16.1. Совершенствование методов экологического мониторинга

Накопленный за почти 30-летний период опыт эколо­гического мониторинга продемонстрировал возможность и эффективность выполнения его первой задачи: оценки сегодняшнего состояния окружающей среды.

В этих условиях значение экологического мониторинга будет только усиливаться. Будут совершенствоваться право­вые, экономические, организационные, методологические основы рационального, неистощительного природополь­зования и охраны окружающей природной среды. Будут совершенствоваться методы прогнозирования состояния окружающей среды.

Все прогнозы состояния окружающей среды относятся к поисковым. Они существенно отличаются от прогнози­рования других ситуаций. В любых реальных природных процессах присутствуют три составляющие: а) детермини­рованная, которая поддается точному расчету на период времени, соизмеримый с целью исследования; б) вероятност­ная, которая выявляется при изучении прогнозируемого объекта, но точность предсказания ее зависит от успеха в выявлении закономерностей развития процесса; в) слу­чайная, которая на современном уровне знания прогнозу не поддается. Прогнозирование состояния окружающей среды чаще всего имеет дело с вероятностными и слу­чайными составляющими процессов развития.

Для различных видов прогнозирования состояния окружающей среды применяют разные методы: общена­учные методы, экспертные оценки (или анкетирование), экстраполирование, моделирование.

Общенаучные методы применяются чаще всего. Они основаны на определенной последовательности теоре­тических допусков, посылок или других мыслительных операций, связывающих влияющие факторы и объект прогнозирования. Здесь очень важны профессиональный уровень исследователя, его владение методами системно­го анализа, понимание специфики влияющих факторов и их взаимосвязь. Эффективность методов экспертных оценок также зависит от индивидуальных характеристик экспертов. Система отбора экспертных оценок постоянно совершенствуется, разрабатываются математические ос­нования для сбора и обработки экспертных оценок. Но оценки тем не менее остаются субъективными.

Метод экстраполяции (или метод аналогий) в прогнози­ровании состояния окружающей среды применяется давно. Он основан на поиске объектов-аналогов, для которых известен их отклик на различные виды воздействия. Это пример применения сравнительно-описательного метода, когда привлекается и используется ранее накопленная информация, полученная традиционными методами. Но то, насколько будет (и будет ли) объект аналогичен себе самому, но в прошлом, зависит от того, насколько существенные изменения претерпел он за время своего существования. Ограничивает применение этих методов их описательность, необходимость получения большого объема данных и длительность исследований.

Наибольшей популярностью в настоящее время для прогнозов пользуются методы моделирования. Компьютер­ные технологии позволяют анализировать сложные модели. Но даже самые сложные модели упрощают природный объект. Среди экологических моделей распространены статистические, эмпирические и полуэмпирические модели, балансовые, оптимизационные модели.

Эмпирический, полуэмпирический, статистический ме­тоды основаны на сборе возможно большей аналитической информации об объекте. Внимание обращено на процессы, которые определяют состояние объекта, на механизмы этих процессов, на их скорости. При этом предполагается существование аналогий в реакциях отклика объекта на воздействие того или иного фактора. Далее устанавливаются корреляционные связи с параметрами, характеризующими объект. На их основе строится модель системы. В балансо­вых моделях учитываются потоки веществ в системе.

Модель экологической системы, испытывающей за­грязнение, содержит блоки:

ИСТОЧНИК ЗАГРЯЗНЕНИЯ

I

АТМОСФЕРА

/ I \

ПОЧВА — РАСТЕНИЯ — ПОВЕРХНОСТНЫЕ ВОДЫ

I I

ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ ДОННЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ

Анализируются связи этих блоков. Путь поллютантов от техногенных источников известен. Делается допущение, что поллютанты распределяются вокруг предприятия постоянно и равномерно и что годовая плотность загрязняющих веществ в любой точке загрязненной площади пропорциональна интенсивности выбросов. Поступившие в атмосферу загряз­няющие вещества удаляются из нее в результате процессов гравитационной седиментации, вымывания осадками, конвек­ции и диффузии. Учитывается дисперсность аэрозолей, их вымывание и удаление из атмосферы с осадками, скорость переноса частиц разных размеров и другие показатели, при­чем параметры эти получены опытным путем.

В поверхностные природные воды загрязняющие вещества поступают непосредственно с атмосферными выпадениями, в составе поверхностного и внутрипочвен- ного стока, из грунтовых вод. Из состава поверхностных вод загрязняющие вещества переходят в почву, в состав растений и животных, в донные отложения, в атмосферу. В почву загрязняющие вещества поступают с атмосферными выпадениями, из загрязненных растений при их гибели, при транспирации, из водоемов при паводках, при оро­шении почв. Из почв эти вещества удаляются растениями, вертикальным и поверхностным стоком.

Балансовые расчеты широко используются в монито­ринговых целях, в частности, при мониторинге гумусового состояния, агрохимическом мониторинге, санитарно-ги­гиеническом мониторинге.

Теоретические основы геохимического перераспреде­ления химических веществ разработаны Б.Б. Полыновым, А.И. Перельманом, М.А. Глазовской. М.А. Глазовская обос­новала принципы оценки степени подверженности почв химическому загрязнению. При характеристике изменения и устойчивости почв под влиянием загрязнения учтены следующие факторы: характер химических реакций, про­текающих с участием загрязняющих веществ, и связанных с ними фазовых превращений, количество энергии, опре­деляющей скорость и интенсивность химических превра­щений химических веществ, закономерность размещения в системе геохимических барьеров, интенсивность выноса за пределы системы.

С учетом этих факторов проведено, например, ландшафт­но-геохимическое районирование территории СССР по потен­циальной опасности нарушения природной среды при добыче и транспортировке нефти. Опасность остаточного накопления нефтепродуктов в почвах возрастает с юга на север, так как в этом направлении снижается скорость испарения и разло­жения нефти. В этом же направлении уменьшается опасность гудронизации, отакыривания, засоления почв, загрязненных нефтью, так как размер осадков увеличивается, испарение уменьшается. В пределах отдельных биоклиматических зон и провинций опасность загрязнения нефтепродуктами воз­растает от песчаных почв к суглинистым, от мезотрофных к гидроморфным, от распаханных к целинным.

На той же основе выделяются каскадные ландшафт­но-геохимические системы, составляются карты простран­ственных элементов экосистемы, выделяются области мо­билизации, транзита и аккумуляции тех или иных веществ на геохимических барьерах.

На основании подобных исследований могут быть вы­делены экологические системы, для которых рекомендован тот или иной оптимальный способ использования: а) строгое соблюдение естественного режима; б) регламентированное использование естественных ресурсов; в) интенсивное хозяйственное использование.

С помощью математического моделирования решаются и частные задачи мониторинга. Например, проводится оцен­ка размеров зоны загрязнения почв тяжелыми металлами в районах техногенного влияния. В первом приближении рассмотрено влияние на концентрацию металлов в верхнем слое почвы следующих процессов: поступление элемента на поверхность, вынос с поверхностным водным стоком, миграция по почвенному профилю, отчуждение с урожа­ем, испарение. Например, составлен прогноз дальности распространения металлов в ландшафте на основе экспе­риментально полученных параметров, характеризующих корнеобитаемый слой почвы определенной мощности по общему запасу металла и его части, вынесенной водным стоком, урожаем, испарением, с учетом скорости фо­нового и техногенного потоков металлов, зависящей от направления и скорости ветра. Например, согласно одной из моделей локального распределения металлов на терри­тории Московской области при максимальной плотности техногенных потоков металлов 0,45*10^-3 кг/м² год, загряз­нение Среднесуглинистой почвы кадмием, выпадающим с этими потоками, будет происходить на площади радиусом не менее 26 км, а загрязнение свинцом — в радиусе не менее 17 км.

Составляются модели сохранения в почве остаточных количеств пестицидов. Например, на основе влияния ряда факторов (структура пестицида, его физические свойства, условия применения пестицида, тип почвы, климатические факторы, покровная культура) на превращения пести­цида (сорбция, испарение, транслокация, абиотическая деструкция, микробиологические превращения) вычислен прогнозируемый период полураспада линдана в различных почвах.

Методология экологического мониторинга совершен­ствуется. Получены новые подтверждения того, что для успешного ведения локального и регионального монито­ринга и прогноза изменения состояния почв целесообразно ландшафтно-экологическое районирование с выделением ареалов основных негативных процессов по видам и степени их воздействия на почвы, особенно сельскохозяйственного назначения.

Прогнозирование состояния экосистемы глобальных масштабов гораздо сложнее, такие прогнозы правильнее назвать гипотезами. Нередко они оказываются неутеши­тельными, как, например, прогноз сохранения остатков ДДТ в биосфере при разных сценариях. И при продолжении его применения, при его ограничении или запрещении препарат в биосфере сохраняется и распространение его остается опасным для живых организмов.

Все убедительнее звучит предположение о глобальном потеплении на планете, обусловленном техногенным воз­действием. В этих условиях важны решения международ­ного сообщества регулировать этот процесс. Например, решения Киотского протокола к Рамочной конвенции ООН об изменении климата все шире поддерживаются странами.

Развитие методов экологического мониторинга отстает от развития теории мониторинга, что обусловлено сложно­стью механизмов взаимодействия компонентов экосистемы и соответственно методов получения их количественных оценок. Но и те методы мониторинга, которые были разра­ботаны и использованы в последнюю четверть уходящего века, показывают, что нарушения в состоянии биосферы происходят как на локальном, так и на глобальном уровнях, что эти нарушения могут представлять реальную угрозу жизни на планете. Экологический мониторинг позволил получить адекватную характеристику состояния экосис­темы, которая может быть основой улучшения ситуации техническими средствами. Но устранить или хотя бы снизить вероятность глобального экологического кризиса может толькр сознательное решение человечества изме­нить свои взаимоотношения с окружающей средой. Эта проблема лежит не только в области технологии, но и в области психологии и идеологии людей.

16.2.