Классификация экологического мониторинга по ю. А. Израэлю

Класс химических веществ. По степени возможного отрицательного воздействия на почву, растения, животных выделяются 3 класса химических веществ:

1 класс – высокоопасные: мышьяк, кадмий, ртуть, селен, свинец, цинк, фтор, бенз(а)пирен,

2 класс – вещества умеренно опасные: бор, кобальт, никель, молибден, медь, сурьма, хром,

3 класс – вещества малоопасные: барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций, ацетофенон.

Контроль экологический – определяется в Законе РФ “Об охране окружающей природной среды” (от 19.12.91) как наблюдение за состоянием ОПС и ее изменением под влиянием хозяйственной и иной деятельности, а также как проверка выполнения планов и мероприятий по охране природы, рациональному использованию природных ресурсов, оздоровлению окружающей среды, соблюдению требований природоохранного законодательства и нормативов качества ОПС, осуществляемые системой экологического контроля, состоящей из государственной службы

Критерии оценки состояния природной среды. Оценка состояния и изменения окружающей природной среды является одной из важнейших функций геоэкологического мониторинга. Оценка предполагает сравнение фактического или прогнозируемого состояния среды с заранее определенными критериями, т. е. признаками, на основе которых производится сравнение. В качестве критериев могут выступать показатели исходного состояния наблюдаемых компонентов и комплексов, характеристики так называемых объектов-эталонов (фоновые характеристики), но чаще всего в этом качестве используются различные нормативные показатели, характеризующие меру возможного воздействия человека на природу. В настоящее время в практике мониторинговых наблюдений используются две основные группы показателей – санитарно-гигиенические и экологические.

Л

Ландшафтная индикация, т.е. выявление сос­тояния природной среды (прежде всего ее загрязнения) по изменению составных частей и структуры ландшафта (Дончева и др., 1992). В качестве главного индикатора выступает нарушение горизонтальной и вертикальной структур природных комплексов (например, выпадение отдельного элемента). С позиций ландшафтного подхода необходимо сопряженное изучение нескольких индикаторов (это могут подтвердить или не подтвердить данные биоиндикации), а также выявление струк­туры геосистем. Исследования показывают, что формирование новой структуры часто свидетельствует о сильном антропогенном изменении природной среды (например, в зоне воздействия крупных ТЭС выделены подзоны сплошных нарушений и локально-очаговых нарушений геосистем). Таким образом, информативность индикационного метода возрастает в случае совместного использования био - и геоинформационного подходов.

Ландшафтно-экологический мониторинг (геоэкосистемный). Достаточно полное представление о состоянии природной среды невозможно без исследований целостных природных образований - геосистем и экосистем. Регулярное слежение за сос­тоянием этих объектов с целью оценки и прогноза их изменений под влиянием антропогенных и естественных факторов можно назвать геоэкосистемным (ландшафтно-экологическим) мониторингом. Помимо по­компонентных параметров необходимо определять интегральные пока­затели, характеризующие природные системы в целом.

Слежение должно проводиться за состоянием трех важнейших групп геосистем и экосистем: природ­ных (с естественным режимом), природно-антропогенных (прежде всего сельскохозяйственных и лесохозяйственных) и антропогенных (на­пример, городских территорий). Особенно важно проведение монито­ринга на территориях, характеризующихся преобладанием преобразо­ванных человеком ландшафтов. В связи с этим целесообразно разли­чать следующие виды ландшафтно-экологического мониторинга (Шищенко, 1988):

а) мониторинг природно-заповедных ландшафтов - состоит в слеже­нии за развитием эталонных комплексов с целью охраны и обеспечения их устойчивости на основе сбережения присущей им естественной функциональной структуры и нормального хода природных процессов;

б) мониторинг лесохозяйственных ландшафтов - заключается в контроле за эксплуатацией, естественным восстановлением и состоя­нием лесонасаждений, формированием лесных комплексов с максимальной полнотой и высоким бонитетом древостоев;

в) мониторинг агроландшафтов - включает контроль за состоянием плодородия почв, водно-тепловым режимом и биологической продук­тивностью агроэкосистем, их состоянием в течение вегетационного периода;

г) мониторинг экваториальных природных комплексов - осуществляет контроль за функционированием технических систем и развитием характерных природно-антропогенных процессов (заилением, эвтрофикацией, подтоплением и др.);

д) мониторинг селитебных и рекреационных ландшафтов - включает контроль за их состоянием и соответствием их среды санитарно-ги­гиеническим нормам, устойчивостью против промышленных, градострои­тельных, рекреационных и сопряженных с ними нагрузок.

Литомониторинг - регулярное слежение, оценка и прог­нозирование техногенных и естественных изменений состояния геологической среды. В его функцию должно входить и управление геолого-геоморфологическими процессами, которое включает: а) организацию наблюде­ний и контроля за состоянием геологической среды; б) моделирова­ние природно-технических систем и прогноз их состояния и развития; в) разработку на основе прогноза природоохранных инженерно-геологических мероприятий; г) осуществление инженерной защиты; д) контроль за функционированием защитных сооружений (Теоретичес­кие основы..., 1985; Инженерная география, 1989; Ревзон, 1992 и др.). Основными объектами литомониторинга являются различные геолого-геоморфологические процессы, которые проявляются в верхних слоях земной коры. Слежение за их состоянием осуществляется с помощью наземных, режимных наблюдений в сочетании с применением дистанцион­ных методов. Наземные наблюдения ведутся в стационарных условиях на участках с активным проявлением экзогенных и эндогенных процес­сов (оползней, обвалов, селей, лавин, суффозионно-просадочных яв­лений, тектонических подвижек и др.). Дистанционные методы (фото­графическая, многозональная, инфракрасная и другие виды съемок) дают ценную информацию об интенсивности проявления геолого-геоморфологических процессов, позволяют выявить закономерности их динамики во времени и пространстве, определить ареалы локальных и региональных нарушений геологической среды.

