Экологический мониторинг представляет систему повторных наблюдений за состоянием ОС, источников её загрязнения и состоянием природных комплексов (природных, природно-антропогенных и антропогенных объектов). Получаемая информация предоставляется органам государственной власти, органам управления природоохранной деятельностью и др. потребителям для выработки долгосрочных и оперативных управленческих решений, направленных на обеспечение экологической безопасности.
По масштабам обобщения информацииэкологический мониторинг подразделяется на:
глобальный, который основан на международном сотрудничестве;
национальный - общегосударственная система наблюдений;
региональный - система наблюдений в регионах;
локальный (импактный) – система наблюдения в зоне влияния предприятий;
фоновый – система наблюдения в районах, где исключена или максимально ограничена всякая хозяйственная деятельность (природные заповедники, заказники и т.п.).
Объектами наблюдения являются: промышленные предприятия и экологически опасные объекты, которые загрязняют ОС, атмосферный воздух, поверхностные воды, источники питьевого водоснабжения, и почву, продовольствие, состояние здоровья населения, состояние здоровья сельскохозяйственных животных. Экологический мониторинг подразделяется на физический, химический, биологический, санитарно-гигиенический, геолого-геоморфологический, почвенный и гео(эко)системный.
Физический мониторингвключает в себя гелиофизический (наблюдение за солнцем, его активностью, физическими процессами на нем и их влиянием на Землю), гравиметрический (наблюдение за гравитацией), магнитометрический (наблюдение за магнитным полем Земли и атмосферы), ионосферный (наблюдение за состоянием верхних слоев атмосферы), метеорологический, гидрологический, океанологический, сейсмологический, радиометрический мониторинги.
Химический мониторингвключает в себя гидрохимический (наблюдение за химическим составом поверхностных и подземных вод), биогеохимический (биохимические наблюдения за верхним слоем почв) мониторинг.
Биологический мониторингподразделяется на ботанический, зоологический, микробиологический и другие виды мониторинга, связанные с живой природой.
Санитарно-гигиенический мониторингпредусматривает наблюдение за качеством продовольствия, питьевой воды, санитарным состоянием предприятий общественного питания, торговли и др.
Геолого-геоморфологический мониторингвключает геодезический, склоново - процессовый, эрозионный и др.
Почвенный мониторингпредусматривает наблюдения за качеством почв и их загрязнением.
Гео(эко)системныймониторинг объединяет комплекс наблюдений за экосистемами.
По принципу осуществления наблюдений экологический мониторинг подразделяется на контактный и дистанционный.
Контактный экологический мониторингпредусматривает непосредственный контакт наблюдателя с объектом наблюдения путем отбора и анализа проб или измерения концентрации ЗВ. Контактный способ составляет основу дифференциальной (физико-химической) диагностики загрязняющих веществ в ОС. Контактным способом получают большую часть информации, которая используется для оценки и прогноза состояния ОС. Наблюдение за состоянием ОС ведется на стационарных и подвижных постах, располагаемых на загрязненных и фоновых территориях. Стационарные посты всегда наземные, а подвижные могут быть как наземные, воздушные и морские. Для определения концентрации ЗВ применяются геохимические и индикационные методы.
Геохимические методы позволяют проследить поступление ЗВ в экосистему естественным путем и в результате хозяйственной деятельности человека, выявить интенсивность их водной и воздушной миграции. Геохимические методы дают возможность определить закономерности изменения химического состава природных комплексов, их устойчивость к ЗВ. Они позволяют оценить способность экосистем к самоочищению, выявить вероятность формирования экологических аномалий, скорости распространения и пространственные масштабы загрязнения.
Геохимические методы включают в себя отбор проб воздуха, воды, почв, горных пород, растений с целью определения химического состава этих компонентов. Для определения химического состава компонентов используются различные методы аналитической химии.
При выборе метода анализа учитываются следующие характеристики:
селективность метода, т.е. возможность обнаружения искомого элемента в присутствии других;
чувствительность метода, т.е. наименьшее количество искомого элемента, которое может быть обнаружено данным методом;
величина относительной ошибки метода, т.е. точность определения искомого элемента.
Современные аналитические методы, использующиеся для определения состава компонентов ОС, подразделяются на физические, физико-химические и химические.
Из физических методов чаще всего используют рентгено-флюоресцентную спектрометрию, атомно-абсорбционную спектрометрию, газовую и жидкостную хроматографию, потенциометрию, спектрофотометрию, иммуннофлюоресце-нтный анализ и др.
