Экология
региональное природопользование

Природопользование

Экологический мониторинг, его метрологическое обеспечение

Качество окружающей среды определяется совокупностью е параметров, которые, с одной стороны, должны соответствовзт экологической нише человека, а с другой научнотехническом прогрессу общества. Своевременная реакция на изменения в экологической системе возможна при наличии начала отсчета, то ес тех или иных показателей данного экологического фактора. Параметры фонового состояния, по мнению академика Ю.Л. Израэля, имеют два уровня качества (минимальный и максимальный), за пределы которых посторонние возействия не Должны выводить данную систему.

ПДЭН предельно допустимая экологическая нагрузка. Установлена в связи с тем, что для нормального функционирования и устойчивости экосистем и биосферы не следует прекращать определенные экстремальные нагрузки на них. В связи с этим необходимо вести поиск критических или наиболее чувстви,ельных звеньев в экосистемах, которые быстрее и точнее других характеризуют их состояние. Экологический мониторинг призван обеспечивать оптимальные условия жизнедеятельности различных биообъектов.

Под мониторингом понимают систему наблюдения за изменениями состояния среды, вызванными антропогенными причинами. Термин «мониторинг» образован от латинского слова «монитор», что переводится как «наблюдающий» или «предостерегающий». Секретариат ООН по окружающей среде определил экологический мониторинг как систему повторных наблюдений за элементами окружающей среды в пространстве и во времени с определенными целями и в соответствии с заранее подготовленными программами.

Экологический мониторинг включает звенья разного уровня:
1) глобальный мониторинг — на основе международного сотрудничества;
2) национальный мониторинг — общегосударственная система наблюдения и контроля ;
3) региональный мониторинг;
4) локальный мониторинг, или импактный, — отдельный насеЛеНный пункт или предприятие.

Основной базой глобального и национального мониторинга является космическая техника. Известно, что искусственные спутники Земли позволяют вести успешные наблюдения за состоянием биосферы Земли и получать информацию, которую практически невозможно добыть в результате наземных наблюдений.

Задачами глобального и национального мониторинга могут быть, например, слежение за динамикой популяции вредных организмов, в частности насекомых, на больших площадях, учет движения охраняемых видов растений и животных, возможности нанесения ущерба лесам, полям, водоемам.

Для проведения мониторинга любого уровня используются современные методы анализа и контроля окружающей среды. Применение разнопрофильных спектральных и химических методов анализа с широким привлечением вычислительной техники позволяет получать достоверную информацию об экологической обстановке. Наряду с современными техническими методами анализа и контроля используются и естественные природные явления. Например, саморегуляция экологических систем позволяет воврвемя сигнализировать о грозящей опасности, что можно использовать при проведении регионального или локального мониторинга методом биологической индикации, основанным на реакции живых организмов, чувствительных к конкретным химическим примесям.

Примером использования биотестирования с помощью растений является Голландия, где такие полезные для человека растения, как гладиолусы, тюльпаны (тестобъекты на накопление Фторидов), итальянская ржаная трава (тестобъект на накопление ионов тяжелых металлов), используются для анализа загрязнении больших площадях страны. Методы биотестирования водоемов в искусственных условиях с помощью живых организмов, таких как дафния (рачки), пиявки (черви), инфузории (простейшие) и находят в настоящее время широкое применение во многих странах.

Определенное распространение в настоящее время получил метод лихеноиндикации (от лат. Lichenes — лишайники), оснований на учете количества лишайников в городских насаждениях, районах крупных предприятий. Установлена однозначная связь Обратно пропорциональная) между наличием лишайников на стволах деревьев и «полями загрязнения» воздуха. Факт отмирания деревьев при отсутствии жуков короедов также служит биологйческим индикатором загрязнения воздуха или почвы веществами промышленного происхождения.

Для получения информации об изменениях, происходящих на биосферном уровне, в системах национального мониторинга России действуют восемь «фоновых станций».

