Розділ 2
Систематизація моніторингу довкілля.
2.1. Класифікація систем моніторингу.
2.2. Глобальний моніторинг
2.3. Екологічний моніторинг.
2.4. Кліматичний моніторинг.
2.5. Біологічний моніторінг
Основні терміни розділу.
Джерела впливу
Фактори впливу
Види і рівні моніторингу
Антропогенні фактори
Екологічний моніторинг
Польові спостереження
Експериментальні дослідження
Математичне моделювання
Глобальний моніторинг
Забруднювачі біосфери
Біосферні заповідники
Кліматичний моніторинг
Метеорологічні елементи
Кліматична криза
Кліматологічні станції
Системи кліматичного моніторингу
Адаптація
Акліматизація
Біологічний моніторинг
Біоіндикатори
Біорізноманіття
Біота
Біотестування
Генотоксиканти
Екотоксикологія
Інтродукція
Канцерогенні речовини
Критерій токсичності
Уніфікація
Норма-патологія
Полютанти
Субстанції
Тест-об’єкт
Тест-реакція
Систематизація моніторингу довкілля
2.1 Класифікація систем моніторингу
Об’єктом спостереження моніторингу можуть бути як окремі точки і зони, так і глобальні природні системи; різні види і рівні моніторингу відрізняються виходячи з предмету спостереження, ступеня антропогенного порушення об’єктів контролю, просторово-часових параметрів досліджень, методів досліджень, джерел та факторів антропогенного впливу тощо.
Система екологічного моніторингу повинна накопичувати і систематизувати та аналізувати інформацію про стан довкілля, про причини спостережуваних і імовірних змін стану (джерела і фактори впливу), про допустимість змін і навантажень на середовище, про існуючи резерви біосфери.
Таким чином, спостереження за станом довкілля повинні включати спостереження за джерелами та факторами антропогенного впливу, за станом елементів біосфери і зміною їх структурних і функціональних показників. При моніторингу спостерігається весь цикл антропогенних впливів – від джерел впливу до впливу і реакцій окремих природних середовищ і складних екологічних систем.(таб. 2.1.).
Класифікація моніторингу довкілля Таблиця 2.1
Моніторинг джерел впливу |
Джерела впливу |
|||
Моніторинг факторів впливу |
Фактори впливу |
|||
хімічні |
фізичні |
біологічні |
||
Моніторинг стану біосфери |
Природні середовища |
|||
атмосфера |
океан |
поверхня суші з річками, озерами, підземними водами |
біота |
|
Геофізичний моніторинг |
Біологічний моніторинг |
|||
Кліматичний моніторінг |
||||
За компонентами біосфери виділяються окремі види моніторингу різних середовищ – моніторинг атмосфери, моніторинг гідросфери, моніторинг літосфери, моніторинг кріосфери тощо. Моніторинг факторів впливу – це моніторинг різних забруднювачів (інгредієнтний моніторинг) та інших факторів впливу, до яких можна відвести електромагнітне випромінювання, теплове забруднення, шум, токсичні речовини.
У першу чергу моніторингу повинні підлягати токсичні речовини та їх сполуки. Необхідно виділити моніторинг радіоактивних ізотопів у навколишньому середовищі. Цей вид моніторингу називається хімічним. При фізичному моніторингу ведуться спостереження за фізичними параметрами біосфери.
Серед джерел впливу у першу чергу виділяються точкові стаціонарні (заводські труби та ін.), точкові руху (транспорт), лінійні або майданні (стік із сільськогосподарських полів, розсіювання добрив).
До геофізичного моніторингу відноситься визначення реакції абіотичної складової як у мікро так і у макромасштабі, аж до визначення стану великих систем - погоди і клімату (кліматичний моніторинг). До цієї підсистеми можна відвести і моніторинг різних елементів безжиттєвої складової біосфери, у тому числі конструкцій, будинків.
Особливу роль у системі моніторингу відіграє біологічний моніторинг, тобто моніторинг біологічної складової екосистеми (біоти). Біологічний моніторинг – це контроль стану навколишнього природного середовища за допомогою живих організмів. Головний метод біологічного моніторингу – біоіндексація, зміст якої полягає в реєстрації будь яких змін в біоті, викликаних антропогенними факторами. У біологічному моніторингу можуть бути використанні не тільки біологічні, але і будь які інші методи, наприклад, хімічний аналіз змісту забруднюючих речовин в живих організмах.