Лихеноиндикация. Метод биоиндакации, при котором выявляются изменения природной среды с помощью изучения эпифитных лишайников.

М

Маршрутный пост наблюдений - место на определенном маршруте в городе. Онпредназначен для регулярного отбора проб воздуха в фиксированной точке местности при наблюдениях, которые проводятся с помощью передвижной аппаратуры. Маршрутные наблюдения осуществляются на маршрутных постах с помощью автолабораторий. Порядок объезда маршрутных постов ежемесячно меняется таким образом, чтобы отбор проб воздуха на каждом пункте проводился в разное время суток. Например, в первый месяц машина объезжает посты в порядке возрастания номеров, во втором - в порядке их убывания, а в третий - с середины маршрута к концу и от начала к середине и т.д.

Метеорологический потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА). При составлении прогнозов учитывается, что распространение загрязнений в воздухе связано в первую очередь с метеорологическими условиями переноса примесей от источников воздействия. Поэтому при наличии прогноза метеоусловий и выявлении зависимостей между ними и загрязнением можно рассчитать уровень последнего. Базовой информацией при этом служат общие прогнозы по­годы, детализированные с учетом специфики, вносимой городской за­стройкой. Наиболее информативными параметрами для прогноза загряз­нения являются: скорость и направление ветра, температурная стратификация, турбулентный обмен и осадки. На основе их комбинаций рассчитывается ПЗА, прогноз которого служит важнейшей предпосылкой для состав­ления прогноза загрязнения воздуха (Берлянд, 1985). Прогнозирование ПЗА и уровня загрязнения позволяет принять определенные меры по регулированию выбросов в атмосферу с целью предотвращения высоких концентраций. При неблагоприятных метеорологических условиях в периоды опасного для населения загрязнения предприятия должны снизить выбросы вплоть до частичной или полной остановки производства.

Метод Кларков - метод ландшафтно-геохимического мониторинга. Так называются исследования распространенности химических элементов в различных природных средах - от глобальных геосфер до локального уровня (ландшафтов, экосистем). Для целей мониторинга необходимо учитывать глобальные и региональные кларки элементов, а также локальные уровни их содержания в воздухе, породах, почвах, водах и растениях в районе станций фонового мониторинга. Кларки являются геохимической константой, отражающей фоновое распределение элементов и соединений, без знания которого невозможна оценка импактного воздействия. Наряду с достоинствами (массовость, сопоставляемость) метод кларков имеет и недостатки. Прежде всего, это излишняя обобщенность данных, полученных в результате статистической обработки, малая степень сепарации геохимических материалов. Самое главное, он не дает целостного представления о геохимических и биогеохимических процессах в таких сложных системах, как природные и тем более техногенные ландшафты.

Метод конверта - является наиболее распространенным способом отбора смешанных почвенных образцов и чаше всего применяются для исследования почвы гумусового горизонта. При этом из точек контролируемого элементарного участка (или каждой рабочей пробоотборной площадки) берут 5 образцов почвы. Точки должны быть расположены так, чтобы мысленно соединенные прямыми линиями, давали рисунок запечатанного конверта (длина стороны квадрата может составлять от 2 до 5 – 10 м). Обычно при изучении почвы отбирают пробы гумусового горизонта с глубины около 20 см., что соответствует штыку лопаты. Из каждой точки отбирают около 1 кг (по объему около 0,5 л), но не менее 0,5 кг почвы. Почвенные образцы упаковывают в полиэтиленовые или полотняные мешочки и прилагают к ним этикетки (сопроводительные талоны).

Методы мониторинга. Система мониторинговых наблюдений включает четы­ре основные подсистемы: комплекс наземных методов слежения, аэрокосмический мониторинг, картографический мониторинг, моделирование природных объектов.

Моделирование природных объектов – можно рассматривать как метод исследования сложных объектов, явлений и процессов путем их упрощенного имитирования (натурного, математического, логического). Основывается на теории подобия (сходства) с объектом–аналогом. Имита­ционные модели используются: а) как средство изучения систем, вы­явления и анализа закономерностей их функционирования; б) для полу­чения количественной оценки происшедших изменений природных объек­тов; в) как средство прогнозирования поведения систем под влиянием предполагаемых внешних факторов.

Мониторинг – термин образован от латинского слова «монитор» (наблюдающий, предостерегающий – так называли впередсмотрящего матроса на парусном судне). Сам термин «мониторинг» появился в 1971 году в связи с подготовкой к проведению Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде (1972). Первые предложения по подготовке системы мониторинга были выдвинуты Научным комитетом по проблемам окружающей среды (СКОПЕ). В 1973 году профессор Р. Мэнн в постановочном аспекте изложил концепцию мониторинга, которая была обсуждена на первом Межправительственном совещании по мониторингу (Найроби, 1979). Р. Мэнн предложил называть мониторингом систему повторных наблюдений одного и более элементов окружающей природной среды в пространстве и во времени с определенными целями и в соответствии с заранее подготовленной программой.

