окружающей среды (ОГСНК), построенная по иерархическому принципу (рис. ). В настоящее время в России разработка и выполнение программ экологического мониторинга возложено на Единую государственную систему экологического мониторинга (ЕГСМ), созданную в соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации в 1993 году.

Главный центр сбора и анализа информации Региональные пункты наблюдений Первичные пункты наблюдений Рис. 4. Поток информации в иерархической системе ОГСНК

Научные основы экологического мониторинга В основное время стало очевидным, что все непредвиденные отрицательные последствия хозяйственной деятельности человечества во всех формах воздействия на окружающую природную среду связаны с отсутствием понимания целостности природы, недоучетом того, что все ее компоненты: почва, растительность, животный мир, вода, приземная атмосфера – образуют единую систему. В силу существования взаимосвязи и взаимодействия между составляющими этого единого целого воздействие человека даже на какой-либо один компонент влечет за собой изменения в функционировании системы в целом и как следствие – изменения во всех остальных ее звеньях. Поэтому в основу научных исследований и оценки степени воздействия того или иного фактора воздействия на природную среду должно быть положено его всестороннее изучение применительно ко всем звеньям экосистем.

Для решения создавшихся проблем необходимы расширение и интенсификация исследований, направленных на изучение источников, масштабов и темпов загрязнения окружающей природной среды, а также поиск эффективных приемов снижения потоков токсических веществ в компоненты биосферы.

Виды мониторинга и пути его реализации Тема 1 Виды мониторинга: глобальный, региональный, национальный, локальный, медико-экологический, биологический, радиационный. Мониторинг природных сред: воздушной, водной, почв. Фоновый мониторинг. Мониторинг загрязнения и источников загрязнения

Основные объекты экологического мониторинга: Ø 1. природные среды (атмосферный воздух, поверхностные воды суши, морские воды, почва и земной покров, ландшафты, геологическая среда), в этом случае говорят о мониторинге природных сред; Ø 2. источники антропогенного говорят о воздействия; воздействия (природного и характера) в этом случае мониторинге источников

Ø 3. природные ресурсы (водные, земельные, лесные и прочие биологические), это мониторинг состояния природных ресурсов; Ø 4. факторы воздействия среды обитания (шум, тепловое загрязнение, физические поля), в этом случае говорят о мониторинге факторов воздействия; Ø 5. состояние биоты, ее ареалов и экосистем, это мониторинг состояния биоты.

Виды мониторинга: 1. В соответствии с типами загрязнений Ø Базовый мониторинг (синоним – фоновый) слежение за общебиосферными, в основном природными, явлениями без наложения на них региональных антропогенных влияний. Биосферный мониторинг – наблюдения за глобально-фоновыми изменениями в природе: степенью радиации; наличием в атмосфере СО 2, О 3; ее запыленностью; циркуляцией тепла; газовым обменом между океаном и воздушной оболочкой земли; мировой миграцией птиц, животных, растений и насекомых; погодно-климатическими изменениями на планете.

Ø Глобальный мониторинг предусматривает слежение за общемировыми процессами и явлениями в биосфере и осуществление прогноза возможных изменений. Ø Региональный мониторинг охватывает отдельные регионы, в пределах которых имеют место процессы и явления, отличающиеся по природному характеру или по антропогенным воздействиям от общего базового фона (чаще, региональный мониторинг дает 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, энергетика, и т. д. )).

Ø Локальный мониторинг осуществляет слежение за содержанием токсичных для человека химических веществ и других загрязнителей в атмосфере, природных водах, растительности, почве, подверженных воздействию конкретных источников загрязнения. При локальном мониторинге состояние окружающей среды оценивается с точки зрения здоровья человека, что служит самым важным, емким и комплексным показателем состояния окружающей среды. Ø Импактный мониторинг (мониторинг источников антропогенного воздействия) – мониторинг региональных и локальных антропогенных воздействий в особо опасных зонах и местах.

2. По методам ведения выделяют, например, Ø Авиационный мониторинг, осуществляемый с самолетов, вертолетов и др. летательных аппаратов (воздушные шары, дирижабли и т. п. ), не поднимающихся на космические высоты (в основном в пределах тропосферы). Ø Космический мониторинг - мониторинг с помощью космических средств наблюдения. (Аэрокосмический мониторинг). Часто авиационный и космический мониторинги объединяют в дистанционный, добавляя получение данных от приборов расположенных в труднодоступных местах без постоянного присутствия человека.

3. По объектам наблюдения выделяют, например, мониторинг окружающей человека среды, Ø мониторинг агроценозов, Ø мониторинг леса… Ø 4. По задачам мониторинг выделяют прогностический

Мониторинг источников воздействия Мониторинг факторов воздействия Мониторинг состояния биосферы Источники воздействия Факторы воздействия Физические Биологические Химические Природные среды Атмосфера Океан Поверхность Биота суши с реками и озерами, подземные воды Геофизический мониторинг Биологический мониториг Рис. 1. Классификация экологического мониторинга

Система методов наблюдения и наземного обеспечения Тема 2 Организация и структура мониторинга состояния окружающей среды. Средства реализации мониторинга: стационарные станции, передвижные посты, аэрокосмические системы, автоматизированные системы. Всемирная метеорологическая организация и международный мониторинг загрязнения биосферы. Национальный мониторинг Российской Федерации.

Международный мониторинг загрязнения биосферы и ВМО Системы национального мониторинга функционируют в различных государствах согласно как международным требованиям, так и специфическим подходам, сложившимся исторически или обусловленным характером наиболее остро стоящих экологических проблем. Международные требования, которым должны удовлетворять национальные системыучастники ГСМОС, включают единые принципы разработки программ (с учетом приоритетных факторов воздействия), обязательность наблюдений за объектами, имеющими глобальную значимость, передачу информации в Центр ГСМОС.

Всемирная метеорологическая организация (ВМО) – осуществляет международный обмен основными климатическими данными, осуществляет климатический мониторинг. Климатический мониторинг – информационная система, позволяющая выделять антропогенные изменения и колебания климата. Естественные и антропогенные изменения климата смогут в свою очередь повлиять на состояние биосферы (вызывая различные экологические последствия), на нормальное функционирование отдельных популяций растений и животных, а также, на хозяйственную деятельность человека и в конечном итоге на его здоровье и благосостояние. Таким образом, климатический мониторинг является частью экологического мониторинга.

Средства реализации мониторинга: стационарные станции, передвижные посты, аэрокосмические системы, автоматизированные системы Система аэрокосмического мониторинга состоит из следующих элементов: Ø банка данных исходной информации; Ø регулярно (периодически) восполняемого банка аэрокосмических материалов, съемок; Ø системы оперативного дешифрования (интерпритации) материалов аэрокосмических съемок. Аэрокосмический мониторинг включает: Ø составление тематических карт, отражающих распределение и состояние природных и антропогенных объектов на начало работ по мониторингу; Ø осуществление регулярного картографического слежения за происходящими изменениями природных и антропогенных объектов на основании регулярно повторяемых аэрокосмических съемок.

СПУТНИК СВЯЗИ КОСМИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ ВОЗДУШНАЯ СТАНЦИЯ ПОДВИЖНАЯ СТАНЦИЯ СТАЦИОНАРНЫЙ ПУНКТ ЦЕНТР ОБРАБОТКИ ДАННЫХ Рис. Схема построения регионального автоматизированного измерительно-информационного комплекса в системе аэрокосмического мониторинга

Глобальная система наблюдений состоит из спутниковой и наземной подсистем. Синоптическая сеть наблюдательных станций ВМО состоит из наземных станций, аэрологических станций из районов Мирового океана. Информация со стационарных постов наблюдения стекается в региональные пункты наблюдений, далее в центр сбора и анализа информации, например, в Обнинске (Россия). По миру таких центров несколько (около 9 -ти), между ними осуществляется обмен информацией. Штаб-квартира ВМО расположена в Женеве (Швейцария).

Национальный мониторинг Российской Федерации Помимо ОГСНК (Общегосударственная служба наблюдений и контроля состояния окружающей среды), входящей в систему Росгидромета (Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды), экологический мониторинг осуществлялся целым рядом служб, министерств и ведомств (Табл. ). Результат - дублирование усилий, снижение эффективности всей системы мониторинга, затруднение доступа к необходимой информации как для граждан, так и для государственных организаций. Для решения проблемы в 1993 году было принято решение о создании Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ), которая должна объединить возможности и усилия многочисленных служб для решения задач комплексного наблюдения, оценки и прогноза состояния среды в Российской Федерации.

