Мониторинг — система наблюдений за состоянием окружающей сре­ды и природными ресурсами, позволяющая оценить изменения, происхо­дящие под влиянием антропогенной деятельности.

Основными задачами мониторинга являются:

— систематическое наблюдение за современным состоянием природных компонентов и комплексов;

— выявление факторов и закономерностей техногенного и естественно­го изменения экосистем во времени и пространстве;

— оценка изменений на основе качественных и количественных показа­телей;

— моделирование и прогнозирование изменений компонентов и комп­лексов под антропогенным воздействием;

— выработка рекомендаций для управления процессами природополь­зования.

В систему мониторинга входят следующие процедуры:

— обследование объектов наблюдения;

— оценка фонового состояния окружающей среды;

— составление информационной модели объекта наблюдения;

— планирование и реализация мероприятий мониторинга;

— периодическое проведение оценки состояния объекта;

— идентификация его информационной модели;

— прогнозирование изменения состояния объекта.

Система мониторинга включает в себя наблюдение за всеми компонен­тами окружающей среды:

— воздушной средой;

— водными ресурсами;

— почвенными ресурсами;

— биологическими ресурсами;

— минерально-сырьевыми ресурсами.

Различные виды мониторинга в зависимости от задач, вида, объекта, масштаба характеризуются своей периодичностью и разнообразием контро­лируемых параметров, структурой и последовательностью, иерархической системой станций и постов, требованиями к месту размещения или проведе­ния замеров и т.д. По масштабам проведения мониторинг подразделяется на глобальный, региональный, национальный, локальный.

Глобальный (биосферный) мониторинг представляет систему наблю­дений на планетарном уровне за объектами биосферы, гидросферы, атмос­феры, литосферы, где отслеживаются масштабные изменения и распрост­ранение агентов загрязнения, как правило, не связанные с конкретными ис­точниками загрязнения. В конце 70-х гг. была создана глобальная система мониторинга окружающей среды (ГСМОС). Главная цель этой программы заключается в сохранении и регулировании биогеохимических круговоро­тов, в сохранении всего биоса. Программой ГСМОС предусмотрено изуче­ние реакции различных видов биоты на загрязнение среды. Кроме того, при Организации Объединенных Наций существует специализированное агент­ство — Всемирная метеорологическая организация (ВМО) которая, исполь­зуя базовые и региональные станции, осуществляет специальную програм­му наблюдений. На территории Российской Федерации существует несколь­ко станций (расположены в биосферных заповедниках), которые являются частью глобальных международных наблюдательных сетей, ориентирован­ных на решение следующих задач:

— организация системы предупреждения угрозы здоровья человеку;

— оценка глобального загрязнения и его влияния на климат;

— оценка количества и особенностей миграции загрязнителей биосфе­ры;

— оценка критических проблем, возникающих в сельском хозяйстве;

— изучение реакции наземных экосистем на загрязнение окружающей среды;

— оценка загрязнения океана и его влияние на водные экосистемы;

— создание разветвленной системы предупреждения о стихийных бедствиях.

Национальный мониторинг ведется отдельными странами по собствен­ной программе в соответствии с собственными приоритетами. В Российской Федерации с 1993 г. создается Единая государственная система экологичес­кого мониторинга (ЕГСЭМ), в рамках которой реализуются: единые требо­вания к средствам измерения и их метрологическому обеспечению, единая система нормируемых и контролируемых параметров, система сбора и пе­редачи данных, типовые службы экологического мониторинга для субъек­тов Федерации и городов. При этом ЕГСЭМ входит составным звеном в сеть глобального экологического мониторинга. Основными задачами ЕГ­СЭМ являются:

— разработка программ наблюдения за состоянием окружающей среды в субъектах Федерации и отдельных районах;

— организация наблюдений и проведение измерений показателей эко­логического мониторинга;

— обеспечение достоверности и сопоставимости данных наблюдений на территории РФ;

— сбор и обработка данных наблюдений;

— организация и хранение данных наблюдений;

— совмещение банков и баз экологической информации с международ­ными эколого-информационными системами;

— оценка и прогноз состояния объектов окружающей среды, природ­ных ресурсов и здоровья населения на изменение среды обитания;

— организация и проведение оперативного контроля и радиоактивного и химического загрязнения в результате аварий и катастроф, а также прогнозирование экологической обстановки и нанесенного ущерба;

— обеспечение органов власти информацией о состоянии окружающей среды и природных ресурсов.