Мониторинг земель представляет собой систему наблюдения за  состоянием земельного фонда для своевременного выявления изменений, их оценки, предупреждения и устранения последствий негативных процессов.

Государственный мониторинг земель включает в себя:

а)  сбор информации о состоянии земель в Российской Федерации, ее обработку и хранение;

б)  непрерывное наблюдение за использованием земель исходя из их целевого назначения и разрешенного использования;

в)  анализ и оценку качественного состояния земель с учетом воздействия природных и антропогенных факторов.

На современном этапе государственный мониторинг земель можно рассматривать как состоящий из двух основных компонент:

1) мониторинг использования земель, по результатам проведения которого устанавливается соответствие фактического использования целевому назначению и разрешённому использованию земельных участков, а также соблюдение установленных ограничений и обременений;

2) мониторинг состояния земель, по результатам проведения которого выявляются изменения состояния земель всех категорий, обусловленные воздействием природных и антропогенных негативных процессов: - подтопления и затопления, - переувлажнения, - заболачивания, - эрозии, - засоления, - нарушенности, - опустынивания земель, - зарастания сельскохозяйственных угодий кустарником и мелколесьем, - загрязнения земель токсичными веществами, - захламления промышленными и бытовыми отходами, - вырубка и гари на землях лесного фонда, - карст, - сели, - землетрясения и другие процессы и явления.

Мониторинга морей и океанов заключается в слежении за уровнем загрязнения вод, динами­кой его распространения и состоянием биоценозов с целью определе­ния состояния морских экосистем, оценки и прогноза их изменения под влиянием антропогенных и естественных факторов (Израэль, 1984; Владимиров и др., 1991). Наблюдения (на основе отбора и анализа проб воды) ведутся на морских станциях. Морские станции I категории предназначены для оперативного вы­явления уровней загрязнения в наиболее загрязненных зонах аквато­рии, располагаются на замыкающих створах устьевых областей в зонах влияния сброса сточных вод, в местах действующих морских нефтепромыслов, в районах, имеющих важное рыбохозяйственное или культурно-оздоровительное значение. Наблюдения по полной програм­ме проводятся один раз в месяц и включают определение: а) загряз­няющих веществ (нефтепродуктов, пестицидов, тяжелых металлов, фенолов, а также загрязнителей, специфичных для данного района); б) показателей среды (растворенного кислорода, сероводорода, БПК₅, нитратного и нитритного азота, общего фосфора и др.); в) элемен­тов гидрометеорологического режима (солености воды, температуры воды и воздуха, направления и скорости ветра и течений, прозрачности и цветности); г) важнейших характеристик фито- и зоопланк­тона, зообентоса и перифитона (общей численности организмов, чис­ла видов, общей биомассы и дp.). Станции II категории располагаются в прибрежных районах и в районах открытого моря, куда загрязняющие вещества поступают за счет миграционных процессов. Они предназначены для изучения сезон­ной и годовой изменчивости уровня загрязнения морских вод. Наблю­дения проводятся ежемесячно по той же программе, что и на станци­ях I категории. Морские станции III категории организуются в относительно чистых водах для выявления фоновых уровней загрязнения и их сезонной и годовой изменчивости. Наблюдения выполняются с периодичностью один раз в сезон по полной программе.

Мониторинг окружающей среды – регулярные, выполняемые по заданной программе наблюдения природных сред, природных ресурсов, растительного и животного мира, позволяющие выделить их состояния и происходящие в них процессы.

Мониторинг почв - слежение за показателями состояния почв с целью его оценки, прогнозирования и кар­тографирования, а также обоснования мероприятий по повышению почвенного плодородия. Мониторинг должен включать систематические наблюдения за уровнем загрязнения почв, процессами миграции хими­ческих веществ, динамикой показателей почвенного плодородия в пространстве и во времени. Однако он не может ограничиваться лишь анализом проб почв. Почва - важный компонент ландшафта, поэтому ее исследование неотделимо от изучения других его компонентов, всех путей накопления загрязняющих веществ как в природных, так и в антропогенных комплексах.

В качестве объектов наблюдений выбираются типичные ландшафты, рас­положенные во всех важнейших почвенно-климатических зонах и про­винциях и подверженные интенсивному антропогенному воздействию (прежде всего сельскохозяйственному использованию). Параллельно исследуются фоновые территории.

Н

Наземные методы слежения. При проведении наземных наблюдений широко используются геофизический, геохимический и индикационный методы.

Национальный мониторинг осуществляется в пределах государства специально созданными органами.

Нормативы санитарно-гигиенические должны обеспечивать физиологический оптимум для жизни человека. Санитарно-гигиенические показатели устанавливаются исходя из требований экологической безопасности населения (т. е. применительно к здоровью человека). К ним в первую очередь следует отнести нормы предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ в воздухе, воде, почвах и продуктах питания, а также нормы предельно допустимых выбросов (ПДВ) в воздух и водоемы. В связи с тем, что кратковременные воздействия не обнаруживаемых по запаху вредных веществ могут вызвать функциональные изменения в коре головного мозга и в зрительном анализаторе, были введены значения максимальных разовых предельно допустимых концентраций (ПДКмр.) С учетом вероятности длительного воздействия вредных веществ на организм человека были введены значения среднесуточных предельно допустимых концентраций (ПДКсс).

