ЛЕКЦИЯ 1. Введение. История развития системы экологического мониторинга

 

Введение. 

Экологический мониторинг является информационной основой для широкого спектра природоохранной деятельности. Полученные данные используются для научных исследований, оценки состояния окружающей среды и принятия управленческих решений. Глобальная система экологического мониторинга позволяет получать колоссальный объём данных любого масштаба. Это данные метеорологических станций, систем дистанционного зондирования (космические снимки, сейсмосъёмка, электромагниторазведка и т.п.). Результаты мониторинга указывают на сложность и неоднозначность воздействия антропогенной деятельности на окружающую среду. Для анализа полученных данных, а также для прогнозирования на основе обработки этих данных выделяются колоссальные вычислительные мощности. И это не удивительно. Ведь грамотная оценка ситуации даёт нам информацию о качестве окружающей среды, существующих резервах системы и позволяет реализовать экологически целесообразные управленческие решения. Стоит отдельно отметить мониторинг биологических объектов. В этой области до сих пор слабо формализованы методы оценки, но потребность в определении качества среды очень высока. Об этом явно говорит интерес к проблеме сохранения биоразнообразия. Для понимания закономерностей функционирования популяционно-видового, экосистемного уровня и надэкосистемных структур необходимо применять новейшие разработки этого направления. Это методы биоиндикации, широкий спектр математических методов сравнительного анализа компонентов биоразнообразия, информационные технологий для обработки экологических данных, а системы искусственного интеллекта и т.п Система экологического мониторинга не ограничивается только сбором информации об окружающей среде. Экологический мониторинг сам по себе является исследованием, которое включает в себя этапы сбора, упорядочивания, анализа данных, прогнозирования и принятия управленческого решения. Постоянный мониторинг лежит также в основе функционирования кадастровых систем, геоинформационных систем, а также экосистемного анализа. Данные экологического мониторинга используются при проведении экологической экспертизы (например, для оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС)), экологического аудита и в других смежных областях.

