2.2. Глобальний моніторинг

Особливо складні проблеми екологічного моніторингу на глобальному рівні. Необхідність вирішення цих проблем була усвідомлена людством ще наприкінці 60-х років. Проблеми оцінки стану навколишнього середовища у глобальному масштабі, зміни клімату, перенесення забруднень на великі відстані доцільно вирішувати в рамках міжнародного співробітництва спільними зусиллями спеціалістів різних країн світу.

Вперше принципи побудови глобальної системи моніторингу стану біосфери були сформульовані у 1971р. у доповіді “Global Environmental Monitoring” спеціальної комісії SCOPE (Scientific Committee on Problems of the Environment) – Наукового комітету з проблем навколишнього середовища Міжнародної ради наукових союзів. На першій міжнародній конференції ООН з охорони навколишнього середовища у Стокгольмі 5-16 червня 1972р. крім схвалення рішення комісії SCOPE була прийнята Програма дій з міжнародного співробітництва в галузі охорони навколишнього природного середовища – ЮНЕП (UNEP – United Nations Enveronment Programme), в якій були включені рекомендації відносно спостережень, контролю і оцінки стану біосфери і антропогенного впливу на якість довкілля.

Реальні основи створення глобальної системи моніторингу навколишнього середовища (ГСМНС) були закладені на спеціальній зустрічі в Найробі (Кенія) у 1974р., де була уточнено роль держав – членів ООН.

Основи ГСМНС у колишньому СРСР були розроблені академіком Ю.А.Ізраелем і повідомлені на засіданні Ради керуючих ЮНЕП у 1974 р. Відмінною рисою концепції Ю.А.Ізраеля було спостереження за антропогенними змінами в навколишньому природному середовищі.

На зустрічі в Найробі були сформульовані основні завдання Глобальної системи моніторингу довкілля (GEMS): система попередження про вплив на здоров’я населення; оцінка глобального атмосферного забруднення і вплив його на клімат; оцінка протяжності та розподілу забруднень у біологічних системах, особливо харчових ланцюгів; оцінка критичних проблем сільського господарства і землекористування, використання води; оцінка впливу негативних факторів забрудненя на земні екосистеми; оцінка забруднення океану і його впливу на морські екосистеми; поліпшення міжнародного моніторингу для прогнозування стихійних явищ і реалізації ефективної системи попередження.

За результатами роботи Міжнародної наради була прийнята система міжнародних екологічних програм (рис. 2.2) і виділені основні забруднювачі, що контролюються GEMS (табл. 2.4).

Рис. 2.2 Система міжнародних екологічних програм

Таблиця 2.4

Основні забруднювачі біосфери

Основні забруднювачі	Середовище
Диоксид сірки і сульфати	Грунт
Оксид вуглецю	Повітря
Вуглекислий газ	Повітря, океани
Окис азоту	Повітря, вода
Озон, фотохімічні оксид анти і реактивні вуглеводні	Повітря
Ртуть, свинець, кадмій	Вода, грунт, продовольство, біота
Галоідова органіка (ДДТ, поліхлороровані біфеніли, діелдрін тощо)	Вода, грунт, продовольство, біота
Нафтовуглеводні	Вода, грунт
Нітрати, нітрити, нітрозаміни	Вода, продовольство
Мікротоксини (альфа – токсини)	Продовольство
Азбест	Повітря
Деякі мікробні забруднення	Вода, продовольство
Деякі індикатори води, біологічне споживаня кисню, розчинений кисень, РН, бактерії кишкової групи	Вода, продовольство
Деякі індикатори солоності та кислотності / лужності	Вода, грунт

ГСМНС передбачено створення директорату, центру зв’язку і збору даних, лабораторій по розробці стандартів, інтегральної мережі регіональних центрів і служб спостереженнь.

Ця система складається з п’яти взаємозв’язаних підсистем: вивчення кліматичних змін, дальнього перенесення речовин, що забруднюють середовище, гігієнічних аспектів середовиша, дослідження Світового океану і ресурсів суші. Існують 22 мережі станцій системи глобального моніторингу, що діють, а також міжнародні і національні системи моніторингу.

