МЧС УКРАИНЫ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ ЗАЩИТЫ УКРАИНЫ
КАФЕДРА ОХРАНЫ ТРУДА И ТЕХНОГЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА
для проведения лекции по дисциплине
“МОНИТОРИНГ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ”
МОДУЛЬ 1.ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И КОНЦЕПЦИЯ СОЗДАНИЯ МОНИТОРОИНГ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.
Тема лекции № 1-2: определения. Основные задачи и схема мониторинга
Учебная цель:
Ознакомить слушателей с объектов, предметом исследований при проведении мониторинга.
Дать определение мониторинг и показать его роль в решении основных задач экологии.
Обозначить место мониторинга в системе управления состоянием природной среды.
Рассмотреть схему и классификацию мониторинга.
Факторы антропогенного воздействия на биосферу, здоровье и благосостояние населения.
Рассмотреть связь мониторинга с другими науками.
Обозначить практическую ценность курса.
Воспитательная цель: Объяснить значение изучения дисциплины «Мониторинг окружающей среды» в системе подготовки специалистов оборазовательно-квалификационого уровня «бакалавр» по специальности 6.040106 «Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування».
Учебные группы: эк
Время занятия: 80 + 80 минут.
Место: учебная аудитория согласно расписания занятий.
Учебно-материальное обеспечение: монографии, учебные пособия, словари-справочники, мультимедийная презентация.
Методическая разработка рассмотрена и
утверждена на заседании кафедры ОТиТЭБ
Протокол № 1 от “25” 08 2011 р.
Харків – 2011 р.
Організаційно-методичні вказівки:
При проведенні лекції особисто дотримуватися вимог Пам'ятки викладачу з підтримки статутного порядку і дисципліни на заняттях та вимагати від слухачів виконання цих вимог.
Виклад матеріалів лекції здійснювати відповідно до запропонованого плану і тексту. Припускається авторське відхилення від тексту лекції в обсязі до 15%.
Лекция № 1-2 определения. Основные задачи и схема мониторинга
План лекции
1. Объект и предмет исследований в экологии. Экосистема, биота и абиота.
2. Мониторинг и его роль в решении основных задач экологии.
3. Связь мониторинга с другими науками.
4. Глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС).
5. Основные направления деятельности мониторинга.
6. Основные задачи и блок схема системы мониторинга.
7. Место мониторинга в системе управления состоянием природной среды.
8. Схема и классификация мониторинга.
9. Факторы антропогенного воздействия на биосферу, здоровье и благосостояние населения.
В современном мире никто не отрицает, что экология – наука биологическая.
Когда говорят об экосистемном подходе при оценке окружающей природном среды, то из этого следует, что объектом исследований экологии является экосистема, а предметом (по Ю.Одуму) экологии – совокупность или структура связей между организмами и их средой обитания.
Экосистема. Взаимосвязанная система живых организмов и окружающей их природной среды, в которой происходит циклический обмен вещества и энергии. Совокупность организмов и условий их сосуществования, образующих систему взаимообусловленных биотических и абиотических явлений и процессов.
Биота. Исторически сложившийся комплекс живых организмов, обитающих на какой-то крупной территории, изолированной любыми (например, биогеографическими) барьерами. Эволюционно сложившаяся совокупность живых организмов, объединенных общей областью распространения.
Абиотическая среда. Совокупность неорганических условий (средовых факторов) обитания организмов
Экологическую систему предлагается рассматривать как некое единство, ограниченное определенным участком территории, на котором как компоненты выступают организмы (биота) и физико-химические условия (абиота) их существования и которое находится в относительно устойчивом состоянии.
В порядке возрастания сложности более крупных иерархических единиц можно выделить шесть базовых биологических систем: молекулы носителя наследственной информации, клетки, организмы, биогеоценозы, ландшафты, биосфера.
Информация о состоянии окружающей природной среды, об изменениях этого состояния используется человеком давно. Последние сто с лишним лет наблюдения ведутся регулярно - достаточно напомнить о метеорологических, фенологических и некоторых других наблюдениях.
С развитием техники, когда у человека появилась большая возможность воздействовать на природу, преобразовывать ее, полнее использовать природные ресурсы, геофизическая информация становится для него все более важной, необходимой. С помощью такой информации можно определять оптимальные природные условия для осуществления различных мероприятий, предсказывать как благоприятные, так и неблагоприятные факторы для ведения хозяйства, принимать меры для уменьшения влияния неблагоприятных условий на жизнь и деятельность людей. В состав такой информации входят данные наблюдений за фактическим состоянием окружающей среды, прогнозы изменений природных условий.