Таблица. Наличие сведений о состоянии окружающей среды и источниках воздействия в федеральных министерствах и ведомствах. КЭ — Государственный комитет РФ по экологии; ГМ — Росгидромет, СЭ — Госсанэпиднадзор, ПР — Министерство природных ресурсов РФ, Зем — Роскомзем, Лес — Рослесхоз, Сель — Минсельхозпрод, Стр — Госстрой, Стат — Госкомстат w-существенный объём информации v-ограниченная информация/отдельные вопросы.

Компонентами ЕГСМ являются уже существующие ведомственные системы наблюдения и контроля состояния окружающей среды и природных объектов: Роскомгидромет, Гос. автоматизированная система контроля радиационных объектов, Госатомнадзор России, Роскомлес, Минсельхоз России, МПР России, Госсанэпиднадзор России и др. системы. Государственная система мониторинга на территории России базируется на сети пунктов режимных наблюдений, которые устанавливаются в городах, на водоемах и водотоках как в районах с повышенным антропогенным воздействием, так и на незагрязненных участках.

Сеть пунктов режимных наблюдений на территории РФ (По состоянию на 1 января 2000 г): Ø Ø Наблюдения за загрязнением атмосферы Сеть станций наблюдения трансграничного переноса веществ (ориентирована на западную границу РФ. В настоящее время работают 4 станции: Янискоски, Шепелево, Данки, Пинега. На станциях наблюдений производится отбор и анализ атмосферных аэрозолей, газов (диоксидов азота и серы) и атмосферных осадков) Наблюдения за загрязнением поверхностных вод суши по гидрохимическим показателям Ø Наблюдения за загрязнением поверхностных вод суши по гидробиологическим показателям Ø Наблюдения за загрязнением морской среды по гидрохимическим показателям Ø Наблюдения за загрязнением почв Ø

Наблюдения за загрязнением почв ингридиентами промышленного происхождения Ø Сеть комплексного мониторинга загрязнения природной среды и состояния растительности (СМРЗ) Ø Наблюдения за загрязнением морской среды по гидрохимическим показателям Ø

Обратные связи и управление. Методы контроля Тема 3, 4 Структура системы мониторинга антропогенных изменений природной среды. Обратные связи и управление. Формирование программ наблюдений. Приоритетные контролируемые параметры природной среды.

Информационная система (мониторинг) Наблюдения Управление Оценка Фактического состояния Регулирование Качества среды Прогноз состояния Прямая связь Оценка прогнозируемого состояния Обратная связь Рис. 1. Блок-схема системы мониторинга

Рис. 3. Место мониторинга в системе управления состоянием природной среды

Формирование программ наблюдений При осуществлении мониторинга необходима организация сети наблюдений (измерений) наиболее важных факторов воздействия и показателей состояния среды. Прежде всего, необходимо: 1) отыскивать факторы, которые ведут к наиболее серьезным, долговременным изменениям в окружающей природной среде, 2) выявить источники таких воздействий, 3) выявить элементы биосферы, наиболее подверженные воздействию (или наиболее чувствительные), или выявить ключевые элементы экосистемы, повреждение которых может вести к разрушению экосистем. Программы наблюдений формируются по принципу выбора приоритетных (подлежащих первоочередному определению) загрязняющих веществ и интегральных характеристик, которые отражают группу явлений, процессов или веществ. Классы приоритетности загрязняющих веществ, установленные экспертным путем и принятые в системе ЕГСЭМ, приведены в таблице.

Таблица Классификация загрязняющих веществ по классам приоритетности, принятая в системе ЕГСМ

Ø Ø Ø Определение приоритетов при организации систем мониторинга зависит от цели и задач конкретных программ: - так, если рассматривается проведение мониторинга в территориальном масштабе, в этом случае приоритет государственных систем мониторинга отдан городам, источникам питьевой воды и местам нерестилищ рыб; - в отношении сред наблюдений первоочередного внимания заслуживают атмосферный воздух и вода пресных водоемов; по ингредиентам воздуха – пыли, двуокиси серы и продуктам ее превращения (серной кислоте и сульфатам), тяжелым металлам (ртути, свинцу, кадмию), окиси углерода, окислам азота, канцерогенным веществам, хлорорганическим пестицидам, для воды – биогенным продуктам, нефтепродуктам, фенолам и т. д. - в отношении источников загрязнений в городах приоритет отдан автотранспорту, ТЭС, предприятиям цветной металлургии и т. д.

Ø Ø Приоритетность ингредиентов определяется с учетом критериев, отражающих токсические свойства загрязняющих веществ, объемов их поступления в окружающую среду, особенностей их трансформации, частоты и величины воздействия на человека и биоту, возможности организации измерений и других факторов. Если загрязнитель сам по себе трудно измерим, тогда возможно измерение следующих величин (т. наз. косвенный мониоторинг): индикаторы качества воды (коли-бактерии, БПК 5, ХПК, сине-зеленые водоросли, их продуктивность); индикаторов качества почвы (соленость, отношение кислотности и щелочности, содержание нитритов и органического азота, содержание почвенных органических веществ); индикаторов здоровья человека и животных, индикаторов поражения растений (случаи заболевания, генетические последствия, чувствительность к лекарствам); растительных индикаторов загрязнений.

Последовательность стадий мониторинга: наблюдения за факторами воздействия и состоянием среды; Ø оценка фактического состояния среды; Ø прогноз состояния окружающей природной среды и оценка прогнозируемого состояния Ø

Рис. Основные компоненты системы мониторинга окружающей среды

Рекомендации по выбору места размещения постов наблюдения Когда выбраны объекты и параметры мониторинга, необходимо определить число и расположение мест наблюдения (пробоотбора), а также режим проведения наблюдений (отбора проб). При этом необходимо по возможности учесть все факторы, которые влияют на результаты мониторинга. Например, если вы хотите оценить, насколько сточные воды предприятия загрязняют реку (и они ли загрязняют), необходимо выбрать точки отбора проб ниже и выше по течению места их сброса: может оказаться, что вода в реке уже сильно загрязнена интересующим вас веществом, а вклад предприятия весьма незначителен.

При исследовании атмосферного загрязнения интерес представляют не только уровни загрязнения по городу в целом (для этого используются стационарные и маршрутные посты наблюдений, и такую информацию, как правило, можно получить у государственных структур, занятых в системе мониторинга окружающей среды). Если большой вклад в загрязнение воздуха города вносит какое-то предприятие, целесообразно сконцентрировать внимание на так называемых подфакельных наблюдениях. При этом существенной частью работы является установление преимущественного направления движения факела, определяемое визуально, и расположение пунктов отбора проб. Следует также учесть, что наличие трубы относит факел выброса на значительное расстояние. Если дымовой факел не виден, то направление его движения определяется по направлению ветра на высоте выброса, запаху характерного ингредиента, поступающего из исследуемого источника, и по видимым факелам близлежащих источников.

При организации сети наблюдения за уровнем загрязнения воздуха в городах (и особенно сети мониторинга источников загрязнения) необходимо иметь в виду, что некоторые низко расположенные (автотранспорт) и даже мелкие (печные трубы жилых домов) источники могут повлиять на локальный уровень загрязнения более существенно, чем высоко расположенные источники (выброс из высоких труб). Следует особо подчеркнуть, что при планировании пробоотбора (наблюдений) следует учитывать флуктуации (периодичность) мощности выбросов или сбросов во времени. Необходимо удостовериться, что система наблюдения зафиксирует эти флуктуации (это особенно важно при мониторинге загрязнения атмосферного воздуха, поскольку концентрации загрязняющих веществ в этой среде меняются очень быстро).

После определения мест пробоотбора/наблюдений наступает стадия проведения измерений и наблюдений, включающая полевые операции (измерения, проводимые на месте, пробоотбор, обработка и консервирование проб, идентификация и доставка в лабораторию) и лабораторные исследования (измерение концентраций загрязняющих веществ, использование биотестов в лабораторных условиях и пр. ). Лабораторные анализы и полевые измерения должны проводиться со ссылкой на используемые методики и рекомендации.