В экологическом мониторинге информативность биологических электромагнитных излучений (ЭМИ) разных спектральных диапазонов иногда имеет преобладающее значение перед другими контрольными парамерами.

Рассмотрим частный случай ЭМ-индикации стихийных бедствий. При определенных условиях неравновесное состояние может наблюдаться в объектах как живой, так и неживой природы, например очаг подготовки землетрясения на определенном этапе представляет собой самоорганизующуюся неравновесную систему трещин. Процессы подготовки и развития землетрясений протекают в основном за счет внутренней энергии Земли. В период землетрясения освобождающаяся свободная энергия Земли проявляйся в других ее формах и «жизнь» неорганической природы протечет как бы по общим законам неравновесных систем, с той существенной разницей, что для живых систем состояние неравновесия устойчиво, а для неживой природы ограничено коротким периодом, после которого вновь наступает состояние динамического равновесия.

В период «созревания» землетрясения реакции живых систем могут быть непосредственно связаны с изменением физикохимиеских условий окружающей среды, поскольку в данном случае йз которого возрастают информационные связи (в основном ЭМ) между неравновесной системой возникающего очага землеи находящимися в состоянии устойчивого неравновесия системами.

В характере реакций большинства биопредвестников на изменениее внешней среды, связанных с предстоящим землетрясением, важную роль играет нервная клетка. Например, из 100 голубей был отсоединен от ЦНС нерв в лапке. Перед самым землетрясецй ем здоровые голуби проявили беспокойство и взлетели, а птицы с изолированными нервами взлетели только после дополнительного специального выстрела.

Механизм аномального поведения биопредвестников земле трясений в настоящее время не раскрыт и имеет, повидимому и только ЭМ-природу. Пока биопредвестники могут являться лищ, дополнительным фактором, который следует учитывать в реще. нии актуальной комплексной проблемы прогноза землетрясений являющимся частным случаем мониторинга биосферы.

В настоящее время широко развита и постоянно модернизируется наиболее информативная система ЭМмониторинга Земли атмосферы и гидросферы методом дистанционного зондирования (ДЗ). Для глобального обзора земной поверхности используются спутники, выведенные на квазиполярные круговые орбиты с высотой 700—1000 км. Особенностью таких спутников является то, что они проходят над заданной точкой земной поверхности всегда в одно и то же местное время. Установленная на спутнике аппаратура позволяет проводить поэлементный просмотр поверхности Земли в пределах поля зрения сканирующего прибора. Диапазон зондирования современной аппаратуры может перекрывать спектр от УФ-области до радиоволн. Опыт дистанционного зондирования многозональными системами позволил выявить потенциальную информативность практически любого участка ЭМспектра для решения большинства экологических задач.

Измерения естественной УФ-радиации были начаты в связи с необходимостью изучения ее влияния на биообъекты. Дополнительный интерес к исследованию условий распространения УФ в приземном слое возник с началом разработок систем лазерной связи в УФ-диапазоне. Отдельной областью исследования является определение содержания озона в атмосфере по измерениям прямой солнечной радиации в УФ-области.

Проведенные эксперименты по отработке методики ДЗ трозональными телевизионными системами с оптикомеханической разверткой показали, что при общем понижении контраста увеличении зашумленности УФ изображений в канале 380—400 н выделяются геологические образования, невидимые в других Д пазонах.

Границы акватории и суши не всегда выражены четко. В то время надежно выделяется ряд компонентов современного ландшафта, зоны засоленности и повышенной влажности.

Важным вопросом использования УФдиапазона (300—400 нм) уделяются наблюдения загрязнений атмосферы и водного бассейна. Измерение отраженного и рассеянного солнечного излучения уф-диапазона позволяет по спектральным особенностям уходяцего коротковолнового излучения, обусловленного полосами оглощения ряда загрязняющих компонент, судить об их присутстствии.

