Основы экологического мониторинга

УДК 574
ББК 20.1

Т46

Рецензенты:

В.И. Гриневич — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой
«Промышленная экология» Ивановского государственного
химикотехнологического университета;
С.Г. Парамонов — кандидат географических наук, заведующий Отделом
мониторинга концентраций радиационноактивных веществ и химического
загрязнения континентальных систем ФГБУ «Институт глобального климата
и экологии Росгидромета и РАН»

Тихонова И.О.

Т46
Основы экологического мониторинга : учебное пособие / И.О. Тихонова,  Н.Е. Кручинина.  —  Москва  :  ФОРУМ  : ИНФРАМ,  
 —

240 с. — (Высшее образование: Бакалавриат).

ISBN 9785000910412 (ФОРУМ)
ISBN 9785160107271 (ИНФРАМ, print)
ISBN 9785161025482 (ИНФРАМ, online)

В учебном пособии приведены сведения о экологическом мониторинге

как о необходимом элементе системы охраны окружающей среды от антропогенного воздействия. Освещена история создания Государственной системы наблюдений (ГСН) в РФ, собраны основные законодательные и нормативные акты в сфере природопользования. Дана оценка современного
состояния окружающей среды в некоторых регионах РФ.

В пособии рассмотрены вопросы организации мониторинга атмосферного воздуха, водных объектов, почвенного покрова, биологического мониторинга, а также задачи и принципы организации систем мониторинга
на глобальном и локальном уровнях. Показано влияние гидродинамических условий на распространение загрязняющих веществ. Приведены математические модели оценки и прогнозирования качества атмосферного воздуха и воды и комплексные оценки качества объектов окружающей среды.
Обсуждены проблемы, возникающие при загрязнении объектов окружающей среды в результате антропогенной деятельности.

Пособие предназначено для бакалавров и магистров высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки «Экология и природопользование», «Энергои ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» и «Техносферная безопасность».

УДК 574
ББК 20.1

ISBN 9785000910412 (ФОРУМ)
ISBN 9785160107271 (ИНФРАМ, print)
ISBN 9785161025482 (ИНФРАМ, online)

© Тихонова И.О., Кручинина Н.Е., 2014
© Издательство «ФОРУМ», 2014

ФЗ 

№ 436-ФЗ

Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

Введение

Антропогенные изменения состояния оружающей природы вызвали потребность в организации специальной информационной системы — системы наблюдения и анализа состояния природной среды, в
первую очередь загрязнений и эффектов, вызываемых ими в биосфере. Именно такую систему академик Ю.А. Израэль предложил (1974 г.)
называть мониторингом состояния природной среды, а точнее, мониторингом антропогенных изменений окружающей природной среды.
Мониторинг охватывает наблюдения за источниками и факторами антропогенных воздействий — химическими, физическими, биологическими — и за эффектами, вызываемыми этими воздействиями
в окружающей среде, и прежде всего — за реакцией биологических
систем на эти воздействия. Основная задача такого мониторинга —
выявить критические ситуации, выделить критические факторы воздействия и наиболее подверженные воздействию элементы биосферы.
Федеральный закон «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 г.
№ 7ФЗ определяет государственный экологический мониторинг (государственный мониторинг окружающей среды) в РФ как «комплексные наблюдения за состоянием окружающей среды, в том числе компонентов природной среды, естественных экологических систем, за происходящими в них процессами, явлениями, оценка и прогноз изменений
состояния окружающей среды».
Единая система государственного экологического мониторинга
включает в себя следующие подсистемы государственного мониторинга:
• состояния и загрязнения окружающей среды;
• атмосферного воздуха;
• радиационной обстановки на территории РФ;
• земель;
• объектов животного мира;
• лесопатологического мониторинга;
• воспроизводства лесов;

• состояния недр;
• водных объектов;
• водных биологических ресурсов;
• внутренних морских вод и территориального моря РФ;
• исключительной экономической зоны РФ;
• континентального шельфа РФ;
• уникальной экологической системы озера Байкал;
• охотничьих ресурсов и среды их обитания.
Комплекс антропогенных факторов, влияющих на состояние
биосферы, на здоровье населения, исключительно разнообразен —
сюда включается загрязнение природных сред различными химическими веществами, выброс инертного материала, физическое (в том
числе механическое) воздействие, нарушающее естественный покров
планеты, нагрев биосферы, биологическое воздействие, изъятие возобновимых и невозобновимых ресурсов и т. п.
Еще более разнообразны эффекты антропогенных воздействий,
которые ведут к изменению состояния основных элементов биосфе4
Введение

Классификация состояний природной среды и здоровья населения, реакций
природных систем, источников и факторов воздействия, охватываемых системой
мониторинга

Раздел наблюдений
Классификация

А Источники и факторы
воздействия
А.1 Источники загрязнений и воздействий

А.2 Факторы воздействия (загрязняющие вещества, излучение и т. д.)

