При осуществлении мониторинга состояния биосферы необходима организация достаточно представительной сети наблюдения (измерений) наиболее важных факторов воздействия, показателей состояния среды. В зависимости от конкретной задачи мониторинга эти факторы и показатели могут быть различными.
Необходимо прежде всего учитывать факторы воздействия, ведущие к наиболее серьезным, долговременным изменениям в окружающей среде (и источники таких воздействий), а также выявлять элементы биосферы, наиболее подверженные воздействию, или критические, ключевые элементы, повреждение которых может привести к разрушению экосистем. Но поскольку организация наблюдений за изменением всех параметров громоздка и затруднительна, необходимо выделить наиболее значимые составляющие, которые в основном определят степень воздействия на окружающую среду (или экологический ущерб), и определить их приоритет.
Прежде чем перейти к классификации существующих или возможных схем мониторинга, рассмотрим некоторые универсальные подходы. Наиболее универсальным подходом является организация глобальной системы мониторинга с одновременным решением всех возникающих при этом задач. Здесь, безусловно, можно выделить мониторинг антропогенных загрязнений и антропогенных воздействий и изменений, не связанных с загрязнением.
Второе направление обычно включают в экологический мониторинг. Очевидно, что мониторинг загрязнений и связанных с ним эффектов, возникающих в биосфере (и в первую очередь реакций биоты), также является составной частью экологического мониторинга.
Наблюдения предполагается осуществлять на импактном (от англ, impact) уровне, т.е. на уровне сильного воздействия в локальном масштабе, — региональном и фоновом «базовом». Фоновое состояние среды в прошлом до начала интенсивного воздействия человека можно восстановить по данным анализа колец старых или уже погибших деревьев, проб годовых слоев ледников, донных отложений (так называемый исторический мониторинг, или палеомониторинг).
К геофизическому мониторингу относитсяопределение данных о загрязнениях, мутности атмосферы, выборочных метеорологических и гидрологических характеристик среды. К этой подсистеме нужно отнести и мониторинг различных элементов неживой составляющей биосферы, в том числе конструкций, зданий, созданных человеком.
Основной задачей биологического мониторинга является определение состояния биотической составляющей биосферы и ее реакции на антропогенное воздействие. Биологический мониторинг включает мониторинг живых организмов — популяций (по числу, биомассе, плотности и другим признакам), подверженных воздействию. В этой подсистеме мониторинга целесообразно выделить следующие наблюдения:
· за состоянием здоровья человека, воздействием на него среды (медико-биологический мониторинг);
· за наиболее чувствительными к данному виду воздействия (или к комплексу воздействий) популяциями (например, растительность к воздействию двуокиси серы) или за «критическими» популяциями по отношению к данному воздействию (например, зоопланктон в Байкале к сбросам целлюлозных предприятий). Особое место в биологическом мониторинге занимает генетический мониторинг (наблюдение за возможными наследственными изменениями у различных популяций).
Экологический мониторинг является, по-видимому, более универсальным, охватывающим вопросы и биологического, и геофизического мониторинга в их тесной связи. Это особенно важно, когда наблюдение осуществляется на уровне экологических систем.
Очень важным с точки зрения практических действий при организации мониторинга в любых масштабах, с любыми целями является мониторинг загрязняющих веществ и других факторов воздействия в различных средах. Мониторинг в различных средах (различных сред) включает:
· мониторинг приземного слоя атмосферы и верхней атмосферы;
· мониторинг гидросферы;
· мониторинг литосферы (в первую очередь почвы).
Не менее важной с практической точки зрения представляется классификация систем мониторинга по факторам и источникам воздействия. Мониторинг факторов воздействия — мониторинг различных загрязнителей (ингредиентный мониторинг) и других факторов воздействия, к которым можно отнести электромагнитное излучение, тепло, шумы. Здесь в первую очередь мониторингу должны быть подвергнуты наиболее вредные факторы: токсичные вещества, наиболее стойкие и подвижные, имеющие токсичные дочерние продукты, образующиеся при распаде и превращениях, и опасные при воздействии в сочетании с другими веществами. Среди источников воздействия и в первую очередь загрязнений следует выделить точечные стационарные (заводские трубы), точечные подвижные (транспорт) и пространственные (города, поля с внесенными химическими веществами) источники.
В заключение можно сказать, что на современном этапе весьма интересным видом мониторинга является мониторинг различных изменений в биосфере, определяемых дистанционными методами (особенно с помощью искусственных спутников Земли).
