Metódy monitorovania životného prostredia. Diaľkové snímanie Zeme

Environmentálne monitorovanie (sledovanie) je proces monitorovania stavu rôznych zložiek životného prostredia a posudzovania jeho súčasného stavu. Na komplexnejšie a komplexnejšie hodnotenie je potrebné riadne usporiadať ekologické monitorovanie, vymenovať spoločné kritériá a parametre kvality životného prostredia. Monitorovanie životného prostredia môže sledovať regionálne aj globálne ciele. Príklady monitorovania životného prostredia možno nájsť doslova všade.

Čo je monitorovanie životného prostredia?

Environmentálne monitorovanie je pomerne zložitá technická a organizačná environmentálna činnosť, do ktorej sú zapojené rôzne orgány a úradníci. Informácie získané v tomto prípade majú veľmi rôznorodý charakter, obsah, formy, poradie prijatia, právne postavenie a metódy distribúcie. V Rusku ho môžu používať štátne orgány, subjekty z Ruskej federácie a miestne orgány. Tieto informácie majú vedeckú a užitočnú hodnotu. Na nej je postavených veľa predpovedí, odhaduje sa reakcia rôznych prírodných a antropogénnych systémov na rôzne vplyvy. Používa sa pre federálne a cielené environmentálne programy.

Monitorovanie životného prostredia sa vykonáva na stacionárnych alebo mobilných miestach: špeciálne vybavené automobily, pošty, stanice, laboratóriá, výskumné centrá. Prijaté informácie sa potom spracujú. Metódy monitorovania životného prostredia sú rôzne a závisia od úloh.

Znečistenie životného prostredia

Neustály rast svetovej populácie spojený so zvyšovaním materiálnej pohody ľudí výrazne zvyšuje tlak na životné prostredie a spôsobuje rôzne negatívne následky. Zníženie prírodných oblastí a zvýšené znečistenie sa stali hlavnými dôsledkami ľudskej činnosti. Hlavnými faktormi znečistenia životného prostredia sú:

• Priemyselné emisie a odpadové vody ovplyvňujúce kvalitu ovzdušia, vody a pôdy, ktoré negatívne ovplyvňujú zdravie ľudí.
• Emisie skleníkových plynov (oxid uhličitý, metán, oxid dusný a ďalšie), ktoré ovplyvňujú teplotu spodnej atmosféry, hrúbku oceánov a hornú vrstvu zemskej kôry.
• Erózia pôdy v dôsledku iracionálneho využívania pôdy. Vedie k znečisteniu riek a iných vôd suspendovanými časticami a škodlivými látkami.
• Domový a priemyselný odpad, ktorý je škodlivý sám osebe a vo forme produktov rozkladu. Môže viesť k otrave ekosystémami a zlému zdraviu ľudí.
• Invazívne druhy rastlín a živočíchov, ktoré často spôsobujú veľké škody na životnom prostredí.
• Radiačné znečistenie v dôsledku nehôd v jadrových elektrárňach, práci rádiochemických podnikov, medicíny a ťažby uránu.
• Pesticídy a herbicídy vedúce k znečisteniu vody a pôdy, najmä v poľnohospodárskych oblastiach.
• Ťažba, ktorá sa často stáva zdrojom škodlivého znečistenia prachom a vodou.
• Požiare: priemyselné, domáce a lesné. Predstavujú významný zdroj znečistenia ovzdušia a príčiny smrti alebo poškodenia ekosystémov.
• Únik oleja a povrchovo aktívnej látky v dôsledku netesností a nehôd. Najvýraznejšie ovplyvňujú stav morí a oceánov, znižujú výpar a tým aj množstvo zrážok.
• V USA je problém znečistenia vnútrozemských vôd drogami. Môžu tiež spôsobiť zhoršenie kvality mäsa alebo mlieka.
• Hromadné odlesňovanie je príčinou znečistenia riečnych a podzemných vôd a môže tiež zvýšiť znečistenie ovzdušia prachovými časticami. Vedie to k zníženiu vyparovania a zrážok, nepriaznivo ovplyvňuje klímu a zvyšuje kontinentálnosť.