История развития системы экологического мониторинга

В различных видах своей деятельности человек издавна применяет систему наблюдений за объектами или явлениями. Уже в древности люди могли предвидеть время начала наводнения, составить примерный прогноз погоды и др. Например, знаменитый греческий философ Фалес Милетский (VII–VI в.в. до н.э.) прославился предсказанием солнечного затмения (585 год до н.э.), а до него вавилонские астрономы могли вполне успешно предсказать затмение луны. Передают еще, что Фалес однажды, предвидя на основании астрономических данных богатый урожай оливок, роздал небольшую сумму денег в задаток владельцам всех маслобоен в Милете и на Хиосе. Когда наступило время сбора оливок, начался внезапный спрос на маслобойни. Тогда он стал отдавать на откуп законтрактованные им маслобойни и, таким образом, сильно обогатился. Или, например, ученик Фелеса Анаксимандр предсказывал землетрясения, что и сегодня является нелегкой задачей [1]. Также блестящие образцы организации наблюдений за природной средой описаны в 37 томах «Historia naturalis» («Естественная история») римского ученого-энциклопедиста Плиния Старшего (I век н.э.), которые содержали сведения по астрономии, физике, географии, зоологии, ботанике, медицине, истории, сельскому хозяйству и вплоть до эпохи средневековья служили наиболее полной энциклопедией знаний [2]. В качестве примеров можно также привести всем известные народные приметы прогноза погоды, которые сложились по многовековым наблюдениям, передавались из поколения в поколение и составляют часть культуры большинства народов. К концу 60-х гг. XX в., в результате наблюдений и их анализа, почти все высокоразвитые страны пришли к выводу о необходимости принятия срочных мер для предотвращения ухудшения состояния и деградации природной среды. Позднее (в 70-х гг.) стало ясным, что необходим научный подход к оценке состояния природной среды и разработка моделей взаимодействия общества с природой [3]. В связи с мощным антропогенным прессом на природную среду и бурным развитием техносферы главной задачей человечества в настоящее время является поиск путей выхода из создавшейся критической экологической ситуации. Но для того, чтобы принять правильные решения, необходимо иметь полную и достоверную информацию о состоянии окружающей среды. За время существования человечества, особенно в XX веке, был накоплен большой фактический материал по изменению природы, а также природно-антропогенных систем. Однако для оценки, прогнозирования и своевременного предупреждения возможных неблагоприятных последствий нужны специальные наблюдения, которые велись бы с учетом связей (прямых и обратных) между деятельностью людей и состоянием окружающей среды. Термин «мониторинг» появился перед проведением Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде в 1972 г. Под термином мониторинг (от английского monitoring – контроль, смысл – от латинского monitor – тот, кто напоминает, предостерегает, надзиратель) было решено понимать систему непрерывного наблюдения, измерения и оценки состояния окружающей среды. В это же время (1972 г.) появились и первые предложения о необходимости создания Глобальной системы мониторинга окружающей среды, которая в настоящее время еще не создана из-за разногласий в объемах, формах и объектах мониторинга, распределения обязанностей между существующими системами наблюдений и других проблем политического характера. Но в будущем такая система должна сложится, став частью единого интегрирующего процесса, происходящего в мире, называемой глобализацией. С самого начала в трактовке мониторинга проявились две точки зрения. Многие зарубежные исследователи предлагали осуществлять систему непрерывных наблюдений одного или нескольких компонентов окружающей среды с заданной целью и по специально разработанной программе. Другая точка зрения (Ю.А. Израэль, 1977 г.) предлагала понимать под мониторингом только такую систему наблюдений, которая позволяет выделить изменения состояния биосферы под влиянием антропогенной деятельности, т.е. мониторинг только антропогенных изменений окружающей природной среды [4]. По мнению еще одного российского исследователя И.П. Герасимова (1975 г.), объектом общего мониторинга предлагалось считать многокомпонентную совокупность природных явлений, подверженных многообразным естественным динамическим изменениям и испытывающих разнообразные воздействия и преобразования ее человеком [5]. На современном этапе забота о сохранении природы заключается не только в разработке и соблюдении законодательств об охране Земли и ее недр, лесов и вод, атмосферного воздуха, животного и растительного мира, но и в познании закономерностей причинно-следственных связей между различными видами человеческой деятельности и изменениями, происходящими в природной среде. В последние десятилетия общество все шире использует в своей деятельности сведения о состоянии природной среды. Эта информация нужна в повседневной жизни людей, при ведении хозяйства, в строительстве, при чрезвычайных обстоятельствах – для оповещения о надвигающихся опасных явлениях природы. Но изменения в состоянии окружающей среды происходят и под воздействием биосферных процессов, связанных с деятельностью человека. Определение вклада антропогенных изменений представляет собой специфическую задачу. К настоящему времени уже больше века во многих развитых странах мира ведутся регулярные метеорологические, сейсмологические, фенологические и другие наблюдения, которые помогают с большей точностью прогнозировать будущее состояние окружающей природной среды. На территории России впервые контроль за состоянием природной среды стал осуществляться в 30-е гг. прошлого столетия на нескольких водных объектах, где определялось минимальное число поллютантов (главные ионы и биогенные элементы). В 50-х гг.(ХХ в.) начаты работы по наблюдению за радиоактивным загрязнением природной среды, а с 1963 г. за состоянием атмосферного воздуха и водных объектов. С 1963 по 1972 гг. шло организационное становление первого этапа наблюдений за загрязнением природной среды. В 1972 г. на базе органов Гидрометслужбы, Минздрава и Минсельхоза и ряда других заинтересованных министерств и ведомств была организована общегосударственная служба наблюдения и контроля загрязнения природной среды (ОГСНК). В структурном отношении ОГСНК состояла из подсистем наблюдений и контроля загрязнения атмосферного воздуха, вод суши, морей и океанов, почв, а также фонового загрязнения различных сред включая биосферные заповедники. Основным принципом организации наблюдений являлась их комплексность, которая предусматривала согласованную работу всех ведомств по организации наблюдений в природной среде, синхронность наблюдений и согласованность сроков их проведения с характерными гидрометеорологическими ситуациями [6]. В связи с ростом энергопотребления, особенно актуальным в наше время становится мониторинг поллютантов поступающих в окружающую среду в виде выбросов, сбросов и других отходов от предприятий энергетики. Мониторинг в энергетике не должен выглядеть только в форме контроля за выбросами (или сбросами) и слежением за режимом работы предприятия. Здесь должен проводится комплексный экологический мониторинг, т.е. необходим мониторинг всей геоэкосистемы

