Экологический мониторинг

Введение

Интенсивное воздействие человека на природу, негативные, часто необратимые последствия этого воздействия обусловливают необходимость глубокого и всестороннего анализа проблемы взаимодействия общества и природы. Такой анализ в настоящее время осуществляется в рамках природопользования. Главная задача природопользования как научного направления – поиск и разработка путей оптимизации взаимодействия общества с окружающей природной средой.

Рациональное природопользование предполагает управление природными процессами, т. е. запрограммированное воздействие на природные объекты с целью получения определенного хозяйственного эффекта.

Чтобы управление было достаточно эффективным, необходимо иметь данные о динамических свойствах этих объектов, их изменении в результате антропогенного воздействия, предвидеть последствия вмешательства человека в ход естественных процессов.

Управление природными процессами должно опираться на надежную и достоверную информацию о прошлых, настоящих и будущих состояниях природных и природно-антропогенных систем.

За последнее десятилетие накоплен большой материал по изменению природы. Однако он не содержит данных о динамике развития процессов. В связи с этим встал вопрос об организации специальных наблюдений за состоянием окружающей природной среды и ее антропогенными изменениями с целью их оценки, прогнозирования и своевременного предупреждения о возможных неблагоприятных последствиях, т. е. о введении постоянной действующей службы наблюдения мониторинга.

Общие сведения о мониторинге

Для выявления изменений состояния биосферы под влиянием деятельности человека необходима система наблюдений. Такую систему в настоящее время общепринято называть мониторингом. Мониторинг включает следующие основные направления деятельности:

Наблюдения за факторами, воздействующими на окружающую природную среду и за ее состоянием;

Оценку фактического состояния природной среды;

Прогноз развития состояния природной среды и оценку этого развития.

Таким образом, мониторинг – это система наблюдений, оценки и прогноза состояния природной среды, не включающая управление качеством окружающей среды, но дающая необходимую информацию для такого управления и выработки инженерных методов защиты окружающей среды.

Мониторинг может охватывать как локальные районы, так и земной шар в целом (глобальный мониторинг).

Чтобы обеспечить эффективную оценку и прогноз, мониторинг должен включать наблюдения за источниками загрязнения, загрязнением природной среды и следствиями от этого загрязнения.

Наиболее универсальным подходом к определению структуры системы мониторинга антропогенных изменений является его разделение на блоки: “Наблюдения”, “Оценка фактического состояния”, “Прогноз состояния”, “Оценка прогнозируемого состояния” (существующие геофизические службы строились по такой же схеме).

Блоки “Наблюдения” и “Прогноз состояния” тесно связаны между собой, так как прогноз состояния окружающей среды возможен лишь при наличии достаточно репрезентативной информации о фактическом состоянии (прямая связь). Построение прогноза, с одной стороны, подразумевает знание закономерностей изменений состояния природной среды, наличие схемы и возможностей численного расчета этого состояния, с другой – направленность прогноза в значительной степени должна определять структуру и состав наблюдательной сети (обратная связь).

Данные, характеризующие состояние природной среды, полученные в результате наблюдений или прогноза, должны оцениваться в зависимости от того, в какой области человеческой деятельности они используются (с помощью специально выбранных или выработанных критериев). Оценка подразумевает, с одной стороны, определение ущерба от воздействия, с другой – выбор оптимальных условий для человеческой деятельности, определение существующих экологических резервов. При такого рода оценках рассчитываются возможные значения допустимых нагрузок на окружающую природную среду.

Информационные геофизические системы, так же как и информационная система мониторинга антропогенных изменений, являются составной частью системы управления, взаимодействия человека с окружающей средой (системы управления состоянием окружающей среды), поскольку информация о существующем состоянии природной среды и тенденциях ее изменения должна быть положена в основу разработки мер по охране природы и учитываться при планировании развития экономики. Результаты оценки существующего и прогнозируемого состояния биосферы в свою очередь дают возможность уточнить требования к подсистеме наблюдений (это и составляет научное обоснование мониторинга, обоснование состава, структуры сети и методов наблюдений).

На рисунке 2 показано место мониторинга в системе управления (регулирования) состоянием окружающей природной среды. На схеме условно совмещены энергетические и информационные потоки.

Рис. 2. Место мониторинга в системе управления состоянием природной среды

Элемент биосферы с уровнем состояния Б, подвергаясь воздействию (А), меняет свое состояние (Б → Б’).