Posudzovanie vplyvov na životné prostredie

Účelom preskúmania je overiť súlad hospodárskych činností s právnymi predpismi v oblasti životného prostredia. Najčastejšie sa vzťahujú na nové projekty, ktorých implementácia môže ovplyvniť životné prostredie. Ekologické odborné znalosti môžu byť štátne a verejné. Na základe jeho výsledkov sa dospelo k záveru, že projekt je uskutočniteľný alebo neprípustný. Aj keď tento projekt prešiel environmentálnym preskúmaním, environmentálne monitorovanie sa môže zorganizovať na vybudovanom zariadení.

História monitorovania životného prostredia

Po prvýkrát sa o environmentálnom monitorovaní diskutovalo v roku 1971 vo vedeckom výbore pre problémy životného prostredia a potom v roku 1972 na environmentálnej konferencii OSN v Štokholme. O dôležitosti tohto monitorovania sa diskutovalo v týchto rokoch v ZSSR. Na tento účel sa navrhlo vytvorenie systému biosférických rezerv.

V 70. rokoch sovietski vedci veľmi prispeli k rozvoju myšlienok týkajúcich sa zásad monitorovania životného prostredia. V tomto procese sa aktívne zúčastnil vedúci hydrometeorologického centra Yu.A. Izrael. Zhrnutie práce na túto tému bolo uverejnené v roku 1975 pod vedením akademika I.P. Gerasimova, ktorý vyčlenil 3 etapy monitorovania:

1. Na prvej úrovni monitorovania by podľa jeho názoru mala byť hlavná pozornosť venovaná pozorovaniu stavu životného prostredia a účinkov na ľudské zdravie. Hlavnými ukazovateľmi pre túto fázu by mali byť ukazovatele reakcie osoby: miera výskytu, priemerná dĺžka života, pôrodnosť a úmrtnosť atď.
2. Druhá úroveň zahŕňa monitorovanie všeobecnejších ukazovateľov: biologická produktivita, metabolizmus hmoty a energie atď. Takéto pozorovania by sa mali vykonávať v špeciálnych nemocniciach, na školeniach atď.
3. Cieľom tretej etapy je monitorovať rozsiahle procesy a množstvá: poprášenie atmosféry, znečistenie oceánov, globálny obsah vodných pár atď.

Úlohy a objekty monitorovania životného prostredia

Monitorovanie životného prostredia je určené na riešenie nasledujúcich problémov:

• Pravidelné monitorovanie životného prostredia a jeho znečistenia.
• Predpovedanie a hodnotenie environmentálnej situácie, najmä pokiaľ ide o zmenu podnebia.

Sledovacie objekty môžu byť:

• Životné prostredie a jeho zložky (atmosféra, hydrosféra, biosféra, litosféra, urbosféra).
• Kvalita životného prostredia, ktorej zmena môže mať negatívne následky.
• Niektoré typy antropogénnych aktivít, ktoré môžu poškodiť ostatných.
• Podniky, skládky odpadov, technológie, jadrové elektrárne atď.
• Katastrofy spôsobené človekom: úniky ropy, požiare, nehody, nehody a iné nebezpečné javy prírodnej alebo človekom spôsobenej prírody.
• Chránené prírodné lokality.

Monitorovanie životného prostredia môžu vykonávať rôzne environmentálne organizácie, výskumné ústavy, vládne orgány (federálne aj miestne), verejné združenia, podniky a iné hospodárske subjekty, medzinárodné vedecké organizácie (napríklad NASA).

Druhy monitorovania

Pokiaľ ide o pokrytie, monitorovanie je rozdelené na miestne, regionálne, národné a globálne.

• Ak sú miestne, monitorujú malé oblasti akejkoľvek lokality.
• Ak sa regionálne pozorovania vykonávajú na regionálnej úrovni.
• Pri vnútroštátnom sledovaní vykonávanom na území konkrétneho štátu.
• Globálne monitorovanie životného prostredia zahŕňa sledovanie rozsiahlych procesov, ktoré majú medzinárodný význam.

Podľa predmetu pozorovania môže ísť o základné, biosférické, atmosférické, hydrologické, pôdne, ožarovacie, hygienické, geobotanické, zoologické atď.

Hlavné metódy monitorovania životného prostredia

Metódy monitorovania životného prostredia v súčasnosti spadajú do 2 hlavných kategórií:

1. Pozorovania zeme (fyzikálno-chemické, bioindikačné, meteorologické, fotografické, lekárske atď.).
2. Vzdialené metódy monitorovania prostredia (satelitné snímanie, sledovanie z dronov atď.).

Prirodzene, v prvom prípade sa miestne a regionálne procesy hodnotia častejšie av druhom, vo veľkom meradle a globálne.