Нормативы экологические (критерии, показатели) рассматриваются как мера антропогенного воздействия на экосистемы и ландшафты, при которой их основные функционально-структурные характеристики (продуктивность, интенсивность биологического круговорота, видовое разнообразие, устойчивость и др.) не выходят за пределы естественных - изменений. Они призваны определить область и границы допустимого состояния природных систем и дозволенного воздействия на них со стороны человека. Экологические нормативы должны отражать различные антропогенные изменения в природной среде и природных комплексах как источнике генофонда, хранителя ее эволюции, разнообразия и устойчивости.

Экологические показатели выражаются в единицах массы, объема, силы на единицу площади или объема в единицу времени, а также в относительных величинах. В таком виде они могут быть использованы для оценки состояния и антропогенного изменения как отдельных природных компонентов, так и комплексов в целом.

О

Общегосударственная служба наблюдений и контроля состояния окружающей среды (ОГСНК). Организована в 1972 г. на базе станций гидрометеослужбы, построена по иерархическому принципу. ОГСНК состоит из нескольких уровней:

• станций наблюдения (первичных пунктов), осуществляющих наблюдения, определенную обработку и обобщение данных;

• территориальных и региональных центров, осуществляющих обобщения, анализ материалов, составление местных прогнозов и оценку состояния окружающей среды по своей территории;

• высшего Гидрометцентра и других головных центров (НИИ).

ОБУВ – ориентировочный безопасный уровень воздействия. ОБУВ загрязняющих атмосферу веществ устанавливается расчетным методом для проектируемых промышленных объектов. ОБУВ вредных веществ для водных объектов – временный рыбохозяйсвенный норматив, необходимый для решения вопроса о допустимости использования того или иного препарата в народном хозяйстве и установлении допустимого уровня содержания его в воде рыбохозяйственного водоема.

Отбор проб объектов загрязненной среды. Химический анализ чаще всего начинают с отбора и подготовки пробы к анализу. Все стадии анализа связаны между собой. Так, тщательно измеренный аналитический сигнал не дает правильной информации о содержании определяемого компонента, если неправильно проведен отбор или подготовка пробы к анализу. В большинстве случаев именно отбор и подготовка пробы к химическому анализу лимитирует надежность и, в целом, качество получаемых результатов, а также трудоемкость и длительность аналитического цикла. Погрешность при пробоподготовке и отборе пробы часто определяет общую ошибку определения компонента и делает бессмысленным использование высокоточных методов. В свою очередь отбор и подготовка пробы зависят не только от природы анализируемого объекта, но и от способа измерения аналитического сигнала. Приемы и порядок отбора пробы настолько важны при проведении химического анализа, что обычно предписываются Государственным стандартом.

Отбор проб воды. Чаще всего на водоеме отбираются так называемые разовые пробы. Однако при обследовании водоема может возникнуть необходимость отбора и серий периодических и регулярных проб — из поверхностного, глубинного, придонного слоев вод и т.д. Пробы могут быть отобраны также из подземных источников, водопровода и т.п. Усредненные данные о составе вод дают смешанные пробы.

Различные виды водоемов (водоисточников) обуславливают некоторые особенности отбора проб в каждом случае.

Пробы из рек и водных потоков отбирают для определения качество воды в бассейне реки, пригодности воды для пищевого использования, орошения, для водопоя скота, рыборазведения, купания и водного спорта, установления источников загрязнения.

Для определения влияния места сброса сточных вод и вод притоков, пробы отбирают выше по течению и точке, где произошло полное смешение вод. Следует иметь в виду, что загрязнения могут быть неравномерно распространены по потоку реки, поэтому обычно пробы отбирают в местах максимально бурного течения, где потоки хорошо перемешиваются. Пробоотборники помещают вниз по течению потока, располагая на нужной глубине.

Пробы из природных и искусственных озер (прудов). Учитывая длительность существования озер, на первый план выступает мониторинг качества воды в течение длительного периода времени – несколько лет, а также установление последствий антропогенных загрязнений воды (мониторинг ее состава и свойств). Качество воды в водоемах (как озерах, так и реках) носит циклический характер, причем наблюдается суточная и сезонная цикличность. По этой причине; ежедневные пробы следует отбирать в одно и тоже время суток, а продолжительность сезонных исследований должны быть не менее 1 года, включая исследования серий проб, отобранных в течение каждого времени года.

Пробы влажных осадков (дождя и снега) чрезвычайно чувствительны к загрязнениям, которые могут возникнуть при использовании недостаточно чистой посуды, попадании инородных (не атмосферного происхождения) частиц и др. Считается, что пробы влажных осадков не следует отбирать вблизи источников значительных загрязнений атмосферы — например, котельных или ТЭЦ, открытых складов материалов и удобрений, транспортных узлов и др. В подобных случаях проба будет испытывать значительное влияние указанных локальных источников антропогенных загрязнений.

Образцы осадков собирают в специальные емкости, приготовленные из нейтральных материалов. Дождевая вода собирается при помощи воронки (диаметром не менее 20 см) в мерный цилиндр (или непосредственно в ведро).

Отбор проб снега обычно проводят, вырезая керны на всю глубину (до земли), причем делать это целесообразно в конце периода обильных снегопадов (в начале марта).