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

Впервые термин мониторинг (от лат. monitor – предостерегающий) появился перед проведением международной конференции в Стокгольме (1972 г.). Под мониторингом было решено понимать систему непрерывного наблюдения, измерения и оценки состояния окружающей среды. Позднее система мониторинга была расширена – в неё был включён этап принятия управленческого решения (рис. 1). Большой вклад в разработку теории мониторинга внесли И.П. Герасимов [12], Ю.А. Израэль [20], В.Д. Федоров и др.

В настоящее время под экологическим мониторингом понимается информационная система наблюдений, оценки и прогноза изменений в состоянии окружающей среды, созданная с целью выделения антропогенной составляющей этих изменений на фоне природных процессов.

В системе экологического мониторинга постоянно должны реализовываться две цели:

1. Постоянная оценка «комфортности» условий среды обитания человека и других биологических объектов.

2. Предоставление информационной составляющей для целей прогнозирования, моделирования и принятия управленческих решений.

В процессе мониторинга решаются следующие задачи:

1. Организация единой системы сбора и обработки данных наблюдений;

2. Обеспечение достоверности и сопоставимости данных наблюдений;

3. Организация хранения данных наблюдений, ведение специальных банков и баз экологических данных;

4. Оценка и прогноз состояния объектов окружающей природной

среды;

5. Информационное обеспечение органов власти и управления комплексной информацией о состоянии окружающей природной среды и природных ресурсах, а также населения информацией о проблемах обеспечения экологической безопасности.

Общей рекомендацией к системе экологического мониторинга является системное представление объекта мониторинга. Только в этом случае возможно собрать данные, которые впоследствии можно будет анализировать и давать им содержательную интерпретацию.

В настоящее время основным методом оценки окружающей среды является экологическое нормирование. В соответствии с природоохранительным законодательством Российской Федерации нормирование качества окружающей природной среды производится с целью установления предельно допустимых норм воздействия, гарантирующих экологическую безопасность населения, сохранение генофонда, обеспечивающих рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов в условиях устойчивого развития хозяйственной деятельности.

Рис. 1.1 Блок-схема системы мониторинга [20].

При этом под воздействием понимается антропогенная деятельность, связанная с реализацией экономических, рекреационных, культурных интересов и вносящая физические, химические, биологические изменения в природную среду.

Общей рекомендацией к системе экологического мониторинга является системное представление объекта мониторинга. Только в этом случае возможно собрать данные, которые впоследствии можно будет анализировать и давать им содержательную интерпретацию. В настоящее время основным методом оценки окружающей среды является экологическое нормирование. В соответствии с природоохранительным законодательством Российской Федерации нормирование качества окружающей природной среды производится с целью установления 7 предельно допустимых норм воздействия, гарантирующих экологическую безопасность населения, сохранение генофонда, обеспечивающих рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов в условиях устойчивого развития хозяйственной деятельности. При этом под воздействием понимается антропогенная деятельность, связанная с реализацией экономических, рекреационных, культурных интересов и вносящая физические, химические, биологические изменения в природную среду. Как экологическое, так и санитарно-гигиеническое нормирование основаны на знании эффектов, оказываемых разнообразными факторами воздействия на живые организмы. Одним из важных понятий в нормировании является понятие загрязнения: Загрязнение окружающей среды – поступление в окружающую среду вещества и (или) энергии, свойства, местоположение или количество которых оказывают негативное воздействие на окружающую среду. Обычно выделяют следующие виды загрязнения: 

1. Химическое. Загрязнение ксенобиотиками и другими химическими веществами. 2. Физическое. Тепловое, световое, шумовое, электромагнитное, радиоактивное воздействие. 