Известно, что длительное время наблюдения производились лишь за изменениями состояния природной среды, обусловленными естественными (природными) причинами.
В последние десятилетия во всем мире резко возросло воздействие человека на окружающую среду, стало очевидным, что бесконтрольная эксплуатация природы может привести к весьма серьезным негативным последствиям. В связи с этим возникла еще большая необходимость в детальной информации о состоянии биосферы.
Известно, что состояние биосферы изменяется под влиянием естественных и антропогенных воздействий. Однако есть существенное различие в результатах таких воздействий: состояние биосферы, непрерывно меняющееся под влиянием естественных причин, как правило, возвращается в первоначальное. Изменения температуры и давления, влажности воздуха и почвы, колебания которых в основном происходят около некоторых относительно постоянных средних значений, сезонные изменения биомассы растительности и животных — все это примеры таких естественных изменений. Средние величины, характеризующие состояние биосферы (ее климатические характеристики в любом районе земного шара, природный состав различных сред, круговорот воды, углерода и других веществ, глобальная биологическая продуктивность) существенно изменяются лишь в течение очень длительного времени (тысяч, иногда даже сотен тысяч и миллионов лет). Крупные равновесные экологические системы, геосистемы под влиянием природных процессов меняются также чрезвычайно медленно. Эти постепенные эволюционные изменения происходят только за промежутки времени, измеряемые историческими эпохами.
В отличие от изменений состояния биосферы, вызываемых естественными причинами, ее изменения под влиянием антропогенных факторов могут происходить весьма быстро. Так, изменения, происшедшие по этим причинам в некоторых элементах биосферы за последние несколько десятков лет, сравнимы с некоторыми естественными изменениями, происходящими за тысячи и даже миллионы лет.
Естественные изменения состояния окружающей природной среды, как кратковременные, так и длительные, в значительной степени наблюдаются, изучаются существующими во многих странах геофизическими службами (гидрометеорологической, сейсмической, ионосферной, гравиметрической, магнитометрической и др.).
Для того чтобы выделить антропогенные изменения на фоне естественных (природных), возникла необходимость в организации специальных наблюдений за изменением состояния биосферы под влиянием человеческой деятельности. (Дать рисунок)
Систему повторных наблюдений одного и более элементов окружающей природной среды в пространстве и во времени с определенными целями в соответствии с заранее подготовленной программой было предложено называть мониторингом [43].
Термин «мониторинг» появился перед проведением Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде (Стокгольм, 5—16 июня 1972 г.). Первые предложения по поводу такой системы были разработаны экспертами специальной комиссии СКОПЕ (Научный комитет по проблемам окружающей среды) в 1971 г. Упоминания об этой системе можно найти в рекомендациях Стокгольмской конференции. Сам термин «мониторинг», по-видимому, появился в противовес (или в дополнение) термину «контроль», в трактовку которого включалось не только наблюдение и получение информации, но и элементы активных действий, элементы управления.
В то время дискуссия велась по мониторингу загрязнений; мониторингу природных ресурсов уделялось лишь небольшое внимание. В дальнейшем рядом рабочих групп обсуждалась проблема мониторинга в целом. Однако можно усмотреть некоторые противоречия в выводах и предложениях этих групп. Многие в круг обязанностей мониторинга произвольно включали обязанности уже существующих геофизических служб; предполагалось создать универсальную Службу Земли, которая должна была бы представлять информацию о любых изменениях состояния природной среды на земном шаре, а затем смешивались обязанности этой службы и системы мониторинга.
В нашей стране обсуждение системы мониторинга активизировалось перед Первым межправительственным совещанием по мониторингу, созванным в Найроби (Кения, февраль 1974 г.) Советом управляющих Программы ООН по проблемам окружающей среды (ЮНЕП); нужно подчеркнуть, однако, что наблюдения за многими изменениями в биосфере, вызванными причинами антропогенного характера, осуществлялись уже и ранее, в частности гидрометеорологической службой Советского Союза.
Отличия от излагавшейся таким образом за рубежом концепции глобальной системы наблюдений и научные основы мониторинга были изложены академиком Ю.А.Израэлем в докладе на упомянутом совещании в Найроби (некоторые положения доклада были включены в документы совещания), в докладах на I Советско-американском симпозиуме по всестороннему анализу окружающей природной среды (Тбилиси, март 1974 г.) и на первом совещании группы экспертов по проекту № 14 программы «Человек и биосфера» (Москва, апрель 1974 г.). Основное содержание этих докладов опубликовано в журнале «Метеорология и гидрология».