Біологічний моніторинг передбачає визначення стану біоти на різноманітних рівнях: молекулярному, клітинному, організмовому, популяційному, на рівні спільноти.
Санітарно-гігієнічний моніторинг визначає стан здоров’я людини під впливом навколишнього середовища, а генетичний моніторинг – можливі зміни спадкових ознак у різних популяцій.
Екологічний моніторинг визначає стан абіотичної складової біосфери під впливом забруднення, урбанізації, сільськогосподарського використання земель тощо. Екологічний моніторинг охвачує питання як біологічного так і геофізичного моніторингу у їх зв’язку. Він є комплексним, пов’язаний із системним підходом і являється основним при плануванні спостережень, які здійснюються у біосферних заповідниках. Екологічний моніторинг в залежності від рівня системи підрозділяється на біоекологічний, геосистемний і біосферний (організм, популяція, геосистема, біосфера).
Залежно від призначення та періодичності контролю за спеціальними програмами здійснюється фоновий, науковий, загальний (стандартний або імпактний), оперативний (кризовий) моніторинг довкілля.
Фоновий моніторинг довкілля – це багаторічні комплексні дослідження спеціально визначених об’єктів природоохоронних зон з метою оцінки і прогнозування зміни стану екосистем, віддалених від об’єктів промислової і господарської діяльності, або одержання інформації для визначення середньостатистичного (фонового) рівня забруднення довкілля в антропогенних умовах.
Загальний (стандартний або імпактний) моніторинг – це моніторинг антропогенного впливу на довкілля. Моніторинг здійснюється шляхом систематичних спостережень за джерелами забруднення і якісним станом довкілля в місцях впливу цих джерел для визначення екологічного стану навколишнього середовища.
Оперативний (кризовий) моніторинг довкілля – це інтенсивні спостереження за природними об’єктами, джерелами техногенного впливу, розташованими в районах екологічної напруженості, у зонах аварій та небезпечних природних явищ із шкідливими екологічним наслідками, з метою забезпечення своєчасного реагування на кризові та надзвичайні екологічні ситуації і прийняття рішень щодо їх ліквідації, створення нормальних умов для життєдіяльності населення і господарювання.
В залежності від масштабів спостереження існує об’єктний, локальний, регіональний, національний, міжнародний та глобальний моніторинг.
Об’єктний, локальний моніторинг передбачає аналіз стану природного об’єкта на площі 10... 100 км2 – території окремих об’єктів та елементарних структур ландшафту.
Регіональний моніторинг – має за мету виявлення джерел забруднення природного середовища і встановлення шляхів міграції забруднюючих речовин у межах великих регіонів (20..2.106 км2).
Глобальний моніторинг оцінює стан біосфери і параметри атмосфери, гідросфери і геосфери (площа охоплювана системою до 107...108 км2). З метою вирішення глобальних проблем охорони навколишнього середовища, оволодіння механізмами управління регіональними природними процесами та біосферою в цілому він включає контроль за енергетичним балансом Землі, рівнями радіації, вмістом вуглекислого газу, кисню, станом забруднення Світового океану тощо.
Національним моніторингом називають систему моніторингу в межах однієї держави; така система відрізняється від глобального моніторингу не тільки масштабами, але й тим, що основною задачею національного моніторингу є отримання інформації і оцінка стану довкілля в національних інтересах.
Міжнародний моніторинг використовується в інтересах декількох держав (для розгляду питань трансграничного переносу забруднень між державами тощо).
Згадані више системи класифікації узагальнені в табл.2.2. [ 27].
Таблиця 2.2.
Класифікація систем моніторингу
Принципи класифікації |
Існуючі або розроблювані системи (підсистеми) моніторингу |
Універсальні системи |
Глобальний моніторинг(базовий, регіональний, імпактний рівні), включаючи фоновий і палеомоніторінг. Національний моніторинг. (Загальнодержавна служба спостережень і контролю за рівнем забруднення навколишнього середовища). Міжнаціональний, міжнародний моніторинг (моніторинг транскордонного переносу забруднюючих речовин) |
Реакція основних складових біосфери |
Геофізичний моніторинг Біологічний моніторинг (включаючи генетичний) Екологічний моніторинг (включаючи вищезгадані види) |
Різні середовища |
Моніторинг антропогенних змін (включаючи забруднення і реакцію на нього) в атмосфері, гідросфері, грунті, кріосфері, біоті. |
Чинники і джерела впливу |
Моніторинг джерел забруднень. Інгредієнтний моніторинг (окремих забруднюючих речовин, радіоактивних випромінювань, шумів і т.п.) |
Гострота і глобальність проблеми |
Моніторинг океану, моніторинг озоносфери |
Методи спостережень |
Моніторинг за фізичними, хімічними і біологічними показниками. Супутниковий моніторинг (дистанційні методи) |
Системний підхід |
Медико-біологічний (стан здоров’я), екологічний, кліматичний, біоекологічний, геоекологічний, біосферний. |
Академік І.П. Герасимов поділяє моніторинг на три ступені: біоекологічний (санітарно-гігієнічний), геоекологічний (геосистемний, природно-господарський) і біосферний. (табл.. 2.3.)
