Окружающей среды
Формирование представлений о сущности и содержании мониторинга началось ещё в середине 70-х гг. Ю.А. Израэль (1977,1984 и т.д.) одним из первых обратил внимание на необходимость регулярного слежения за последствиями антропогенного воздействия на природную среду. По его мнению, мониторингом целесообразно называть систему наблюдений, позволяющую выделить изменения состояния (и прежде всего загрязнения) биосферы под влиянием деятельности человека. Подобную систему он определил как мониторинг антропогенных изменений окружающей природной среды. Основная цель её создания - предупреждение негативных последствий воздействия человека на природу. Для достижения этой цели необходимо решение следующих задач: а) организация широкой сети наблюдений за антропогенными изменениями биосферы; б) определение источников воздействия, а также причин этих изменений; в) оценка фактического состояния природной среды, выявление антропогенных эффектов; г) прогноз и определение тенденций изменения состояния биосферы. Решение этих задач требует привлечения информации о естественных колебаниях элементов и компонентов природной среды. Поэтому мониторинг должен опираться на уже существующие службы наблюдений (гидрометеорологическую, санитарно-эпидемиологическую, геологическую и др.), использовать их опыт и сеть станций наблюдения. Одновременно необходимо создание новых наблюдательных станций и использование новых показателей состояния биосферы. По мнению Ю.А. Израэля (1984), главной составной частью мониторинга выступает экологический мониторинг - совокупность наблюдений за геофизическими и биотическими компонентами биосферы, оценки и прогнозирования ответных реакций экосистемы на антропогенные воздействия. Объектами слежения являются системы разного иерархического уровня (локального, регионального, глобального) и различной степени антропогенной трансформации. Слежению подлежат две основные подсистемы в их взаимосвязи: а) геофизическая (определение загрязнения среды, ряда параметров её метеорологического и гидрологического режимов и др.); б) биотическая: (наблюдение за состоянием здоровья человека, числом видов растений и животных, их биомассой, продуктивностью и др.). В связи с этим существенное значение имеет исследование одновременно различных процессов, происходящих в биосфере, - физических, химических и биологических. Особое место в системе экологического мониторинга занимает человек, слежение за состоянием его здоровья. Наблюдение за реакцией человеческой популяции на различные воздействия является обязательным и ввиду его значимости должно быть выделено в отдельное звено системы. Поэтому важной особенностью экологического мониторинга является его антропоцентризм. Согласно Ю.А. Израэлю (1977), мониторинг представляет собой сложную информационную систему, которая включает наблюдения, оценку и прогнозирование состояния биосферы, но в его функции не входит управление качеством окружающей среды и деятельностью человека. Однако весь смысл слежения за состоянием среды состоит в получении информации, необходимой для принятия управленческих решений. И.П. Герасимов (1977, 1985) показал, что мониторинг окружающей среды имеет не только экологическую, но и географическую составляющую. Его объектом выступает многокомпонентная совокупность природных явлений, подверженная как естественным динамическим изменениям, так и преобразованиям со стороны человека. Всестороннее наблюдение за состоянием этой совокупности явлений представляет очень сложную задачу, поэтому её предложено решать путём подразделения на несколько частных уровней (ступеней или звеньев). В зависимости от масштаба объектов и задач наблюдении выделено три уровня мониторинга: биоэкологический (санитарно гигиенический), геосистемный (геоэкологический в интерпретации И.П. Герасимова) и биосферный (глобальный). Биоэкологический мониторинг выступает как исходная ступень системы наблюдений и контроля. Его основная функция - получение оперативной информации о состоянии окружающей среды с точки зрения её влияния на здоровье человека и населения. Здоровье человека рассматривается как интегральный показатель состояния среды, а следовательно, выступает в качестве главного объекта мониторинга. Наблюдению и контролю подлежат характеристики приземных слоёв атмосферы, питьевой воды, промышленных и бытовых стоков, пищевых продуктов и других факторов, определяющих здоровье населения. Наблюдения должны проводиться в местах концентрации людей районах их наиболее интенсивной деятельности (как правило, в пределах локальных ареалов). Они призваны контролировать линии связи человека (особенно трофические) с