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 ОПС 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 ГЭМ, 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 геоэкосистем.

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 как научной дисциплины и свойств геоэкосистем как объектов её исследования. В связи с этим выделим следующие принципы ГЭМ.

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 ОПС (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 биотической составляющей ОПС.

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 ОПС. 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. При выборе объектов необходимо учи­тывать типичность (в ряде случаев, наоборот, уникальность) физико-географических условий, направления и степени антропогенного воз­действия как на региональном, так и на локальном уровнях.

5. Систематичность слежения за состоя­нием среды и оперативность получения информации. Этому требова­нию в наибольшей степени отвечают режимные наблюдения - регу­лярная с определённой периодичностью фиксация хода природных и природно-антропогенных процессов во времени. Полученные данные могут синхронно поступать в банк геоинформации и выдаваться по­требителю в нужное для него время.

6. Целесообразность проведения одновременных наблюдений по одной и той же программе на изменённой человеком территории и участках с ненарушенной природой. Такая синхронность необходима для сравнения изучаемых объектов и получения оценки антропоген­ных изменений ОПС.

В процессе ГЭМ 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 ОПС и состояние здоровья населения. Для получения этой информации целесообразно использовать как уже сложившиеся подходы к мониторингу - наблюдения за состоянием отдельных природных сред (атмосферного вохдуха, 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 ОПС 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. Основной принцип его организации - учет всех компонентов ОПС и взаимосвязей между ними, признание территориальных и аквальных систем в качестве необходимых объектов наблюдений. Структурную схему комплексного ГЭМ можно представить в следующем виде (рис. 2). Из схемы видно, что система мониторинга складывается из наблюдений за состоянием отдельных компонентов природы и комплексов ОС в целом. Его особенность состоит в учёте связей между отраслевыми (покомпонентными) звеньями системы и функциональном подчинении геоэкосистемному (ландшафтно-экологическому) мониторингу других видов наблюдений, что обусловлено свойством целостности природной среды.

Комплексный экологический мониторинг

Мониторинг атмосферы

Мониторинг вод океана

Монито-ринг вод суши

Монито-ринг почв

Лито-мониторинг

Мониторинг биоты

Геосистемный мониторинг

Рисунок 2. – 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 ОС 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 ОС 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. 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 ОС 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 ОС. 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 ОС заключается в научной подготовке таких мер, которые позволяют избежать негативных последствий для жизнедеятельности людей и развития производства.

Место мониторинга в системе управления состоянием ОПС показано на следующей схеме (рис. 3). Из схемы видно, что под влиянием антропогенного воздействия (А) элемент природной среды с уровнем состояния С₁ меняется 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.

У

Э

АААаа

Н

М

С₂ С₃

С₁-С₂

Рисунок 3. – Место мониторинга в системе управления состоянием природной среды (по Израэлю, 1984)

Информация о загрязнении ОС по степени срочности делится на три категории:

1. Экстренная информация, содержащая сведения о резких изменениях уровня загрязнения, требующая безотлагательного принятия мер, немедленно сообщается местным и центральным органам;

2. Оперативная информация, охватывающая месячный пери­од наблюдений, перерабатывается на местах и в центральных организациях Госкомгидромета, сообщается в местные и центральные организации;

3. Режимная информация, охватывающая годовой период на­блюдения и отражающая общее состояние, тенденции в измене­нии загрязнения природных сред, служит для планирования мероприятий по охране ОС на длительные сроки.

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.