В ходе работы необходимы контроль качества данных и их корректная и грамотная интерпретация. Контроль качества данных может осуществляться с применением статистических методов, выполнением анализа шифрованных проб и т. д. В случае возникновения трудностей в реализации программы или интерпретации данных полезно привлечь экспертов со стороны. Следует уделять пристальное внимание методам обработки и хранения первичной информации: необходимо вести дневник исследований, где следует записывать все действия с указанием времени, места проведения наблюдений, помещать вспомогательные схемы, рисунки, фотографии и пр.

В целом программа мониторинга должна: Ø быть научно обоснованной; Ø быть достаточно гибкой, допускать пересмотр задач и подходов на основе получаемых результатов; Ø давать значимые результаты, т. е. результаты, несущие осмысленную информацию, которую можно интерпретировать; Ø быть экономичной, полностью управляемой и контролируемой с точки зрения материальных и временных ограничений.

Выбор оборудования и методов анализа Выбор методов и средств измерений параметров источников воздействия и состояния окружающей среды зависит не только от того, за каким параметром вы намерены вести наблюдения, но и от задач вашей программы в целом. Например, не всегда необходимо привлечение инструментальных методов определения загрязняющих веществ, т. к. существуют достаточно простые и информативные приемы, не требующие сложного оборудования и высокой профессиональной подготовки (визуальные методы, некоторые способы биоиндикации и т. п. ). Например, общая захламленность территории населенного пункта или количество просыпей сырьевого компонента в цехе предприятия могут быть оценены визуально, а задокументированы с помощью фотографии или отражены на картах/схемах местности.

В некоторых случаях можно успешно сочетать простые методы наблюдения с инструментальными методами по следующему принципу: есть видимое изменение фактора воздействия, - надо проводить исследование с использованием аналитических приборов. Например, повышенные концентрации свободного хлора в сточных водах будут сопровождаться усилением характерного запаха, при этом можно отбирать пробу воды для анализа. Повышенные концентрации оксида азота будут причиной рыжей окраски отходящих газов (знаменитый «лисий хвост» ), и тогда можно осуществлять измерения. Измеряемое обычным кондуктометром резкое повышение минерализации в речной воде после выпуска сточных вод свидетельствует о возрастании концентрации загрязняющих веществ в сбросе или об аварийной ситуации, следовательно, также необходим более детальный анализ проб воды.

В приведенных примерах простые методы применяются для идентификации факторов воздействия или их изменений, а более сложные инструментальные - для детального определения параметров факторов воздействия, подтверждения результатов визуальных наблюдений. Детальному описанию методик анализа воздушной и водной сред, снежного покрова, почв посвящены многочисленные нормативные документы, учебные пособия, справочники. Если для решения поставленных задач необходимы именно инструментальные методы, тогда требуется привлечение к работе профессионалов. При этом полезно ознакомиться с возможностями и характеристиками методов.

Следует иметь в виду, что выбор методов определяется, исходя из многих соображений, в том числе их возможностями (селективность, чувствительность и пр. ), доступностью оборудования, стоимостью анализов и другими факторами. Применяемые в при осуществлении мониторинга средства и методы должны быть аттестованы и должны соответствовать нормативным документам. Отметим, что методики измерений могут быть утверждены и допущены к применению Госстандартом РФ, а также министерствами и ведомствами. Предпочтительнее использовать методики, утвержденные Госстандартом РФ, допустимо применение методик Госсанэпиднадзора и Росгидромета. Так, в соответствии с требованиями Сан. Пи. Н 2. 1. 4. 1074_01 для проведения лабораторных исследований (измерений) качества питьевой воды допускаются метрологические методики, соответствующие требованиям ГОСТ 8. 563_96 и ГОСТ 8. 556_91, установленные значения показателей погрешности которых не превышают норм погрешности по ГОСТ 27384_87

Основные определения, используемые при аналитических исследованиях, и их краткие характеристики Ø Точность измерений - характеристика качества измерений, отражающая уровень отклонений измерений от истинных значений. Высокая точность измерений соответствует малым составляющим погрешностей всех видов (как случайных, так и систематических).

Ø Погрешность измерения характеристика результата измерения, представляющая собой отклонение найденного значения величины от ее истинного значения. Различают абсолютную погрешность измерений, выражаемую в единицах измеряемой величины, и относительную погрешность измерений, представляющую собой отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины (в долях единиц, в процентах и т. д. ). Погрешность измерения - результат воздействия на средство измерений и измеряемую величину неблагоприятно влияющих факторов (колебаний температуры, электромагнитных помех и т. п. ), несовершенства самого метода и средств измерений (неточность начальной градуировки, нестабильность во времени).

Ø Различают случайные и неучтенные систематические погрешности измерений. Случайная погрешность измерений определяется разбросом результатов при повторных измерениях и характеризуется средним квадратичным отклонением (дисперсией) от среднего значения измерений. Ø Источники систематических погрешностей метода можно установить, если проводятся контрольные измерения с использованием других известных методик (интеркалибровка).

Важно четко разграничивать значения терминов предел обнаружения и чувствительность. Предел обнаружения - это наименьшее содержание исследуемого компонента, при котором по данной методике можно обнаружить его присутствие с заданной погрешностью. Ø Термин чувствительность (который часто, но неправомерно используется для обозначения нижней границы определяемых содержаний) характеризует изменение аналитического сигнала, соответствующее изменению концентрации определяемого вещества. Несколько упрощая, можно сказать, что предел обнаружения характеризует минимальное содержание вещества, которое можно определить с помощью данного метода, а чувствительность - минимальную разницу между содержаниями вещества, которую метод способен «заметить» или «почувствовать» . Ø

Ø При измерении концентраций, близких к пределу обнаружения метода, получают очень большие погрешности определения. Для большинства методов если измеряемая концентрация примерно на порядок больше данного предела, то погрешности мало зависят от концентрации. Ø Следовательно, надо выбирать методы, предел обнаружения которых, по крайней мере, в 10 -15 раз превышает измеряемые концентрации. Ø Особенно важно, чтобы выбранная вами методика анализа имела предел обнаружения примерно на порядок ниже предельно допустимой концентрации.

Ø Термин селективность отражает степень мешающего влияния других компонентов в пробе, которые могут иметь значительно большие концентрации, чем интересующий вас определяемый компонент. При этом специфичным для данного вещества называют селективный метод, менее других подверженный мешающим влияниям со стороны других веществ.

Концентрации загрязняющих веществ. Единицы измерения Концентрации загрязняющих атмосферный воздух веществ обычно приводятся либо в виде их массы в 1 м 3 воздуха (мг/м 3 или мкг/м 3), либо в виде объемного соотношения газов: 1 ч. (об. ): 106 ч. (об. ) = млн– 1(или ppm в англоязычной литературе); 1 ч. (об. ): 109 ч. (об. ) = млрд– 1(или ppb в англоязычной литературе). Преимущество второго способа выражения концентрации загрязнений заключается в том, что она не зависит от давления воздуха и температуры, в то время как показатель мг/м 3 меняется в соответствии с законами для газообразных веществ. Иногда, но не всегда, массовое содержание загрязнений относят к 1 м 3 сухого газа при нормальных условиях, т. е. при 0°С и 760 мм рт. ст. В то же время выражение концентраций загрязнения воздуха в млн– 1 для таких веществ, которые обычно представляют собой жидкости (например, для бензола), вряд ли имеет смысл, поскольку вредное воздействие подобных веществ, в частности, токсичность, зависит от их массы, а не от объема.

Пересчет одних единиц в другие осуществляется по следующим формулам (м 3 при нормальных условиях): В качестве мольного объема следует брать 22, 4 · 10– 3 м 3; это значение в большей степени подходит для отдельных вредных веществ при очень незначительной концентрации, чем величины, полученные путем расчета в соответствии с плотностью газов, поскольку последняя, как правило, определяется для чистого газа при нормальном давлении.

Концентрации загрязняющих водную среду веществ обычно приводятся в следующих единицах:

Концентрации загрязняющих почву веществ обычно приводятся в следующих единицах:

Нормативы содержания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе Рекомендации ВОЗ по содержанию в воздухе некоторых неканцерогенных веществ

Предельно допустимые концентрации в атмосферном воздухе населенных мест

Самостоятельно рассмотреть: Отбор проб природных объектов, предварительная подготовка, консервация и хранение. Отбор проб воздуха для определения химического состава атмосферных аэрозолей. Отбор проб атмосферных осадков. Отбор месячных проб атмосферных выпадений тяжелых металлов. Отбор проб снежного покрова. Отбор проб поверхностных и подземных вод. Отбор проб донных отложений. Отбор проб почвы. Отбор проб растительного материала. Отбор проб тканей животных. Оценка сопоставимости результатов наблюдений на сети фоновых станций. Оценка сопоставимости результатов наблюдений за загрязнением объектов природной среды. Формы представления данных. Банки данных. Контроль качества наблюдений. Единицы измерения.

