книги / Экологический мониторинг

В настоящее время в мире общее количество охраняемых территорий превышает 2600 наименований, их общая площадь составляет свыше 4 млн. км2, что составляет 3 % площади суши. Биосферные заповедники на территории России относительно равномерно охватывают обширную территорию государства с учетом ее природного разнообразия, заповедных зон и природных условий.

2.2.1.Размещение станций комплексного фонового мониторинга

Станции КФМ в зависимости от выполняемых задач и расположения подразделяются на три категории:

•Базовые станции. Располагаются в наиболее чистых местах, в горах, на изолированных островах (рис. 2.3, à). Основной задачей базовых станций является контроль за глобальным фоновым уровнем загрязнения атмосферы, не испытывающей влияния никаких локальных источников.

•Региональные станции. Должны находиться в сельской местности (рис. 2.3, á), не менее чем в 40 км от крупных источников загрязнения. К задачам функционирования относят обнаружение в районе станции долгопериодных колебаний атмосферных составляющих, обусловленных изменениями в природопользовании и другими антропогенными воздействиями.

•Континентальные станции. Должны размещаться в отдаленных районах, чтобы в радиусе 100 км не было источников, которые могли бы повлиять на локальные уровни загрязнения.

Рис. 2.3. Виды станций комплексного фонового мониторинга: à – базовые; á – региональные

71

После выбора района учитывают имеющиеся на данной территории источники загрязнения. При наличии крупных локальных источ- ников загрязнения окружающей среды (например, ад- министративно-промыш- ленных центров с населением более 500 тыс. человек) расстояние до наблюдатель-

ного полигона СКФМ должно составлять не менее 100 км. Рис. 2.4. Пробоотборная площадка

Если это выполнить невозможно, то следует расположить СКФМ таким образом, чтобы повторяемость воздушного потока, обусловливающего перенос загрязняющих веществ от источника в направлении станции, не превышала 20–30 % [8].

Оборудование станций. СКФМ включает в себя наблюдательный стационарный полигон и химическую лабораторию. Наблюдательный полигон составляют площадки для размещения оборудования для отбора проб (рис. 2.4), гидропосты и в ряде случаев наблюдательные скважины. На полигоне выполняется отбор проб атмосферного воздуха и атмосферных осадков, воды, почвы, растительности, а также проводятся гидрометеорологические и геофизические измерения приборов.

Площадка для наблюдений (5050 м), на которой размещаются пробоотборные установки и измерительные приборы, называется

опорной (базовой) площадкой СКФМ. Площадка находится на ровном участке ландшафта с малой степенью закрытости горизонта, вдали от строений, лесных полос и других препятствий, способствующих возникновению локальных атмосферных возмущений.

Площадка оборудуется установками для отбора проб воздуха, осадкосборниками, газоанализаторами, типовым комплектом метеорологических приборов.

Химическая лаборатория станции располагается на расстоянии не ближе 500 м от опорной площадки. В лаборатории проводятся

72

обработка и анализ той части проб, которая не подлежит пересылке в региональную лабораторию: определение содержания в атмосферном воздухе взвешенных частиц, сульфатов и диоксида серы; рН, электропроводности в атмосферных выпадениях.

2.2.2. Программы наблюдения на станциях

На станциях КФМ реализуется один из принципов фонового мониторинга – комплексное изучение содержания загрязняющих веществ в компонентах экосистем. В связи с этим программа наблюдений на СКФМ включает в себя систематические измерения содержания загрязняющих веществ одновременно во всех средах, дополненные гидрометеорологическими данными. Как правило, наблюдения на СКФМ проводятся по единой программе, включающей в себя:

1.Перечень приоритетных загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, осадках, поверхностных водах, донных отложениях, почве, растительности и тканях животных.

2.Перечень гидрометеорологических параметров.

3.Периодичность проведения наблюдений и измерений.

Перечень включенных в программу веществ составлен с учетом распространенности и устойчивости в окружающей среде, способности к миграции на большие расстояния, степени негативного воздействия на биологические и геофизические системы различных уровней (табл. 2.1).

В обязательную программу наблюдений на базовых СКФМ включены наблюдения за содержанием загрязняющих веществ в приземном слое, аэрозольной мутностью атмосферы, радиацией, химическим составом осадков. На региональных станциях измеряется атмосферная мутность, концентрация взвешенных аэрозольных частиц, определяется химический состав атмосферных осадков.

Программа наблюдений на СКФМ разных категорий может быть расширена за счет увеличения числа определяемых в атмосфере газов, в частности, малых газовых компонентов, объемная концентрация которых менее 1% и которые, преобразуясь в атмосфере, могут превратиться в аэрозольные частицы.

Любые наблюдения по программе фонового мониторинга должны сопровождаться комплексом обязательных метеорологических наблюдений, поэтому фоновые наблюдения желательно проводить на базе метеорологических станций.