Одной из основных задач контроля за загрязнением акваторий является локализация нефтяных пленок. Оптические свойства чйстой воды существенно отличаются от свойств вод, загрязненных нефтепродуктами. Для чистой воды в океане длина волны максимально рассеиваемого света составляет 470 нм. Легкие фракции, присутствующие в нефтяных пленках на поверхности воды, поглощают свет в области 300 нм и могут при определенных условиях флуоресцировать в диапазоне 360—460 нм, при этом дополнительную информацию может дать использование эффекта поляризации.

Рассмотрим локационный принцип подхода к принципиально новому решению задачи мониторинга окружающей среды, в основном атмосферы, используя оптический диапазон ЭМИ. Оптический локатор называется лидаром; в нем в качестве источника ЭМИ используется когерентный источник излучения, а именно испульсный лазер с перестраиваемыми частотами. Излучения оптического диапазона активно взаимодействуют с атомами и молекулами атмосферы, и поэтому отраженный сигнал может содержать значительную информацию о состоянии зондируемого участка атмосферы.

Большая мощность лазерного импульса позволяет проникать в атмосферу вплоть до озонового слоя, например импульс при длительности 10—30 не способен дать отражений сигнал с расстояния 30—50 км, причем пространственное перемещение лазерного луча позволяет осуществлять непрерывный мониторинг больших объемов атмосферы. Обработка полученной Формации осуществляется с помощью ЭВМ.

Лидарный контроль в основном учитывает три физических проесса, являющихся результатом зондирования атмосферы:

  • вынужденное комбинационное рассеяние;
  • резонансное поглощение;
  • резонансное рассеяние.

Сущность вынужденного комбинационного рассеяния заключается в следующем: при взаимодействии лазерного луча с загрязненной атмосферой в спектре отраженного сигнала появляется ряд частотных линий комбинационного рассеяния. Эти линии смещены относительно частоты излучения лазера на определенные величины, обусловленные вынужденными переходами молекул при воздействии излучения лазера. По величине смещения спектральных линий можно судить о наличии в атмосфере конкретных загрязняющих веществ. Спектры комбинационного рассеяния устраняют неоднозначность расшифровки полученной ли даром информации и дают возможность обнаружить на фиксированной длине волны большую гамму веществ, загрязняющих а мосферу. Основным достоинством метода комбинационног рассеяния является возможность совмещения излучателя и приемника в одном устройстве. Оптимальные длины волн, обеспе вающие наибольшую эффективность лидара, работающего принципу комбинационного рассеяния, лежат в 250—400 нм.

Сущность резонансного поглощения заключается в том, что главные компоненты атмосферы селективно поглощают ЭМИ переливаиваемого лазера, в этом случае излучение совпадает с областями собственного поглощения электронов (УФ или видимый диапазон) или молекул и атомов (ИК-диапазон) конкретного загрезнителя. Поглощенная энергия спустя некоторое время спонтано переизлучается, причем частота переизлученного сигнала от частоты поглощенного излучения.

Сущность резонансного рассеяния совпадает с явлением комби рассеяния, с той лишь разницей, что интенсивность резонансного рассеяния на несколько порядков превышает и тенсивность комбинационного рассеяния, что обусловлено природой рассеивателя. Метод резонансного рассеяния находит пп менение при оценке загрязняющих атмосферу паров мета лов: ртути, кадмия, цинка, натрия, мышьяка.

Выбор длины волны зондирующего лазера играет большую роль для всех рассмотренных выше методов исследования биосферы. Обычно в лидарах используются лазеры с перестраиваемы ми частотами генерации, позволяющие перекрыть диапазон волн 360—1000 нм (например, лазеры с блоком удвоения часто на красителях).

<Загрязнение атмосферы и контроль за состоянием атмосферы
Главная   |   Поля   |   Жизнедеятельность   |   Природопользование   |   Безопасность   |   Карта сайта
2008-2015 © p0d.ru, E-mail:info@p0d.ru