3. Биологическое. Загрязнение микроорганизмами (гниение, болезнетворность), животными (паразиты), растениями (цветение водоёмов). 

4. Визуальное. Нарушение эстетической привлекательности ландшафта (например, вследствие организации свалки строительного мусора). 

В зависимости от времени поступления загрязнителей различают три вида загрязнений: 

1. Первичное загрязнение – вызванное поступлением загрязняющих веществ и процессами непосредственного их превращения. В цикле первичного загрязнения могут появляться вторичные и последующие загрязняющие вещества. 

2. Вторичное загрязнение – развивается как следствие первичного загрязнения и представляет собой новый цикл загрязнения. 

3. Повторное загрязнение – вызванное повторным выносом загрязняющих веществ вследствие первичного загрязнения. 

Например, вынос осевших на дно или вмерзших в лед нефтепродуктов во время паводка или таяния льда В настоящее время существует фактическое разделение на экологическую безопасность в отношении человека и экологическую безопасность в отношении к окружающей природной среде. Принцип антропоцентризма верен в отношении истории развития нормирования: значительно ранее прочих были установлены нормативы приемлемых для человека условий среды (прежде всего, производственной). 

Тем самым было положено начало работам в области санитарно-гигиенического нормирования. В частности, были выведены такие группы нормативов как предельно-допустимая концентрация (ПДК) и предельно допустимый уровень воздействия (ПДУ): Предельно-допустимая концентрация (ПДК) – утверждённый в законодательном порядке санитарно-гигиенический норматив содержания вредного вещества в окружающей (или производственной среде), практически не влияющего на здоровье человека и не вызывающего неблагоприятных воздействий. 

Предельно-допустимый уровень (ПДУ) – утверждённый в законодательном порядке санитарно-гигиенический норматив, связанный с нагрузкой физических факторов (шума, электромагнитного излучения и др.) в окружающей (или производственной среде), практически не влияющего на здоровье человека и не вызывающего неблагоприятных воздействий. 

В тех случаях, когда для вредных факторов не определён санитарно-гигиенический норматив, а исследование находится только на стадии опытных или опытно-промышленных разработок, применяются ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ), ориентировочные допустимые концентрации (ОДК) и ориентировочные допустимые уровни (ОДУ). 

Нормативы, ограничивающие вредное воздействие, устанавливаются и утверждаются специально уполномоченными государственными органами в области охраны окружающей природной среды, санитарноэпидемиологического надзора и совершенствуются по мере развития науки и техники с учетом международных стандартов. 

Существует большое количество справочников, содержащих подробную и исчерпывающую информацию о ПДК и токсикологических показателях различных химических веществ. Российский регистр потенциально опасных химических и биологических веществ Минздрава РФ распространяет АИПС (автоматизированная информационно-поисковая система) «Опасные вещества» – базу данных по опасным химическим и биологическим веществам, содержащую данные о зарегистрированных в РПОХВ (российский регистр потенциально опасных химических и биологических веществ) веществах (химическая номенклатура, физико-химические характеристики, параметры токсикометрии, оценку специфических и отдаленных эффектов, показатели экологической безопасности, гигиенические и экологические нормативы, библиографические данные). 

В базу данных, наряду с исчерпывающей отечественной информацией, включены сведения из ведущих зарубежных баз данных опасных веществ, в том числе международного регистра потенциально токсичных веществ