В 1980 – роках по рекомендаціям Конвенції Економічної комісії Європи ООН по транскордонному перенесенню атмосферних забруднень (ЕКЄ ООН) почалось здійснення чотирьох програм з моніторингу і оцінки впливу атмосферних забруднювачів на довкілля. Передбачалось дослідження лісів, джерел прісної води, водойомів і річок, сільськогосподарських культур тощо.

На протязі 1988 – 1992 рр. здійснювались роботи по утвердженню, узгодженню і методам проведення ,,Програми комплексного моніторингу (ПКМ) в еталонних регіонах для вивчення довгочасних змін у довкіллі під впливом атмосферних забруднювачів”.

Комплексний моніторинг не обмежується тільки реєстрацією рівнів забруднення довкілля; він дозволяє слідкувати за змінами властивостей всіх елементів екосистеми і контроль потоків забруднюючих речовин у природних середовищах та трофічних ланцюгах. Комплексний моніторинг доцільно проводити на локальних територіях, де природні умови дозволяють отримувати репрезантивну для наукових і практичних цілей інформація про стан довкілля. Такими територіями є біосферні або природно-ландшафтні заповідники, національні парки, тобто зони існування природних екосистем, що охороняються від впливу антропогенної діяльності. Виходячи з цього комплексний моніторинг називають комплексним фоновим моніторингом, під яким розуміють спостереження за змінами фонових характеристик функціонування екосистем в консервативних зовнішніх умовах.

В рамках проекту “Людина і біосфера” існує міжнародна система біосферних заповідників. В 62 країнах налічується до 300 біосферних заповідників, площею від 300 до 2 млн. га.

В України біосферними заповідниками, де проводять фонові спостереження є Асканія – Нова (33,3 тис. га), Чорноморський біосферний заповідник (100,8 тис. га), Карпатський біосферний заповідник (57,9 тис. га), Дунайський біосферний заповідник (46,4 тис. га). Станції, розташовані в заповідниках являються частиною глобальних міжнародних спостережливих мереж.

Деякі біосферні заповідники не придатні для фонового моніторингу. В зв’яку з цим у 1980 р. Всесвітня метеорологічна організація (ВМО) встановила критерії для вибору станцій фонового моніторингу. Критерії для станцій розділені на “обов‘язкові” й “бажані”.

Обов’язкові критерії

Розмір. Достатній розмір заповідника зводить до мінімуму локальні впливи. Він повинен сприяти збереженню ядра заповідника і захисту його від змін, що визивають ся господарською діяльністю на сусідніх територіях. Раціональний розмір складає 20000 га.

Доступність. Ділянка повинна бути доступною, однак доступ повинен бути обмежений джерелам забруднення (автомобілі та ін.).

Охорона. Район повинен бути захищеним в правовому відношенні (урядом, державою).

Штат. В заповіднику необхідні наступні служби:

а) охорони;

б) наукових досліджень;

в) догляду за місцевістю;

г) співробітників для виконання рутинних вимірювань.

Рослинність. Тип рослинності в заповіднику повинен приблизно відповідати основним біографічним типам земної кулі.

Бажані критерії

Неосвоєні навколишні ділянки. Вони повинні гарантувати існування та розмір буферної зони. Цей критерій, однак, частково обумовлений критерієм розміру; тому даний критерій віднесено до бажаних, а не обов‘язкових.

Відсутність порушень в минулому. Це повинно забезпечити природний характер екосистеми в заповіднику.

Постійний штат більше п’яти чоловік. Цей критерій базується на тому, що при збільшені постійного штату зростає можливість проводити більший обсяг робіт, які можуть бути ефективні для моніторингу.

Поточна наукова робота. Мається на увазі три види робіт:

• моніторинг забруднюючих речовин (абіотичний моніторинг);

• вивчення впливу на середовище – сюди можна віднести і моніторинг забруднень;

• фундаментальні екологічні дослідження.

Наявність даних. Наявність основних даних по заповіднику не забезпечується тільки тим, що в ньому ведеться наукова робота. Звичайно необхідні наступні дані: метеорологічні, гідрологічні, геофізичні, грунтові, геогідрологічні та біологічні. Останні повинні включати: списки видів, тип лісу, дані про облік чисельності і ін.

