Aplinkos monitoringo metodai. Žemės nuotolinis stebėjimas

Aplinkos monitoringas (stebėjimas) yra įvairių aplinkos komponentų būklės stebėjimo ir dabartinės būklės įvertinimo procesas. Norint atlikti išsamesnį ir išsamesnį vertinimą, reikia tinkamai organizuoti ekologinį monitoringą, paskirti bendrus aplinkos kokybės kriterijus ir parametrus. Aplinkos stebėsena gali siekti tiek regioninių, tiek globalių tikslų. Aplinkosaugos stebėsenos pavyzdžių galima rasti visur pažodžiui.

Kas yra aplinkos monitoringas?

Aplinkos stebėjimas yra gana sudėtinga techninė ir organizacinė aplinkos veikla, kurioje dalyvauja įvairios įstaigos ir pareigūnai. Šiuo atveju gaunama informacija yra labai įvairaus pobūdžio, turinio, formų, gavimo tvarkos, teisinio statuso ir platinimo būdų. Rusijoje ja gali naudotis valstybinės valdžios institucijos, Rusijos Federacijos organai ir vietiniai departamentai. Tokia informacija yra mokslinės ir taikomosios vertės. Jo pagrindu sudaryta daugybė prognozių, įvertintas įvairių natūralių ir antropogeninių sistemų atsakas į įvairius poveikius. Jis naudojamas federalinėms ir tikslinėms aplinkosaugos programoms.

Aplinkos monitoringas atliekamas stacionariuose arba mobiliuose taškuose: specialiai įrengtuose automobiliuose, postuose, stotyse, laboratorijose, tyrimų centruose. Tada gauta informacija apdorojama. Aplinkos monitoringo metodai yra skirtingi ir priklauso nuo užduočių.

Aplinkos tarša

Nuolatinis pasaulio gyventojų skaičiaus augimas kartu su padidėjusia materialine žmonių gerove smarkiai padidina naštą aplinkai, sukeldamas įvairių neigiamų padarinių. Natūralių plotų sumažinimas ir padidėjusi tarša tapo pagrindinėmis žmogaus veiklos pasekmėmis. Pagrindiniai aplinkos taršos veiksniai yra šie:

• Pramoninės emisijos ir nuotekos, turinčios įtakos oro, vandens ir dirvožemio kokybei, neigiamai veikiančios žmonių sveikatą.
• Išmetamos šiltnamio efektą sukeliančios dujos (anglies dioksidas, metanas, azoto oksidas ir kitos), kurios turi įtakos apatinės atmosferos temperatūrai, vandenynų storiui ir viršutiniam žemės plutos sluoksniui.
• Dirvožemio erozija dėl neracionalaus žemės naudojimo. Dėl to upės ir kiti vandenys gali būti užteršti suspenduotomis dalelėmis ir kenksmingomis medžiagomis.
• Buitinės ir pramoninės šiukšlės, kurios yra kenksmingos tiek savaime, tiek irimo produktai. Gali sukelti ekosistemų apsinuodijimą ir blogą žmonių sveikatą.
• Invazinės augalų ir gyvūnų rūšys, kurios dažnai daro didelę žalą aplinkai.
• Spinduliuotės tarša dėl avarijų atominėse elektrinėse, radiocheminių įmonių darbas, medicina ir urano gavyba.
• Pesticidai ir herbicidai, sukeliantys vandens ir dirvožemio taršą, daugiausia žemės ūkio teritorijose.
• Kasyba, kuri dažnai tampa kenksmingų dulkių ir vandens tarša.
• Gaisrai: pramoniniai, buitiniai ir miško. Jie yra reikšmingas oro taršos šaltinis ir ekosistemų mirties ar žalos priežastis.
• Dėl nuotėkių ir avarijų išsiliejo alyva ir paviršiaus aktyviosios medžiagos. Labiausiai daro įtaką jūrų ir vandenynų būklei, mažina garavimą, taigi ir kritulių kiekį.
• JAV yra vidaus vandens užteršimo narkotikais problema. Jie taip pat gali pabloginti mėsos ar pieno kokybę.
• Masinis miškų naikinimas yra upių ir požeminio vandens taršos priežastis, taip pat gali padidinti oro užterštumą dulkių dalelėmis. Tai lemia garavimo ir kritulių sumažėjimą, neigiamai veikia klimatą, didindamas žemyną.