В 1975 г. появилась статья академика И.П. Герасимова о научных основах современного мониторинга окружающей среды.
Хотя некоторые авторы использовали определение мониторинга в основном применительно к антропогенным изменениям природной среды, этот термин некоторыми участниками международных совещаний толковался в очень широком смысле. Так, вновь предлагалось уже много лет существующие геофизические службы (их обязанности) объединить в систему мониторинга; на Первом межправительственном совещании по мониторингу (1974 г.) ставился вопрос об «экономическом», «научном» мониторинге (при этом имелось в виду не экономическое или научное обоснование мониторинга, а объединение системой мониторинга систем наблюдения для получения информации об экономическом развитии стран, о научном потенциале и исследованиях в различных странах). Такие предложения на совещании приняты не были.
На том же совещании были изложены основные положения и цели программы Глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС) где было уделено внимание, с одной стороны, предупреждению об изменениях состояния природной среды, связанных с загрязнением, а с другой — предупреждению об угрозе здоровью человека, угрозе стихийных бедствий, а также экологическим проблемам.
На межправительственном совещании по мониторингу был определен список приоритетных загрязнителей для их учета при организации мониторинга; было решено также установить контроль за параметрами, необходимыми для интерпретации результатов измерения загрязнений. Совещание высказалось за то, чтобы международное сотрудничество по организации глобального мониторинга строилось на основе существующих национальных и международных систем, чтобы максимально использовались для координирования и осуществления программ мониторинга специализированные агентства Организации Объединенных Наций. Большинство решений этого совещания было одобрено на II сессии Совета управляющих Программы ООН по проблемам окружающей среды (ЮНЕП) и получило признание.
Однако ряд целей, поставленных перед глобальной системой мониторинга, хотя и соответствует интересам как развитых, так и развивающихся стран, вносят некоторую неясность в распределение обязанностей между уже существующими системами (например, Всемирной службой погоды Всемирной метеорологической организации) и предлагаемой системой мониторинга. По-видимому, налицо желание показать в качестве результата необходимой работы ранее созданные, уже функционирующие в течение многих лет системы, вместо того, чтобы направить усилия на ликвидацию пробелов, связанных с отсутствием определенных данных об изменении состояния природной среды за счет антропогенных воздействий в существующих информационных системах. Конечно, такую работу необходимо проводить, опираясь на опыт, структуру и саму сеть существующих геофизических служб.
По мнению автора, содержание предложенного термина «мониторинг» следовало бы существенно конкретизировать.
«Мониторингом правильнее называть систему наблюдений, позволяющую выделить изменения состояния биосферы под влиянием человеческой деятельности». Такое определение мониторинга поддержал академик И. П. Герасимов.
Выражаясь более точно, такую систему следует называть мониторингом антропогенных изменений окружающей природной среды.
Таким образом, термин «мониторинг» не является лишь новым обозначением уже существующих геофизических служб, а будет относиться к системе, которая синтезируется для выявления антропогенных эффектов в окружающей среде с использованием информации и некоторых элементов существующих геофизических служб.
При рассмотрении основных целей, сформулированных для Глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС) именно в аспекте выявления изменений состояния окружающей среды за счет антропогенных воздействий, нельзя обнаружить каких-либо противоречий в суждениях о целях мониторинга в приведенном выше определении. Однако работы по выявлению и предупреждению стихийных бедствий метеорологического или гидрологического характера проводятся существующими метеорологическими и гидрологическими службами, а работы по предупреждению болезней — соответствующими службами здравоохранения и т. д. Конечно, эти службы должны совершенствоваться и развиваться, но вряд ли целесообразно объединять их в единую систему мониторинга.
Следует отметить, что система мониторинга антропогенных изменений природной среды не является какой-то принципиально новой системой, которая требует организации сети новых наблюдательных станций, линий и телекоммуникаций, центров обработки данных и т. д. Она входит составной частью в универсальную систему наблюдений и контроля состояния природной среды, систему, уже развивающуюся в Советском Союзе и других странах многие годы (гидрометеорологические или метеорологические службы). Она может стать также частью или в значительной степени опираться, например, на Всемирную службу погоды Всемирной метеорологической организации и другие службы.
Таким образом, система мониторинга загрязнений может и должна быть частью уже существующей службы наблюдений и контроля состояния природной среды, использовать ее опыт, систему наблюдательных станций (конечно, с включением измерений новых элементов), линий телекоммуникаций и центров обработки данных с развитием некоторых элементов.