73

Метеорологические наблюдения включают в себя наблюдения:

•за температурой и влажностью воздуха;

•скоростью и направлением ветра;

•атмосферным давлением;

•облачностью (количеством, формой, высотой);

•солнечным сиянием;

•атмосферными явлениями (туман, метели, грозы, пыльные бури, и т. п.);

•атмосферными осадками (количеством и интенсивностью);

•снежным покровом (высотой, содержанием влаги);

•температурой почвы (на поверхности и в глубине);

•состоянием поверхности почвы;

74

•радиацией (прямой, рассеянной, суммарной и отраженной) и радиационным балансом;

•градиентами температуры, влажности и скорости ветра на высоте 0,5–10 м;

•градиентами температуры, влажности почвы на глубине 0–20 см;

•тепловым балансом.

Периодичность наблюдений и гидрометеорологических работ. Отбор и анализ среднесуточных проб воздуха, метеорологические, гидрологические и актинометрические наблюдения – ежедневно.

Атмосферные осадки: интегральная проба за декаду, снежный покров – 1 раз в год перед началом снеготаяния.

Поверхностные воды исследуются 6 раз в год с учетом гидрологического режима: начало, середина и спад половодья, летняя и зимняя межень, паводок. Донные отложения, поверхностный слой почвы и растительность – 1–2 раза в год.

Ткань диких животных исследуется не чаще чем через 3–5 лет.

Методы фонового мониторинга [6–9]. Основные методы для контроля приоритетных загрязняющих веществ следующие:

Î3 – спектрофотометрический метод, основанный на поглощении УФ-излучения при = 250...280 нм, и хемилюминесцентный.

SO2 – кулонометрия, флуориметрия, спектроскопия, пламенная фотометрия.

NÎx – хемилюминесцентный.

Тяжелые металлы – атомно-абсорбционная спектрофотометрия и др. 3,4-бенз(а)пирен, другие полиароматические углеводороды – газовая хроматография, жидкостная хроматография, люминесцент-

ная спектроскопия.

Проведение параллельных измерений отдельных загрязнителей в крупном городе и на региональной фоновой станции, расположенной в 100–200 км, позволяет оценить «разность» определенных величин загрязненности, и установить локальную составляющую фонового загрязнения воздуха, обусловленная влиянием крупного близлежащего города.

В настоящее время на земном шаре действуют около 9 тыс. станций на суше, проводящих наблюдения за влажностью воздуха, облачностью, количеством выпадающих атмосферных осадков (из них 350 полностью или частично автоматизированы). В табл. 2.2 представлена программа мониторинга на СКФМ на территории Германии.

75

Ì– ежемесячно, W – еженедельно; 3Т– каждые 3 дня. Ãàçû:PAN – пероксиацилнитрат; KW – углеводороды.

Ïûëü: TSP – все взвешенные вещества; SM – тяжелые металлы. Метеопараметры: температура воздуха; направление и скорость ветра;

относительная влажность; давление; количество осадков.

Осадки: локализация; кислотность; электроповодность; содержание SO4, NO3, NH4, Cl, Ca, Na, Mg, K; на 4 станциях – содержание тяжелых металлов (Pb, Cd, Cu, Mn, Fe, Zn, As).

76

С начала 90-х гг. в России разрабатывается новый проект – «Мониторинг криолитозоны», проводимый в рамках ВМО, ЮНЕП и координируемый РАН. Его особенностью является то, что в рамках проекта изучается влияние глобальных климатических изменений на криолитозону – деградацию или сохранение мерзлоты. В рамках этой программы начаты работы по созданию единой наблюдательной сети геокриологического мониторинга с участием России, США и Канады, а также единой автоматизированной системы баз и банка данных.

2.3.ОРГАНИЗАЦИЯ ФОНОВОГО МОНИТОРИНГА МИРОВОГО ОКЕАНА

Для того чтобы количественно определить взаимодействие между глобальной циркуляцией атмосферы недостаточно, переносами воды и энергии, мировой океанической циркуляцией и морскими льдами, влажностью поверхности суши и гидрологическим режимом водных объектов суши, осуществляются национальные и международные проекты комплексных стационарных и экспедиционных исследований в Мировом океане.

В связи с тем, что информации о Мировом океане и взаимодействии океана и атмосферы недостаточно, наибольшее количество экспедиций осуществлено в океаны и моря. Так, за 25 лет, с 1970 по 1994 г., научно-исследовательскими судами России проведены экспедиционные наблюдения по 54 проектам исследований Мирового океана, из них 13 международных проектов, в рамках этих проектов выполнено более 1100 рейсов научных судов. Накопленные в результате экспедиций результаты наблюдений содержат информацию, позволившую уточнить знания о природе, причинно-след- ственных связях, механизмах возникновения, развития и затухания гидрометеорологических, физико-химических, биологических и геологических процессов, протекающих на поверхности и в толще вод океана, в атмосфере над ним и на морском дне [4,5].

Существенному расширению знаний о распределении и режиме горных ледников, материковых оледенений Антарктиды и аркти- ческих островов, о ресурсах пресной воды на Земле и режиме водных объектов суши способствуют международные программы

77

ЮНЕСКО, проводимые с 1957 г. с уточнениями целей и состава научных исследований на каждое десятилетие.

Глобальную значимость приобретают следующие виды воздействия на объекты гидросферы в целом:

1.Поступление органических веществ в составе хозяйственнобытовых и сельскохозяйственных стоков.