Poveikio aplinkai vertinimas

Tyrimo tikslas - patikrinti ekonominės veiklos atitiktį aplinkosaugos įstatymams. Dažniausiai taikoma naujiems projektams, kurių įgyvendinimas gali turėti įtakos aplinkai. Ekologinė ekspertizė gali būti valstybinė ir visuomeninė. Remiantis jo rezultatais daroma išvada apie projekto priimtinumą ar nepriimtinumą. Tačiau net jei šis projektas yra išlaikęs aplinkos apžvalgą, pastatytame objekte galima organizuoti aplinkos stebėseną.

Aplinkos stebėjimo istorija

Pirmą kartą aplinkos stebėsena buvo aptarta 1971 m. Aplinkos problemų moksliniame komitete, vėliau - 1972 m. JT aplinkos konferencijoje Stokholme. Tokio stebėjimo aktualumas šiais metais buvo aptariamas SSRS. Tam buvo pasiūlyta sukurti biosferos rezervatų sistemą.

70-aisiais sovietų mokslininkai labai prisidėjo kuriant idėjas apie aplinkos stebėjimo principus. Šiame procese aktyviai dalyvavo hidrometeorologinio centro vadovas, Izraelis, Izraelis. Apibendrinamasis darbas šia tema buvo paskelbtas 1975 m., Vadovaujant akademikui I. P. Gerasimovui, kuris išskyrė 3 stebėjimo etapus:

1. Pirmuoju monitoringo lygiu, jo manymu, pagrindinis dėmesys turėtų būti skiriamas aplinkos būklės ir poveikio žmonių sveikatai stebėjimui. Pagrindiniai šio etapo rodikliai turėtų būti asmens reakcijos rodikliai: sergamumas, vidutinė gyvenimo trukmė, gimstamumas ir mirtingumas.
2. Antrasis lygis apima stebėjimą bendresniais rodikliais: biologiniu produktyvumu, masės ir energijos metabolizmu ir pan. Tokie stebėjimai turėtų būti atliekami specialiose ligoninėse, mokymo vietose ir kt.
3. Trečiojo etapo tikslas - stebėti didelio masto procesus ir kiekius: atmosferos dulkių susidarymą, vandenynų taršą, bendrą vandens garų kiekį ir kt.

Aplinkos monitoringo uždaviniai ir objektai

Aplinkos monitoringas yra skirtas išspręsti šias problemas:

• Reguliarus aplinkos ir jos taršos stebėjimas.
• Prognozuoti ir įvertinti aplinkos būklę, ypač atsižvelgiant į klimato pokyčius.

Stebėjimo objektai gali būti:

• Aplinka ir jos komponentai (atmosfera, hidrosfera, biosfera, litosfera, urbosfera).
• Aplinkos kokybė, kurios pasikeitimas gali turėti neigiamų padarinių.
• Tam tikros rūšies antropogeninė veikla, galinti pakenkti kitiems.
• Įmonės, sąvartynai, technologijos, atominės elektrinės ir kt.
• Žmogaus sukeltos nelaimės: naftos išsiliejimai, gaisrai, avarijos, incidentai ir kiti natūralių ar žmogaus sukeltų pavojingų reiškinių atvejai.
• Saugomos gamtos vietos.

Aplinkos stebėjimą gali vykdyti įvairios aplinkosaugos organizacijos, tyrimų institutai, vyriausybinės įstaigos (tiek federalinės, tiek vietinės), visuomeninės asociacijos, įmonės ir kiti ekonominiai subjektai, tarptautinės mokslinės organizacijos (pavyzdžiui, NASA).

Monitoringo rūšys

Kalbant apie aprėptį, stebėjimas skirstomas į vietinį, regioninį, nacionalinį ir globalų.

• Vietiniai jie stebi nedidelius bet kurios vietovės plotus.
• Kai stebėjimai vykdomi regioniniu mastu.
• Taikant nacionalinį stebėjimą tam tikros valstybės teritorijoje.
• Pasaulinė aplinkos stebėsena apima didelio masto procesų, turinčių tarptautinę reikšmę, stebėjimą.

Pagal stebėjimo objektą tai gali būti bazinė, biosferinė, atmosferinė, hidrologinė, dirvožemio, radiacijos, higieninė, geobotaninė, zoologinė ir kt.

Pagrindiniai aplinkos monitoringo metodai

Šiuo metu aplinkos stebėjimo metodai skirstomi į 2 pagrindines kategorijas:

1. Žemės stebėjimai (fizikiniai ir cheminiai, bioindikacijos, meteorologiniai, fotografiniai, medicininiai ir kt.)
2. Nuotoliniai aplinkos stebėjimo metodai (palydovinis stebėjimas, sekimas iš dronų ir kt.).