Как уже отмечалось, для обеспечения функционирования системы наблюдений и контроля состояния окружающей природной среды, позволяющей выделить изменения, вызванные антропогенными причинами, необходима детальная информация о естественных колебаниях и изменениях состояния среды; осуществление мониторинга предусматривает получение (или наличие) такой информации.
Мониторинг включает следующие основные направления деятельности:
1) наблюдение за факторами, воздействующими на окружающую природную среду, и за состоянием среды;
2) оценку фактического состояния природной среды;
3) прогноз состояния окружающей природной среды и оценку этого состояния.
Таким образом, мониторинг — это система наблюдений, оценки и прогноза состояния природной среды, не включающая управление качеством окружающей среды. Однако очевидно, что для правильной организации управления качеством окружающей природной среды совершенно необходимым условием является организация системы мониторинга.
Система мониторинга может охватывать как локальные районы, так и земной шар в целом (глобальный мониторинг). Основной особенностью системы глобального мониторинга является возможность на основании данных этой системы оценки состояния биосферы в глобальном масштабе.
Национальным мониторингом обычно называют систему мониторинга в рамках одного государства; такая система отличается от глобального мониторинга не только масштабами, но и тем, что основной задачей национального мониторинга является получение информации и оценка состояния окружающей среды в национальных интересах. Так, повышение уровня загрязнения атмосферы в отдельных городах или промышленных районах может и не иметь существенного значения для оценки состояния биосферы в глобальном масштабе, но представляется важным вопросом для принятия мер в данном районе, мер на национальном уровне.
Естественно, что глобальная система мониторинга должна основываться на подсистемах национального мониторинга, включать элементы этих подсистем (нет необходимости включать в глобальную систему полностью эти подсистемы, так как в их компетенцию входят и сугубо национальные вопросы).
Иногда применяют термин «трансграничный», или «международный», мониторинг. По-видимому, правильнее всего этот термин употреблять для систем мониторинга, используемых в интересах нескольких государств (для рассмотрения вопросов трансграничного переноса загрязнений между государствами и т. п.).
Итак, мониторинг является многоцелевой информационной системой. Его основные задачи: наблюдение за состоянием биосферы, оценка и прогноз ее состояния; определение степени антропогенного воздействия на окружающую среду, выявление факторов и источников такого воздействия, а также степени их воздействия.
Детальное обсуждение основных задач мониторинга и различных аспектов, связанных с обоснованием и реализацией мониторинга, состоялось на международных симпозиумах по комплексному глобальному мониторингу загрязнения окружающей природной среды в Риге в декабре 1978 г. и в Тбилиси в октябре 1981 г.
Рассмотрим универсальную схему информационной системы контроля состояния природной среды, пригодную как для системы в целом, так и для любой геофизической службы, входящей в эту систему (гидрометеорологической службы или системы наблюдений загрязнений - мониторинга загрязнений или мониторинга антропогенных изменений в биосфере). Поскольку в системе контроля состояния природной среды мониторинг загрязнений является относительно новым элементом, именно на нем и остановимся подробнее; пояснения к универсальной схеме будем давать в основном применительно к схеме мониторинга загрязнений природной среды.
Наиболее универсальным подходом к определению структуры системы мониторинга антропогенных изменений природной среды является его разделение на блоки: «Наблюдения», «Оценка фактического состояния», «Прогноз состояния», «Оценка прогнозируемого состояния» (существующие геофизические службы строились по такой же схеме). В данную схему укладываются все перечисленные выше блоки (подсистемы).
Ниже подробнее рассматриваются составные части и блоки системы мониторинга антропогенных изменений природной среды.
На рис. 1 показаны отдельные блоки описываемой системы, а также прямые и обратные связи между этими блоками.
Блоки «Наблюдения» и «Прогноз состояния» тесно связаны между собой, так как прогноз состояния окружающей среды возможен лишь при наличии достаточно репрезентативной информации о фактическом состоянии (прямая связь). Построение прогноза, с одной стороны, подразумевает знание закономерностей изменений состояния природной среды, наличие схемы и возможностей численного расчета, с другой - направленность прогноза в значительной степени должна определять структуру и состав наблюдательной сети (обратная связь).
Рис. 1. Блок-схема системы мониторинга.
Данные, характеризующие состояние природной среды, полученные в результате наблюдений или прогноза, должны оцениваться в зависимости от того, в какой области человеческой деятельности они используются (с помощью специально выбранных или выработанных критериев). Оценка подразумевает, с одной стороны, определение ущерба от воздействия, с другой - выбор оптимальных условий для человеческой деятельности, определение существующих экологических резервов. При такого рода оценках подразумевается знание допустимых нагрузок на окружающую природную среду.