Фонові станції формуються зі стаціонарного спостережувального полігона (ділянки для відбору проб, гідропости, спостережувальні свердловини) і хімічної лабораторії.

Відбір проб на станціях фонового моніторингу виконують на базових ділянках (полігонах) розміром 50 х 50 м, де розміщують устаткування для відбору проб і вимірювальні прилади. Ділянка віддалена від будівель, лісосмуг, пагорбів. Хімічні лабораторії, де аналізуються відібрані проби, зводяться не ближче 500 м від базової ділянки.

Станції фонового моніторингу повинні вибірково використовувати матеріали здійснюваних або запланованих робіт, як, наприклад, програм по фоновим спостереженням і по верхній атмосфері (ВМО), гідрологічних станцій, програм по озерному біому; фонових станцій у відкритому океані; станцій у створах річок і програм по інвентаризації, включаючи пустелі, ліси, водно-болотні та луко-пасовищні угіддя.

Натепер під егідою ЮНЕП створена мережа станцій фонового моніторингу, на яких здійснюється спостереження за водними (морські і прісноводні) і наземними (лісові, степові, пустельні, високогірні ) типами екосистем.

Програма фонового екологічного моніторингу на базі біосферного заповідника включає розділи:

• моніторинг забруднення довкілля й інших факторів антропогенного впливу;

• моніторинг відгуків біоти на антропогенне забруднення передусім на фонові рівні забруднення;

• спостереження за зміною функціональних характеристик недоторканих (еталонних) природних екосистем і їх антропогенних модифікацій.

Програма фонового моніторингу формується з абіотичної та біотичної складових. До першої належать спостереження за кліматичними, едафічними (грунтовими), гідрологічними, орфографічними умовами довкілля, що впливають на екосистеми.

Моніторинг повинний проводитися так, щоб результати, які надходять, подавали постійну інформацію про концентрацію різних домішок у навколишньому середовищі, про міграційний процес і про круговорот цих речовин, про їхнє нагромадження і трансформацію. При виборі речовин, для включення в програму змін біосферних заповідників, беруть до уваги також критерії, як поширюються речовини, їхня стійкість і мобільність у навколишнім середовищі, здатність впливу на біологічні і геофізичні системи, у тому числі клімат.

На станціях фонового моніторингу виконують виміри, необхідні для інтерпретації даних концентрації забруднюючих речовин в окремих середовищах і для досліджень біохімічних циклів та круговороту хімічних речовин, а також для здійснення кліматичного моніторингу.

У біосферних заповідниках проводять моніторинг забруднення важкими металами (свинець, миш’як, ртуть), забруднюючих речовин, що визивають глобальні зміни в атмосфері (діоксид сірки, озон, оксид азоту, вуглеводи, ДДТ тощо) і розробляють моделі їх перенесення у навколишньому середовищі з урахуванням гідрометеорологічних і техногенних факторів.

Біотична складова фонового моніторингу оцінює стан біоти і прогнозує її реакції на зміну довкілля від антропогенного забруднення.

Досліджується біота на біоценотичному (склад біоти, її зміна, функціональна життєдіяльність, біологічна продуктивність), видовому (динаміка популяцій), фізіологічному (фотосинтез, подих, ріст, розмноження) і молекленетичному (тератогенез) рівні. Ці дослідження повинні бути тісно зв'язані зі спостереженням за абіотичною складовою біосфери. Таким чином, у біосферних заповідниках передбачається проводити всебічні дослідження як зовнішніх факторів середовища, так і внутрішніх процесів і явищ, що відбуваються в екосистемах на фоновому рівні й у буферній зоні, де можна вивчати різні форми землевикористання і проводити порівняння результатів антропогенного впливу з фоновим станом екосистеми.