окружающей его природной средой. Таким образом, задачей биоэкологического мониторинга является наблюдение за тем, чтобы окружающая среда не стала вредной для здоровья людей. В этом ему большую помощь могут оказать гидрометеорологическая и санитарно-эпидемиологическая службы, служба защиты растений, гидробиологический контроль. Вторую ступень системы наблюдений представляет геосистемный мониторинг. Его можно рассматривать как географическую составляющую мониторинга окружающей среды. На данной ступени проводятся наблюдения за изменением состояния наиболее репрезентативных геосистем, их преобразованием из природных в природно-антропогенные и антропогенные. Геосистемный мониторинг позволяет выявить генезис и взаимную связь тех явлений в окружающей среде, которые служат индикаторами антропогенного воздействия (в частности загрязнения), предвидеть трансформации природных комплексов, ухудшающие среду обитания человека. Индикаторами изменений выступают показатели, характеризующие не только отдельные компоненты природы (в границах геосистем), но и комплексы в целом (продуктивность биогеоценозов, баланс вещества и энергии, способность к самоочищению и др.). Объектами наблюдений являются типичные геосистемы - природные, находящиеся в естественном режиме, природно-антропогенные (прежде всего сельскохозяйственные) и антропогенные комплексы (например, городские территории). В первой группе объектов определяются фоновые, т.е. естественные показатели (обычно на региональном уровне), во второй - исследуются возможности использования естественных ресурсов геосистем в интересах человека особенно для получения биомассы, в третьей группе изучаются эффективность методов управления природопользованием с точки зрения сохранения улучшения среды обитания человека. Наблюдательная сеть геосистемного мониторинга должна включать гидрометеорологические станции, природные заповедники, географические стационары, лиственные опытные станции. Третьей ступенью мониторинга окружающей среды является биосферный мониторинг. Его задача - наблюдения, контроль и прогнозирование возможных изменений природных компонентов на глобальном уровне. В качестве объектов мониторинга выступают наиболее крупные составные части биосферы - атмосфера, гидросфера, почвенный покров, биотические компоненты. Важное значение имеют на наблюдения за изменением солнечной радиации и состава атмосферы, мирового водного баланса, антропогенными преобразованиями геохимического круговорота, загрязнением почв и биологических систем, одной из функций глобального слежения является определение фоновых параметров, необходимых для выявления локальных и региональных параметров состояния окружающей природной среды. Получение информации о состоянии природной среды должно опираться на методы дистанционного зондирования и наблюдения на станциях и полигонах, расположенных в различных физико-географических условиях территории Земли. Таковы наиболее важные положения концепции мониторинга окружающей среды, разработанные Ю.А. Израэлем и И.П.Герасимовым. В 80-90гг. эти положения получили развитие в работах большой группы исследователей (Виноградов, 1984; Шищенко, 1988; Принципы и методы..., 1989; Комплексный мониторинг...., 1991; Емельянов, 199^ 1995; Егоров, 1995 и др.; Мониторинг..., 1996 и др.). В результате сложилось представление о том, что мониторинг - это сложный комплекс наблюдений, включающий слежение за состоянием: а) источников антропогенного воздействия на природные объекты; б) факторов, непосредственно определяющих здоровье человека (состава воздуха, питьевой воды, продуктов питания и др.); в) гео- и экосистем, изменённых под влиянием хозяйственной деятельности человека (т.е. пространственно-временных структур природопользования); г) гео- и экосистем, не испытывающих существенного воздействия антропогенных факторов. Важнейшая задача мониторинга состоит в выявлении и оценке роли вмешательства человека в функционирование природных комплексов, определении последствий обратного влиянияизменений природы на людей и среду их обитания. Он выступает в качестве одного из инструментов поддержания экологической безопасности жизнедеятельности человека в системах типа «хозяйство - природа - население» и «техника - природа - население», т.е. в условиях, в которых проживает большая часть человеческой популяции. При таком представлении о мониторинге содержание наблюдений уже выходит за рамки чисто экологических (био- и антропоцентрических) исследований и приобретает характер геоэкологических наблюдений. Другими словами, мониторинг окружающей среды целесообразно рассматривать как геоэкологический мониторинг.