Б Состояние окружающей
природной среды
Б.1 Состояние среды, характеризуемое физическими и физикогеографическими данными

Б.2 Состояние среды, характеризуемое геохимическими данными, данными о составе и
характере загрязнений

В Состояние биотической
составляющей биосферы
В.1 Реакция биоты — отклики и последствия:
а) у отдельного организма;
б) у популяции;
в) у сообщества и экосистемы

Г Реакция крупных систем
и биосферы в целом
Г.1
Г.2
Реакция крупных систем (погода и климат)

Реакция биосферы в целом

ры, к геофизическим и экологическим изменениям значительного
масштаба. Антропогенные воздействия влияют на здоровье и благосостояние населения, приводят к различным социальноэкономическим изменениям в современном обществе.
Раздел Б включает наблюдения за состоянием и изменениями
среды, характеризуемыми геохимическими данными, а также наблюдения за химическим составом атмосферы, осадков, поверхностных и
подземных вод, вод океанов и морей, почвы, донных отложений, растительности, животных и наблюдения за основными путями распространения загрязнений. Именно эти наблюдения чаще всего относят
к первостепенным по важности в системе мониторинга.
В учебном пособии рассмотрены вопросы экологического мониторинга атмосферного воздуха, поверхностных водных объектов и
почвенного покрова.

Введение
5

Глава 1
СИСТЕМЫ
ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

Стокгольмская конференция Организации Объединенных Наций
по окружающей среде в 1972 г. положила начало созданию Глобальной системы мониторинга состояния окружающей среды (ГСМОС/
GEMS), являющейся сложной информационной системой, оперирующей данными на всех планетарных масштабах и уровнях, начиная
с глобального и кончая импактным уровнем для получения (через проведение мониторинга и оценки) данных и информации, требуемых
для контроля загрязнения окружающей среды.
Основные положения и цели программы ГСМОС/GEMS были
сформулированы в 1974 г. на Первом Межправительственном совещании по мониторингу (Найроби, Кения), и первоочередной задачей
являлась организация мониторинга загрязнения окружающей природной
среды и вызывающих его факторов воздействия.

Рис. 1.1. Подпрограммы, действующие в рамках программы ГСМОС/GEMS

Для подчеркивания важности охраны окружающей среды в
1980 г. Генеральная Ассамблея ООН приняла резолюцию «Об исторической ответственности государств за сохранение природы Земли для
нынешнего и будущих поколений», где особо отмечена необходимость принятия конкретных мер по сокращению вооружений и разработке мероприятий по охране окружающей среды, а далее в 1982 г.
Генеральная Ассамблея ООН утвердила Всемирную хартию охраны
природы.
Проблемами охраны окружающей среды занимаются и многочисленные международные организации различных направлений:
• природоохранного направления:
— Комитет ООН по окружающей среде (UNEP/ЮНЕП);
• комплексного природоохранного профиля:
— Всемирная агрономическая организация FAO;
— Всемирная организация здравоохранения WHO;
— Всемирная метеорологическая организация WMO;
• специального природоохранного профиля:
— по охране перелетных птиц;
— по охране рыбных запасов;
— по охране трансграничных рек.
Иерархическая система экологического мониторинга обеспечивает автономию информационного обеспечения на каждом уровне
организации (локальном, региональном, глобальном). Она позволяет
укрупнять, интегрировать, генерализовать информацию низших
уровней при переходе на высшие.
Всю систему мониторинга удобно представлять в виде пирамиды
(рис. 1.2), на самом верху которой проводятся фоновые измерения в
самых чистых местах планеты, удаленных от мест активной человеческой деятельности на тысячи километров (т. е. осуществляется глобальный, или фоновый мониторинг). Ниже на этой пирамиде располаГлава 1. Системы экологического мониторинга
7

Рис. 1.2. Схема экологического мониторинга

гается система регионального мониторинга, еще ниже — импактного
(impact — непосредственное влияние (воздействие)). Таким образом,
системы импактного мониторинга географически размещаются в
местах активной человеческой деятельности.
Система была бы неполной, если бы не включала наблюдение за
источниками выбросов/сбросов на самих предприятиях (мониторинг
источников). Такие наблюдения должны проводиться на самих предприятиях имеющимися службами либо с использованием сторонних
лабораторий.
Основная задача глобальной системы мониторинга состоит в раннем предупреждении о наступающих естественных или антропогенных изменениях состояния природной среды, которые могут нанести
прямой или косвенный ущерб здоровью или благополучию людей.
Стало очевидно, что любые негативные изменения природной обстановки прямо или косвенно влияют на жизнь человека.
В настоящее время употребляют два основных термина, касающихся оценки качества окружающей среды: мониторинг и контроль.
Мониторингом называют систему наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под влиянием антропогенных
воздействий. Иногда дают такое определение: мониторинг — слежение за какимилибо объектами или явлениями в приложении к среде
жизни. Мониторинг не включает задачи управления качеством окружающей среды, тогда как контроль подразумевает не только наблюдение и получение информации, но и элементы воздействия, управления состоянием среды.

8
Глава 1. Системы экологического мониторинга

Рис. 1.3. Блоксхема системы экологического мониторинга

На Мировом саммите по устойчивому развитию (2002 г., ЮАР,
Кейптаун) были отмечены роль и необходимость международного сотрудничества для расширения потенциала в исследованиях планеты
Земля для поддержки механизма принятия решения; для решения
этой задачи была сформирована Группа по наблюдениям за Землей
(Group on Earth Observations (GEO)).
Системы наблюдения за Землей состоят из инструментов и моделей, разработанных для измерения, мониторинга и предсказания химических, физических и биологических аспектов системы Земли.
Примерами таких систем являются:
• плавающие в океанах датчики, следящие за температурой и соленостью воды;
• метеорологические станции и воздушные зонды, фиксирующие
данные по качеству воздуха и тенденции изменения осадков;
• гидролокационные и радиолокационные системы, оценивающие популяцию рыб и птиц;
• сейсмические и станции GPS, фиксирующие толчки в Земной
коре и ее внутренней части;
• орбитальные спутники, сканирующие планету из космоса;
• мощные компьютерные модели, формирующие прогнозы и
имитирующие различные ситуации;
• системы ранних предупреждений заблаговременно информируют население об опасности.
Эти системы обычно работают независимо друг от друга. Они
предназначены для сбора и накопления огромного количества данных наблюдений в масштабе времени, близком к реальному, а также
уточнения и усовершенствования прогностических и иных моделей.
С 2005 г. GEO занимается разработкой Глобальной системы систем наблюдения за Землей (GEOSS от Global Earth Observation System
of Systems), являющейся системой систем, связующей их информационные ресурсы воедино. Ввиду того, что GEOSS — глобальная система наблюдений, она охватывает практически все наиболее значимые
сферы жизни и общества, которые определяются как социально значимые области (Social Benefit Areas) и включают следующее:
• чрезвычайные ситуации;
• здравоохранение;
• энергетика;
• климат;
• вода;

Глава 1. Системы экологического мониторинга
9

• погода;
• экосистемы;
• сельское хозяйство;
• биоразнообразие.
В каждой из рассмотренных выше социально значимых областей
определен ряд задач, на решение которых GEOSS должна направить
свою деятельность. К области интересов, рассматриваемой в данном
учебном пособии, относится задача «Разработка систем мониторинга
и предсказания состояния здоровья населения Земли», в рамках которой должны быть осуществлены следующие действия:
• проведение исследований, мониторинга и прогнозирование
влияния аэрозольных примесей на состояние здоровья людей и
окружающую среду;
• организация наблюдений за качеством воздуха, составление
прогнозов и публикация этой информации;
• планирование реализации глобального мониторинга стойких
органических загрязнителей воздуха;
• организация глобального мониторинга атмосферной ртути;
• наблюдение и прогнозирование сезонных заболеваний гриппом, а также раннее обнаружение пандемии гриппа.

1.1. Типы загрязняющих веществ

При формировании системы наблюдений за загрязняющими веществами (ЗВ) невозможно организовать наблюдения за всеми веществами, известными в настоящее время, поэтому важно учитывать
степень консервативности ЗВ. Примесь считается полностью консервативной, если мощность физикохимического стока равна нулю, т. е.
если рассеиваемое в пространстве вещество не реагирует, не поглощается каплями дождя, не подвергается фотохимическим превращениям, не адсорбируется почвой и т. п. Такие вещества имеют очень большое время жизни в атмосфере, и потому переносятся на большие расстояния воздушными потоками без изменения. Считают, что, если
время жизни загрязняющего вещества превышает один год, то его
можно отнести к глобальным. Глобальные ЗВ, будучи выброшенными
в одном месте, через год настолько хорошо перемешиваются в атмосфере, что их концентрация становится практически одинаковой во
всем приземном слое. Примером глобальных загрязняющих веществ

10
Глава 1. Системы экологического мониторинга