Всесторонний анализ окружающей природной среды (Блок-схемы) БЛОК I А Б В Анализ реакций организмов, популяций, экосистем на воздействия на различных уровнях Анализ последствий от воздействий и определение ущерба от воздействия Выявление критических факторов воздействия и наиболее чувствительных элементов биосферы

БЛОК II А Б Определение допустимых нагрузок для нагрузок на отдельных сообщества, организмов и экосистемы с различных учетом путей популяций с воздействия на учетом все элементы комплексного и сообщества, комбинирован экосистемы ного воздействия и санитарногигиенических требований к качеству среды БЛОК III В Определение допустимых нагрузок на крупную систему (климатическу ю систему, биосферу в целом) Определение допустимых нагрузок на регион с учетом экономических аспектов

БЛОК IV Выработка критериев, направленных на ограничение источников воздействия (норм предельно-допустимых выбросов и др. ) и ослабление эффектов воздействия с санитарно-гигиенических и экологических позиций БЛОК V Введение различных норм, ограничивающих воздействие (норм на выбросы, источники воздействия и т. д. ) БЛОК VI Разработка и внедрение технологических способов уменьшения воздействий (загрязнений) Разработка и внедрение очистных сооружений и фильтров

Связь блок-схем всестороннего анализа природной среды и экологического нормирования с блоком стратегии регулирования качества природной среды: Блоки: Ø I – анализ эффектов воздействия Ø II – III – определения допустимых экологических воздействий и нагрузок Ø IV – выработки и введения критериев и норм, ограничивающих воздействие, выбросы загрязнений и т. д. Ø VI – осуществления технических мер, направленных на ограничение воздействий (загрязнений и др. )

Биомониторинг в оценке качества среды Тема 5 Методы слежения за процессами и явлениями в отдельных регионах или локальных участках, в зависимости от изменений в среде природного или антропогенного характера с помощью организмовиндикаторов. Характеристика организмовиндикаторов и расширение выбора видов, используемых в качестве индикаторов состояния природной среды.

Биологический мониторинг направлен на выявление и оценку антропогенных изменений, связанных с изменением биоты, биологических систем, на оценку состояния этих систем.

Ø Ø Биологический мониторинг включает мониторинг живых организмов-популяций (по их числу, биомассе, плотности и другим функциональным и структурным признакам), подверженных воздействию. В этой подсистеме целесообразно выделить следующие наблюдения: за состоянием здоровья человека, воздействием окружающей среды на человека (медико-биологический мониторинг); за важнейшими популяциями как с точки зрения существования экосистемы, характеризующим своим состоянием благополучие той или иной экосистемы, так и с точки зрения большой хозяйственной ценности (например, ценные сорта рыб); за наиболее чувствительными к данному виду воздействия (либо к комплексному воздействию) популяциями (например, растительность к воздействию двуокисью серы); за популяциями-индикаторами (например, лишайников).

Методы биологической оценки качества воды Биологический подход к оценке состояния природных объектов основан на том, что живые организмы обладают различной чувствительностью к качеству среды, поэтому по разнообразию организмов, живущих, например, в водоеме, можно судить о его состоянии, степени загрязненности. Этот способ оценки состояния природной среды называется биоиндикацией. Существует много различных методик, основанных на применении биоиндикации. Некоторые из них дают точные результаты, но работать по этим методикам могут лишь специалисты, хорошо разбирающиеся в водных организмах. Кроме сложных методик, есть совсем простые, однако результаты работы по ним бывают не всегда надежны. Предлагаемые три метода сочетают в себе простоту в использовании и приемлемую точность оценки. Полученные с их помощью данные следует считать результатами предварительной оценки качества воды, которую можно подтвердить с привлечением специалистов.

Качество воды в водоеме можно оценивать по классам с расчетом специального показателя — ККВ (Класс Качества Воды). Существуют семь классов качества: 1 класс — очень чистая вода, 2 — чистая, 3 — умеренно загрязненная, 4 — загрязненная, 5 — грязная, 6 — очень грязная, 7 — чрезвычайно грязная. В таблице приведены диапазоны некоторых показателей состава воды, характерные для различных классов качества.

Таблица Классы качества воды и соответствующие им показатели состояния водоема * Coli-индекс (колииндекс) распространенный показатель загрязнения воды, показывает кишечных палочек. – наиболее бактериального наличие в ней

Биомониторинг в оценке качества пресных водоемов Биотический индекс Вудивисса Этот метод оценки состояния водоема пригоден только для исследования рек умеренного пояса и не подходит для озер и прудов. Оценка состояния рек проводится по 15 -ти балльной шкале. В этом методе используется специальный показатель, который называется биотический индекс Вудивисса. Его определяют по специальной таблице.

Таблица Определение биотического индекса Вудивисса

Для того, чтобы оценить состояние водоема по методу Вудивисса, нужно: 1. Выяснить, какие индикаторные (показательные) группы имеются в исследуемом водоеме. Поиск начинают с наиболее чувствительных к загрязнению групп организмов – веснянок, затем поденок, ручейников, т. е. в том порядке, в котором эти группы расположены в табл. 3. 3. 1. Если в исследуемом водоеме имеются личинки веснянок (Plecoptera), то дальнейшую работу надо вести по первой или второй строчке таблицы. Если найдено несколько видов веснянок, то наша строка в таблице — первая, если найден только один вид — наша строка вторая. Если личинок веснянок в наших пробах нет, в них ищут личинок поденок (Ephemeroptera). Если они найдены, то, в зависимости от количества найденных видов, мы будем работать с третьей или четвертой строкой. При отсутствии личинок поденок надо обратить внимание на наличие личинок ручейников (Trichoptera) и т. д.

2. Затем необходимо оценить общее разнообразие бентосных организмов. Надо определить количество «групп» бентосных организмов в пробе. При использовании метода Вудивисса за «группу» принимается любой вид плоских червей, моллюсков, пиявок, ракообразных, водяных клещей, веснянок, сетчатокрылых, жуков, любой вид личинок других насекомых. А также: l l l семейство комаров-звонцов (личинки), кроме вида Chironomus sp. ; отдельно Chironomus sp. ; класс малощитинковые черви; любое семейство ручейников; любой род поденок, кроме Baetis rhodani; личинки мошки (семейство Simuliidae). Определив количество групп в нашей пробе, находим соответствующий столбец в таблице).

3. На пересечении найденных нами строки и столбца в таблице находим индекс Вудивисса. Его значение изменяется от 0 до 15 и измеряется в баллах. Состояние исследуемого водоема по этому индексу определяется следующим образом: 0 – 2 балла – очень сильное загрязнение (5 – 7 класс качества), водное сообщество находится в сильно угнетенном состоянии; 3 – 5 баллов – значительное загрязнение (4 – 5 класс качества); 6 – 7 баллов – незначительное загрязнение водоема (3 класс качества); 8 – 10 баллов и выше – чистые реки (1 – 2 класс качества).

Индекс Майера Эта методика подходит для любых типов пресных водоемов. Она более простая и имеет большое преимущество – в ней не надо определять беспозвоночных с точностью до вида. Метод основан на том, что различные группы водных беспозвоночных приурочены к водоемам с определенной степенью загрязненности. При этом организмы-индикаторы относят к одному из трех разделов, представленных в таблице

Таблица Индекс Майера

Нужно отметить, какие из приведенных в таблице групп обнаружены в пробах. Количество найденных групп из первого раздела необходимо умножить на 3, количество групп из второго раздела – на 2, а из третьего – на 1. Получившиеся цифры складывают: 3 X + 2 Y + Z = S По значению суммы S (в баллах) оценивают степень загрязненности водоема: l l более 22 баллов – водоем чистый и имеет 1 класс качества; 17 – 21 баллов – 2 класс качества; 11 – 16 баллов – умеренная загрязненность водоема, 3 класс качества; менее 11 – водоем грязный, 4 – 7 класс качества.