Natūralu, kad pirmuoju atveju vietiniai ir regioniniai procesai vertinami dažniau, o antruoju atveju - plataus masto ir globaliais procesais.

Palydovų stebėjimas

Nuotolinis Žemės jutimas naudoja palydovų duomenis, duomenis iš lėktuvų, dronų, laivų. Palydoviniai duomenys pateikia kuo platesnį tiriamo objekto aprėptį, todėl dažnai naudojami norint gauti informacijos apie globalius aplinkos pokyčius. Aviacijos ir kosmoso vaizduose aiškiai matomas miškų naikinimo, urbanizacijos, atmosferos užterštumo dulkėmis, tirpstančio ledo ir kt. Infraraudonųjų spindulių detektorių duomenys pateikia informaciją apie įvairių žemės paviršiaus dalių temperatūrą ir įvertina jo albedą. Radijo bangų ir ultravioletinių spindulių atspindėjimas iš vandens paviršiaus suteikia informacijos apie vandenynų taršą.

Nuotolinis Žemės jutimas tampa vis populiaresne ekologinių tyrimų rūšimi.

Bet palydovinis stebėjimas taip pat gali būti naudojamas situacijai vietos lygiu sekti. Pvz., Iš kosmoso atvaizdų pateikiama informacija apie miškų būklę, miškų gaisrų situaciją, perkūnijos židinius ir pan., Kurių gali pakakti tam tikriems praktiniams sprendimams priimti. Norint gauti aukštos kokybės ir tikslius vaizdus, ​​gali būti naudojami dronai.

Biologiniai metodai

Biologiniai aplinkos stebėjimo metodai yra antžeminio stebėjimo metodai. Jie taip pat vadinami bioindikacijos. Pagrindinis tokio stebėjimo objektas yra biologiniai objektai: rūšys, bendruomenės, ekosistemos, maisto grandinės ir kt. Analizei naudojami tokie faktai kaip rūšies pasiskirstymas, jos skaičiaus pasikeitimas ar visiškas išnykimas ar atsiradimas naujoje vietoje. Geobotanikos tyrimais jie stebi tam tikrų rūšių diapazono pokyčius, biomasės dinamiką, biologinį produktyvumą, rūšių ir bendrijų pasiskirstymą aukštyje ir platumoje bei kt.

Bioindikatoriai gali būti: vienmečių žiedų plotis, lapų pageltimas, medyno džiūvimas, medžių aukštis, piktžolių (pionierių rūšių) buvimas ir kiti požymiai.

Biologinis stebėjimas apima visus lygius - nuo molekulinio ir ląstelinio iki pasaulinio. Tyrimams, atsižvelgiant į užduotis, organizuojamos laboratorijos, ekspediciniai tyrimai.

Prieš atliekant biologinį stebėjimą, būtina sukurti jo įgyvendinimo metodiką ir surinkti reikiamus duomenis, nes skirtingos biologinės sistemos skirtingai reaguoja į skirtingas poveikio rūšis. Atrenkami organizmai ar ekosistemos, jautriausi žmonių poveikiui. Tokie organizmai vadinami rodikliais. Biologinio testavimo dėka pasirenkami diagnostiniai kriterijai, skirti įvertinti faktoriaus poveikio tyrimui plotą.

Taigi atliekant biologinį stebėjimą naudojamas bioindikacijos metodas. Natūralu, kad tokių tyrimų tikslumas bus mažesnis nei naudojant fizinius metodus. Tačiau tuo pat metu jie leis įvertinti bendrą antropogeninės veiklos žalą gamtinėms ekosistemoms, kurios neįmanoma padaryti naudojant kitus metodus. Dėl to bus įmanoma atskirti nuo aplinkos komplekso poveikio aplinką ir imtis tinkamų priemonių antropogeninei apkrovai sumažinti. Norint įvertinti galimą žalą visuomenės sveikatai, geriau analizuoti toksikologinius mėginius, susijusius su fizikinės ir cheminės stebėsenos metodais.

Bioindikacijos tikslais dažniausiai naudojamos žuvys, mikroorganizmai ir dumbliai. Taip pat žinoma, kad vėžiai labiau mėgsta gryną vandenį, todėl yra geras užterštumo rodiklis. Tas pats pasakytina apie kai kurias kerpių rūšis, kurioms taip pat taikoma bioindikacija.