Satelitné monitorovanie

Diaľkové snímanie Zeme využíva satelitné údaje, údaje z lietadiel, bezpilotných lietadiel, lodí. Satelitné údaje poskytujú najširšie možné pokrytie študovaného objektu, a preto sa často používajú na získanie informácií o globálnych environmentálnych zmenách. Na leteckých snímkach je jasne viditeľná škála odlesňovania, urbanizácie, znečistenia ovzdušia prachom, topiacim sa ľadom atď. Údaje z infračervených detektorov poskytujú informácie o teplote rôznych častí zemského povrchu a odhadujú jeho albedo. Odraz rádiových vĺn a ultrafialového žiarenia z hladiny vody poskytuje informácie o znečistení oceánov ropou.

Diaľkové snímanie Zeme sa stáva stále populárnejším typom výskumu v ekológii.

Satelitné monitorovanie sa však môže použiť aj na sledovanie situácie na miestnej úrovni. Napríklad letecké snímky môžu poskytovať informácie o stave lesov, o situácii pri lesných požiaroch, ohniskách búrok atď., Ktoré môžu byť dostatočné na vykonanie určitých praktických rozhodnutí. Na získanie vysoko kvalitných a presných obrázkov môžu byť použité drony.

Biologické metódy

Metódy biologického monitorovania životného prostredia sú metódy pozemského sledovania. Nazývajú sa tiež bioindikácia. Hlavným predmetom tohto monitorovania sú biologické objekty: druh, spoločenstvá, ekosystémy, potravinové reťazce atď. Na analýzu sa používajú skutočnosti, ako je rozšírenie druhu, zmena jeho počtu alebo úplné vymiznutie alebo výskyt v novej oblasti. Počas geobotanických štúdií sledujú zmeny v rozsahu určitých druhov, dynamiku biomasy, bioproduktivitu, nadmorskú výšku a šírku druhov a spoločenstiev atď.

Bioindikátory môžu byť: šírka jednoročných krúžkov, žltnutie listov, sušenie lesného porastu, výška stromov, výskyt burín (priekopnícke druhy) a ďalšie znaky.

Biologické monitorovanie pokrýva všetky úrovne - od molekulárnej a bunkovej po globálnu. Pre výskum sa v závislosti od úloh organizujú laboratóriá, expedičné štúdie.

Pred uskutočnením biologického monitorovania je potrebné vyvinúť metodiku jeho vykonávania a získať potrebné údaje, pretože rôzne biologické systémy reagujú rozdielne na rôzne typy vystavenia rôznym spôsobom. Vyberú sa organizmy alebo ekosystémy, ktoré sú najcitlivejšie na ľudský vplyv. Takéto organizmy sa nazývajú indikátory. Vďaka použitiu biotestovania sa diagnostické kritériá vyberajú na hodnotenie úrovne vplyvu faktora na študijnú oblasť.

Biologické monitorovanie teda využíva metódu bioindikácie. Presnosť takýchto štúdií bude samozrejme nižšia ako pri použití fyzikálnych metód. Zároveň však umožnia vyhodnotiť celkové škody spôsobené prírodnými ekosystémami antropogénnymi činnosťami, ktoré sa nedajú dosiahnuť inými metódami. V dôsledku toho bude možné izolovať od komplexu vplyvov najvýznamnejších pre stav životného prostredia a prijať primerané opatrenia na zníženie antropogénneho zaťaženia. Na posúdenie možného poškodenia verejného zdravia je vhodnejšie analyzovať toxikologické vzorky, ktoré sa týkajú fyzikálno-chemických monitorovacích metód.

Na bioindikáciu sa najčastejšie používajú ryby, mikroorganizmy a riasy. Raky sú tiež známe tým, že uprednostňujú čistú vodu, a preto sú dobrým indikátorom kontaminácie. To isté platí pre niektoré druhy lišajníkov, ktoré sú tiež predmetom bioindikácie.