Вид и описание обитателей пресных водоемов: 1. Личинка поденки плавающая (до 11 мм). Торпедообразное тело, 3 хвостовых нити. Ряды жабр вдоль тела. Быстро плавает. 2. Личинка поденки сжатая (до 7 мм). 3 хвостовых нити, 6 ног. Похожа на плавающую личинку, но часто зарывается в ил, покрыта грязью.

3. Личинка поденки плоская (до 16 мм). Плоское тело с серповидной головой. 3 хвостовых нити, 6 ног. Чаще ползает, чем плавает. 4. Личинка поденки норная (например, личинка белой поденки), до 40 мм. 3 хвостовых нити, 6 ног. Два ряда жабр вдоль длинного коричневого тела.

5. Личинка равнокрылой стрекозы (до 30 мм). 3 плоских хвостовых нити. Тело обычно зеленого или коричневого цвета. При плавании тело двигается из стороны в сторону. 6. Личинка разнокрылой стрекозы (до 70 мм). 6 ног, хвост разветвлен на 3 части, но не так явно, как у личинок поденки.

7. Личинка веснянки (до 30 мм длину). 6 ног, 2 длинных хвостовых нити. Ползает медленно. Жабры не обязательно выражены. 8. Личинка ручейника в домике (до 55 мм в длину). Живет в переносном домике из растительных минеральных частиц, скрепленных выделениями прядильных желез.

9. Личинка ручейника, без домика (до 26 мм). 6 ног, обычно темная голова и более светлое тело, 2 крючка на конце хвоста. 10. Личинка вислокрылки (до 40 мм). Длинные ряды жабр вдоль плотного коричневого тела. Один хвост.

11. Личинка мошки речной (или одагмии пятнистой, до 15 мм). Передвигается, скручиваясь в петли распрямляясь. Конец тела утолщенный. Часто прикреплена присоской к камням. 12. Личинка долгоножки (до 30 мм). Серое червеобразное туловище, два крючка на хвосте.

13. Личинка комаразвонца (до 20 мм длиной) Мотыль. Ярко-красный или зеленый червячок, плавает, складываясь восьмеркой и распрямляясь. 14. Энхитрей беловатый (до 40 мм). Похож на дождевого червя. Тусклая розоватокоричневая окраска.

15. Личинка мухижурчалки, «крыска» (до 55 мм). Серое утолщенное тело и очень длинная дыхательная трубка на поверхности воды. 16. Планария молочнобелая (плоский червь). Очень плоская, до 40 мм в длину, иногда с рожками или с точечными глазками. Скользит по камням.

17. Пиявка обыкновенная (до 30 мм в длину). Сегментированное тело с присосками на концах. Плавает или передвигается, складываясь в петли и распрямляясь. 18. Водные брюхоногие моллюски (до 50 мм в длину). Много типов со спиралевидными (улитки, прудовики) и катушечными (катушки) раковинами.

19. Шаровка роговая (до 20 мм). Небольшая чашеобразная раковина. Вершина створок раковины сдвинута в сторону. 20. Горошинка речная (до 15 мм). Сероватая раковина, скошенная на сторону (похожа на сердцевидку съедобную)

21. Водяные жуки (различной величины, много типов – плавунцы, полоскуны, плавунчики, гребцы, водолюбы). Сложенные жесткие надкрылья образуют полосу вдоль спины. Ползают или плавают. 22. Гребляк точечный (до 17 мм в длину). Крупные задние ноги похожи на весла. Быстро плавает в толще воды.

23. Водомерка (до 18 мм в длину). Тело черное, скользит по поверхности воды. 24. Водяной ослик (до 12 мм в длину). Темное плоское сероватокоричневое тело. Ползает среди растений и по дну.

25. Бокоплав (Пресноводная креветка, длиной до 20 мм). Плавает боком, очень быстро. Цвет – от серого до красноватого. 26. Клещ географический (23 мм). Очень маленькое округлое тело. Похож на паука. Быстро плавает.

Метод оценки состояния водоема в проекте River. Watch Метод основан на различной чувствительности организмов к качеству воды. В этом методе вода в зависимости от качества делится на 5 категорий: отличное, хорошее, нормальное, плохое, очень плохое. Метод очень прост и вполне применим в Центральном регионе России, но точность его также невысокая. Таблица содержит перечни организмов, живущих в воде разного качества.

Таблица Метод определения состояния пресного водоема в проекте River. Watch

Биотестирование Тест-организмы – это высокочувствительные организмы, широко представленные в определенных географических зонах, доступные для сбора, удобные для содержания и культивирования в лаборатории и хорошо изученные. Например, для биотестирования водных объектов используют различных гидробионтов – водорослей, микроорганизмов, беспозвоночных, рыб. Наиболее популярные объекты – ювенальные формы (juvenile forms) планктонных ракообразных-фильтраторов Daphnia magna, Ceriodaphnia affinis.

Важное условие правильного проведения биотестирования – использование генетически однородных лабораторных культур, так как они проходят поверки чувствительности, содержатся в специальных, оговоренных стандартами лабораторных условиях, обеспечивающих необходимую сходимость и воспроизводимость результатов исследований, а также максимальную чувствительность к токсическим веществам. Основным методом оценки чувствительности тесторганизмов к токсикантам является регистрация их смертности. Основная (классическая) продолжительность теста – 96 часов. В биотестировании для характеристики отклика тестобъекта на повреждающее действие среды используют критерий токсичности (toxicity criterion) – тест-функцию.

Тест-функции, используемые в качестве показателей биотестирования для различных объектов: для инфузорий, ракообразных, эмбриональных стадий моллюсков, рыб, насекомых – выживаемость (смертность) тесторганизмов. для ракообразных, рыб, моллюсков – плодовитость, появление аномальных отклонений в раннем эмбриональном развитии организма, степень синхронности дробления яйцеклеток. для культур одноклеточных водорослей и инфузорий – гибель клеток, изменение (прирост или убыль) численности клеток в культуре, коэффициент деления клеток, средняя скорость роста, сут. прирост культуры. для растений – энергия прораста ния семян, длина первично го корня и др.

Экологический мониторинг океана Тема 6 Составляющие экологического мониторинга океана. Выбор биологических объектов для наблюдения и контроля. Состояние Мирового океана. Морские экосистемы и некоторые проблемы устойчивого развития. Индикаторы устойчивого развития. Развитие ГИС морей России и отдельных районов Мирового океана. Определение ассимиляционной емкости морских экосистем.

Экологический мониторинг океана включает в себя физическую, геохимическую и биологическую составляющие Ø Изучение физической составляющей экологического мониторинга океана – это изучение влияния свойств и динамики океана на тéпло- и газообмен с атмосферой, на глобальный круговорот тепла, влаги и различных химических соединений в климатической системе, а также влияние антропогенных воздействий на важнейшие геофизические явления в океане, на процессы взаимодействия океана с атмосферой, на состояние климатической системы.

контроль, оценку и прогноз уровней загрязнения морских экосистем. При этом учитываются скорости поступления загрязняющих веществ в Мировой океан, их содержание в морской воде, накопление во взвешенном веществе, донных отложениях, биоте, учитываются скорости удаления загрязняющих веществ из морской воды за счет биогенной седиментации и микробного метаболизма.

последствий антропогенного загрязнения и других негативных воздействий. Также, учитываются критические факторы воздействия, допустимая нагрузка на экосистему и наиболее уязвимые звенья в биотической составляющей морских экосистем.

При изучении состояния морских экосистем преимущественным методом исследования является биоиндикационный Ø Система биологических показателей мониторинга океана должна охватывать все основные морские сообщества – нейстон, планктон, перифитон, бентос.

Биологические объекты для наблюдения и контроля при проведении экологического мониторинга океана: Ø морская микрофлора, обладающая высокой скоростью размножения, многообразием типов физиологической активности

Биологические объекты для наблюдения и контроля при проведении экологического мониторинга окана: Ø молодь нейстонного сообщества (заселяет приповерхностный слой океана, где концентрируются загрязняющие вещества)

Биологические объекты для наблюдения и контроля при проведении экологического мониторинга окана: Ø фауна бентоса

Биологические объекты для наблюдения и контроля при проведении экологического мониторинга окана: Ø макроводоросли в приливных зонах и шельфовых областях

Источники поступления загрязняющих веществ в Мировой океан: Ø Ø Ø непосредственные выбросы загрязняющих веществ в океан (в основном на его поверхность), например нефтепродуктов при перевозке, особенно при авариях танкеров; непосредственное попадание загрязняющих веществ при подводной разработке и добыче минеральных ресурсов; речной сток; прямой сток с суши (терригенный сток); атмосферный перенос; подводные выбросы нефти и газа

Наиболее опасными с точки зрения их распространенности и воздействия на морские экосистемы являются: Ø Ø Ø углеводороды; хлорированные углеводороды (пестициды, полихлорированные бифенилы); токсичные металлы; радиоактивные вещества. При изучении процессов переноса, тарнсформации загрязняющих веществ и их влияния на геохимические и биологические процессы особое внимание следует уделять различным эффектам на границах разделов океан-атмосфера, океан-суша, вода-донные отложения.