Индикационные методыоснованы на определении состояния одного объекта по состоянию другого, связанного с первым и более доступного для изучения. В последние 10 лет особое внимание уделяется методам биологического мониторинга, которые основаны на использовании живых организмов, особенно чувствительных к конкретным химическим веществам. Использование методов биомониторинга не требует больших экономических затрат (дорогостоящей аппаратуры, больших лабораторий и т.д.), а также позволяет оценить качество среды в случаях, когда количественное содержание ЗВ может быть определено каким-либо методом, но отсутствуют сведения о биологической активности загрязнителя.
Биомониторинг - составная часть экологического мониторинга, включающая: визуальную биоиндикацию, биотестирование и биоаккумуляцию.
Визуальная биоиндикация– оценка качества среды по внешним признакам растительных и животных биоиндикаторов, которые находятся в естественных средах обитания. Одним из методов визуальной биоиндикации является метод лихеноиндикации (от латинского «лихенос» - лишайник).
Биотестирование– оценка качества среды, по выживаемости, продуктивности, поведению, а также по различным физиолого-биологическим параметрам живых организмов - биотестов. Биотестирование осуществляется также с помощью высокочувствительных тест-объектов таких, как дафнии, пиявки, инфузории, хлорелла и другие. Методы биотестирования широко применяются во всем мире. Например, в Голландии на больших площадях страны используются гладиолусы и тюльпаны, которые являются тест-объектами на накопление фторидов, а итальянская ржаная трава - тест-объект на накопление ионов тяжелых металлов.
Биоаккумуляция - частный случай биотестирования или биоиндикации, в котором о качестве среды, о факторах, воздействующих на эту среду, судят по степени накопления ЗВ в живых организмах. Биоаккумуляция ЗВ наблюдается у некоторых живых организмов. Например, ртуть, мышьяк и другие тяжелые металлы интенсивно накапливаются в рыбах, в волосах человека. В Японии весьма успешно разводят асцидии - морские организмы, которые концентрируют ванадий. После их сжигания из золы получают соединения ванадия.
Одним из показателей растительных (фитоценозов) и животных (биоценозов) экосистем является биологическое разнообразие видов.
Биоразнообразие- это разнообразие видов в конкретной экосистеме, самый важный биологический индикатор состояния биосферы и входящих в ее состав биомов, который чутко реагирует на воздействие человека. Биом- это экосистема с преобладанием растений одной жизненной формы (например, альпийские луга, тайга).
Мониторинг биоразнообразия включает слежение и контроль многообразия видов на территории и акватории. Его задача состоит в том, чтобы регулярно составлять информацию о том, где и с какой скоростью изменяется биоразнообразие. В связи с этим разрабатываются стандартные методы мониторинга и определяются приоритеты, которые должны обеспечить накопление данных, необходимых для понимания современного и будущего статуса экосистем.
В современном мире ежедневно исчезает от 1 до 10 видов животных и еженедельно - 1 вид растений. Гибель одного вида растений ведет к уничтожению примерно 30 видов мелких животных (прежде всего, насекомых и червей).
В настоящее время создаются системы мониторинга биоразнообразия в различных регионах нашей страны и планеты в целом. Средствами реализации экологического мониторинга являются: стационарные посты (станции); передвижные посты; дистанционные методы (аэрокосмический мониторинг); автоматизированные системы непрерывного контроля загрязнения атмосферного воздуха.
Стационарные посты (станции)позволяют в ручном или автоматизированном режиме замерять отдельные параметры ОС (например, концентрацию ЗВ, атмосферном воздухе, поверхностных водах, метеорологические параметры) и передавать их в информационно-аналитические центры для обработки и составления прогноза. В последнее время передача сигналов на центральный сервер осуществляется с использованием сети GSM. (Short Message Service - передача коротких сообщений).
Наземные подвижные постыпредставляют собой специальное оборудование, установленное на шасси автомобилей различных марок. Специальное оборудование содержат измерительные приборы и аппаратуру, которые позволяют контролировать содержание ЗВ в воздушной, водной среде и в почве.
Дистанционные методыэкологического мониторинга основаны на регистрации электромагнитных волн солнечного света, отраженного от земной поверхности, а также собственного излучения поверхности Земли с самолетов, вертолетов и различных космических аппаратов. Дистанционное зондирование (прежде всего, из космоса) по сравнению с другими методами позволяет достаточно часто повторять (а при необходимости и непрерывно) наблюдения во времени. Это дает возможность получения аэрокосмических материалов обширных территорий и акваторий в виде электронных карт в различных диапазонах спектра. А имеющаяся аппаратура обработки изображений дает возможность пространственно-временного анализа одновременно нескольких компонентов ОС в их взаимосвязи.
Аэрокосмические системы позволяют реализовывать задачи глобального мониторинга. Для этого создается постоянная орбитальная система, включающая спутники со специальным комплектом аппаратуры. В нашей стране используются автоматизированные системы наблюдений и контроля АНКОС, предназначенные для определения уровня загрязнения атмосферного воздуха.