Классификация систем мониторинга

При осуществлении мониторинга состояния биосферы необходима организация достаточно представи­тельной сети наблюдений (измерений) наиболее важных факторов воздействия, показателей состояния среды. В за­висимости от конкретной задачи мониторинга эти факто­ры и показатели могут быть различными.

При осуществлении мониторинга, необходимо прежде всего учитывать факторы воздействия, ведущие к наиболее серьезным, долговременным изменениям в окружающей среде (и источники таких воздействий), а также выявлять элементы биосферы, наиболее подвержен­ные воздействию, или критические, ключевые элементы, повреждение которых может привести к разрушению эко­систем.

Прежде чем перейти к классификации существующих или возможных схем мониторинга, рассмотрим некоторые универсальные подходы. Наиболее универсальным подходом является организация глобальной системы мониторинга с од­новременным решением всех возникающих при этом задач. Здесь, безусловно, можно выделить мониторинг антропо­генных загрязнений и антропогенных воздействий и изме­нений, не связанных с загрязнением.

Второе направление обычно включают в экологиче­ский мониторинг. Очевидно, что мониторинг загрязнений и связанных с ним эффектов, возникающих в биосфере (и в первую очередь реакций биоты), также является состав­ной частью экологического мониторинга.

Наблюдения предполагается осуществлять на импактном (от англ. Impact) уровне, т.е. на уровне сильного воз­действия в локальном масштабе, региональном и фоновом «базовом». Фоновое состояние среды в прошлом до нача­ла интенсивного воздействия человека можно восстано­вить по данным анализа колец старых или уже погибших деревьев, проб годовых слоев ледников, донных отложе­ний (так называемый исторический мониторинг, или палеомониторинг).

К геофизическому мониторингу относится определение данных о загрязнениях, мутности атмосферы, выбороч­ных метеорологических и гидрологических характери­стик среды. В эту подсистему можно включить монито­ринг различных элементов неживой составляющей био­сферы, в том числе конструкций, зданий, созданных че­ловеком.

Основной задачей биологического мониторинга является определение состояния биотической составляющей био­сферы и ее реакции на антропогенное воздействие. Биоло­гический мониторинг включает мониторинг живых орга­низмов — популяций (по числу, биомассе, плотности и другим признакам), подверженных воздействию. В этой подсистеме мониторинга целесообразно выделить следую­щие наблюдения:

1) за состоянием здоровья человека, воздействием на него среды (медико-биологический мониторинг);

2) за наиболее чувствительными к данному виду воздейст­вия (или к комплексу воздействий) популяциями (напри­мер, растительности к воздействию двуокиси серы) или за «критическими» популяциями по отношению к данному воздействию (например, зоопланктона в Байкале к сбро­сам целлюлозных предприятий).

Особое место в биологическом мониторинге занима­ет генетический мониторинг (наблюдение за возможными наследственными изменениями у различных популя­ций).

Экологический мониторинг является, по-видимому, бо­лее универсальным, охватывающим вопросы и биологиче­ского, и геофизического мониторинга в их тесной связи. Это особенно важно, когда наблюдение осуществляется на уровне экологических систем.

Очень значимым с точки зрения практических дейст­вий при организации мониторинга в любых масштабах, с любыми целями является мониторинг загрязняющих ве­ществ и других факторов воздействия в различных средах.

Мониторинг в различных средах (различных сред) включает:

1) мониторинг приземного слоя атмосферы и верхней ат­мосферы;

2) мониторинг гидросферы;

3) мониторинг литосферы (в первую очередь почвы).

Не менее важной с практической точки зрения представляется классификация систем мониторинга по факторам и источникам воздействия. Мониторинг факторов и источников воздействия — мониторинг различных за­грязнителей (ингредиентный мониторинг) и других факторов воздействия, к которым можно отнести электромагнитное излучение, тепло, шумы. Здесь в пер­вую очередь мониторингу должны быть подвергнуты наи­более вредные факторы: токсичные вещества, наиболее стойкие и подвижные, имеющие токсичные дочерние про­дукты, образующиеся при распаде и превращениях, и опасные при воздействии в сочетании с другими вещества­ми. Среди источников воздействия, и в первую очередь за­грязнений, следует выделить точечные стационарные (за­водские трубы), точечные подвижные (транспорт) и про­странственные (города, поля с внесенными химическими веществами) источники.

В заключение можно сказать, что на современном эта­пе весьма интересным видом мониторинга является мони­торинг различных изменений в биосфере, определяемых дистанционными методами (особенно с помощью искус­ственных спутников Земли).

В таблице 1.1 приведена изложенная выше классифика­ция возможных систем (подсистем) мониторинга.