Зоны повышенных уровней загрязняющих веществ, поступающих в Мировой океан: прибрежные районы, эуфотический слой, зоны гидрофронтов Характерные черты современной экологической ситуации в Мировом океане определяют динамичность океанской среды и совокупность постоянно действующих физических явлений Ø Ø Ø Экологические последствия загрязнения океана: накопление химических токсичных веществ в биоте; микробиологическое загрязнение прибрежных районов моря; снижение биологической продуктивности; прогрессирующая эвтрофикация; возникновение мутагенеза и канцерогенеза; нарушение устойчивости экосистем

Современная ситуация в Мировом океане характеризуется двумя особенностями – резким возрастанием уровней химического загрязнения в прибрежных зонах и распространением в открытых водах полей хронического загрязнения устойчивыми химическими соединениями в низких концентрациях (факторы малой интенсивности).

Современная ситуация в Мировом океане В Мировом океане находят все новые и новые загрязняющие вещества. Глобальное распространение приобретают наиболее опасные для жизни хлорорганические соединения, такие как полихлорированные бифенилы, полихлордибензодиоксины, полихлордибензодифураны, полихлоркамфены и др. Они обладают высокой биоаккумулятивной способностью и резким токсическим эффектом. Ожидается, что хлорорганические соединения будут оказывать негативные воздействия на процессы биогеохимических циклов биоэлементов (необходимых для нормальной жизнедеятельности организмов). В прибрежных зонах морей возрастание антропогенного воздействия привело к прогрессирующей эвтрофикации и микробиологическому загрязнению воды и гидробионтов.

Морские экосистемы и некоторые проблемы устойчивого развития Одна из важнейших проблем современности – проблема устойчивого развития – была принята на Всемирной конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро в 1992 г. В основу концепции положены идеи развития с целью сохранения сбалансированности между окружающей средой и ее ресурсами, экономикой и населением Земли. Ø Основу устойчивого развития составляют экономическая, социальная, природоведческая компонента и дополнительная компонента «экологически устойчивое развитие» . Ø

На данном этапе перехода к устойчивому развитию первостепенную важность приобретают следующие задачи: Ø Ø Создание системы индикаторов устойчивого развития; Построение междисциплинарных исследований и мониторинга в морях России и отдельных регионах Мирового океана; Развитие ГИС, базирующихся на региональных базах данных; Определение ассимиляционной емкости морских экосистем к наиболее опасным загрязняющим веществам.

Индикаторы устойчивого развития Индикатор является мерой, которая суммирует информацию относительно определенного явления. Ø Ø Ø В настоящее время полагают, что основные функции экологических индикаторов состоят в следующем: Оценить условия среды и тренды процессов; Сравнить разные природные ситуации; Оценить условия среды в отношении определенной «мишени» Обеспечить функционирование «системы раннего предупреждения» ; Обеспечить функционирование «системы прогноза состояния среды и изменчивости процессов» .

Предложены следующие экосистемные индикаторы, позволяющие оценить устойчивость и изменчивость морских экосистем: Ø Ø Ø Изменение важнейших физических процессов (температурный, ветровой, циркуляционный и др. режимы); Изменение гидрохимического режима; Уровень антропогенного воздействия (химическое, биологическое, тепловое, радиоактивное загрязнение, эвтрофирование, изъятие возобновляемых биологических ресурсов); Скорость изменения продукционно-деструкционных процессов; Изменение индекса биоразнообразия;

Предложены следующие экосистемные индикаторы, позволяющие оценить устойчивость и изменчивость морских экосистем: Скорость микробного разрушения органических загрязняющих веществ; Ø Скорость выноса загрязняющих веществ в процессе биогенной седиментации; Ø Ассимиляционная емкость морской экосистемы к определенным загрязняющим веществам; Ø Уровень и скорость изменения биологической продуктивности морских экосистем. Ø

Развитие ГИС морей России и отдельных районов Мирового океана Основная задача ГИС – обеспечить оперативную оценку экологического состояния морской среды. Ø В настоящее время установлено, что оценка состояния и степени деградации морских экосистем базируется на результатах изучения и совместного анализа следующих взаимосвязанных проблем. Первая включает изучение химического загрязнения морской среды. Вторая проблема связана с исследованием интенсивности продукционно-деструкционных процессов. Третья проблема состоит в изучении экологических последствий антропогенного воздействия на морскую среду и определении степени деградации экосистемы. Четвертая проблема включает изучение природных процессов, направленных на удаление загрязняющих веществ и определяющих устойчивость морской экосистемы к антропогенному воздействию. Ø

Согласно этому подходу была разработана шкала оценок степени антропогенной деградации морской экосистемы. Шкала включает следующие градации экологической ситуации: Стабильная экосистема; Ø Переходная экосистема; Ø Кризисная экосистема; Ø Катастрофическая экосистема. Ø

Определение ассимиляционной емкости морских экосистем Ассимиляционная емкость морской экосистемы по какому -либо загрязняющему веществу – это максимальная вместимость такого количества загрязняющего вещества, которое может быть за единицу времени накоплено, разрушено и выведено за пределы экосистемы без нарушения ее нормального функционирования. При таком определении ассимиляционная емкость имеет размерность потока загрязняющих веществ, т. е. массы, отнесенной к единице времени. Количественное определение ассимиляционной емкости – сложная комплексная задача, решение которой требует долгопериодных междисциплинарных исследований. Величина ассимиляционной емкости зависит от многих природных и антропогенных факторов, наиболее важные из них: гидродинамический перенос, микробиологическое окисление, биологическая трансформация и физические превращения, седиментация абиогенных частиц, биогенная седиментация.

Важным этапом при изучении ассимиляционной емкости является выделение границ экосистемы, подверженной антропогенному воздействию, что подчеркивает региональный подход и необходимость использования ГИС отдельных морей Например: На основе материалов долговременных экологических исследований на Балтийском море была проведена количественная оценка ассимиляционной емкости экосистемы открытой части Балтики по отношению к бенз(а)пирену и полихлорированным бифинилам. При этом была использована концептуальная модель, основные этапы которой включали: Ø расчет балансов массы и времени загрязняющих веществ в экосистеме; Ø анализ биотического баланса в экосистеме; Ø оценка критических концентраций воздействия загрязняющих веществ на функционирование биотической составляющей ( «мишени» ). Таким образом, ассимиляционную емкость следует рассматривать как характеристику устойчивого развития конкретной морской экосистемы, а также как важнейший индикатор устойчивости.

Экологический мониторинг на суше Тема 7 Программа фонового экологического мониторинга на базе биосферных заповедников. Абиотический и биотический мониторинг. Мониторинг состояния водных ресурсов (поверхностных и подземных вод). Показатели качества воды. Индикаторная оценка качества воды. Организация мониторинга атмосферы. Мониторинг почвенного покрова. Мониторинг состояния сельскохозяйственных земель. Мониторинг состояния геологической среды. Мониторинг состояния лесного фонда. Мониторинг состояния биологических ресурсов.

Система фонового мониторинга Ориентирована на получение информации о состоянии природной среды на территории Российской Федерации, на основании которой проводятся оценки и прогноз изменения этого состояния под влиянием антропогенных факторов. На территории России находятся 10 станций комплексного фонового мониторинга (СКФМ), которые расположены в биосферных заповедниках: Баргузинском, Центрально-Лесном, Воронежском, Приокско-Террасном, Астраханском, Кавказском, Алтайском, Саяно-Шушенском, Усть-Вымь, на о-ве Зап. Шпицберген.