Пробы грунтовых вод отбирают для определения пригодности грунтовых вод в качестве источника питьевой воды, а также для технических или сельскохозяйственных целей; для определения влияния на качество грунтовых вод потенциально опасных хозяйственных объектов; при проведении мониторинга загрязнителей грунтовых вод.

Грунтовые воды изучают, отбирая пробы из артезианских скважин, колодцев, родников. Следует иметь в виду, что качество воды в различных водоносных горизонтах может значительно различаться, поэтому при отборе пробы грунтовых вод следует оценить доступными способами глубину горизонта, из которого отобрана проба, возможные градиенты подземных потоков, информацию о составе подземных пород, через которые пролегает горизонт. Поскольку в точке отбора пробы могут создаться концентрации различных примесей, отличные от их концентраций в водоносном слое, необходимо откачивать из скважины (или из родника, делая в нем углубление) воду в количестве, достаточном для обновления воды в скважине, водопроводе, углублении и т.п.

Пробы воды из водопроводных сетей отбирают в целях определения общего уровня качества водопроводной воды, поиска причин загрязнения распределительной системы, контроля степени возможного загрязнения питьевой воды продуктами коррозии и др.

Для получения репрезентативных проб при отборе проб воды из водопроводных сетей соблюдают следующие правила:

1. отбор проб проводят после спуска воды в течение 10-15 мин — времени, обычно достаточного для обновления воды с накопившимися загрязнителями;

2. для отбора не используют концевые участки водопроводных сетей, а также участки с трубами малого диаметра (менее 1,2 см);

3. для отбора используют, по возможности, участки с турбулентным потоком – краны вблизи клапанов, изгибов;

4. при отборе проб вода должна медленно течь в пробоотборную емкость до ее переполнения.

При отборе проб следует обращать внимание (фиксировать в протоколе) на сопровождавшие отбор проб гидрологические и климатические условия, такие как осадки и их обилие, паводки, застойность водоема и др.

Посуда для отбора проб должна быть чистой. Чистота посуды обеспечивается предварительным мытьем ее горячей мыльной водой (стиральные порошки и хромовую смесь не использовать!), многократным споласкиванием чистой теплой водой. В дальнейшем для отбора проб желательно использовать одну и ту же посуду. Сосуды, предназначенные для отбора проб, предварительно тщательно моют, ополаскивают не менее трех раз отбираемой водой и закупоривают стеклянными или пластмассовыми пробками, прокипяченными в дистиллированной воде. Между пробкой и отобранной пробой в сосуде оставляют воздух объемом 5-10 мл. В общую посуду отбирают пробу на анализ только тех компонентов, которые имеют одинаковые условия консервации и хранения.

Отбор проб воздуха. Универсального способа пробоотбора, позволяющего одновременно улавливать из воздуха все загрязняющие вещества, не существует. Выбор адекватного способа отбора определяется, прежде всего, агрегатным состоянием веществ, а также их физико-химическими свойствами.

В воздухе загрязняющие компоненты могут находиться в виде газов (NO, NO₂, CO, SO₂), паров (преимущественно органических веществ с температурой кипения до 230-250 ⁰С), аэрозолей (туман, дым, пыль). Иногда вещества могут находиться в воздухе одновременно в виде паров и аэрозолей. Это преимущественно жидкости с высокой температурой кипения (дибутилфталат, капролактам и др.). Попадая в воздух, их пары конденсируются с образованием аэрозоля конденсации. Аэрозоли конденсации образуются также при некоторых химических реакциях, приводящих к появлению новых жидких или твердых фаз. Например, при взаимодействии триоксида серы с влагой образуется туман серной кислоты; аммиак и хлороводород образуют дым хлорида аммония.

Правильное установление агрегатного состояния вредного вещества в воздухе способствует правильному выбору фильтров и сорбентов и уменьшению погрешности определения, связанной с пробоотбором. Для предварительной оценки агрегатного состояния примесей в воздухе необходимо располагать сведениями об их летучести – максимальной концентрации паров, выраженной в единицах массы на объем воздуха при данной температуре.

При классификации вредных веществ по их агрегатным состояниям в воздухе необходимо учитывать помимо летучести их предельно-допустимые концентрации (ПДК). Например, ртуть по сравнению с бутилацетатом можно считать малолетучей жидкостью; летучести этих веществ при 20 ⁰С соответственно равны 15 и 20 000 мг/м³. Однако в связи с большой разницей в ПДК (0,01 и 200 мг/ м³ соответственно) максимальное содержание в воздухе малолетучей ртути при 20 ⁰С может превышать санитарную норму в 1500 раз, а содержание паров бутилового спирта только в 250 раз. Поэтому агрегатное состояние рекомендуется оценивать по отношению летучести вещества при 20 ⁰С к его ПДК. Если относительная летучесть вещества (например, серной кислоты) ниже ПДК в 10 и более раз, то наличием паров можно пренебречь. В этом случае определяют лишь содержание в воздухе аэрозоля. При значительном превышении ПДК (в 50 и более раз) определяют только пары (например, нафталин). К парам и аэрозолям следует относить вещества, летучесть которых при 20 ⁰С составляет от 10 до 50 ПДК.

При проведении санитарно-химических исследований на производстве пробы отбирают преимущественно аспирационным способом путем пропускания исследуемого воздуха через поглотительную систему. Минимальная концентрация вещества, поддающаяся четкому и надежному определению, зависит от количества отбираемого воздуха.