2.2. Сущность и содержание геоэкологического мониторинга
Геоэкологический мониторинг - это деятельность по регулярному слежению и контролю за экологическим состоянием и антропогенным изменением территориальных и аквальных систем с целью их оценки и прогноза, а также управления этим состоянием (Емельянов, 1994, 1995). Он необходим для определения последствий антропогенного воздействия, влияющих на качество окружающей среды в условиях конкретной территории, и оценки их с позиций жизнеобеспечения человека. Такая оценка позволяет своевременно и оперативно предупредить негативные последствия техногенного вмешательства, выявить возможные «конфликтные» ситуации и вовремя принять меры по их нейтрализации или смягчению. Объектами геоэкологического мониторинга, как показано выше, выступают геоэкосистемы разных иерархических уровней: природные, находящиеся в естественном режиме (например, заповедные), природно-антропогенные (например, сельскохозяйственные) и антропогенные (прежде всего городские). Организация наблюдений и контроля за состоянием наземных и аквальных комплексов особенно актуальна для территорий, которые испытывают высокие техногенные нагрузки. В связи с этим выделяют мониторинг промышленных, транспортных, городских, сельскохозяйственных, мелиоративных и других типов геосистем. Изучение состояния геоэкосистем, т. е. образований, в которых сочетаются и тесно взаимодействуют природные, антропогенно-техногенные и социальные компоненты, представляет собой сложную задачу. Для её решения необходим учёт принципов, отражающих специфику геоэкологии научной дисциплины и свойств геоэкосистем как объектов её исследования. В связи с этим выделим следующие принципы геоэкологического мониторинга. 1. Принцип комплексности мониторинга, т. е. необходимость учёта всей совокупности изучаемых объектов природы (природных компонентов и геоэкосистем в целом), воздействующих на них факторов (антропогенных и естественных), экологически наиболее значимых взаимосвязей между природой, хозяйством и населением, использование всего арсенала методов, которые дают возможность получить достаточно полную информацию о состоянии окружающей человека среды. 2. Целесообразность использования ландшафно-экологического подхода к объектам мониторинга. Такой подход предполагает учёт целостности и пространственно-временной структуры геоэкосистем, выявление пространственной неоднородности природной среды (в частности, путём ландшафтного картографирования), изучение территориальных систем как среды жизни и деятельности человека. Предметом наблюдений выступает изменение ресурсно-экологического состояния систем и слагающих их компонентов. При выявлении состояний отдельных компонентов (сред) необходимо определение связей между ними и биологической составляющей природной среды. 3. Важный принцип мониторинга - экологическая ориентация наблюдений, т. е. нацеленность их на изучение обратных связей в системе "общество - природа" (влияния изменённой природы на жизнь и деятельность населения), определение экологического состояния территорий и акваторий, оценку качества окружающей среды. Реализация этого принципа служит предпосылкой для успешного решения экологических проблем, задач по сохранению и разумному использованию естественных ресурсов, созданию и поддержанию условий, благоприятных для жизни и деятельности человека. 4. Принцип региональности мониторинга - учёт конкретных физико-географических и социально-экономических условий изучаемой территории, особенностей ее хозяйственного использования и изменения природной среды под влиянием деятельности человека. Это должно выражаться в выборе объектов и параметров наблюдений, количестве и размещении этих объектов, размерах наблюдаемой территории, периодичности проведения наблюдений. Необходима разработка схемы природно-хозяйственного районирования территории для целей геоэкологического мониторинга. Подобная схема уже разработана для условий Украины (Шищенко, 1988). В процессе геоэкологического мониторинга должны отслеживаться, оцениваться и прогнозироваться показатели, характеризующие: а) состояние и антропогенные изменения природной составляющей геоэкосистем; б) результаты хозяйственной деятельности и антропогенное воздействие на природу (источники загрязнения, величины нагрузок на природные комплексы и др.); в) качество окружающей среды и состояние здоровья населения. Для получения этой информации целесообразно использовать как уже сложившиеся подходы к мониторингу -наблюдения за состоянием отдельных природных сред (атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почв, биоты, литосферы), так и слежение за состоянием геоэкосистем в целом, т.е. геоэкосистемный (ландшафтно-экологический) мониторинг. Отсюда следует, что наиболее полное представление о состоянии окружающей среды на всех уровнях (от локального до глобального) можно получить лишь на основе организации комплексного геоэкологического мониторинга. Вопрос о создании комплексного мониторинга впервые был поставлен в нашей стране (Принципы и методы..., 1989; Современные проблемы 1992 и др.). Основной принцип его организации - учёт всех компонентов природной среды и взаимосвязей между ними, признание территориальных и аквальных систем в качестве необходимых объектов наблюдений. Структурную схему комплексного геоэкологического мониторинга можно представить в следующем виде (рис. 1). Из схемы видно, что система мониторинга складывается из наблюдений за состоянием отдельных компонентов природы и комплексов окружающей среды в целом. Его особенность состоит в учёте связей между отраслевыми (покомпонентными) звеньями системы и функциональное подчинении геоэкосистемному (ландшафтно-экологическому) мониторингу других видов наблюдений, что обусловлено свойством целостности природной среды. Правда, в таком виде геоэкологический мониторинг в полной мере пока неосуществим и в этом направлении ещё предстоит большая научно-исследовательская, организационная и научно-методическая работа.