В СССР комплексная программа экологического мониторинга на фоновом уровне на базе биосферных заповедников была подготовлена в 1977 – 1979 гг. рядом советских научных учреждений (включает в себя несколько подпрограмм): 1. Лабораторией мониторинга природной среды и климата Государственного комитета СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды и Академии наук СССР (подпрограмма комплексного фонового мониторинга, включающая мониторинг загрязнений природной среды и мониторинг биологических откликов на воздействие загрязнений окружающей среды), Ø 2. Институтом географии АН СССР (подпрограмма изучения функциональных характеристик эталонных природных экосистем и их антропогенных модификаций), Ø 3. Институтом эволюционной морфологии и экологии животных им. А. Н. Северцова АН СССР (подпрограмма контроля состояния биоты). Ø

Программа фонового экологического мониторинга на базе биосферных заповедников включает разделы: Ø Мониторинг загрязнений природной среды и других факторов антропогенного воздействия; Ø Мониторинг откликов биоты на антропогенное воздействие, в первую очередь фоновых уровней загрязнения; Ø Наблюдения за изменением функциональных и структурных характеристик нетронутых ( «эталонных» ) природных экосистем и их антропогенных модификаций.

Вопрос о том, какие переменные следует выбирать для осуществления мониторинга, весьма сложен. При его решении учитываются как научные критерии, так и серьезные практические соображения. С чисто научной точки зрения нужно выбирать такие переменные, которые имеют наименьший диапазон естественной изменчивости и наибольшую чувствительность к антропогенным воздействиям определенного класса. Практические соображения, в частности, требуют использовать хорошо изученные экологические показатели, наблюдения за которыми (измерения которых) методически обеспечены, недороги и нетрудоемки. При выборе веществ для включения в программу измерений в биосферных заповедниках принимались во внимание такие критерии как распространенность веществ, их устойчивость и мобильность в окружающей среде, способность к воздействию на биологические и геофизические системы.

Классификация загрязняющих веществ по классам приоритетности, принятая в системе ГСМОС

Вопрос выбора приоритетных веществ-загрязнителей можно рассматривать с позиций возможного наибольшего нарушения геохимического равновесия. Например, Для оценки изменения природного круговорота веществ, вызванного антропогенной деятельностью, в геохимии принято понятие технофильности, определяемое отношением ежегодной добычи данного химического элемента (в тоннах) к его кларковому содержанию в литосфере. Более показательные коэффициент – Кli, характеризующий отношение суммарных выбросов I вещества в рассматриваемую природную среду (в тоннах) к его кларковому содержанию в литосфере.

Так, выбросы в атмосферу таких элементов, как ртуть, кадмий, сурьма, свинец небольшие, но равновесие может быть серьезно нарушено антропогенной деятельностью из-за низких содержаний в земной коре. В то время, несмотря на значительные выбросы железа и алюминия, роль этих выбросов в нарушении геохимического равновесия не является существенной. Среднее содержание в литосфере Элемент Кli Выбросы в атмосферу, т/год Hg 4, 5 х 109 1, 5 х 104 3, 3 х 10 -6 Fe 8, 3 х 105 3, 0 х 106 3, 6 х 109

Для определения приоритетности в «антропогенности» различных элементов, распространяющихся с аэрозолями был предложен коэффициент обогащения, или фракционирования, характеризующий отношение концентрации исследуемого элемента к концентрации опорного элемента в пробе, нормированных к их кларковому содержанию. Кi/рi : C 0/p 0 Так, в качестве опорных м. б. выбраны элементы, обладающие наибольшими значениями Кli (такие как торий, цезий, скандий). Установлено, что по степени антропогенности элементы в аэрозольных загрязнениях можно расположить в следующий ряд: Hg >As, Sb, Mo> Cr, Cd, Zn >Fe, W >Co, Th, Sc, Cs, Br 20, 0 5– 6 2, 9 – 3, 4 1, 5 – 2, 2 0, 6 – 1, 2 Т. о. Hg >As, Sb, Mo> Cr, Cd, Zn обладают наивысшей приоритетностью и по этому признаку их можно включить в программу мониторинга.

Мониторинг радиационного загрязнения природной среды Тема 8 Источники радиационного загрязнения природной среды. Естественные и техногенные уровни радиационного фона. Радиационнодозиметрическая аппаратура. Определение гаммаи бета-излучения. Определение радионуклидного состава загрязнения. Единицы измерения. Системы радиационного мониторинга.

Радиационный фон – ионизирующее излучение от природных источников космического и земного происхождения, а также от искусственных радионуклидов, рассеянных в биосфере в результате антропогенной деятельности. Ø Различают естественный (природный) радиационный фон, технологически измененный естественный радиационный фон, искусственный радиационный фон (определения рассмотреть самостоятельно). Ø

Источники загрязнения природной среды и искусственными радионуклидами: Ø Ядерные испытания – приводят к образованию радиоактивных веществ вследствие процессов деления, синтеза и нейтронной активации (более подробно – самостоятельно). Ø Ядерный топливный цикл – основной антропогенный источник радиоактивных веществ в природе, включает добычу и измельчение руд, обогащение ядерного топлива, изготовление тепловыделяющих элементов, реакторы, выдержку отработанного топлива, его переработку на радиохимических заводах и захоронение отходов (более подробно – самостоятельно).

Источники загрязнения природной среды и искусственными радионуклидами: Ø Добыча нефти и газа. Значительная часть мировых запасов нефти приурочена к богатым органическим веществом глинистым сланцам, включающим урансодержащие фосфаты. Концентрация урана в сланцах может достигать 1000 г/т и более. Залегающие ниже пористые песчаники содержат рассолы, в которых в течение длительного времени растворяются радий-226 и его дочерние продукты, возникающие при распаде урана в сланцах. Затем эти продукты поступают в вышележащие нефтяные и газовые залежи.

Источники загрязнения природной среды и искусственными радионуклидами: Сжигание угля. Все угли содержат радионуклиды урановых и ториевых рядов распада. Радионуклиды, обнаруженные в углях: 238 U, 234 U, 232 Th, 230 Th, 228 Ra, 228 Th, 228 Ac, 226 Ra, 214 Pb, 214 Bi, 212 Pb, 212 Bi, 210 Pb, 210 Po, 208 Tl, 40 K. Ø Антропогенному изменению радиационного фона способствует также использование для целей строительства различных материалов, в том числе отходов энергетики, черной и цветной металлургии, химической промышленности, а также применение удобрений, получаемых из природного минерального сырья. В районах их широкого применения необходим постоянный контроль за уровнем радиационного фона Ø

238 U, 234 U, 232 Th, 230 Th, 228 Ra, 228 Th, 228 Ac, 226 Ra, 214 Pb, 214 Bi, 212 Pb, 212 Bi, 210 Pb, 210 Po, 208 Tl, 40 K

Радиационные аварии Согласно «Нормам радиационной безопасности» (НРБ 99) радиационная авария – потеря управления источником ионизирующего излучения, вызванная неисправностью оборудования, неправильными действиями персонала, стихийными бедствиями или иными причинами, которые могли привести или привели к незапланированному облучению людей или радиоактивному загрязнению окружающей среды, превышающим величины, регламентированные для контролируемых условий. В настоящее время международными организациями разработана шкала оценки аварий и происшествий на АЭС и рекомендованы необходимые меры по обеспечению радиационной безопасности (табл. ).

Чернобыльская авария http: //aboutchernobil. narod. ru

Радионуклидный состав загрязнения зависит от многих факторов: тип источников; тип реакций деления и синтеза; нейтронная активация конструкций ядерных устройств и вещества внешней среды; Ø влияние радиоактивного распада на увеличение со временем доли долгоживущих радионуклидов в реакторных отходах и в окружающей среде. Ø Ø Ø Среди искусственных радионуклидов наибольшее значение для природных систем имеют изотопы, обладающие высоким выходом в ядерных реакциях и имеющие сравнительно большие периоды полураспада. Короткоживущие радионуклиды быстро распадаются и не успевают включиться в БГХ циклы.

Система радиационного мониторинга Ø Система регулярного радиационного мониторинга создавалась в двух направлениях. Высокомобильные дистанционные способы мониторинга – аэро- и наземная гамма-съемки.