Многообразие вредных веществ и агрегатных состояний в воздухе обусловливает использование различных поглотительных систем, обеспечивающих эффективное поглощение микропримесей.

Отбор проб почвы. Точечные пробы отбирают методом конверта по диагонали или другим способом, следя за тем, чтобы каждая проба представляла собой часть почвы, типичной для исследуемых почвенных горизонтов и ключевых участков.

Метод конверта является наиболее распространенным способом отбора смешанных почвенных образцов и чаше всего применяются для исследования почвы гумусового горизонта. При этом из точек контролируемого элементарного участка (или каждой рабочей пробоотборной площадки) берут 5 образцов почвы. Точки должны быть расположены так, чтобы мысленно соединенные прямыми линиями, давали рисунок запечатанного конверта (длина стороны квадрата может составлять от 2 до 5 – 10 м). Обычно при изучении почвы отбирают пробы гумусового горизонта с глубины около 20 см., что соответствует штыку лопаты. Из каждой точки отбирают около 1 кг (по объему около 0,5 л), но не менее 0,5 кг почвы. Почвенные образцы упаковывают в полиэтиленовые или полотняные мешочки и прилагают к ним этикетки (сопроводительные талоны).

Объединенную пробу почвы готовят из точечных проб. При определении в почве поверхностно – распределяющихся веществ (ПАУ, тяжелые металлы, радионуклиды и др.) точечные пробы обычно отбирают с помощью трубчатого пробоотборника послойно на глубине 0,5 и 20 см массой до 0,2 кг. При оценке загрязнения почвы летучими соединениями или веществами с высокой способностью к вертикальной миграции (нитрозоамины) пробы отбирают по всей глубине почвенного профиля в герметично закрывающиеся емкости. При невозможности быстрого анализа на месте пробы хранят в условиях, как правило, описанных в методиках анализа.

Определенные трудности возникают при отборе почвы для радиологических исследований, что связано с перераспределением радионуклидов в ландшафтах после поступления из атмосферы. Для снижения влияния рельефа, вида почв и растительности, а также возможности сравнения данных, отбор образцов должен производиться таким образом, чтобы их радиоактивность характеризовала как можно большую территорию, а места отбора были ограничены участками с горизонтальной поверхностью и минимальным стоком. Кроме того, образцы радиоактивных проб должны отбираться с открытых целинных участков в ненарушенной структурой. На обследуемом участке желательно выполнить предварительную гамма – радиометрическую съемку.

Измерения рекомендуется производить на высоте 1 м от поверхности и не ближе 2 – 5 м от стен строений. Одновременно с радиоактивными образцами почвы отбирают и пробы растительности. При изучении миграции радионуклидов в наземных экосистемах каждого ландшафта выбирают наиболее характерные участки на протяжении всего профиля от водораздела к пониженным элементам рельефа. Для отбора образцов закладывают разрезы размером 70х150 см и глубиной 1 – 2 м (в зависимости от типа почв) и отбирают пробы по горизонтали непрерывно по всему разрезу. Толщина отбираемых для радиометрических анализов слоев обычно не превышает 2 – 5 см.

Отбор проб донных отложений. Донные отложения отбирают для определения характера, степени и глубины проникновения в них ЗВ, изучения закономерностей процессов самоочищения, выявления источников вторичного загрязнения и учета воздействия антропогенного фактора на водные экосистемы.

Проба при этом должна характеризовать не столько донные грунты, сколько водный объект или часть за определенный промежуток времени. В водоемах и водотоках точки отбора проб выбирают с учетом распределения донных отложений и их перемещения. Отбор таких проб обязателен в местах максимального накопления донных отложений (места сброса сточных вод и впадения боковых потоков, приплотинные участки водохранилищ), а также в местах, где обмен загрязняющими веществами между водой и донными отложениями наиболее интенсивен (судоходные фарватеры рек, перекаты, участки ветровых волнений). При оценке влияния сточных вод на степень загрязненности донных отложений и динамики накопления ЗВ в них пробы отбирают выше и ниже места сброса в характерные фазы гидрологических режимов изучаемых водных объектов.

Способ отбора проб донных отложений выбирают в зависимости от свойств определяемых веществ и поставленной задачи. Для оценки сезонного поступления ЗВ и их поверхностного распределения в донных отложениях проб отбирают из верхнего слоя, а при исследовании распределения ЗВ по годам донные отложения отбирают послойно. При этом пробы, отобранные на различных горизонтах, помещают в разную посуду. Отобранные пробы хранят в охлажденном состоянии (от 0 до –3^оС) или в замороженном состоянии (до –20^оС).

Отбор проб растительности и животного происхождения. При отборе проб растительности обычно предполагается, что большинство ЗВ оседают на поверхности растительного образца и находятся там в подвижной форме. Частички пыли или почвы, содержащие ЗВ, прилипают прежде всего к листьям, стеблям и плодам, покрытым воскообразным веществом. Рекомендуется отбирать растения, не подвергавшиеся химической обработке. При этом целые растения или их части следует собирать в поле, где они находятся в естественном окружении. Для веществ, которые попадают в растения из почвы (хлорорганические соединения, тяжелые металлы, радионуклиды), необходимо учитывать тот факт, что определяемые соединения могут прочно связываться с внутренними тканями растения. Для их выделения из матриц следует применять специальные методы.