В таблице 1 приведена изложенная выше классификация возможных систем (подсистем) мониторинга.
Экологический мониторинг является комплексной подсистемой мониторинга биосферы и включает в себя как биологический, так и геофизический (физический аспекты). Необходимым условием успешного функционирования экологического мониторинга является требование, чтобы в качестве конечного результата выступала оценка и прогноз состояния, экосистем, оценка экологичного равновесия в экосистемах.
Данное требование отличает систему экологического мониторинга от других подсистем мониторинга биосферы. Особое значение экологический мониторинг приобретает для оценки состояния биосферы в широких масштабах, вплоть до глобального. К экологическому мониторингу отнесены также мониторинг состояния почвы, растительного покрова, водных ресурсов, морских ресурсов, мониторинг биосферы.
Таблица1
Классификация систем (подсистем) мониторинга
| Принцип классификации | Существующие или разрабатываемые системы (подсистемы) мониторинга |
| Универсальные системы | Глобальный мониторинг (базовый, региональный, импактный уровни), включая фоновый и палеомониторинг Национальный мониторинг Межнациональный «международный» мониторинг (мониторинг трансграничного переноса загрязнителей) |
| Реакция основных составляющих биосферы | Геофизический мониторинг Биологический мониторинг, включая генетический Экологический мониторинг (включая вышеназванные) |
| Различные среды | Мониторинг антропогенных изменений в атмосфере, гидросфере, почве, криосфере, биоте |
| Факторы и источники воздействия | Мониторинг источников загрязнений Ингредиентный мониторинг (покомпонентный) |
| Острота и глобальность проблемы | Мониторинг океана Мониторинг озоносферы |
| Методы наблюдений | Мониторинг по физическим, химическим и биологическим показателям. Спутниковый мониторинг (дистанционные методы) |
| Системный подход | Медико-биологический мониторинг Экологический мониторинг Климатический мониторинг Варианты: биоэкологический, геоэкологический, биосферный мониторинг |
В рамках глобального мониторинга рассматривается проблема оценки ответных реакций морских и наземных экосистем на воздействие окружающей среды, которая, безусловно, является важнейшей составной частью экологического мониторинга. Для оценки воздействия на наземные экосистемы в крупных масштабах может быть использована, например, информация об изменении площади тропических и лиственных лесов. Очевидно, что такие данные имеют важное значение и для модели глобального цикла углерода.
Для оценки критических проблем, связанных с практикой сельского хозяйства и землепользования, предполагается производить периодическое картирование городских районов, районов опустынивания, вырубки и насаждений лесов, прибрежных зон, орошаемых и неорошаемых сельскохозяйственных земель, районов вечной мерзлоты, заболоченных земель, открытых горных разработок. Очевидно, что районы опустынивания могут служить индикаторами климатических изменений.
Распространение тяжелых металлов отрицательно сказывается на состоянии растительности (как за счет осаждения вредных веществ на листве, так и за счет корневого поступления). Попадание загрязнителей в растительные организмы вызывает у них пороки развития вегетативных и репродуктивных органов и образующих их тканей и клеточных препаратов.
При построении экологического мониторинга особое внимание уделяется организации наблюдений за возможными изменениями при различной интенсивности воздействия и мониторингу на фоновом уровне. Изменения состояния биосферы, проявляющиеся на больших территориях (даже незначительного уровня), в настоящее время отслеживаются с помощью спутниковых систем наблюдения.
На территории всей планеты система контроля за состоянием природной среды развивается чрезвычайно интенсивно. В США функционируют 5290 станций местного контроля и 490 общенациональных станций мониторинга, в Японии — 1532 наземные станции, во Франции на 120 станциях работают 2000 приборов.
Основными элементами современной системы информационного обеспечения природоохранного комплекса России являются:
Государственная служба наблюдений за состоянием окружающей природной среды (ГСН), функционирование которой обеспечивается органами гидрометеорологической, геологической и санитарно-эпидемиологической служб, соответствующими организациями в области управления водным, лесным и рыбным хозяйствами, недрами, а также службы наблюдений отраслевых министерств. Создаваемая в настоящее время Единая государственная система экологического мониторинга (ЕГСЭМ), которая в части наблюдений в дополнение к ГСН обеспечивает наблюдение за биотической составляющей природной среды (растительного и животного мира, - состояния экосистем), а" также источников антропогенных воздействий.