Мониторинг включает в себя три основные подсистемы, создание которых осуществлялось в период с середины 1950 -х по вторую половину 1960 -х годов 1. Оперативный мониторинг территорий и загрязненных воздушных масс с широким использованием дистанционных гаммаизмерений с мобильных средств (аэро- и автомобильные лаборатории). Эти съемки обеспечивают измерения мощности дозы и радионуклидного состава гамма-излучающих продуктов практически в любом месте страны. 2. Стационарные измерения радиоактивности сухих и мокрых выпадений, воздуха и воды на сети станций. Систематические наблюдения на сети гидрометеорологических станций за радиоактивностью выпадений, радиоактивностью воздуха и гамма-полем стали осуществляться с 1960 -х годов, а с 1968 г. являются составной частью программы мониторинга ОГСНК. 3. Эпизодические наблюдения за радиоактивностью атмосферного воздуха на базе научно-исследовательских судов начались с 1962 г.

Ø Сеть гидрометеорологических станций обеспечила следующий комплекс наблюдений: исследования выпадений на горизонтальные планшеты – до 400 пунктов; измерения мощности дозы гамма-излучения – до 1400 пунктов; отбор проб аэрозолей из воздуха на фильтры – до 50 пунктов. В нескольких десятках пунктов осуществляется отбор проб аэрозолей на вертикальные планшеты, проб осадков, пресных и морских вод. Первичная оценка радиоактивности проводится на метеостанциях и по бета-активности. Полный радионуклидный состав проб аэрозолей и воды определяется радиохимическими и гамма-спектральными методами в региональных и центральной радиометрической лаборатории.

исследовательских судов и научно-исследовательских судов погоды. Судовая сеть обеспечивала (до 1988 г. ) обнаружение радиоактивных продуктов практически в любой точке Мирового океана и решала задачу установления выноса радионуклидов с территории нашей страны и других государств, их последующего распространения, а также контроль за выполнением моратория на испытания ядерного оружия в атмосфере.

Такая комплексная система радиационного мониторинга, созданная в России – первая в мировой практике, обеспечивала наблюдения на территории Северной Евразии (бывшего СССР) и Мирового океана (Атлантический, Тихий, Индийский, Северный Ледовитый). Ø Сеть радиационного мониторинга обеспечила получение уникальных данных о развитии процессов радиоактивного загрязнения окружающей среды во второй половине ХХ века, начиная с первых испытаний ядерного оружия, а в последствии и ядерных аварий. Ø

Основы дистанционного мониторинга радиоактивных загрязнений Для целей мониторинга радиоактивного загрязнения при испытательных ядерных взрывах по инициативе академиков Б. В. Курчатова, М. А. Садовского и Е. К. Федорова был организован Институт прикладной геофизики (в системе Академии наук). Впоследствии Институт перешел в Комитет по использованию томной энергии, а затем в Гидрометеорологическую службу страны. Институту поручалась съемка радиоактивного загрязнения местности после ядерных взрывов – радиоактивных следов облаков ядерного взрыва, зондирование непосредственно облака ядерного взрыва и его шлейфа, изучение радиоактивных частиц-носителей радиоактивности. Рентгенометрические съемки следов начались 3 октября 1954 г. , первое зондирование радиоактивного облака с широким набором геофизической аппаратуры было проведено 26 октября 1954 г.

Был осуществлен обширный комплекс теоретических и экспериментальных исследований и практических разработок. В частности, были решены прикладные вопросы от создания первых опытных самолетных рентгенометров и спектрометров, аэро- и наземных лабораторий до решения методологических вопросов калибровок аппаратуры, привязки к местности, регистрации высоты полета, взаимоувязки и контроля аэроизмерений и результатов отбора проб и т. д. Стационарный пороговый сигнализатор гамма-излучения СРПС – 05 Д

В практике широко используются две основные модификации дистанционного аэрогаммаметода: аэрогаммарентгенометрия и аэрогаммаспектрометрия С помощью аэрогаммарентгенометрии определяются следующие характеристики загрязнения: мощность дозы на уровне 1 м от поверхности земли, пространственно-временное распределение мощности дозы, пространственно-временное распределение поверхностей плотности загрязнения в энергетических единицах, общее количество радиоактивности на локальном следе (в энергетических единицах). Ø Аэрогаммаспектрометрия служит для измерения радионуклидного состава (гаммаизлучающих продуктов), пространственно-временного распределения поверхностной плотности загрязнения отдельными радионуклидами, количества радионуклидов на локальном следе, мощности дозы от отдельных радионуклидов. Ø

Картографирование радионуклидного загрязнения Чтобы представить радиационную обстановку на какойлибо территории, можно ограничиться представлением списка точек измерений с их пространственными координатами, привязывающим это измерение к местности. Такие списки измерений лежат в основе современных компьютерных радиационных баз данных. При любом виде картографирования используются данные дистанционных исследований в сочетании с наземными данными.

Пользователям любой карты необходимо помнить, что карта – это модель реальной действительности, а не сама действительность. Прогноз радиоактивного загрязнения окружающей среды осуществляется по схеме: входные данные об источнике и метеорологической ситуации – математическая модель – прогнозные оценки загрязнения окружающей среды. Согласно схеме созданы модели загрязнения окружающей среды для перечисленных источников: атмосферных ядерных взрывов, подземных ядерных взрывов с выбросом грунта, подземных взрывов с истечением радиоактивных продуктов, радиационных аварий с разовым и длительным выбросом, включая предприятия ядерно-топливного цикла, в том числе АЭС.

Биогеоценозы в условиях радиоактивного загрязнения Радиоактивные элементы, поступающие в атмосферу в результате выбросов, выпадают как вблизи источников загрязнения, так и на значительном расстоянии от места выбросов. Рассеяние радионуклидов, попавших в планетарный пограничный слой (нижние несколько километров атмосферы), обусловлены ветровым переносом и диффузией, происходящими как в локальном, так и в глобальном масштабе. Первоначально радионуклиды рассеиваются благодаря локальной циркуляции атмосферы, что приводит к распространению их в горизонтальной плоскости на несколько километров. Дальнейшее перемешивание радиоактивных элементов в горизонтальном и вертикальном направлении вызывается турбулентными вихрями и сдвигами ветра.

Радионуклиды присутствуют в атмосфере в виде газов, аэрозолей и частиц (более подробно – самостоятельно). Удаление радиоактивных продуктов из атмосферы происходит двумя способами: вымыванием с помощью осадков и сухим выпадением. Выпавший на поверхность материал может впоследствии снова перейти в атмосферу под влиянием ветра и механических воздействий, обусловленных деятельность человека. Искусственные радионуклиды попадают в экосистемы не только из атмосферы, но и через поверхностные воды или из грунтовых вод. При выпадении радиоактивных веществ на территории лесных массивов значительная часть радионуклидов задерживается кронами деревьев, осаждаясь на листьях, хвое и коре, другая их часть попадает в травяной покров, лесную подстилку и почву.

Существует два пути поглощения радиоактивных элементов растениями – листвой (через устьица или кутикулу) и корнями. Ведущими факторами, от которых зависит величина перехода радионуклидов из почвы в растения, являются физико-химические свойства радионуклидов и почв, а также биологические особенности растений.

Аккумуляция радиоактивных элементов разными видами организмов сильно отличается. Так, наибольшая концентрация 137 Cs отмечается в грибах, мхах, лишайниках, затем в травянистой и кустарничковой растительности, наименьшая – в древесных породах. Мхово-лишайниковый покров является одним из основных барьеров на пути вертикальной и горизонтальной миграции радионуклидов в лесных экосистемах.

В загрязненных почвах, не подвергавшихся обработке после чернобыльской аварии, максимальное содержание цезия наблюдается в верхнем слое 0 – 10 см даже через 10 – 16 лет после загрязнения. Выход радионуклидов за пределы профиля с гравитационной влагой не превышает сотых долей процента в год. Таким образом, почвы регулируют потоки радионуклидов не только в системе «почва-растение» , но и в системе «почва-грунтовые воды» .

Поступая в водную среду радионуклиды перераспределяются между твердой и жидкой фазами, а также между водой и живыми организмами в соответствии со своими химическими свойствами, присутствием элементов-носителей, физикохимическими условиями водной среды и т. д.

Водная биота играет значительную роль в миграции радионуклидов по пищевым цепям. Например, в водоемах, загрязненных радионуклидами, наибольшему риску при хроническом облучении биоценоза подвергаются виды, которые в течение всех периодов своего онтогенеза максимально контактируют с донными отложениями и питаются бентосом. Многочисленные исследования свидетельствуют о том, что накопление радионуклидов биотой пресноводных экосистем гораздо выше, чем морскими организмами.