Дистанционные методы наблюдений

В2

ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЗАКОН "ОБ ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ" от 10.01.2002 N 7-ФЗ
Конституция РФ
Кодексы (Водный, Земельный, Лесной..)
ГСМОС

Общегосударственную службу мониторинга окружающей среды возглавляет Роскомгидромет России. Согласно положению о нем он осуществляет наблюдение за состоянием атмосферного воздуха, поверхностных вод суши, морской среды, почв, околоземного космического пространства. Роскомгидромет собирает, обобщает, оценивает
информацию и обеспечивает ею государственные органы: министерства и ведомства, население, составляет прогнозы возможных изменений окружающей природной среды и вероятные последствия таких изменений. Информацию заинтересованным организациям Роскомгидромет передает в двух формах: текущей и оперативной.
Служба государственного мониторинга работает на трех уровнях: посты и станции наблюдения по различным регионам страны, где происходит сбор и первичная обработка информации; территориальные, региональные, ведомственные центры обработки информации. Обобщенная информация передается по назначению.
Общегосударственная служба мониторинга окружающей среды входит в систему глобального мониторинга окружающей среды. (ГСМОС)
Общегосударственная служба мониторинга дополняется службами мониторинга по отдельным природным объектам и комплексам. Эта система не имеет организационного единства, однако сведения передаются в Роскомгидромет.
Мониторинг определяется отраслевым природноресурсовым законодательством. Согласно Основам земельного законодательства, мониторинг земель - система наблюдения за состоянием земель с целью выявления их изменения, оценки этих изменений и предупреждения вредных последствий. Мониторинг земель ведется органами Роскомзема.
Лесной мониторинг - представляет собой наблюдение, оценку и прогноз состояния и динамики лесного фонда. Своевременное использование данных лесного кадастра позволяет рационально использовать лес.
Наблюдение за состоянием подземных вод ведется органами Комитета по геологии и использованию недр (Роскомнедра). За поверхностными водами - Росгидромет (головной орган), Роскомводхоз - в части состояния, паспортизации рек и других водных объектов. Гскомсанэпиднадзор - в части охраны здоровья и профилактики возможных заболеваний.
Мониторинг животного мира выполняется органами охоты и охотничьего хозяйства, а в части рыб - Комитетом по рыболовству (Роскомрыболовства).
Основная задача санитарно - экологического мониторинга - наблюдение и контроль Среды обитания человека с целью установления, предупреждения, устранения вредных последствий. Его проводит Госкомсанэпиднадзор РФ.

В3

Электрохимические методы включают в основном кондуктометрию, кулонометрию, поляроrpафию.

Кондуктометрuческuй метод анализа основан на реrи­страции изменений электропроводности раствора, возни­ кающих в результате поrлощения rазовой смеси. Этот метод не требует применения сложной аппаратуры, приборы обладают высокой чувствительностью, быстродействием и

компактностью. Недостатком метода является ero неселек­тивность: все растворяющиеся в реактиве с образованием ионов rазы сильно влияют на электропроводность элект­ролита. Кондуктометрические анализаторы используют, например, в мониторинrе атмосферноrо воздуха.

­­ Кулонометрuческuй метод состоит в непрерывном aвтоматическом титровании вещества реаrентом, электро­химически reнерируемым на одном из электродов в peaкционной среде. Количество электричества, затраченноrо на rенерацию титрующеrо areнтa, служит мерой содержа­ния определяемоrо вещества в реакционной среде. Коли­чество электричества определяется как произведение измеряемоrо тока на время rенерации до точки эквивалент­ости.

Кулонометрический метод анализа обладает высокой чувствительностью и широким динамическим диапа­зоном. К недостаткам кулонометрических приборов можно отнести низкую селективность и необходимость периодической смены электролита. Примером таких приборов являются raзоанализаторы ГКП- 1 и «Атмосфера­-1», слу­жащие для определения S02' H 2 S, Оз, C1 2 на уровне ПДК и ниже.

Полярографuческuй метод основан на восстановлении анализируемоrо соединения на ртутном электроде; eгo применяют, как правило, при анализе следовых коли­честв веществ. Поляроrpафы ППТ-1, ПУ­-1, ПЛ-­2, ПА-3, ПО-­5122 используют для определения концентраций op­rанических и неорrанических соединений с минималь­ным содержанием в пробе от 0,05 до 1 мкr/мл.

В4

Оптические методы анализа включают в себя абсорб­ционные и эмиссионные методы.

Абсорбционные методы основаны на способности ве­ществ избирательно поглощать лучистую энергию Солнца в характерных участках спектрального диапазона и, в свою очередь, подразделяются на недисперсионные и дисперси­онные. Недисперсионные методы основаны на выделении нужной спектральной области без разложения излучения в спектр, а дисперсионные — на выделении нужной спект­ральной области путем разложения излучения в спектр.

