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)

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).