Таблица 1.1 – Классификация систем мониторинга

Человек у природы — самый способный ученик. Но минули тысячелетия, прежде чем он ощутил свою силу и «взялся» за природу. Сначала охотился, пахал, пас, рубил, строил. За­тем в погоне за богатством завоевывал, грабил, «покорял природу», нарушал ее естественное равновесие. Главным в его отношениях с землей стала погоня за прибылью. Весь свой опыт, интеллектуальную мощь и стремительно разви­вающиеся технические средства он бросал на эксплуата­цию тех природных ресурсов, которые могли принести максимальный доход в кратчайшие сроки. Не давая себе труда особенно размышлять, в какой тонкий механизм и как грубо он вмешивается, человек обрушил массирован­ные удары вокруг себя, безвозвратно стер с Земли многие виды млекопитающих, птиц, растений. А ведь восстано­вить живой организм, а тем более, биологический вид он пока не может.

Глобальная экосистема (биосфера), играющая главную роль в стабилизации окружающей среды, теряет устойчи­вость. В России нагрузки на человека пока не превышают критические показатели, хо­тя в европейской части страны многие экосистемы нару­шены, что ведет к быстрому росту численности распадаемых особей. В связи с этим назрела необходимость в де­тальной информации о состоянии биосферы.

Экологический мониторинг является комплексной под­системой мониторинга биосферы и включает в себя как биологический, так и геофизический (физический) аспек­ты. Необходимым условием успешного функционирова­ния экологического мониторинга является требование, чтобы в качестве конечного результата выступали оценка и прогноз состояния экосистем, оценка экологического равновесия в экосистемах.

Данное требование отличает систему экологического мониторинга от других подсистем мониторинга биосферы. Особое значение экологический мониторинг приобретает для оценки состояния биосферы в широких масштабах, вплоть до глобального. К экологическому мониторингу отнесены также мониторинг состояния почвы, раститель­ного покрова, водных ресурсов, морских ресурсов, мони­торинг биосферы.

В рамках глобального мониторинга рассматривается проблема оценки ответных реакций морских и наземных экосистем на воздействие окружающей среды, которая, безусловно, является важнейшей составной частью эколо­гического мониторинга. Для оценки воздействия на на­земные экосистемы в крупных масштабах может быть ис­пользована, например, информация об изменении площа­ди тропических и лиственных лесов. Очевидно, что такие данные имеют важное значение и для модели глобального цикла углерода.

Для оценки критических проблем, связанных с практи­кой сельского хозяйства и землепользования, предполага­ется производить периодическое картирование городских районов, районов опустынивания, вырубки и насаждений лесов, прибрежных зон, орошаемых и неорошае­мых сельскохозяйственных земель, районов вечной мерз­лоты, заболоченных земель, открытых горных разработок. Очевидно, что районы опустынивания могут служить ин­дикаторами климатических изменений.

Распространение тяжелых металлов отрицательно ска­зывается на состоянии растительности (как за счет осаж­дения вредных веществ на листве, так и за счет корневого поступления). Попадание загрязнителей в растительные организмы вызывает у них пороки развития вегетативных и репродуктивных органов, а также образующих их тканей и клеточных препаратов.

Попадание загрязняющих веществ в окружающую среду в значительных количествах (окислов серы, азота и др.) мо­жет привести к серьезным экологическим последствиям. Так, с начала 70-х годов в Европе в результате существен­ного загрязнения атмосферы и выпадения кислотных дож­дей наблюдается поражение древесной растительности — пихты, ели, сосны и др. Исследования, проведенные в ФРГ, показали, что в 1982 г. 8% лесных территорий были оценены как пострадавшие, а в 1983 г. (с учетом необычно сухого лета) к пострадавшим было отнесено 34% лесов. Наблюдались пожелтение и опадение хвои, изрежение крон, поражение растительности микозом.

Перечисленные эффекты могут служить биологически­ми показателями при осуществлении мониторинга; при­чем нередко эффекты, малозаметные при изучении от­дельного организма или вида, выявляются при рассмотре­нии состояния системы в целом. Именно эта особенность подчеркивает их важность для экологического монито­ринга.

При построении экологического мониторинга особое внимание уделяется организации наблюдений за возмож­ными изменениями при различной интенсивности воз­действия и мониторингу на фоновом уровне. Изменения состояния биосферы, проявляющиеся на больших терри­ториях (даже незначительного уровня), в настоящее время отслеживаются с помощью спутниковых систем наблюде­ния.

На территории всей планеты система контроля за со­стоянием природной среды развивается чрезвычайно ин­тенсивно. В США функционируют 5290 станций местного контроля и 490 общенациональных станций мониторинга, в Японии — 1532 наземные станции, во Франции на 120 станциях работают 2 тыс. приборов.