Наземные наблюдения за состоянием и изменением биосферы

 

Наземные наблюдения за состоянием и изменением биосферы ведут­ся на специальных стационарах, которые в зависимости от назначения подразделяют на базовые (фоновые) и региональные станции.

Базовые станции служат для получения информации о фоновом (ис­ходном) состоянии биосферы и поэтому должны располагаться в районах с заведомо полным (насколько это вообще возможно в современном мире) отсутствием антропогенного влияния не только в настоящее время, но и в ближайшем будущем. Их необходимо размещать в специально выбранных точках как на суше, так и в пределах акватории Мирового океана.

Региональные станции создаются с целью получения информации о состоянии биосферы в зонах, подверженных влиянию хозяйственной дея­тельности человека. Они могут размещаться как вблизи крупных городов и промышленных центров, так и на их границах. Региональные станции служат для фиксации сравнительно быстрых изменений природной среды, базовые станция предназначены для выявления медленных негативных процессов, характеризующих состояние биосферы в целом и поэтому наи­более опасных с точки зрения своих последствий.

В нашей стране базовые станции организованы и функционируют главным образом в составе биосферных заповедников. Биосферными за­поведниками называют репрезентативные (представительные для данных физико-географических условий) слабоизмененные и строго охраняемые природные территории, в пределах которых ведутся мониторинговые на­блюдения за антропогенными изменениями биосферы. Они имеют зони­рованную структуру и, как правило, включают: а) зону, находящуюся вне сферы хозяйственного использования и защищаемую от вмешательства со стороны человека (в ее границах проводятся фоновые наблюдения); б) пе­реходную (буферную) территорию с ограниченной хозяйственной дея­тельностью; в) территорию, испытывающую антропогенное воздействие. Таким образом, биосферные заповедники как бы совмещают в себе при­знаки базовых и региональных станций, хотя программа наблюдений в них является более широкой прежде всего за счет проведения экологических и биологических исследований.

Важной задачей глобального мониторинга является выбор местопо­ложения фоновых станций и биосферных заповедников, разработка про­грамм и унификация методов проведения мониторинговых наблюдений.

Согласно Е.В. Милановой и А.М. Рябчикову (1986), основными кри­териями выбора территорий под биосферные заповедники являются: ре­презентативность (наличие черт, характерных для данного биома), разно­образие природных условий (включение по возможности максимального числа экосистем, сообществ и организмов, характерных для биома) естественность (предпочтение отдается участкам, не испытавшим существен­ных антропогенных преобразований), эффективность территории как при­родоохранной единицы (размер, форма и положение территории должны обеспечивать максимальную степень саморегулирования и слабое воздей­ствие внешних нарушающих факторов). По данным В.Е.Соколова и Ю.Г. Пузаченко (Меняющийся мир..., 1991), наибольшее разнообразие природ­ных условий приурочено к экотонам (переходным зонам), где проявляется и наибольшая неустойчивость экосистем к антропогенному воздействию. Неустойчивость объясняется тем, что большинство элементов систем в пределах экотонов располагается вблизи своих экологических границ и со­ответственно обладает повышенной чувствительностью к внешним воз­действиям. Поэтому территории с большим разнообразием экосистем наи­более удобны для организации сложных научных исследований.

Программа глобальных мониторинговых наблюдений строится так, чтобы получить необходимую информацию как о ходе естественных про­цессов, так и о последствиях антропогенного вмешательства в природу. Она включает (Израэль, 1984): а) мониторинг загрязнения при­родной среды; б) мониторинг откликов биоты на воздействие человека; в) наблюдения за изменением структурно-функциональных характеристик (соотношения годичной первичной и вторичной биологической продук­ции, интенсивности биологического круговорота и др.) природных (эта­лонных) экосистем и их антропогенных модификаций. Результаты мони­торинга необходимо сопоставлять с данными метеорологических, гидроло­гических и других геофизических наблюдений.

Программа глобальных наблюдений предусматривает измерение по­тока веществ из атмосферы на подстилающую поверхность, в процессе ми­грации с поверхностными и подземными водами, по трофическим цепям в экосистемах. При выборе ингредиентов приняты во внимание такие кри­терии, как способность веществ распространяться на большие расстояния, их устойчивость и мобильность в окружающей среде, способность к воз­действию на экологические и геофизические системы (в том числе на кли­мат). Среди измеряемых показателей следует выделить вещества, опреде­ляемые во всех сферах (бенз(а)пирен, хлорорганические соединения, тяже­лые металлы и др.) и ряд загрязнителей (окись углерода, окислы азота, озон, аэрозоли и др.), которые определяются в атмосфере (табл. И).

