Методы экологического мониторинга.

Методы экологического мониторинга

К методам мониторинга относятся общенаучные методы (системный, математический, моделирование, картографический), конкретно-научные методы (геофизический, геохимический, биогеографический, экономический, социологический и ландшафтный) и группа специальных, или прикладных, методов. Более подробно методы мониторинга будут рассмотрены ниже.

Средства мониторинга включают:

· • логические — рабочие гипотезы, суждения, доказательства, формулы;

· • информационные — аппаратура и устройства для сбора, систематизации, обработки, хранения и передачи оперативных и фондовых данных от подсистем и пунктов мониторинга и для обмена информацией между ними;

· • технические — измерительные приборы, инструменты и оборудование, необходимые для наблюдений и контроля за процессами в экосистемах;

· • биологические — живые организмы, используемые в качестве индикаторов мониторинга.

Организация систем мониторинга связана со спецификой природнотерриториальных комплексов. Они представляют собой целостные образования, возникшие и развивающиеся вследствие теснейших взаимосвязей между слагающими их компонентами. Они могут быть разной степени сложности и размерности и определяются иерархическим положением в таксономической системе. В зависимости от уровней и объектов исследований выделяются планетарный, региональный и локальный уровни. Для каждого из уровней сложилась определенная специфика наблюдаемых компонентов (показателей систем), что определяет выбор применяемых методов мониторинга. Безусловно, немаловажным фактором являются нормативные требования к организации и проведению экологического мониторинга (международные и национальные стандарты, методические руководства к проведению измерений и др.) и условия финансирования. Инструментальные средства контроля состояния окружающей среды весьма многообразны, и они рассматриваются в специальных курсах. Остановимся более подробно на самих методах мониторинга.

Использование тех или иных методов контроля состояния окружающей среды регламентируется специальными нормативными документами в соответствии с программой организации экологического мониторинга. Это позволяет избежать грубых ошибок и обеспечить единство подходов к измерениям параметров окружающей среды и качество получаемых результатов. В настоящее время большая часть измерений проводится под эгидой стандартов ИСО (ISO — международные стандарты).

Дистанционные методы. Эта группа методов используется уже более полувека: автоматические системы слежения за параметрами внешней среды были созданы в военных и космических программах. В США еще в 1950-е гг. в системе противовоздушной обороны (ПВО) использовали семь эшелонов плавающих в Тихом океане автоматических буев. Одна из наиболее серьезных автоматических систем контроля качества окружающей среды была реализована в аппарате «Луноход».

Источниками данных для экологического мониторинга являются материалы дистанционного зондирования (ДЗ), получаемые с носителей:

· - аэрокосмические методы — система наблюдения при помощи самолетных, аэростатных средств, спутников и спутниковых систем, а также обработки данных дистанционного зондирования:

· • космические (пилотируемые орбитальные станции, корабли многоразового использования, автономные спутниковые съемочные системы);

· • авиационного базирования (самолеты, вертолеты и микроавиаци- онные радиоуправляемые аппараты), составляющие значительную часть дистанционных данных (remotely sensed data), как антонима контактных (прежде всего наземных) видов съемок, способов получения данных измерительными системами в условиях физического контакта с объектом съемки;

· — методы морского (наводного) и наземного базирования:

· • фототеодолитная съемка;

· • сейсмомагнитная разведка;

· • электромагнитная разведка и другие методы геофизического зондирования недр;

· • гидроакустическая съемка рельефа морского дна с помощью гидролокаторов бокового обзора и др.

Спутниковые данные дистанционного зондирования позволяют решать задачи:

· • определения метеорологических характеристик;

· • контроля динамики атмосферных фронтов, ураганов, получение карт крупных стихийных бедствий;

· • определения температуры подстилающей поверхности, оперативного контроля и классификации загрязнений почвы и водной поверхности;

· • обнаружения крупных или постоянных выбросов промышленных предприятий;

· • контроля техногенного влияния на состояние лесопарковых зон;

· • обнаружения крупных пожаров и выделение пожароопасных зон в лесах;

· • мониторинга и прогноза сезонных паводков и разливов рек; обнаружения и оценки масштабов зон крупных наводнений;

· • контроля динамики снежных покровов и загрязнений снежного покрова в зонах влияния промышленных предприятий и др.

Данные дистанционного зондирования в силу своей специфики требуют использования компьютерных методов обработки спутниковых данных. При обработке должны быть получены снимки или изображения с требуемыми радиометрическими и геометрическими характеристиками. Основные этапы обработки данных представлены на рис. 1.

Рис. 1. Этапы обработки данных дистанционного зондирования

Наземные методы экологического мониторинга, в отличие от дистанционных, предполагают непосредственный контакт с изучаемым объектом. Это довольно разнообразные методы, которые объединяются в следующие группы.

Физико-химические методы включают комплекс методов мониторинга, позволяющих:

• • установить качественный состав среды (выявить само наличие загрязнения) — качественные методы, например хроматографические;
• • выявить количество загрязняющих веществ — количественные методы, среди которых выделяют:
• - гравиметрический метод — определение массы и процентного содержания вещества в анализируемой пробе;
• - титриметрический (объемный) метод — измерение объемов определяемого вещества и реагента, используемого при данном определении, который в свою очередь включает:
• а) методы кислотно-основного титрования;
• б) методы осаждения;
• в) методы окисления — восстановления;
• г) методы комплексообразования;

колориметрические методы — разновидность методов абсорбционного анализа; основаны на изменении оттенков цвета исследуемого раствора в зависимости от концентрации; выделяют визуальную колориметрию и фотоколориметрию;

- экспресс-методы — инструментальные методы, позволяющие определить загрязнения за короткий период времени; сюда же можно отнести применение автоматизированных средств контроля среды в режиме реального времени;

потенциометрические методы основаны на изменении потенциала электрода в зависимости от физико-химических процессов, протекающих в растворе, среди них:

• а) прямая потенциометрия (ионометрия);
• б) потенциометрическое титрование.

Методы биологического мониторинга. Биоиндикация позволяет судить о состоянии окружающей среды по факту встречи, отсутствия, особенностям развития организмов-биоиндикаторов. Более подробно метод биоиндикации будет рассматриваться в следующих главах.

Методы статистической и математической обработки данных предполагают использование соответственно статистического анализа и математического моделирования, информационных технологий.

Географические информационные системы (ГИС) применяются в настоящее время во многих сферах, однако в экологическом мониторинге их использование — неотъемлемый компонент большинства работ. ГИС- системы применяются для привязки экологических данных к пространственным объектам.

Разработка системы мониторинга на любом уровне является сложным междисциплинарным исследованием, которое направлено на обеспечение информацией о состоянии среды или объекта с целью минимизации вреда, наносимого природе и обществу. Более надежные критерии наблюдений формируются при условии расширения перечня измеряемых одиночных и комплексных показателей загрязнения. В эти показатели кроме традиционных аналитических измерений могут входить результаты биотестирования и экспресс-анализы с целью быстрой идентификации веществ, токсичных для биоты. Такие методы значительно дешевле, чем аналитические определения, регламентированные нормативными документами. Они могут дополнять основные наблюдения (обязательные программы мониторинга) и позволяют быстро реагировать на возникновение негативных последствий загрязнения окружающей среды.

Таким образом, современные системы мониторинга основываются на использовании комплекса методов наблюдений, которые наилучшим образом позволяют получить представление о процессах, протекающих в окружающей среде.