Ціллю ГСМНС є вивчення Землі. Задача вивчення Землі як цілісної природної системи поставлена Міжнародною геосферно-біосферною програмою (МГБП) і передбачає наступні напрямки розробок:

• вивчення закономірностей хімічних процесів в атмосфері і роль біологічних процесів у кругообігу малих газових компонентів. Зокрема, аналіз впливу змін вмісту озону в стратосфері на проникнення до земної поверхні біологічно небезпечного ультрафіолетового випромінювання, оцінку впливу аерозолів на клімат і ін;

• комплексні дослідження глобального газообміну між океаном і атмосферою, морським дном і границями континентів тощо;

• вивчення прибережних екосистем і впливу змін землекористування.

• взаємодія рослинного покриву з фізичними процесами, відповідальними за формування глобального круговороту води;

• вплив глобальних змін на континентальні екосистеми, методики прогнозу впливу змін клімату, концентрації вуглекислого газу і землекористування на екосистеми, а також зворотних зв'язків; дослідження глобальних змін екологічного різноманіття;

• палеоекологія і палеоекологічні зміни та їх наслідки;

• моделювання земної системи з метою прогнозу її еволюції.

У рамках МГБП вивчаються біогеофізичні кругообіги вуглецю, азоту, фосфору і сірки, які зараз визначаються як природними, так і антропогенними факторами.

В глобальних кругообігах найважливішу роль відіграє Світовий океан. Він функціонує як великий резервуар біогенних компонентів і складає значну частку продуктивності біосфери. Для характеристики продуктивності Світового океану використовують такі параметри, як біомаса фітопланктону, первинна продукція фітопланктону, концентрація хлорофілу. Для аналізу використовується супутникова оптична апаратура типу сканерів, приладів для виміру флуоресценції тощо. Супутникові спостереження звичайно супроводжуються контрольними корабельними і буйковими спостереженнями.

Особливості географічного розподілу екосистем, визначення їх границь, масштабів і темпів антропогенного впливу також досліджують за допомогою супутникових дистанційних методів. Важливою підсистемою моніторингу є вивчення ролі лісів у формуванні біогеохімічних кругообігів: їх вплив на формування опадів, на енергетичний баланс, клімат, роль як джерела чи стоку вуглекислого газу і ін.

При вивченні біологічних процесів на суші ключова роль приділяється дослідженню специфіки енергетичного балансу різних екосистем: пустель, лісів, саван, сільськогосподарських районів і ін.

Прикладом програми глобального моніторингу може бути система Environmental Observance System (EOS) у США. Програма розрахована на тривалу перспективу - 15 років, з початком у 1995 році. Вона працює на основі даних спостережень із трьох супутників, що обслуговуються персоналом постійної орбітальної системи. У комплект апаратури входить близько 40 приладів: відеоспектрометри, радіометри, лідарні ондіровщики, радіовисотоміри й ін. EOS планується як всеосяжна інформаційна система, аналіз даних якої дозволить зрозуміти функціонування Землі як природного комплексу "атмосфера - гідросфера - кріосфера - біосфера", дозволить виявити межі його мінливості, оцінити напрямки майбутньої еволюції. Гігантський обсяг спостережень за допомогою супутників EOS вимагає серйозних зусиль по обробці, аналізу, архівації і видачі даних.

Таким чином, задачі моніторингу стану навколишнього середовища в глобальному масштабі є багатокритерійними. Однієї з задач є визначення величини припустимого впливу на Землю, зокрема на біосферу Землі, тобто такі впливи, що не приводять до погіршення стану біосфери по жодному з розглянутих параметрів. В Україні основними напрямками глобального моніторингу вважаються вивчення:

• глобальних змін клімату внаслідок забруднення.

• ефектів, пов'язаних з поширенням забруднюючих речовин на великі відстані, (наприклад, закислення середовища під впливом викидів в атмосферу сірки).

• антропогенних впливів, що мають велику інертність ефектів, наприклад, кумулятивного ефекту органічних пестицидів і ін.

На сьогоднішній день в межах глобального моніторингу виконано глобальне оцінювання стану грунту, особливо сільськогосподарського призначення (карти деградації грунтів, стан пасовищ в посушливих регіонах тощо); районування тропічних лісів Африки, Азії, Латинської Америки; оцінка забруднення Світового океану і запасів морських біологічних ресурсів, виокремлення еталонних екосистем біосфери тощо.