Schopnosti biologického monitorovania

Bioindikácia životného prostredia je vhodná pre nasledujúce úlohy:

• Zostavenie komplexného hodnotenia antropogénneho vplyvu na charakter skúmaného regiónu.
• Identifikujte náhodné alebo skryté emisie vrátane úmyselného skreslenia informácií o vlastných emisiách zo strany manažmentu.
• Umožnite posúdiť citlivosť organizmov na emitované znečisťujúce látky alebo iné škodlivé účinky.
• Ukážte mieru odozvy biosystémov a ich rozsah.
• Umožňujú zmapovať ložiská znečistenia a koncentráciu škodlivých nečistôt.
• Umožňujú vám posúdiť mieru nebezpečenstva špecifických znečisťujúcich látok pre životné prostredie as vysokou pravdepodobnosťou pre ľudí.
• Pomáhajú pri prideľovaní maximálneho povoleného environmentálneho zaťaženia av prípade potreby prijímajú opatrenia na jeho zníženie.

Laboratórne metódy, odber vzoriek

Fyzikálno-chemické metódy monitorovania životného prostredia sú najčastejšie laboratórne. Analýza sa začína vzorkovaním vzduchu, pôdy alebo vody a potom pomocou špeciálneho zariadenia rozloží obsah znečisťujúcich látok. Nazýva sa aj inštrumentálna analýza.

Fyzikálno-chemické metódy sú nasledujúce:

• chromatografická indikácia;
• infračervená spektrometria;
• fluorimetrické metódy;
• elektrochemické metódy;
• metódy hmotnostnej spektrometrie;
• luminiscenčná analýza;
• metódy rádiového inžinierstva.

Chromatografické metódy

Tieto metódy sa často používajú na zisťovanie kontaminantov, najmä pri analýze kvapalín. Najobľúbenejšie sú plyn-kvapalina, tenkovrstvová, kvapalinová a iónová chromatografia. Tenká vrstva sa ľahko vykonáva a používa sa na detekciu pesticídov a organických znečisťujúcich látok. Plyn-kvapalina je účinnejšia pri analýze prchavých organických zlúčenín. Kvapalinová chromatografia sa používa na detekciu neprchavých chemických zlúčenín.

Vysoko citlivé detektory založené na rôznych fyzikálno-chemických metódach umožňujú detekovať aj malé množstvá nečistôt, čo je dôležité pri detekcii vysoko toxických zlúčenín. V kombinácii s chromatografickými technikami môže hmotnostná spektrometria a infračervená spektrometria poskytnúť dobrý výsledok na identifikáciu komplexných kombinácií kontaminantov. Tieto typy analyzátorov sa pripájajú k výkonným počítačom. S ich pomocou môžete zistiť také nebezpečné látky, ako sú dioxíny, polychlórované bifenyly, nitrozamíny a toxické pesticídy.

Iónová chromatografia sa používa na analýzu pomeru katiónov k aniónom.

spektrofotometria

Táto metóda využíva infračervené žiarenie. Analýza absorpčných, odrazových a rozptylových spektier umožňuje pomerne presné stanovenie prítomnosti a koncentrácie nečistôt. Mať katalóg spektier rôznych látok uľahčuje určenie typu znečisťujúcej látky alebo prospešnej látky prítomnej vo vzorke alebo výrobku. Infračervené spektrum umožňuje stanoviť rovnomerné vlastnosti, ako je hustota, distribúcia veľkosti častíc, kalorický obsah potravín a klíčenie semien.

Luminiscenčná metóda

Toto je jeden z najcitlivejších spôsobov identifikácie znečisťujúcich látok. Jeho použitím sa stanoví stopové množstvo organických aj anorganických nečistôt vo vzorkách vzduchu. Môže sa použiť na monitorovanie hydrosféry a biosféry, ako aj na stanovenie obsahu stopových prvkov, organických zlúčenín a množstva škodlivých látok.

Luminiscenčná metóda sa môže použiť, ak sa vyžaduje detekcia prítomnosti polyaromatických uhľovodíkov alebo ich derivátov. Na výpočet koncentrácie látky sa používa jav ako je kalenie luminiscenciou.

Týmto spôsobom sa však nestanovujú všetky zlúčeniny. Niekedy sa vykonáva chemická reakcia, pomocou ktorej sa pôvodná zlúčenina zmení tak, aby ju mohla zistiť luminiscencia.

Elektrochemické metódy

Na ich implementáciu sa používajú elektródy: anóda a katóda. Katóda je často ortuťová kvapkajúca elektróda s neustále aktualizovaným povrchom, čo umožňuje získať polagramy a vykonávať účinnú analýzu. Táto metóda je vhodná iba na detekciu kovových iónov, organických látok, karbonylových zlúčenín, peroxidov, epoxidov a ďalších. Z tohto dôvodu ho nemožno považovať za univerzálny, ale skôr selektívny.