Biologinio stebėjimo galimybės

Aplinkos biologinis indikacija tinka šioms užduotims:

• Sudaryti išsamų antropogeninio poveikio tiriamo regiono gamtai vertinimą.
• Nustatykite atsitiktinį ar latentinį išmetimą, įskaitant tyčinį klaidingą informacijos pateikimą valdydami informaciją apie savo išmetamus teršalus.
• Leiskite įvertinti organizmų jautrumą skleidžiamiems teršalams ar kitam kenksmingam poveikiui.
• Parodykite biosistemų reagavimo greitį ir jos skalę.
• Jie leidžia nustatyti taršos židinius ir kenksmingų priemaišų koncentracijas.
• Jie leidžia įvertinti konkrečių teršalų pavojaus aplinkai laipsnį ir didelę tikimybę žmonėms.
• Jie padeda pagrįsti maksimalias leistinas aplinkos apkrovas ir prireikus imasi priemonių ją sumažinti.

Laboratoriniai metodai, mėginių ėmimas

Fizikiniai ir cheminiai aplinkos stebėjimo metodai dažniausiai yra laboratoriniai. Analizė pradedama imant oro, dirvožemio ar vandens mėginius, o paskui ant specialios įrangos atliekamas teršalų kiekio nustatymas. Jis taip pat vadinamas instrumentine analize.

Fizikiniai ir cheminiai metodai yra šie:

• chromatografija;
• infraraudonųjų spindulių spektrometrija;
• fluorimetriniai metodai;
• elektrocheminiai metodai;
• masių spektrometriniai metodai;
• liuminescencinė analizė;
• radiotechnikos metodai.

Chromatografiniai metodai

Šie metodai dažnai naudojami teršalams aptikti, ypač analizuojant skysčius. Populiariausios yra dujų-skysčio, plonasluoksnės, skysčių ir jonų chromatografijos. Ploną sluoksnį lengva atlikti ir jis naudojamas pesticidams ir organiniams teršalams aptikti. Dujos ir skystis yra efektyvesni analizuojant lakiuosius organinius junginius. Skysčių chromatografija naudojama norint aptikti nelakius cheminius junginius.

Didelio jautrumo detektoriai, pagrįsti įvairiais fizikiniais ir cheminiais metodais, leidžia aptikti net ir nedidelius priemaišų kiekius, o tai yra svarbu nustatant labai toksiškus junginius. Kartu su chromatografijos metodais, masės spektrometrija ir infraraudonųjų spindulių spektrometrija gali duoti gerą rezultatą nustatant sudėtinius teršalų derinius. Šio tipo analizatoriai jungiami prie galingų kompiuterių. Jų pagalba galite aptikti tokias pavojingas medžiagas kaip dioksinai, polichlorinti bifenilai, nitrozaminai ir toksiški pesticidai.

Jonų chromatografija naudojama analizuoti katijonų ir anijonų santykį.

Spektrofotometrija

Šis metodas naudoja infraraudonąją spinduliuotę. Absorbcijos, atspindžio ir sklaidos spektrų analizė leidžia gana tiksliai nustatyti priemaišų buvimą ir koncentraciją. Turėdami įvairių medžiagų spektrų katalogą, galite lengvai nustatyti teršalų ar naudingų medžiagų, esančių mėginyje ar gaminyje, tipą. Infraraudonųjų spindulių spektras leidžia nustatyti net tokias savybes kaip tankis, dalelių dydžio pasiskirstymas, kaloringumas maisto produktuose ir sėklų daigumas.

Liuminescencinis metodas

Tai yra vienas jautriausių teršalų nustatymo būdų. Naudojant jį, nustatomi organinių ir neorganinių priemaišų pėdsakai oro mėginiuose. Jis gali būti naudojamas hidrosferos ir biosferos stebėjimui, taip pat mikroelementų, organinių junginių ir kenksmingų medžiagų kiekiui nustatyti.

Liuminescencinis metodas gali būti naudojamas, jei jo reikia norint aptikti poliaromatinius angliavandenilius ar jų darinius. Medžiagos koncentracijai apskaičiuoti naudojamas toks reiškinys kaip luminescencijos gesinimas.

Tačiau ne visi junginiai nustatomi šiuo metodu. Kartais vykdoma cheminė reakcija, kurios metu pradinis junginys keičiamas taip, kad luminescencija galėtų jį aptikti.

Elektrocheminiai metodai

Jų įgyvendinimui naudokite elektrodus: anodą ir katodą. Katodas dažnai yra gyvsidabrio lašinamas elektrodas su nuolat atnaujinamu paviršiumi, kuris leidžia gauti pologramas ir atlikti efektyvią analizę. Šis metodas tinka tik aptikti metalų jonus, organines medžiagas, karbonilo junginius, peroksidus, epoksidus ir kitus. Dėl šios priežasties ji negali būti laikoma universalia, tačiau gana selektyvi.