Информационные геофизические системы, так же как и информационная система мониторинга антропогенных изменений, являются составной частью системы управления, взаимодействия человека с окружающей средой (системы управления состоянием окружающей среды), поскольку информация о существующем состоянии природной среды и тенденциях его изменения должна быть положена в основу разработки мер по охране природы и учитываться при планировании развития экономики. Результаты оценки существующего и прогнозируемого состояния биосферы в свою очередь дают возможность уточнить требования к подсистеме наблюдений (это и составляет научное обоснование мониторинга, обоснование состава и структуры сети и методов наблюдений).
На рис.2 показано место мониторинга в системе управления (регулирования) состоянием окружающей природной среды. На схеме условно совмещены энергетические и информационные потоки.
Элемент биосферы с уровнем состояния Б, подвергаясь антропогенному воздействию (Л), меняет свое состояние (Б-Б').
С помощью системы мониторинга (М) получается «фотография» этого измененного (а по возможности и первоначального) состояния, производится обобщение данных, анализ и оценка фактического и прогнозируемого состояния. Эта информация передается в блок управления (У) (принятия решения), см. также рис. 1. На основании этой информации в зависимости от уровня научно-технических разработок (Н) и экономических возможностей (с учетом эколого-экономических оценок) (Э) принимаются меры по ограничению или прекращению антропогенных воздействий, по профилактическому «укреплению» или последующему «лечению» элемента биосферы. Безусловно, возможна комбинация перечисленных подходов. Совершенствуется и система мониторинга (указанные действия показаны на схеме штриховыми линиями).
Рис. 2. Место мониторинга в системе управления состоянием природной среды.
Отметим, что, поскольку оценка фактического и прогнозируемого состояния природной среды является составной частью мониторинга (см. рис. 1), некоторые авторы идентифицируют эту часть мониторинга с элементом управления состоянием природной среды.
Наблюдения за состоянием окружающей природной среды должны включать наблюдения за источниками и факторами антропогенного воздействия (в том числе источниками загрязнений, излучений и т. п.), за состоянием элементов биосферы (в том числе за откликами живых организмов
Рис. 3. Схема и классификация мониторинга.
на воздействие, за изменением их структурных и функциональных показателей; см. рис. 1.3). При этом подразумевается получение данных о первоначальном (или фоновом) состоянии элементов биосферы.
Указанный подход охватывает слежение за всем циклом антропогенных воздействий — от источников воздействия до влияния и реакций отдельных природных сред и сложных экологических систем (рис. 3). На рисунке также показана классификация последовательных «ступеней» мониторинга. Классификация мониторинга и всех его возможных направлений представляет сложную и громоздкую задачу; обсуждать этот вопрос будем позднее.
Оценка состояния природной среды подразумевает всесторонний анализ состояния, вызванного воздействием различных факторов в различных средах (часто одновременных и усиливающих эффект воздействия). Так, если рассматривать воздействие на биотическую составляющую биосферы, то, очевидно, экологический ущерб зависит от того, каким воздействиям, с какой интенсивностью, какое количество организмов (и каких) будет подвергнуто. Для комплексной оценки состояния природной среды и выявления динамики этого состояния одновременно должны вестись метеорологические, гидрологические и некоторые биологические наблюдения, позволяющие правильно интерпретировать и выделять антропогенные изменения на фоне природных процессов.
В последние годы появились работы, направленные на развитие систем мониторинга антропогенных изменений. Все они наполняют информационные сети ГСМОС. При этом подчеркивается, что необходимо в максимальной степени использовать уже существующие станции проекта БАПМОН (ВМО) и биосферные заповедники, организовывать наблюдения по программе ГСМОС в сочетании с существующими региональными системами фонового мониторинга.
Важной составляющей ГСМОС является европейская система мониторинга, на необходимость создания которой указывалось в Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния. Уже получены первые результаты комплексных наблюдений в региональных подсистемах ГСМОС, в частности в регионе европейских стран, в США.
Р. Манн отмечает, что «для развития системы комплексного мониторинга необходимы совместные усилия специалистов по гидрометеорологии, физиологии растений, лимнологии, почвоведению и др.».
ТАБЛИЦА 1. СХЕМА ВЛИЯНИЯ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА БИОСФЕРУ, ЗДОРОВЬЕ И БЛАГОСОСТОЯНИЕ НАСЕЛЕНИЯ