Таблиця 2.3.
Система наземного моніторингу навколишнього середовища
Блок моніторингу |
Об’єкт моніторингу |
Характерні показники |
Локальний (біоекологічний, санітарно-гігіенічний |
Приземний шар повітря. Поверхневі і ґрунтові води: промислові і побутові стоки та викиди. Радіоактивне випромінювання |
ГДК токсичних речовин. Фізичні та біологічні подразники (шум, алергени тощо). Граничний рівень радіоактивного випромінювання |
Регіональний (геоекологічний, геосистемний, природно-господарський) |
Зникаючи види тварин і рослин. Природні екосистеми. Агроекосистеми. Лісові екосистеми. |
Популяційний стан видів, їх структура і порушення. Врожайність сільськогосподарських культур. Продуктивність насаджень |
Глобальний (фоновий) |
Атмосфера та озоновий екран. Гідросфера. Рослинний і грунтовий покриви, тваринний світ. |
Радіаційний баланс, теплове перегрівання, склад пилу. Забруднення річок і водойм; водні басейни, кругообіг води на континентах. Глобальні характеристики стану грунтів, рослинного покриву і тварин. Глобальні кругообіги і баланс СО2, О2. |
Головне у біологічному моніторингу, що проводиться на локальному рівні, це виявити відгук біосфери на антропогенний вплив на різних рівнях організації живої природи. На цьому ступені дуже важливим є нагляд за станом популяції людини. Важливе значення відводять також нагляду за життєдіяльністю легкоранимих популяцій – індикаторів (наприклад, лишайники). Особливе місце на цьому етапі займає генетичний моніторинг.
На стадії біоекологічного (санітарно-гігієнічного) моніторингу ведуться спостереження за змінами в різних сферах вмісту забруднюючих речовин, які мають канцерогенні, мутагенні та інші несприятливі властивості. Постійному спостереженню підлягають забруднюючі речовини, найбільш небезпечні для природних екосистем та людини:
у поверхневих водах – радіонукліди, важкі метали, пестициди, рН, мінерали, азот, нафтопродукти, феноли, фосфор;
в атмосферному повітрі – оксиди вуглеводу, азоту, озон, пил, аерозолі, важкі метали, радіонукліди, пестициди, азот, фосфор;
в біоті - важкі метали, радіонукліди, пестициди, азот, фосфор.
Пункти екологічних спостережень розташовуються в місцях концентрації населення та в районах інтенсивної його діяльності з таким розрахунком, щоб вони контролювали основні лінії зв’язку людини з природними компонентами довкілля. Це можуть бути території промислово-енергетичних центрів, атомних електростанцій, агроекосистем з інтенсивним застосуванням отрутохімікатів тощо.
На регіональному (геосистемному) рівні спостереження ведуться за станом екосистем крупних природно-територіальних комплексів (басейнів річок, лісових екосистем, агроекосистем тощо), де є відмінності параметрів від базового фонду через антропогенні впливи . Вивчаються трофічні зв’язки (біологічні кругообіги) та їх порушення, оцінюють можливість використання ресурсів природних екосистем в конкретних видах діяльності, аналізують характер та кількісні показники антропогенних впливів на навколишнє середовище в цих регіонах (наприклад, контроль за станом зникаючих видів тварин).
Геоекологічний моніторинг суттєво доповнює біоекологічний. Він дає можливість передбачити стихійні зміни навколишнього середовища і явища, що погіршують життєве середовище людей і біоти в цілому.