Рис.1. Структурная схема комплексного геоэкологического мониторинга
Мониторинг начинают с наблюдений, т.е. сбора исходных данных, характеризующих состояние изучаемых объектов. Обработка и анализ этих данных позволяют оценить сложившуюся экологическую ситуацию, дать прогноз её возможных изменений, обосновать мероприятия по ликвидации или смягчению отрицательных последствий природопользования. В итоге накопленная информация используется для разработки стратегии оптимальных взаимоотношений человека и природы. Исходя из этого, деятельность по мониторингу окружающей среды можно представить в виде следующего общего алгоритма: наблюдения - контроль и оценка состояния среды - прогноз возможных изменений - оценка прогнозируемого состояния - разработка рекомендаций по оптимизации среды. Подобный алгоритм действий характерен для любого вида мониторинга. Наблюдения в данном случае рассматриваются как периодическая (реже непрерывная) регистрация (фиксация) данных об изменениях, происходящих в изучаемом объекте. Они, как правило, связаны с измерением числовых значений этих изменений с помощью специальных приборов и инструментов. В составе мониторинга окружающей среды особенно важное место занимают наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха, осадков, поверхностных и подземных вод, вод океанов и морей, почв, донных отложений водоёмов, растительности, животных. Система наблюдений строится на основе точечных измерений состава этих компонентов, наблюдений на специальных станциях, а также площадных съёмок, которые обычно производятся с помощью дистанционных методов. Следующий этап мониторинга - контроль и оценка результатов наблюдений. Контроль заключается в сопоставлении полученных данных наблюдений с фоновыми (естественными), нормативными или другими «эталонными» величинами и определении отклонений от них. Оценка должна установить, насколько благоприятно или неблагоприятно эти отклонения влияют на жизнедеятельность человека и функционирование природных систем (см. раздел 1.3.2). Подробно вопрос об оценке антропогенных изменений отдельных компонентов природной среды будет рассмотрен ниже, а в этом разделе отметим, что оценка позволяет, с одной стороны, установить ущерб, связанный с природопользованием, а с другой - определить направление восстановления нарушенных участков биосферы и выбрать оптимальные условия для хозяйственной деятельности человека. Но мониторинг - это не просто пассивное слежение за состоянием и антропогенным изменением природной среды. Не менее важно, уловив в этих изменениях определённые закономерности, сделать предупреждающий прогноз. Прогноз базируется на изучении сложных причинно-следственных связей между социально-экономическими и природными факторами изменения гео- и экосистем, а также зависимостей между конкретными видами природопользования и его последствиями для окружающей человека среды. Особое значение имеет исследование хода естественных процессов и выявление закономерностей их изменений под влиянием антропогенных факторов. Если тенденция этих изменений устойчива и прослеживается в течение значительного срока наблюдений, то предсказание можно сделать путём экстраполяции, т.е. продления наблюдаемой трансформации в будущее. В более сложных случаях приходится создавать специальные математические модели. После того как составлен прогноз, производится оценка прогнозируемых изменений состояния окружающей среды с позиций жизнедеятельности человека и функционирования природных систем. Такая оценка позволяет заранее выявить возможные «конфликтные» ситуации, которые могут быть устранены или смягчены путём проведения специальных мероприятий. Как видим, в процессе мониторинга решается важная конструктивная задача, связанная с обеспечением экологической безопасности деятельности людей. На его заключительном этапе разрабатываются меры по оптимизации взаимоотношений общества и природы, которые необходимы для управления состоянием окружающей среды. Правда, управление изменениями среды, например, с помощью постройки очистных сооружений или снижения техногенной нагрузки не входит в функцию службы мониторинга. Это забота организаций, уполномоченных принимать и реализовывать соответствующие решения (например, администрации города). Однако весь смысл слежения за состоянием окружающей среды заключается в научной подготовке таких мер, которые позволяют избежать негативных последствий для жизнедеятельности людей и развития производства. Место мониторинга в системе управления состоянием природной среды показано на следующей схеме (рис. 2). Из схемы видно, что под влиянием антропогенного воздействия (А) элемент природной среды с уровнем состояния С1меняется от С1 к С2. С помощью системы мониторинга М производится приближённое описание и оценка этого изменённого состояния С3. Полученная информация анализируется и поступает в блок управления У. В зависимости от уровня научно-технических разработок (Н) и эколого-экономических возможностей (Э) принимаются меры по ограничению или прекращению антропогенных воздействий, укреплению или «лечению» данного элемента природной среды, совершенствуется и система мониторинга.
Рис.2 Место мониторинга в системе управления состоянием природной среды (по Израэлю, 1984)
Таким образом, в результате функционирования мониторинга формируется информационная основа, необходимая для управления природно-антропогенными процессами и разработки мероприятий, позволяющих ослабить вредные последствия преобразования окружающей природной среды.
|