Помимо наблюдений за основными параметрами загрязнения среды мониторинг должен включать наблюдения за изменением ультрафиоле­товой радиации, радиационного и теплового балансов, изучение изменений свойств почв и их разрушения под влиянием эрозии, выявление реакции биоты на загрязнение (в частности, расчет баланса по важнейшим загряз­нителям на "входе" и "выходе" для биологических систем разного типа и уровня организации), исследование динамики процессов, протекающих в антропогенных ландшафтах.

 

Таблица 11. Программа мониторинга загрязняющих веществ в биосферных заповедниках (Теоретические основы…, 1983)

Геосферы и их компоненты	Загрязняющие вещества	Периодичность наблюдений
Атмосфера     Атмосферные осадки и выпадения, снежный покров     Поверностные и подземные воды, донные отложения и взвеси   Почва     Биота	Аэрозоли, озон, окись и двуокись углерода, окислы азота, углеводороды, бенз(а)пирен, хлорорганические соединения(ДДТ)   Свинец, ртуть, кадмий, мышьяк,ДДТ, бенз(а)пирен, анионы и катионы(по стандартной программе), радионуклеиды   Свинец, ртуть, метилртуть, кадмий, мышьяк, ДДТ, бенз(а)пирен, биогенные элементы,   Свинец, ртуть, метилртуть, кадмий, мышьяк, ДДТ, бенз(а)пирен, биогенные элементы   Свинец, ртуть, метилртуть, кадмий, мышьяк, ДДТ, бенз(а)пирен, биогенные элементы	От суточной до пятисуточной   Осадки – один раз в декаду, месяц. Выпадения – один раз в месяц. Снежный покров раз в год перед началом снеготаяния Вода и взвеси – 6 раз в год в характерные гидрологические периоды. Донные отложения – 1 раз в год в летнюю межень   1-2 раза вгод   2 раза в год

Особую роль играют наблюдения за содержанием озона в атмосфере, поскольку стабильность озонового слоя является важным фактором сохранения биосферы. В естественных условиях в стратосфере наблюдается равновесие между процессами фотохимического образования и разложе­ния озона, однако поступление в атмосферу различных веществ (прежде всего окислов азота, хлорированных и фторированных углеводородов) может легко нарушить это равновесие. В связи с этим актуальной задачей мониторинга является расширение сети озонометрических станций, позво­ляющих регулярно измерять содержание озона в стратосфере (до высоты 30 км) и в приземном слое атмосферы, а также определять концентрацию веществ, способных разрушить озоновый слой в разных точках планеты.

В настоящее время под эгидой ЮНЕСКО в рамках ГСМОС развер­нута сеть пунктов наблюдений, в которую входит более 300 биосферных заповедников и фоновых станций. В 1997 г. на территории Российской Федерации функционировал 21 биосферный заповедник (Кавказский, Приокско-Террасный, Сихотэ-АлинскиЙ, Байкальский, Центрально-Черноземный, Центрально-Лесной и др.). Их основная задача состоит в со­хранении репрезентативных ландшафтов, обеспечении полигонов для про­ведения геоэкологического мониторинга и долгосрочных исследований структуры, функционирования и динамики природных систем в сравнении с системами, измененными человеком.

В качестве примера мониторинга рассмотрим программу наблюде­ний, которые проводятся в Приокско-Террасном биосферном заповеднике, расположенном в южном Подмосковье.

В основу организации наблюдений положен ландшафтно-геохимический бассейновый подход, который признан наиболее результа­тивным при слежении за состоянием природных систем. Для изучения процессов миграции вещества, происходящих в геохимических ландшаф­тах, были выбраны два модельных водосбора - один расположен в грани­цах заповедника, другой - в условиях типичной сельскохозяйственной территории. В пределах водосборов изучаются следующие потоки ве­щества: а) поступление химических элементов с атмосферными осадками; б) приток твердых аэрозолей на территорию сельскохозяйственного ис­пользования и лесных массивов, химический состав аэрозолей и содержа­ние поступающих с ними элементов; в) ионный и твердый стоки с водо­сборов, фиксируемые еженедельно во время меженей и ежедневно в пе­риоды паводков и половодий; г) поступление химических элементов в агроценозы водосбора с удобрениями и пестицидами; д) отчуждение эле­ментов с водосборов с продукцией земледелия и древесиной при вырубках или сборе валежника (Теоретические основы..., 1983).