Фотоколориметрический метод основан на измерении интенсивности окраски цветных соединений, образую­щихся при взаимодействии определяемого компонента со вспомогательным реагентом. Метод обладает высокой чувствительностью и хорошей селективностью, к его не­достаткам можно отнести невысокую точность и большую погрешность измерения.

Фотоколориметры марок ФЭК-М, ФЭК-Н-5, ФК-110 и другие используют для определения содержания в рас­творах органических и неорганических соединений. Чув­ствительность определения зависит от природы вещества и составляет от 0,04 до 20 мкг/мл пробы.

Спектрофотометрические методы основаны на тех же принципах, что и фотоколориметрические, но в спектро­фотометрах используют поглощение монохроматического света. Для анализа жидких сред применяют спектрофото­метры марок СФ-4, СФД-2, СФ-2М, СФ9, СФ-10, СФ-14, СФ-19, С-605 и др. Чувствительность определе­ния органических и неорганических соединений находит­ся на уровне 0,08—20 мкг/мл пробы.

Для определения количества веществ, находящихся в растворах во взвешенном состоянии, используют турбидиметрический метод, основанный на измерении интенсивности света, прошедшего через контролируе­мый раствор пробы. Если измеряется не прошедший через суспензию свет, а рассеянный, то такой метод анализа называют нефелометрическим. Он особенно чувствителен при анализе сильно разбавленных сус­пензий.

Еще одним абсорбционным аналитическим методом является оптико-акустический — весьма перспективный метод определения многочисленных органических загряз­няющих веществ, поскольку они способны поглощать ИК-излучение, модулированное звуковой частотой. В ре­зультате такого поглощения молекулы органических за­грязнителей начинают испускать звук на частоте модуля­ции; механизм испускания состоит в том, что газ в рабо­чей кювете разогревается под действием инфракрасного излучения и его давление начинает колебаться с частотой модуляции (звука). Измеряя интенсивность этого звука, удается измерить и концентрацию вещества, поглотивше­го ИК-излучение. Зная частоту последнего, можно уста­новить тип вещества. Оптико-акустический метод ис­пользуют в газоанализаторах ГИАМ-1, ИКРП-450У. Таким методом определяют содержание в пробах органических веществ. Он характеризуется высокой избирательностью и чувствительностью для сильно флуоресцирующих ве­ществ и может быть использован в качестве метода дис­танционных наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха.\

В5
Эмиссионные методы основаны на измерении интенсивности излучения анализируемой газовой смеси. Ис­следуемые молекулы приводят в состояние оптического возбуждения, а затем регистрируют интенсивность люминесценции или флуоресценции ­ испускания возбужденными молекулами квантов света при возвращении в ocновное состояние.

При люминесценции возбуждение осуществляют при нормальной температуре в результате химических peaк­ций (хемилюминесценция), протекания электрического тока (электролюминесценция) или поглощения световой энергии (флуоресценция). Последний метод характеризует­ся высокой избирательностью и чувствительностью для сильно флуоресцирующих веществ и может быть исполь­зован в качестве метода дистанционных наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха.

Хроматографические методы относят к гибридным, или комбинированным, так как они основаны на комби­нировании как минимум двух разнородных принципов: предварительного разделения смеси веществ и последую­щего детектирования каждого из веществ по очереди. Чем четче производится разделение компонентов смеси, тем более мягкие требования предъявляют к селективности детектора. Все известные детекторы делят на универсаль­ные (абсолютно неселективные) и селективные, причем степень селективности может быть разной.

Масс-спектрометрический метод заключается в иони­зации газообразной пробы электронной бомбардировкой, после чего образующиеся ионы подвергаются воздейст­вию магнитного поля. В зависимости от массы и зарядаионы в поле отклоняются с различной скоростью и соот­ветствующим образом разделяются. Достоинствами мето­да являются малый объем пробы и высокая избиратель­ность. К недостаткам можно отнести дороговизну. Метод применяют для определения диоксинов, полихлорирован­ных бифенилов и др.

Газохроматографический метод основан на селектив­ном разделении соединений между двумя несмешиваю- щимися фазами, одна из которых неподвижна (жидкость, твердое тело), а другая подвижна (инертный газ-носи­тель). Метод позволяет определять ничтожно малые коли­чества веществ, не обладающих специфическими реак­циями, анализировать смеси из десятков и сотен компо­нентов с близкими свойствами. Для проведения анализа используют хроматографы ЛМ-8МД5, JIXM-80, «Газо- хром-1109», «Газохром-3101», «Цвет» (модели 101—110), «Сигма-1» и др. Недостатком метода является то, что для придания летучести примесям необходимо использовать повышенные (до 350 °С) температуры.

Когда летучесть веществ мала, а полярность велика, применяют методы жидкостной и высокоэффективной жидкостной хроматографии, которую можно использо­вать даже для разделения неорганических веществ и ве­ществ с крайне низким парциальным давлением собст­венных паров. В отличие от газовой хроматографии ана­лиз проводят при комнатной температуре.

В6

Дистанционные методы наблюдений

Наблюдения за природными объектами с помощью различного типа летательных аппаратов (самолетов, вер­толетов, воздушных шаров, аэростатов, дирижаблей, спутников Земли) относятся к области аэрокосмическо­го мониторинга. Чем большую высоту набирает лета­тельный аппарат, несущий средства наблюдений, тем большими становятся угол и площадь обзора. Аэрокос­мические наблюдения могут быть контактными и дистанционными (последние шире используют в практике наблюдений).

Дистанционные методы наблюдений основаны на взаимодействии излучения с веществом. Если источник излучения естественный (Солнце, Луна, звезды), то изме­рения называются пассивными. В этом случае нет возмож­ности воздействовать на изучаемый объект с помощью обратной связи. Пассивные дистанционные измерения незаменимы на основных трассах (определение 0₃ с по­мощью озонометров, определение N₂0). Возможно также их применение при измерениях в надир (вертикально вниз с летящих спутников, самолетов, аэростатов) или лимбовых измерениях, когда атмосфера просматривается в лучах заходящего солнца на трассе, направленной под углом к горизонту.

Пассивные дистанционные методы (например, с ис­пользованием спутников) применяют в глобальном и ре­гиональном мониторинге. В Российской Федерации это метод многозональной видеоинформации (фотографиро­вание со спутников в различных диапазонах спектра), в США — многоспектральные сканирующие системы MSS. Самый маленький хорошо просматриваемый объект на поверхности Земли при использовании этих систем имеет размер 57 х 79 м.

Активные дистанционные методы подразумевают ис­пользование искусственных источников излучения, на­пример лазеров. Возможности этих методов шире за счет возможности изменения параметров источников излуче­ния (интенсивности и частоты), что помогает решать большее число задач, чем в пассивном мониторинге, однако длина трассы измерений в активном варианте намного меньше, так как интенсивность излучения от искусственных источников ослабляется с расстоянием экспоненциально.

Дистанционные методы наблюдений позволяют отсле­живать состояние земной поверхности, водоемов и во­дотоков, а также контролировать загрязнение атмосфе­ры такими веществами, как СО, СН₄, оксиды азота и т. д.

В7

Биологические методы наблюдений
Составной частью экологического мониторинга явля­ется мониторинг биологический, т. е. система наблю­дений, оценки и прогноза любых изменений в биоте, вызванных антропогенными факторами. Задача такого мониторинга — обнаружение, идентификация и опреде­ление концентраций загрязняющих веществ в биоте с ис­пользованием индикаторных организмов. Химические и физико-химические методы анализа не в состоянии охва­тить все многообразие загрязняющих веществ, которые претерпевают в окружающей среде сложные трансфор­мации, образуя подчас более токсичные соединения. Количественный анализ какой-либо примеси сам по се­бе не дает ответа на вопрос о ее биологической опаснос­ти. Поэтому необходимы методы интегральной оценки качества среды, такие как биотестирование и биоинди­кация.

Биотестирование — прием исследования, в котором о качестве среды, факторах, действующих самостоятельно или в сочетаниях, судят по выживаемости и поведению специально помещенных в эту среду организмов — тест-объектов.

Биоиндикация — очень близкий к биотестированию прием, использующий организмы, обитающие в иссле­дуемой среде, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания.

К тест-объектам и биоиндикаторам предъявляют опре­деленные требования:

— присутствие биоиндикаторов в исследуемой среде в большом количестве (либо доступность и простота куль­тивирования тест-объектов);

— возможность четкой регистрации эффекта;

— достаточно высокая чувствительность;

точность, воспроизводимость, достоверность полу­чаемой информации.
Биотестирование и биоиндикацию можно осуществ­лять на уровне молекулы, клетки, органа (или систем ор­ганов), организма, популяции и даже биоценоза. Но не­обходимо учитывать, что с повышением уровня организа­ции биологических систем возрастает и их сложность, неоднозначность их взаимосвязи с факторами среды.

Загрязнение воздушного бассейна и почвенного по­крова оценивают биологическими методами по состо­янию наземной растительности. При повышенных уров­нях загрязнения отмечается угнетение растительного по­крова, исчезновение отдельных видов и т. п. О качестве почвы можно также судить по активности и распростра­нению в ней почвенных организмов.

Загрязнение водных объектов оценивают по совокуп­ности данных о состоянии зоо- и фитопланктона, зообен­тоса, перифитона и др.

Оценку степени загрязнения окружающей среды по результатам биотестирования или биоиндикации, как пра­вило, проводят по шкале, имеющей три степени градации: «Сильное загрязнение», «Среднее загрязнение» и «Слабое загрязнение». Однако воды суши в зависимости от их гидробиологических показателей в соответствии с приня­тым в системе Росгидромета классификатором делят на шесть классов: очень чистые, чистые, умеренно загряз­ненные, загрязненные, грязные и очень грязные.

В8