Отбор травы с пастбищ или сенокосных угодий производят непосредственно перед выпасом животных или скашиванием ее на корм. Для этого выделяют 8 – 10 участков площадью 1 – 2 м², расположенных по диагонали. С каждого участка берут по 400 – 550 г и готовят объединенную пробу массой 1 – 1,5 кг. При отборе образцов мелких растений следует брать в лабораторию все растение полностью. Пробы корнеплодов и фруктов берут из одной партии. Из точечных проб составляют объединенную пробу массой 1 – 1,5 кг. Пробы зерна отбирают в 4 – 8 точках из различных из различных мешков. Объединенная проба должна быть не менее 2 кг и хорошо перемешана.

Отбор проб животного происхождения. К отбору проб животного происхождения, в которых предполагается наличие следовых количеств ЗВ, предъявляют особые, дополнительные требования. Важно, чтобы проба была репрезентативной для всего исследуемого организма (человека или животного). В частности, в пробах крови, взятых из различных органов, часто обнаруживаются существенные различия. По этой причине необходимо особенно точно указывать условия отбора проб, в том числе и место отбора в организме. Следует также указывать особенности биологии исследуемых видов, стадию их развития и степень контактов с природной средой.

Пробы тканей могут отбираться отдельно для каждой из особей, как это рекомендуется при обследовании крупных животных, либо усредняются в единый образец.

Моллюсков собирают из расположенных в обследуемом районе водоемов: водохранилищ, прудов, озер, рек, ручьев (желательно по одной пробе из каждого водоема). Каждая проба должна содержать особи одного вида: по 5 – 8 экземпляров половозрелых животных (40 – 80 мм) с общим весом без раковин не менее 50 г. Отобранных моллюсков помещают на фильтровальную бумагу и после удаления заворачивают в фольгу или кальку. Пробы также хранятся до анализа замороженными. Раковины отбирают и анализируют отдельно. Если обследуется один водоем, то пробы собирают с пяти створов, расположенных в разных местах этого водоема.

Для отбора проб тканей рыб их вылавливают в летний период. Отбирают пять экземпляров взрослых щук или окуней (если этих видов нет, то других хищников, обитающих в исследуемом водоеме). Для определения возраста измеряются длина рыб и снимается чешуя, которую упаковывают отдельно. Отбираются пробы мышц с боков и хвоста рыбы, а также икра или молоки.

Иногда для контроля за содержанием ЗВ в воде, в местах сброса сточных вод вылавливают придонных рыб (карп, лещ). В этом случае желательно тех же местах отобрать для обследования и моллюсков.

Особого внимания требуют процедуры отбора крови. Для предотвращения загрязнения тканевой жидкостью существенно, чтобы отбирались пробы только свободно вытекающей крови. На состав образца влияет и положение человека (крупного животного) в ходе отбора пробы. В положении лежа внеклеточная жидкость устремляется в кровеносные сосуды, разбавляя тем самым белки плазмы крови, при этом изменяя концентрации определяемых компонентов могут достигать 20 % и давать ошибочные результаты анализа. При необходимости хранения проб длительное время возникает проблема их стабильности вследствие процессов коагуляции. Следует немедленно после отбора добавить антикоагулянт.

Отбор замороженного или охлажденного мяса производят из однородной партии. Пробу мяса (без жира) от туш берут кусками массой не менее 200 г в области шейных позвонков, лопатки, бедра, мышц спины. Общая масса пробы 1 – 2 кг. В таком же количестве отбирают и образцы исследуемых субпродуктов. При отборе проб мяса птицы из каждой партии отбирают по три тушки. Аналогично отбирают и мясо кроликов. При необходимости пробы замораживают.

Пробы молока берут после тщательного перемешивания, добиваясь полной однородности и не допуская сильного вспенивания. Из серии точечных проб составляют объединенную, объемом 1 л. До начала анализа пробы хранят при температуре +2 - +8 ^оС. При длительном хранении молоко замораживают.

Важно, чтобы количественные параметры любой пробы фиксировались достаточно точно (т. е. с минимальной погрешностью измерения), а сам пробоотбор был максимально экспрессным (например для воздуха – не более 20 – 30 мин, а в рабочей зоне 15 мин.).

Важна также гомогенность пробы отбираемого материала (или потока среды). Рекомендуется отбирать несколько одинаковых проб (минимально 2 – 3, а в рабочей зоне до 5) в одной и той же точке пробоотбора. Количество пробы должно быть достаточным (в соответствии с применяемой методикой анализа).

Все измеряемые характеристики (масса, объем, время, место пробоотбора), а также исходные климатические и другие рабочие условия должны тщательно протоколироваться.

Отбор проб с твердых, гладких и не сорбирующих поверхностей (глина, стекло, кафель, пластмасса, металл, лакокрасочные покрытия и др.) является специфической процедурой. Для этой цели применяют ватно–марлевые или ватные тампоны, смоченные водой или органическим растворителем. Иногда берут мазки или смывы со стен, полов, окон производственных помещений (с площади примерно 0,5 м²), а с поверхности зданий соскабливают внешний слой покрытия толщиной 1 – 2 мм с площади 0,1 – 0,25 м².

Оценка – это сравнение полученных в ходе наблюдения данных с критериями допустимости воздействия. Оценка изменения состояния окружающей среды должна дать ответ на вопрос о неблагополучии положения, чем именно обусловлено такое состояние, помочь определить действия, направленные на оптимизацию состояния окружающей среды.