С помощью системы мониторинга (М) получается “фотография” этого измененного, а по возможности и первоначального состояния, производится обобщение данных, анализ и оценка фактического и прогнозируемого состояния. Эта информация передается в блок управления (У) принятия решения (см. рис. 1). На основании этой информации в зависимости от уровня научно – технических разработок (Н) и экономических возможностей(Э), с учетом эколого-экономических оценок; принимаются меры по ограничению или прекращению антропогенных воздействий, по профилактическому укреплению или последующему “лечению” элемента биосферы. Также возможна комбинация перечисленных подходов. Совершенствуется и система мониторинга (указанные действия показаны на схеме штриховыми линиями).

Следует отметить, что, поскольку оценка фактического и прогнозируемого состояния природной среды является составной частью мониторинга (см. рис. 1), то некоторые авторы идентифицируют эту часть мониторинга с элементом управления состоянием природной среды.

Наблюдения за состоянием окружающей природной среды должны включать наблюдения за источниками и факторами воздействия (в том числе источниками загрязнений, излучений и т. п.). За состоянием элементов биосферы (в том числе за откликами живых организмов на воздействие (см. рис. 3), за изменением их структурных и функциональных показателей). На рисунке также показана классификация мониторинга.

Рис. 3. Схема и классификация мониторинга

Тропосфера, как составная часть биосферы

Атмосфера является составной частью биосферы и представляет собой газообразную оболочку Земли, вращающуюся вместе с ней как единое целое. Эта оболочка слоиста. Каждый слой имеет свое название и характерные физико-химические особенности. Условно принято атмосферу делить на две большие составные части: верхнюю и нижнюю. Наибольший интерес представляет для нас нижняя часть атмосферы, главным образом тропосфера, поскольку в ней происходят основные метеорологические явления, влияющие на загрязнение атмосферного воздуха.

В тропосфере находится большая часть космической и антропогенной пыли, водяного пара, азота, кислорода и инертных газов. Она практически прозрачна для проходящей через нее коротковолновой солнечной радиации. Вместе с тем содержащиеся в ней водяной пар, углекислота и озон (коротковолновые излучения) довольно сильно поглощают тепловое (длинноволновое) излучение нашей планеты, в результате чего тропосфера нагревается. Это нагревание является причиной вертикального перемещения потоков воздуха, конденсации водяного пара, образования облаков и выпадения осадков. Установлено, что в тропосфере температура падает на (0,5 – 0,6) °С на каждые 100 м высоты. Распределение температур в приземном слое атмосферы является важнейшей причиной формирования климата и его характеристик.

Состав газов нижней части атмосферы неизменный: смесь, образуемая газами, называется воздухом. Состав сухого атмосферного воздуха приведен в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Состав атмосферного воздуха

Наименование основных газовСодержание, % объемныеОтносительная молекулярная масса, кг/моль
Азот78,0928
Кислород20,9532
Аргон0,9339
Углекислый газ0,0344
Неон1,8-10-320
Гелий5,2-10-44
Криптон1,0-10-483
Ксенон8,0-10-6131
Водород5,0-10-52
Озон1,0-10-648
ПРИМЕЧАНИЕ: Средняя относительная молекулярная масса сухого воздуха составляет 28,966 кг/моль.

В табл. 1.2. приведено массовое выделение в атмосферу некоторых газообразных веществ антропогенными и природными источниками.

Таблица 1.2. Выделение (106 т/сут) некоторых газообразных веществ

ВеществоИсточник
ПриродныйАнтропогенный
Диоксид серы0,4
Сероводород0,30,01
Оксиды азота20,2
Аммиак30,01
Углеводороды20,2
Оксид углерода101
Диоксид углерода300050

Согласно приведенной таблице, природные источники выделяют больше вредных веществ, тем не менее, самым опасным является антропогенное поступление. Это связано с тем, что вредные вещества антропогенного происхождения накапливаются в зоне обитания человека. Кроме того, специфические вредные вещества, не существовавшие ранее в природных условиях. в настоящее время становятся составной частью атмосферного воздуха, его микроэлементами.

Воздух считается чистым, если ни один из микрокомпонентов не присутствует в концентрациях, способных нанести ущерб здоровью человека, животным, растительности или вызвать ухудшение эстетического восприятия окружающей среды (например, при наличии пыли, грязи, неприятных запахов или при недостатке солнечного освещения в результате задымленности воздуха). Так как все живое очень медленно адаптируется к этим новым микрокомпонентам, химические вещества служат объективным фактором неблагоприятных воздействий на природную среду и здоровье человека.


Экологический мониторинг