Ці види моніторингу розрізнюються і методами досліджень. Так, біоекологічний моніторинг має в основному локальний характер, базується на систематичному нагляді за параметрами (індикаторами) стану навколишнього середовища (геофізичними, біохімічними, біологічними), які мають біологічне значення. Спостереження ведуться на контрольних пунктах спостереження. Геосистемний моніторинг базується на геофізичних, гео- і біохімічних та біологічних методах, на здатності природного середовища до самоочищення тощо.
Забезпечити спостереження, контроль та прогноз можливих змін в біосфері в цілому – завдання глобального моніторингу. Його ще називають фоновим або біосферним. Об’єктами глобального моніторингу є атмосфера, гідросфера, рослинний і тваринний світ та біосфера в цілому. Розробка і координація глобального моніторингу навколишнього середовища здійснюється в рамках ЮНЕП (орган ООН) та Всесвітньої метеорологічної організації (ВМО).
В Україні моніторинг довкілля здійснюється відомствами, у рамках діяльності яких є відповідні задачі, рівні і складові підсистем моніторингу.
Мета, методичні підходи і практика моніторингу на різних рівнях відрізняються. Ціллю регулювання на локальному рівні є забезпечення такої стратегії, що не виводить концентрації визначених пріоритетних антропогенних забруднюючих речовин за допустимий діапазон (величини гранично допустимих концентрацій). Відповідність якості довкілля стандартам контролюється відповідними органами нагляду. Задачею моніторингу на локальному рівні є визначення параметрів моделей ,,поле викидів – поле концентрації”, об’єктом впливу – людина.
На регіональному рівні підхід до моніторингу базується на тому, що забруднюючи речовини, потрапивши в кругообіг речовин в біосфері, змінюють стан абіотичної складової і, як наслідок, викликають зміни в біоті (екзогенні сукцесії). Будь-який господарський захід, позначається на регіональному фоні – змінює стан рівноваги абіотичного і біологічного компонента. Наприклад, стан рослинного покриву істотно впливає на кліматичні умови регіону.
Український вчений М.А. Голубець поділяє моніторинг довкілля на ієрархічні рівні (рис.2.1. ).
Типи моніторингу
Типи моніторингу
Глобальний
Океанічний
Міжнародний
Національний
Локальний
Материковий
Серії моніторингу
Геолого-
фізична
Екологічна
Соціологічна
Техніко-економічна
Медико-
біологічна
Групи моніторингу
Біологічна
Гідрометео-
рологічна
Біоенер-
гетична
Біогео-
хімічна
Види моніторингу
Ботанічний
Зоологічний
Мікробіологічний
Гідробіологічний
Рис.2.1. Схема класифікацій моніторингу довкілля
Типи моніторингу (найвищий рівень) згруповані за територіально-просторовими параметрами контрольованих процесів – масштабами спостережень. За цим критерієм виокремлюються глобальний, материковий, океанічний, міжнародний, національний, регіональний, локальний типи моніторингу навколишнього середовища.
Типам моніторингу підпорядковані серії моніторингу довкілля: геолого-фізична, екологічна, соціологічна, техніко-економічна, медико-біологічна. В серії об’єднані спостереження за станом основних складових біосфери. Екологічна серія має чотири групи моніторингу довкілля. Вони розрізняються залежно від складових довкілля (біологічна, гідрометеорологічна, біоенергетична, біогеохімічна). До найнижчого штабеля підсистеми належать види моніторингу навколишнього середовища: ботанічний, зоологічний, гідробіологічний, мікробіологічний. Сутність цих видів полягає у спостереженні за реакцією організмів на зміни, що відбуваються у навколишньому природному середовищі.
В цілому визначаються різні види і рівні моніторингу, виходячи з наступних факторів.[57]
Рівні моніторингу визначають або у відповідності з територіально-просторовими параметрами процесів, що контролюються, - об’єктний, локальний, регіональний, національний, міжнародний та глобальний моніторинг, або у відповідності із завданнями та масштабами об’єктів спостереження – біосистемний (рівень окремих організмів, популяцій, угрупувань, населення), геосистемний або природно-господарський (рівень природних і штучних екосистем) та біосферний моніторинг (рівень біосфери в цілому).
Види моніторингу визначають, виходячи з предмету спостереження (абіотичний, геофізичний, фізичний, хімічний, біологічний, екологічний, санітарно-гігієнічний тощо), ступеня антропогенного порушення об’єктів контролю (фоновий, імпактний, кризовий), за просторово-часовими параметрами досліджень (дистанційний, історичний) та ін.