Региональный (геосистемный) мониторинг отслеживает состояние и ре­зультаты воздействия человека на крупные территории или биосферные структуры. Реализуется в рамках одной страны (мониторинг Московского региона, Байкала) или международного проекта (мониторинг бассейна Чер­ного или Балтийского моря).

Локальный (импактный) мониторинг предусматривает контроль за ин­женерно-геологическими явлениями и содержанием в различных природ­ных объектах вредных для человека соединений техногенного происхожде­ния на местном уровне под влиянием конкретных объектов (промышленно­го предприятия, теплоэлектростанции, водохранилища, стройки, горнодо­бывающего предприятия, животноводческой фермы и т.д.).

Характер и механизм обобщения информации об экологической обста­новке при ее движении по иерархическим уровням системы экологического мониторинга определяются с помощью понятия информационного портрета экологической обстановки, который представляет собой совокупность гра­фически представленных данных, характеризующих экологическую обста­новку на определенной территории.

На локальном уровне в эколого-информационном портрете должны при­сутствовать все источники эмиссий (вентиляционные трубы промышлен­ных предприятий, места выпусков сточных вод и т.д.). На региональном уровне близко расположенные источники воздействия «сливаются» в один групповой источник. На национальном уровне происходит еще большее обоб­щение информации. Источники воздействия образуют промышленные узлы, ареалы, районы.

По объектам изучения виды мониторинга разделяются на экологичес­кий, медико-экологический (эколого-социологический), биологический, кли­матический, геофизический, геохимический (в т.ч. радиационный).

Под экологическим мониторингом следует понимать организованный мониторинг окружающей среды, при котором, во-первых, обеспечивается постоянная оценка экологических условий среды обитания человека и био­логических объектов (растений, животных, микроорганизмов и т.д.), а так­же производится оценка состояния и функциональной ценности экосистем; во-вторых, создаются условия для определения корректирующих действий в тех случаях, когда целевые показатели экологических условий жизни не достигаются.

Основная цель экологического мониторинга состоит в обеспечении сис­темы управления экологической безопасностью своевременной и достовер­ной информацией. Помимо основной цели, экологический мониторинг мо­жет быть ориентирован на достижение специальных программных целей, связанных с обеспечением необходимой информацией организационных мер по выполнению конкретных проектов, международных соглашений в обла­сти охраны окружающей среды.

Основные задачи экологического мониторинга:

— наблюдение за источниками антропогенного воздействия;

— наблюдение за факторами антропогенного воздействия;

— наблюдение за состоянием природной среды и происходящими в ней процессами под влиянием факторов антропогенного воздействия;

— оценка фактического состояния природной среды;

— прогноз динамики природной среды под влиянием факторов антро­погенного воздействия, оценка прогнозируемого состояния природ­ной среды.

При разработке проекта экологического мониторинга необходима сле­дующая информация:

— источники поступления загрязняющих веществ в окружающую при­родную среду — выбросы загрязняющих веществ в атмосферу про­мышленными, энергетическими, транспортными и другими объек­тами; сбросы сточных вод в водные объекты, поверхностные смывы загрязняющих веществ; внесение на земную поверхность и (или) в почву загрязняющих и биогенных веществ вместе с удобрениями и ядохимикатами при сельскохозяйственной деятельности; места захо­ронения и складирования промышленных и коммунальных отходов; техногенные аварии, приводящие к выбросу опасных веществ или разливу жидких загрязняющих веществ, и т.д.;

— данные о состоянии антропогенных источников эмиссии — мощность, месторасположение, условия поступления эмиссии в окружающую среду;

— переносы загрязняющих веществ (в атмосфере, в водной среде);

— процессы ландшафтно-геохимического перераспределения веществ (миграция загрязняющих веществ).

Целью медико-экологического мониторинга является отслеживание со­стояния здоровья населения различных возрастных, профессиональных и социальных групп, распределение отдельных видов заболеваемости по тер­риториям и т.д. В последнее время активно развивается и эколого-социоло-гический мониторинг, изучающий перемещение и изменение соотношений различных национальных и возрастных групп под воздействием техноген­ных, естественных и социальных факторов.

Биологический мониторинг осуществляет контроль за состоянием жи­вых и растительных организмов. Выделяют две разновидности:

— слежение за биологическими объектами (наличием видов, их состоя­нием, популяционная изменчивость и т.д.);

— мониторинг окружающей среды с помощью биоиндикаторов (позво­ночные и беспозвоночные животные, растения, бактерии и т.д.).

В соответствии с объектом биологический мониторинг разделяется на геоботанический, зоологический, микробиологический и др. Сложность про­ведения заключается в правильном выборе биоиндикаторов, обитающих на суше, в воде и воздухе, и являющихся комплексным или специфическим показателем состояния окружающей среды, а также необходимости учета временного аспекта изменчивости экосистем (суточный, сезонный, годовой, вековой), с определением формы изменчивости биологического объекта (сто­хастическая, циклическая, сукцессионная).

Климатический мониторинг — система контроля, оценки прогноза и изменений колебаний климатической системы «атмосфера — океан — по­верхность суши (включая реки и озера) — криосфера — биота».

Объектом геофизического мониторинга является состояние абиотичес­кой составляющей Земли. Например, система контроля и мониторинга со­стояния геологической среды получила название литомониторинга. Подси­стемами литомониторинга являются:

— подземные воды (загрязнение, подтопление, режим);

— поверхностная толща литосферы (оползни, карст, эрозия, сели и др.).

Геохимический мониторинг осуществляет контроль за состоянием ок­ружающей среды, оценивая концентрации и формы нахождения химичес­ких элементов и соединений в различных компонентах ландшафта. По объек­там изучения он делится на атмохимический, гидрохимический, биогеохи­мический, литохимический (почвы, донные отложения, кора выветривания).

По характеру контролируемых объектов выделяют мониторинг фоно­вый (базовый), мониторинг загрязнения и мониторинг источников загряз­нения. Фоновый мониторинг осуществляется на территориях, находящихся вне сферы влияния локальных источников загрязнения. В общемировом масштабе он называется глобальным.

По средствам реализации мониторинг может проводиться стационар­ными станциями, передвижными постами, аэрокосмическими системами, автоматизированными системами.

По иерархии ландшафтов и экосистем мониторинг разделяется на комплексный (экосистемный, геосистемный) и компонентный (атмосфер­ный, водный, почвенный, инженерно-геологический).

Особо следует выделить ландшафтно-геохимический мониторинг, ко­торый отслеживает поведение элементов не только в отдельных компонен­тах, но и в ландшафте в целом. Поэтому его методология, основывающаяся на сопряженном изучении всех блоков ландшафта, может являться базой для разработки и проведения мониторинга в самых различных условиях [26].

Анализ результатов мониторингаразнообразных регионов свидетельствует о том, что ландшафты, в одинаковой степени подвергающиеся воздействию техногенных потоков, в итоге отличаются динамикой и степенью загрязне­ния. Это является отражением их индивидуальности, порождаемой отличия­ми в растительном покрове и виде природопользования, химизме почвенных растворов и интенсивности ветровой эрозии, особенностях почвообразующих пород и рельефа. Все эти особенности, являющиеся внешними факторами миграции, определяют физико-химические параметры среды и миграцион­ную активность химических элементов. Поэтому геохимические ландшафты, обладающие различными наборами внешних факторов миграции, отличают­ся концентрацией и соотношением химических элементов в почвах и растени­ях, по-разному реагируют на внешнее воздействие.

В связи с этим геохимия ландшафта как наука, изучающая ландшафты системно и на атомарном уровне, может являться основой при разработке и ведении мониторинга на всех этапах его реализации:

— первичной оценки состояния региона;

— обоснования выбора участков для мониторинга;

— картографического обеспечения мониторинга;

— разработки методики ведения мониторинга (периодичность, объекты опробования и т.д.);

— разработки системы нормирующих показателей для оценки результа­тов мониторинга;

— систематизации и ведении базы данных по результатам мониторинга;

— моделировании и прогнозе развития ситуации;

— разработки управленческих решений по результатам мониторинга.

Разработка мониторинга на ландшафтно-геохимической основе в зави­симости от масштаба и целей предусматривает проведение ряда предвари­тельных исследований [2]. В наиболее полном варианте эти исследования предполагают три стадии работ:

— мелкомасштабные или региональные (масштаб 1: 500 000— 1: 1000 000);

— среднемасштабные (масштаб 1: 50 000—1: 200 000);

— крупномасштабные (масштаб 1: 5 000—25 000).

При ландшафтно-геохимических исследованиях целесообразен последо­вательный переход от одной стадии к другой. Однако в ряде случаев при специфических природных и техногенных условиях или в зависимости от задач мониторинга возможны отклонения от этой схемы. Работы, связан­ные с выполнением заданий каждой стадии, разделяются на ряд этапов:

— составление предварительных схем ландшафтно-геохимического рай­онирования камеральным путем;

— полевые ландшафтно-геохимические исследования и составление кон­диционных ландшафтно-геохимических карт;

— сопряженное геохимическое опробование и проведение анализов;

— обработка результатов анализов, выявление отдельных аномалий и аномальных участков;

— оценка состояния окружающей среды и факторов, оказывающих на нее влияние.

Поэтапное проведение всех стадий работ позволяет установить, попада­ет ли подлежащая мониторингу территория в крупные и удаленные от за­грязнителей аномалии или поля рассеяния месторождений или ее можно относить к фоновым участкам, не подверженным техногенному воздействию с обычным уровнем концентраций и соотношением химических элементов.

Основной целью исследований стадии «мелкомасштабные работы» яв­ляется общая региональная оценка состояния окружающей среды всей тер­ритории. При количественной оценке состояния окружающей среды на этой стадии определяются фоновые содержания всех рассматриваемых элемен­тов (их соединений) в каждом выявленном геохимическом ландшафте. На картах выделяются основные региональные аномалии отдельных элементов (их соединений), а также аномальные участки, представляющие собой пло­щади, занятые группой сближенных геохимических аномалий. Определя­ются их вероятная природа и источник загрязняющих веществ, образующих эти аномалии.

Основной целью стадии «среднемасштабных работ» является оценка со­стояния окружающей среды (качественная или количественная) отдельных территорий, расположенных вблизи крупных городов или территориально-промышленных комплексов. Исследования, отвечающие этой стадии, мо­гут проводиться и на аномальных участках, выявленных на стадии «мелко­масштабных работ». В последнем случае площадь проектируемых работ дол­жна обязательно выходить за пределы всех установленных на участке ано­малий.

Среднемасштабные ландшафтно-геохимические исследования целесооб­разно проводить только после окончания региональных работ. В виде ис­ключения на этой стадии могут начинаться работы по оценке состояния ок­ружающей среды в новых, ранее не освоенных районах, на площадях, рас­положенных в районе проектируемых крупных и промышленных центров.

Задачей ландшафтно-геохимических исследований на стадии «крупно­масштабных работ» должна быть детальная оценка степени загрязнения ок­ружающей среды в пределах ранее выявленных аномальных участков и от­дельных аномалий. Эти работы могут проводиться и за пределами анома­лий на «фоновых площадях» для подготовки мониторинговых наблюдений. Целью работ в этом случае является изучение участков без следов техноген­ного воздействия на окружающую среду.

Крупномасштабные работы должны проводиться после окончания ра­бот, относимых к стадии среднемасштабных. В виде исключения они могут проводиться на аномалиях, выявленных при региональных исследованиях первой стадии. Размеры участков, выбираемых для крупномасштабных ра­бот, должны быть такими, чтобы в их контурах полностью помещались изучаемые геохимические аномалии и аномальные участки.

По результатам проводимых на этом этапе работ должны быть установ­лены источники загрязнения, вызвавшие возникновение изучаемых анома­лий; разработаны рекомендации для предотвращения дальнейшего загряз­нения участка и ликвидации его последствий, предложена схема постановки мониторинговых исследований.

Ландшафтно-геохимический мониторинг включает как количественную оценку состояния окружающей среды (контроль содержания химических эле­ментов в различных компонентах ландшафта), так и качественную (соотно­шение различных ландшафтов, динамика границ, природно-функциональ-ное зонирование). Качественная оценка опирается на ландшафтно-геохими-ческое картографирование.

В основе выделения геохимических ландшафтов лежат представления о взаимосвязи между климатом, горными породами, почвами, рельефом, ра­стительностью, водами и содержанием химических элементов и соединений. Поэтому ландшафты могут выделяться по физико-географическим и геологическим данным без использования специальных геохимических ма­териалов. Иначе говоря, границы ландшафтов совпадают с различными гра­ницами: геологическими, литологическими, геоморфологическими, клима­тическими, геоботаническими и др.

Для составления схематических ландшафтно-геохимических карт каме­ральным путем [2] собирают все имеющиеся опубликованные и фондовые материалы, а также изданные карты масштаба, соответствующего проводи­мым работам, при использовании которых можно получить необходимую информацию о следующих особенностях района работ:

• распределении сельскохозяйственных угодий, площадей мелиорируе­мых земель (отдельно орошаемых и осушаемых); местонахождении насе­ленных пунктов; автомобильных и железных дорог; лесополос;

• расположении участков, занимаемых лесами, полями, лугами болота­ми, пустынями, солончаками, т.е. о площадях, занимаемых различными группами, типами и семействами геохимических ландшафтов, выделяемых в выбранном масштабе работ;

• распределении почв различного состава и генезиса, содержание в вод­ных вытяжках из них типоморфных элементов, ионов и соединений;

• наличии и распределении участков, подверженных интенсивной вет­ровой эрозии;

• геоморфологии района;

• геологическом строении района.

При сборе перечисленных данных особое внимание следует уделять кос­мическим снимкам, так как дальнейшее совершенствование космической съемки позволит использовать космические снимки как основу для состав­ления ландшафтно-геохимических карт камеральным путем.

Используя перечисленные данные, составляется шесть различных карт, соответствующих основным классификационным уровням (факторам внеш­ней миграции) для биогенных и техногенных ландшафтов. Контуры ланд­шафтов, выделяемых на каждом уровне, переносятся на отдельные кальки. Затем путем последовательного наложения всех карт, переснятых на каль­ку, составляется схематическая ландшафтно-геохимическая карта, а на ее основе схема выделения ландшафтов. Выделенные таким образом ландшаф­ты характеризуется различным набором факторов внешней миграции, опре­деляющих их геохимические особенности. Такой подход позволяет устано­вить наиболее вероятное содержание тяжелых металлов в почвах даже неопробованных фрагментов региона, опираясь на результаты картографи­рования и опробования аналогичных ландшафтов.

Карты геохимических ландшафтов и карты, характеризующие состоя­ние окружающей среды, являются основными материалами при организа­ции и ведении мониторинга при осуществлении природно-функционального зонирования. Картографический подход к сбору информации благоприят­ствует системному отслеживанию состояния техногенных, биотических, и климатических факторов. Их представление в форме базовых и оператив­ных карт существенно повышает объективность и оперативность монито­ринга. Картографический блок информационного обеспечения мониторинга разделяется на следующие формы картографирования — базовую, оператив­ную, прогностическую и оценочную [8]. Коротко остановимся на анализе блока картографирования как важнейшей составной всей системы геоинфор­мационного обеспечения мониторинга.

Базовая форма информации включает различные картографические материалы, характеризующие природные условия и хозяйственное исполь­зование территории, на которой предполагается обустройство полигонов, а также данные о конкретных объектах, по которым планируется организо­вать исследования. Непременными составляющими этого картографическо­го комплекса являются карты геохимических ландшафтов района монито­ринга, распределения химических элементов и соединений в различных ком­понентах ландшафтов к началу мониторинга и карты, характеризующие ос­новные миграционные потоки, которыми распространяется загрязнение.

Оперативная форма картографической информации, основная цель ко­торой заключается в представлении текущей информации в картах, исполь­зуемых для прогноза и контроля, включает результаты последних этапов мониторинга, оперативные сведения о наблюдаемом объекте, качественную (изменение границ ландшафтов, обстановки в почвах и др.) и количествен­ную (концентрации химических элементов и соединений) характеристику происходящих изменений.

Оценочная форма картографических сведений на основе обобщения мно­голетних результатов наблюдений позволяет определить качественные и ко­личественные изменения, происходящие в природных и техногенных ланд­шафтах под влиянием хозяйственной деятельности, их современное состоя­ние, характеристику основных нормируемых параметров.

Прогностическая форма информации, задачей которой является состав­ление рекомендательных карт, включает карты оценки состояния наблюда­емых объектов и прогноза возможного направления их развития во времени и пространстве, что обеспечивает дополнительную информацию при приня­тии решений в области охраны окружающей среды.

Итоговыми материалами ланшафтно-геохимического мониторинга мо­гут быть эколого-геохимическая база данных, карты геохимических ландшафтов и таблицы, содержащие параметры фонового и аномального рас­пределения химических элементов в почвах различных ландшафтов, а так­же карты фоновых концентраций и схемы аномалий.

Карты, характеризующие аномальное распределение, позволяют выявить зоны повышенных и пониженных концентраций химических элементов в почвах, что дает возможность использовать их при оценке качества земель, обосновании корректировки способа хозяйствования, оценке нанесенного ущерба, определения платы за землю и т.д.

Карты фоновых концентраций характеризуют распределение по площа­ди групп ландшафтов с различными уровнями фоновых содержаний хими­ческих элементов в почвах. На них одним цветом показываются ландшафты с близкими по величине фоновыми величинами. Распределение ландшаф­тов по разным группам целесообразно производить с таким расчетом, что­бы фоновые содержания какого-либо элемента в почвах ландшафтов, на­пример, второй группы были аномальны для 40-50 % ландшафтов из пер­вой группы (с самыми низкими фоновыми концентрациями) [27]. Фоновые содержания ландшафтов третьей группы (с самыми высокими содержания­ми) были аномальны для 90-100 % ландшафтов из первой группы и 40-50% ландшафтов из второй группы. Соответственно, если выделена и четвертая группа ландшафтов (с еще более высокими содержаниями) их фоновые зна­чения должны быть, безусловно, аномальны для всех ландшафтов из пер­вой группы, для 90-100 % ландшафтов из второй группы и 40-50 % ланд­шафтов третьей группы. Выделение более трех групп ландшафтов (а как показывает опыт, их бывает от трех до семи для разных элементов) свиде­тельствует о большом разбросе фоновых содержаний и значительном влия­нии ландшафтно-геохимических факторов на перераспределение химичес­ких элементов в почвах данного региона. При определении численных гра­ниц разных групп целесообразно использовать величины санитарно-гигие­нических нормативных показателей (ПДК, ОДК).

Весь комплекс вышеперечисленных материалов имеет несколько облас­тей применения.

Во-первых, они являются своеобразным репером, характеризующим ландшафты региона и уровень концентраций химических элементов в по­чвах на период опробования, и таким образом создают основу для проведе­ния качественного и количественного мониторинга.

Во-вторых, позволяют выделить аномалии химических элементов в по­чвах, требующие особого внимания при оценке состояния окружающей сре­ды и подхода в определении качества землепользования в будущем, а также корректировки платы за пользование землей в настоящем.

В-третьих, на основе фоновых и аномальных концентраций различного уровня контрастности (целесообразно не менее трех уровней) необходимо разработать нормирующие величины и в дальнейшем использовать их для оценки степени отклонения концентраций, выявленных во время контрольно­го опробования от расчетного значения, с целью объективного определения качества хозяйствования субъекта землепользования или масштабов причи­ненного ущерба.

В-четвертых, помогут определить перечень приоритетных региональных и местных показателей (с учетом федеральных), подлежащих обязательному кон­тролю.

В-пятых, будут важнейшим компонентом земельного и комплексного территориального кадастра природных ресурсов и основой для разработки дальнейшей природоохранной деятельности и корректировки природополь­зования в регионе.