Природные катастрофы всегда являлись спутником человеческой активности, как один из элементов эволюции биосферы. Ураганы, наводнения, землетрясения, цунами, лесные пожары и т. п. приносят ежегодно огромный материальный ущерб, поглощают человеческие жизни. Одновременно все более набирают силу антропогенные причины многих катастроф. Регулярные аварии танкеров с нефтью, катастрофа в Чернобыле, взрывы на заводах и складах с выбросами отравляющих веществ и другие не предсказуемые катастрофы – реальность нашего времени. Нарастание числа и мощности аварий демонстрирует беспомощность человека перед лицом приближающейся экологической катастрофы. Отодвинуть ее может только быстрое широкомасштабное внедрение систем мониторинга, которые в настоящее время успешно внедряются в Северной Америке, Западной Европе и Японии.
Управление природной средой весьма многогранно: оно включает изучение различных блоков мониторинга, имеющих прямые связи, как-то: наблюдения – оценка фактического состояния; наблюдения – прогноз; прогноз – оценка прогнозируемого состояния. Особое значение приобретает прослеживание источников загрязнения и установление специальных критериев оценки состояния среды – так называемых ПДК (предельно допустимых концентраций) и ПДН (предельно допустимых норм). Намечается специальная научная разработка значений предельных допустимых норм и критических нагрузок на экологические системы в целом или на отдельные районы.
1.2. Экологический мониторинг: классификация
Существуют различные подходы к классификации мониторинга: по характеру решаемых задач; по уровням организации; по природным средам, за которыми ведутся наблюдения.
И.П. Герасимов предложил подразделить мониторинг на три главных блока по масштабам и уровням воздействия:
• I блок – биоэкологический или санитарный, включающий наблюдения за состоянием окружающей среды с точки зрения ее влияния на здоровье человека;
• II блок – геосистемный или хозяйственный, подразумевающий наблюдения за изменением природных экосистем и преобразованием их в природно-технические;
• III блок – биосферный или глобальный, охватывающий наблюдения за параметрами биосферы в глобальном масштабе.
Г.С. Струмилин выделил следующие виды общего экологического мониторинга по основным требованиям к его созданию:
• обеспечение необходимой информацией о количественных и качественных характеристиках среды;
• анализ проявления различных видов деятельности людей, воздействующих на окружающую среду;
• анализ изменений окружающей среды, вызванных этими видами деятельности;
• влияние изменений в окружающей среде на жизнедеятельность людей;
• анализ действенности мер по сохранению и улучшению окружающей среды;
• сравнительный анализ показателей статистики окружающей среды как по отдельным регионам внутри страны, так и в международном масштабе.
По структуре системы мониторинга антропогенных изменений природной среды Ю.А. Израэль [44] предложил разделить его на блоки: «Наблюдения», «Оценка фактического состояния», «Прогноз состояния», «Оценка прогнозируемого состояния» (рис. 1.2). Блоки «Наблюдение» и «Прогноз состояния» тесно связаны между собой, так как прогноз состояния окружающей среды возможен лишь при наличии достаточно репрезентативной информации о ее фактическом состоянии в настоящем и в прошлом. В то же время специфика, целевое назначение прогноза определяют структуру и состав наблюдательной системы, а также требования к ней. Для того, чтобы определить, с одной стороны, возможный эффект воздействия и ущерб от него, а с другой – оценить возможности природной среды противостоять негативным воздействиям, то есть определить экологические резервы элемента биосферы, необходимо дать оценку воздействующих факторов и состояния этого элемента до и после воздействия. Под этими оценками подразумевается знание допустимых нагрузок на окружающую природную среду.
Рис. 1.2. Блок-схема системы мониторинга
Н.Ф. Реймерс выделяет следующие виды мониторинга [109].
Мониторинг базовый – слежение за общебиосферными, в основном природными явлениями без наложения региональных антропогенных влияний.
Мониторинг биологический – 1) слежение за биологическими объектами (наличием видов, их состоянием, появлением случайных интродуцентов и т. д.); 2) мониторинг с помощью биоиндикаторовв.
Мониторинг глобальный – слежение за общемировыми процессами и явлениями, включая антропогенные воздействия на биосферу.
Мониторинг импактный – мониторинг региональных и локальных антропогенных воздействий в особо опасных зонах и точках.
Мониторинг окружающей среды – слежение за состоянием окружающей человека природной среды и предупреждение о создающихся критических ситуациях, вредных или опасных для здоровья людей и других живых организмов.
Мониторинг региональный – слежение за процессами и явлениями в пределах какого-то региона, где эти процессы и явления могут отличаться и по природному характеру, и по антропогенным воздействиям от базового фона, характерного для всей биосферы.
Программой ООН по окружающей среде – организацией ЮНЕП – выделяется 5 основных видов мониторинга:
• климатические условия;
• крупномасштабный перенос и осаждение загрязняющих веществ;
• здоровье человека;
• возобновляемые природные ресурсы;
• океан.
Соответственно говорят о трех ступенях мониторинга:
• экологическом или санитарно-гигиеническом, исследующем вопросы климата, загрязнения экологических систем. Под экологическим понимается системным образом организованный мониторинг природных сред, природных объектов, геоэкосистем, источников антропогенного воздействия на них. Под источниками антропогенного воздействия следует понимать источники эмиссии (выделения) веществ, энергии и излучений в природные среды, а также изъятие природных ресурсов, нарушение естественной структуры природных сред и их составляющих. Под геоэкосистемой – материально-энергетическую систему, состоящую из взаимообусловленных природных компонентов, территориально-промышленных комплексов и систем расселения людей. Понятие геоэкосистема близко к понятию экосистемы, но оно включает как системное целое деятельность человека. Экологический мониторинг позволяет обеспечить постоянную оценку экологических условий среды обитания человека, выявить текущее состояние природных сред и биологических объектов (растений, животных, микроорганизмов и т. д.), а также функциональную целостность экосистем; определить корректирующие действия в тех случаях, когда целевые показатели экологических условий не достигаются; установить причины негативного воздейcтвия на природные среды, природные объекты, геоэкосистемы, а также источники их возникновения до того, как будет нанесен значимый ущерб. Таким образом, экологический аспект в наблюдении состояния окружающей среды проявляется в системной организации таких наблюдений;
• геосистемном или природно-хозяйственном, изучающем последствия эксплуатации природных ресурсов (истощение сырья);
• биосферном, занимающимся глобальными вопросами загрязнения всей планеты и его влияния на климат, погоду.
Приведенная ниже классификация (табл. 1.1) охватывает весь блок экологического мониторинга: наблюдения за источниками и факторами техногенного воздействия, абиотической составляющей биосферы и ответной реакцией экосистем на эти изменения [12].
Таблица 1.1.
Классификация экологического мониторинга
Таким образом, экологический мониторинг включает как геофизические, так и биологические аспекты, что определяет широкий спектр методов и приемов исследований, используемых при его осуществлении.
В соответствии с определенными признаками мониторинг также подразделяется на следующие типы.
По принципам организации:
• подземный;
• наземный;
• аэрокосмический;
• сопряженный (подземно-наземно-аэрокосмический);
• аварийных ситуаций.
По уровням:
• макроуровень;
• микроуровень.
По объектам:
• природные системы;
• антропогенные системы;
• природно-антропогенные системы.
По видам:
• биоэкологический (санитарно-гигиенический);
• геоэкологический (природно-хозяйственный);
• климатический;
• промышленный;
• транспортный;
• энергетический и т. д.
Также экологический мониторинг подразделяются на подвиды:
