Vides monitoringa metodes. Zemes tālvadības sensori

Vides monitorings (izsekošana) ir process, kurā tiek novērots dažādu vides komponentu stāvoklis un novērtēts tā pašreizējais stāvoklis. Lai iegūtu pilnīgāku un visaptverošāku novērtējumu, nepieciešama pareiza ekoloģiskā monitoringa organizēšana, kopīgu vides kvalitātes kritēriju un parametru noteikšana. Vides monitorings var sasniegt gan reģionālos, gan globālos mērķus. Vides monitoringa piemēri ir atrodami burtiski visur.

Kas ir vides monitorings?

Vides monitorings ir diezgan sarežģīta tehniska un organizatoriska vides darbība, kurā iesaistītas dažādas struktūras un ierēdņi. Šajā gadījumā iegūtā informācija ir ļoti dažāda rakstura, satura, formu, saņemšanas secības, juridiskā statusa un izplatīšanas metožu ziņā. Krievijā to var izmantot valsts iestādes, Krievijas Federācijas sastāvā esošās vienības un vietējie departamenti. Šādai informācijai ir zinātniska un lietišķa vērtība. Uz tā ir balstītas daudzas prognozes, tiek novērtēta dažādu dabisko un antropogēno sistēmu reakcija uz dažādām ietekmēm. To izmanto federālām un mērķtiecīgām vides programmām.

Vides monitorings tiek veikts stacionāros vai pārvietojamos punktos: speciāli aprīkotās automašīnās, stacijās, stacijās, laboratorijās, pētniecības centros. Pēc tam saņemtā informācija tiek apstrādāta. Vides monitoringa metodes ir atšķirīgas un atkarīgas no uzdevumiem.

Vides piesārņojums

Pastāvīgais pasaules iedzīvotāju skaita pieaugums kopā ar cilvēku materiālās labklājības palielināšanos strauji palielina spiedienu uz vidi, radot dažādas negatīvas sekas. Dabisko teritoriju samazināšana un palielināts piesārņojums ir kļuvušas par galvenajām cilvēku darbību sekām. Galvenie vides piesārņojuma faktori ir:

• Rūpnieciskās emisijas un notekūdeņi, kas ietekmē gaisa, ūdens un augsnes kvalitāti un negatīvi ietekmē cilvēku veselību.
• Siltumnīcefekta gāzu (oglekļa dioksīda, metāna, slāpekļa oksīda un citu) izmeši, kas ietekmē atmosfēras apakšējās daļas temperatūru, okeānu biezumu un zemes garozas augšējo slāni.
• Augsnes erozija neracionālas zemes izmantošanas dēļ. Tas noved pie upju un citu ūdeņu piesārņojuma ar suspendētām daļiņām un kaitīgām vielām.
• Sadzīves un rūpniecības atkritumi, kas ir kaitīgi gan paši par sevi, gan to sabrukšanas produktu veidā. Var izraisīt saindēšanos ar ekosistēmām un sliktu cilvēku veselību.
• Invazīvas augu un dzīvnieku sugas, kas bieži nodara lielu kaitējumu videi.
• Radiācijas piesārņojums atomelektrostaciju avāriju dēļ, radioķīmisko uzņēmumu darbs, medicīna un urāna ieguve.
• Pesticīdi un herbicīdi, kas izraisa ūdens un augsnes piesārņojumu, galvenokārt lauksaimniecības apgabalos.
• Ieguves rūpniecība, kas bieži kļūst par kaitīgu putekļu un ūdens piesārņojuma avotu.
• Ugunsgrēki: rūpniecības, mājas un meža. Tie ir nozīmīgs gaisa piesārņojuma avots un ekosistēmu nāves vai kaitējuma cēlonis.
• Naftas un virsmaktīvo vielu noplūde noplūžu un negadījumu dēļ. Visspēcīgāk ietekmē jūru un okeānu stāvokli, samazina iztvaikošanu un līdz ar to arī nokrišņu daudzumu.
• ASV pastāv iekšējo ūdeņu piesārņojuma ar narkotikām problēma. Tās var arī pasliktināt gaļas vai piena kvalitāti.
• Masveida mežu izciršana ir upju un gruntsūdeņu piesārņojuma iemesls, un tas var arī palielināt gaisa piesārņojumu ar putekļu daļiņām. Tas noved pie iztvaikošanas un nokrišņu daudzuma samazināšanās, nelabvēlīgi ietekmē klimatu, palielinot kontinenta līmeni.

Ietekmes uz vidi novērtējums

Pārbaudes mērķis ir pārbaudīt saimniecisko darbību atbilstību tiesību aktiem vides jomā. Visbiežāk piemēro jauniem projektiem, kuru ieviešana var ietekmēt vidi. Ekoloģiskā ekspertīze var būt valsts un sabiedriska. Balstoties uz tā rezultātiem, tiek izdarīts secinājums par projekta pieņemamību vai nepieņemamību. Tomēr pat tad, ja šis projekts ir izturējis vides pārskatu, uzbūvētajā objektā var organizēt vides monitoringu.

Vides monitoringa vēsture

Pirmoreiz vides monitorings tika apspriests 1971. gadā vides problēmu zinātniskajā komitejā, bet pēc tam 1972. gadā ANO vides konferencē Stokholmā. Šajos gados PSRS tika apspriesta šādas uzraudzības nozīme. Šim nolūkam tika ierosināts izveidot biosfēras rezervātu sistēmu.

70. gados padomju zinātnieki deva lielu ieguldījumu ideju attīstībā par vides monitoringa principiem. Šajā procesā aktīvi piedalījās Hidrometeoroloģiskā centra vadītājs Yu.A. Israel. Apkopojošs darbs par šo tēmu tika publicēts 1975. gadā akadēmiķa I. P. Gerasimova vadībā, kurš izcēla 3 uzraudzības posmus:

1. Pirmajā monitoringa līmenī, viņaprāt, galvenā uzmanība jāpievērš novērojumiem par vides stāvokli un ietekmi uz cilvēku veselību. Galvenajiem rādītājiem šajā posmā vajadzētu būt personas reakcijas rādītājiem: saslimstības līmenis, vidējais dzīves ilgums, dzimstība un mirstība utt.
2. Otrais līmenis ietver vispārīgāku rādītāju uzraudzību: bioloģisko produktivitāti, masu un enerģijas metabolismu utt. Šādi novērojumi jāveic īpašās slimnīcās, mācību vietās utt.
3. Trešā posma mērķis ir uzraudzīt liela mēroga procesus un daudzumus: atmosfēras putekļošanu, okeāna piesārņojumu, globālo ūdens tvaiku saturu utt.

Vides monitoringa uzdevumi un objekti

Vides monitorings ir paredzēts, lai atrisinātu šādas problēmas:

• Regulāra vides un tās piesārņojuma uzraudzība.
• Vides stāvokļa prognozēšana un novērtēšana, īpaši attiecībā uz klimata izmaiņām.

Izsekošanas objekti var būt:

• Vide un tās sastāvdaļas (atmosfēra, hidrosfēra, biosfēra, litosfēra, urbosfēra).
• Vides kvalitāte, kuras izmaiņām var būt negatīvas sekas.
• Noteikti antropogēno darbību veidi, kas var kaitēt citiem.
• Uzņēmumi, atkritumu poligoni, tehnoloģijas, atomelektrostacijas utt.
• Cilvēka izraisītas katastrofas: naftas noplūdes, ugunsgrēki, negadījumi, starpgadījumi un citas bīstamas dabas vai cilvēka izraisītas parādības.
• Aizsargājamas dabiskas vietas.

Vides uzraudzību var veikt dažādas vides organizācijas, pētniecības institūti, iestādes (gan federālās, gan vietējās), sabiedriskās asociācijas, uzņēmumi un citas ekonomikas vienības, starptautiskas zinātniskas organizācijas (piemēram, NASA).

Monitoringa veidi

Apsekojuma ziņā monitorings ir sadalīts vietējā, reģionālajā, nacionālajā un globālajā.

• Vietējie viņi uzrauga nelielas jebkuras vietas teritorijas.
• Ja reģionālie novērojumi tiek veikti reģionālā mērogā.
• Nacionālajā izsekošanā, kas tiek veikta noteiktas valsts teritorijā.
• Globālā vides uzraudzība ietver liela mēroga procesu izsekošanu, kuriem ir starptautiska nozīme.

Saskaņā ar novērošanas objektu tas var būt pamata, biosfēras, atmosfēras, hidroloģiskais, augsnes, radiācijas, higiēniskais, ģeobotāniskais, zooloģiskais utt.

Galvenās vides monitoringa metodes

Pašlaik vides monitoringa metodes iedala divās galvenajās kategorijās:

1. Zemes novērojumi (fizikāli ķīmiskās, bioindikācijas, meteoroloģiskās, fotogrāfiskās, medicīniskās uc).
2. Vides uzraudzības attālās metodes (satelītuzraudzība, izsekošana no droniem utt.).

Protams, pirmajā gadījumā biežāk tiek vērtēti vietējie un reģionālie procesi, bet otrajā - liela mēroga un globāli.

Satelītu uzraudzība

Zemes attālā uzrāde izmanto satelīta datus, datus no lidmašīnām, droniem, kuģiem. Satelītu dati nodrošina pēc iespējas plašāku pētāmā objekta pārklājumu, tāpēc tos bieži izmanto, lai iegūtu informāciju par globālajām vides izmaiņām. Aviācijas un kosmosa attēlos skaidri redzams mežu izciršanas, urbanizācijas, atmosfēras putekļu piesārņojuma, kūstoša ledus utt. Radioviļņu un ultravioletā starojuma atstarošana no ūdens virsmas sniedz informāciju par okeānu piesārņojumu ar naftu.

Zemes tālvadība kļūst par arvien populārāku pētījumu veidu ekoloģijā.

Bet situācijas izsekošanai vietējā līmenī var izmantot arī satelītnovērošanu. Piemēram, kosmiskās aviācijas attēli var sniegt informāciju par mežu stāvokli, par situāciju ar mežu ugunsgrēkiem, pērkona negaisa perēkļiem utt., Kas var būt pietiekams noteiktu praktisku lēmumu pieņemšanai. Lai iegūtu augstas kvalitātes un precīzus attēlus, var iesaistīt dronus.

Bioloģiskās metodes

Vides bioloģiskās uzraudzības metodes ir zemes izsekošanas metodes. Tos sauc arī par bioindikāciju. Galvenais šādas uzraudzības objekts ir bioloģiski objekti: sugas, kopienas, ekosistēmas, barības ķēdes utt. Analīzei tiek izmantoti tādi fakti kā sugas izplatība, tās skaita maiņa vai pilnīga izzušana vai parādīšanās jaunā apgabalā. Ģeobotānisko pētījumu laikā viņi izseko noteiktu sugu izplatības maiņu, biomasas dinamiku, bioproduktivitāti, sugu un kopienu izplatību augstumā un platumā utt.

Bioindikatori var būt: viengadīgo gredzenu platums, lapu dzeltenums, mežaudzes žāvēšana, koku augstums, nezāļu (pionieru sugu) klātbūtne un citas pazīmes.

Bioloģiskā uzraudzība aptver visus līmeņus - no molekulārā un šūnu līdz globālajam. Pētījumiem atkarībā no uzdevumiem tiek organizētas laboratorijas, ekspedīcijas studijas.

Pirms bioloģiskās uzraudzības veikšanas ir jāizstrādā tās ieviešanas metodika un jāiegūst nepieciešamie dati, jo dažādas bioloģiskās sistēmas atšķirīgi reaģē uz dažādiem iedarbības veidiem. Tiek izvēlēti organismi vai ekosistēmas, kas ir visjutīgākās pret cilvēka ietekmi. Šādus organismus sauc par indikatoriem. Pateicoties biotestēšanai, tiek izvēlēti diagnostikas kritēriji, lai novērtētu faktora ietekmes līmeni uz pētījumu teritoriju.

Tādējādi bioloģiskajā uzraudzībā tiek izmantota bioindikācijas metode. Protams, šādu pētījumu precizitāte būs zemāka nekā tad, ja tiek izmantotas fiziskas metodes. Bet tajā pašā laikā tie ļaus novērtēt kopējo antropogēno aktivitāšu nodarīto kaitējumu dabiskajām ekosistēmām, ko nevar panākt, izmantojot citas metodes. Tā rezultātā no ietekmes kompleksa būs iespējams norobežoties no vides stāvokļa visnozīmīgākajiem un veikt atbilstošus pasākumus, lai samazinātu antropogēno slodzi. Lai novērtētu iespējamo kaitējumu sabiedrības veselībai, ir vēlams analizēt toksikoloģiskos paraugus, kas attiecas uz fizikāli ķīmiskajām uzraudzības metodēm.

Bioindikācijai visbiežāk izmanto zivis, mikroorganismus un aļģes. Vēži arī zina, ka dod priekšroku tīram ūdenim, un tāpēc tie ir labs piesārņojuma rādītājs. Tas pats attiecas uz dažām ķērpju sugām, uz kurām attiecas arī bioindikācija.

Bioloģiskās uzraudzības iespējas

Vides bioindikācija ir piemērota šādiem uzdevumiem:

• Visaptveroša antropogēnās ietekmes uz pētītā reģiona dabu novērtējuma apkopošana.
• Identificē nejaušas vai latentas emisijas, ieskaitot tīšu sagrozīšanu, pārvaldot informāciju par savām emisijām.
• Ļauj novērtēt organismu jutīgumu pret emitētajiem piesārņotājiem vai citu kaitīgu iedarbību.
• Parādiet biosistēmu reakcijas ātrumu un tā mērogu.
• Tie ļauj kartēt piesārņojuma perēkļus un kaitīgo piemaisījumu koncentrāciju.
• Tie ļauj novērtēt īpašu piesārņotāju bīstamības pakāpi videi un ar lielu varbūtību cilvēkiem.
• Viņi palīdz noteikt maksimāli pieļaujamo vides slodzi un vajadzības gadījumā veic pasākumus tās samazināšanai.

Laboratorijas metodes, paraugu ņemšana

Vides monitoringa fizikāli ķīmiskās metodes visbiežāk ir laboratorijas. Analīze sākas ar gaisa, augsnes vai ūdens paraugu ņemšanu, un pēc tam ar speciālu aprīkojumu veic anāzi piesārņotāju saturam. To sauc arī par instrumentālo analīzi.

Fizikāli ķīmiskās metodes ir šādas:

• hromatogrāfiskā indikācija;
• infrasarkanā spektrometrija;
• fluorimetriskās metodes;
• elektroķīmiskās metodes;
• masas spektrometriskās metodes;
• luminiscences analīze;
• radiotehniskās metodes.

Hromatogrāfijas metodes

Šīs metodes bieži izmanto, lai noteiktu piesārņotājus, īpaši analizējot šķidrumus. Vispopulārākās ir gāzes-šķidruma, plānslāņa, šķidruma un jonu hromatogrāfija. Plāno kārtu ir viegli izpildīt, un to izmanto pesticīdu un organisko piesārņotāju noteikšanai. Gāze-šķidrums ir efektīvāks gaistošo organisko savienojumu analīzē. Negaistošu ķīmisku savienojumu noteikšanai izmanto šķidruma hromatogrāfiju.

Augstas jutības detektori, kuru pamatā ir dažādas fizikāli ķīmiskās metodes, ļauj noteikt pat nelielu piemaisījumu daudzumu, kas ir svarīgi ļoti toksisku savienojumu noteikšanā. Kombinācijā ar hromatogrāfijas metodēm masas spektrometrija un infrasarkanā spektrometrija var dot labu rezultātu, lai identificētu sarežģītas piesārņotāju kombinācijas. Šāda veida analizatori tiek savienoti ar jaudīgiem datoriem. Ar viņu palīdzību jūs varat noteikt tādas bīstamas vielas kā dioksīni, polihlorbifenili, nitrozamīni un toksiski pesticīdi.

Jonu hromatogrāfiju izmanto, lai analizētu katjonu un anjonu attiecību.

Spektrofotometrija

Šī metode izmanto infrasarkano starojumu. Absorbcijas, refleksijas un izkliedes spektru analīze ļauj diezgan precīzi noteikt piemaisījumu klātbūtni un koncentrāciju. Dažādu vielu spektru kataloga pieejamība ļauj viegli noteikt piesārņojošās vai derīgās vielas veidu, kas atrodas paraugā vai izstrādājumā. Infrasarkanais spektrs ļauj noteikt pat tādas īpašības kā blīvums, daļiņu lieluma sadalījums, kaloriju saturs pārtikas produktos un sēklu dīgtspēja.

Luminiscējošā metode

Tas ir viens no jutīgākajiem piesārņotāju identificēšanas veidiem. Izmantojot to, tiek noteikts gan organisko, gan neorganisko piemaisījumu daudzums gaisa paraugos. To var izmantot, lai uzraudzītu hidrosfēru un biosfēru, kā arī lai noteiktu mikroelementu, organisko savienojumu saturu un kaitīgo vielu daudzumu.

Luminiscējošo metodi var izmantot, ja tā ir nepieciešama, lai noteiktu poliaromātisko ogļūdeņražu vai to atvasinājumu klātbūtni. Lai aprēķinātu vielas koncentrāciju, izmanto tādu parādību kā luminiscences slāpēšana.

Tomēr ne visus savienojumus nosaka ar šo metodi. Dažreiz tiek veikta ķīmiska reakcija, ar kuras palīdzību sākotnējais savienojums tiek mainīts tā, lai luminiscence to varētu noteikt.

Elektroķīmiskās metodes

To ieviešanai tiek izmantoti elektrodi: anods un katods. Katods bieži ir dzīvsudraba pilēšanas elektrods ar pastāvīgi atjauninātu virsmu, kas ļauj iegūt polarogrammas un veikt efektīvu analīzi. Šī metode ir piemērota tikai metāla jonu, organisko vielu, karbonilsavienojumu, peroksīdu, epoksīdu un citu noteikšanai. Šī iemesla dēļ to nevar uzskatīt par universālu, bet tas ir diezgan selektīvs.