2.Процессы эвтрофикации.

3.Засоление вод.

4.Поступление ядохимикатов, пестицидов, удобрений.

5.Поступление промышленных стоков с высоким содержанием токсичных органических и неорганических компонентов.

6.Поступление стоков горных разработок и продуктов выщелачивания отходов.

7.Повышение кислотности воды в результате трансграничного атмосферного переноса загрязняющих веществ.

Загрязнение Мирового океана происходит в основном в результате следующих причин:

•захоронения радиоактивных отходов;

•вынос загрязненных вод крупными водотоками;

•слив нефти и нефтепродуктов, аварийные разливы при транспортировке.

2.3.1.Типы станций, осуществляющие мониторинг водных объектов в глобальном масштабе

Существует три типа станций глобального мониторинга водных объектов: фоновые, станции выявления тенденций, станции изу- чения глобальных речных потоков.

Фоновые станции создаются для оценки естественного состава природных вод и оценки миграции загрязняющих веществ на большие расстояния, изучения влияния климатических изменений на водные объекты.

Условия расположения станций:

•отсутствие факторов нарушения водного бассейна;

•отсутствие влияния деятельности человека, включая транспорт и источники загрязнения атмосферного воздуха (расположение не ближе 100 км от фоновых станций);

•отсутствие металлсодержащих пород в зоне водосбора.

78

Станции выявления тенденций устанавливают причины изменения качества природных вод. Расположение: крупные и средние речные бассейны, крупные озера и водоносные слои (горизонты подземных вод). Требования к расположению: водные объекты должны иметь быструю и характерную реакцию на загрязнение.

Деятельность станции изучения глобальных речных потоков направлена на определение миграционных процессов и годовых потоков загрязняющих веществ, биогенных элементов, твердых частиц в водных объектах, а также оценку миграционных процессов на границе «континент – океан».

Расположение станций – в устьях главных рек с учетом значи- мости наблюдений для прибрежных морских вод; категории водопользования; доступности измерений стока.

Оценка нагрузки от загрязнения, вносимого крупными водотоками, была начата в рамках проекта ЮНЕСКО по регистрации речных сбросов в океаны. По первой завершенной фазе проекта был оценен сброс воды в океаны 260 основными реками, однако только в 25 % этих рек проводился регулярный мониторинг в отношении качества воды по наиболее важным загрязнителям.

2.3.2. Показатели и основные методы наблюдений в программах мониторинга Мирового океана

Основная часть деятельности по мониторингу океанов осуществляется в рамках планов действий ЮНЕП по региональным морям. Примером являются реализованные программы мониторинга загрязнения Средиземного, Красного, Балтийского морей, а также в Гвинейском заливе и в районе Карибского моря.

Программа мониторинга характеризуется комплексным подходом к изучению проблем загрязнения и охватывает:

•определение в морских организмах уровней металлов, в частности ртути и кадмия;

•определение в морских организмах хлорорганических соединений, таких как ДДТ, ПХБ, диэлдрин и их метаболиты;

•санитарное наблюдение реакционных вод и вод для выращивания животных, имеющих панцирь, в выбранных прибрежных районах;

•оценку загрязнения нефтяными углеводородами;

79

•изменения в морских сообществах и экосистемах, которые могут быть вызваны загрязнением океана.

Программа наблюдений за загрязнителями на морских фоновых станциях включает в себя:

•определение загрязняющих веществ (нефтяных углеводородов, пестицидов тяжелых металлов, фенолов, СПАВ);

•определение показателей среды (H2S, pH, NO3-, NO2-, NH4+,

P(V) è Ðîáù, Si);

•определение показателей гидрометеорологического режима (соленость, температура воды и воздуха, скорость и направление ветра и течений, прозрачность, цветность).

Частота наблюдений – не реже 1 раз в сезон. При этом следует отметить то, что фоновый мониторинг осуществляется в удаленных районах, поэтому целесообразно получать информацию о качестве воды автоматическими приборами. Развитие автоматизированного фонового мониторинга осуществляется путем создания новых технических блоков, которыми будут укомплектовываться станции, и совершенствования системы автоматического пробоотбора.

Большинство современных автоматических станций мониторинга вод Мирового океана, установленных на различных судах, осуществляют контроль 20–25 параметров водной среды. Автоматиче- ские станции позволяют определять такие показатели состава и свойств воды, как рН, окислительно-восстановительный потенциал, электропроводность, температура воды, содержание растворенного кислорода, взвешенные вещества, сероводород, ионы меди, а также уровень воды. Ведется работа по созданию детекторов с использованием ионселективных электродов для количественного определения фторидов, хлоридов, нитратов, цианидов, а также определения первичной продукции живых организмов. Минимальный интервал измерений составляет одну минуту.

Международное сотрудничество по изучению загрязнения Мирового океана основывается на согласованных аналитических процедурах отбора проб и межлабораторных сравнениях применяемых методов.

Для изучения климата Земли, оценки глобальных процессов циркуляции атмосферы, исследования механизмов обмена энергией между океаном и атмосферой, составления прогнозов погоды пер-

80