П

Передвижной (подфакельный) пост предназначен для отбора проб под дымовым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния данного источника. Подфакельные наблюдения осуществляются по специально разрабатываемым программам и маршрутам за специфическими загрязняющими веществами, характерными для выбросов данного предприятия. Места отбора проб при подфакельных наблюдениях выбирают на разных расстояниях от источника загрязнения с учетом закономерностей распространения загрязняющих веществ в атмосфере. Отбор проб воздуха производится последовательно по направлению ветра на расстояниях (0,2 - 0,5); 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 15 и 20 км от стационарного источника выброса, а также с наветренной стороны источника. Наблюдения под факелом проводятся за типичными для данного предприятия ингредиентами с учетом объема выбросов и их токсичности. Отбор проб воздуха при проведении подфакельных наблюдений производится на высоте 1,5 м от поверхности земли в течение 20 - 30, мин не менее чем в трех точках одновременно. В течение рабочего дня под факелом можно отобрать пробы последовательно в 5 - 8 точках.

Подготовка проб к анализу в лаборатории. Развитие технологий экоаналитического контроля объектов окружающей среды в настоящее время идет двумя путями: разработка максимально селективных и чувствительных методов определения индивидуальных веществ или сочетание методов предварительной пробоподготовки (разделения и концентрирования) с неселективными методами определения в “комбинированных” методах анализа. Следует заметить, что применение таких комбинированных методов анализа часто позволяет получать необходимый результат, отвечающий всем метрологическим требованиям, более быстро и с меньшими материальными затратами, чем при использовании уникального и весьма дорогого оборудования.

Задачами пробоподготовки, как правило, являются: гомогенизация, обогащение пробы (концентрирование), удаление мешающих примесей.

Гомогенизация проб особенно важна для твердых (сыпучих) образцов проб и реже жидких. Она обеспечивает воспроизводимость анализа и во многом технически облегчает количественный анализ. Гомогенизацию твердых образцов, как правило, осуществляют путем размола, дробления, измельчения, смешения и т.п. Аналогичные операции применяют для подготовки проб к растворению или химической обработке (модификации), поскольку уменьшение размеров частиц сопровождается увеличением их поверхности и, соответственно, повышением скорости взаимодействия с реагентами.

Наиболее универсальными и наиболее часто применяемыми методами концентрирования является сорбция (абсолютный лидер) и экстракция.

Предпочтительны решения, которые позволяют обойтись минимальным числом операций пробоподготовки. Кроме того, они должны быть адекватны друг другу по точностным параметрам, ведь, как известно, именно пробоотбор и пробоподготовка лимитируют надежность получаемых результатов.

Показатель химического загрязнения (ПХЗ₁₀). Оценка степени загрязнения поверхностных и подземных вод осуществляется по различным химическим, физическим и биологическим показателям. Для совокупной оценки опасных уровней загрязнения водоемов используется суммарный показатель химического загрязнения – ПХЗ₁₀, определяемый по 10 максимально превышающим ПДК ве­ществам. Этот показатель особенно эффективен в тех случаях, когда химическое загрязнение наблюдается сразу по нескольким ингредиентам, каждый из которых многократно превышает ПДК. Расчет ПХЗ₁₀ производится по следующей формуле:

где C_I - концентрация химического вещества в воде; ПДК_I - пре­дельные концентрации, установленные для рыбного хозяйства.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) – предельно допустимая концентрация (ПДК) - это максимальная концентрация примеси, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает и не окажет на него вредного влияния (включая отдаленные последствия) и на окружающую среду в целом. Это нормативы, устанавливающие концентрации вредного вещества в единице объема (воздуха, воды), массы (пищевых продуктов, почвы) или поверхности (кожа работающих), которые при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияют на здоровье человека и не вызывают неблагоприятных последствий у его потомства.

Предельно допустимый уровень (ПДУ) вредного физического воздействия – как правило, устанавливается для шумового и электромагнитного загрязнения.

Принципы проведения мониторинга. 1) Комплексность, т.е. охват всей совокупности природных объектов (атмосферный воздух, воду, почвы, биота, литосфера, экосистемы и геосистемы в целом) и воз­действующих на них факторы (антропогенные и естественные), учет различных процессов, происходящих в природе (физические, хими­ческие, физико-географические и др.), использование всего арсенала методов, которые дают возможность получить необходимую информацию о состоянии окружающей среды. 2) Сопряженность прове­дения наблюдений, т.е. охват одновременно всех или нескольких природных компонентов в пределах одного объекта (территории), хотя во многих случаях это пока нереально. 3) Систематичность слежения за состояни­ем среды и оперативность получения информации. Этому требованию в наибольшей степени отвечают режимные наблюдения - регулярная с определенной периодичностью фиксация хода природных и природно-антропогенных процессов во времени. Полученные данные могут синх­ронно поступать в банк геоинформации и выдаваться потребителю в нужное для него время. 4) Репрезентативность (представительность) объектов (террито­рий) мониторинговых наблюдений. При выборе объектов необходимо учитывать типичность (а в ряде случаев, наоборот, - уникальность) физико-географических условий, направления и степени антропоген­ного воздействия как на региональном, так и на локальном уровнях. 5) Целесообразность проведения одновременных наблюдений по од­ной и той же программе на измененной человеком территории и участ­ках с ненарушенной природой. Такая синхронность необходима для сравнения изучаемых объектов и получения оценки антропогенных из­менений природной среда.

Прогноз – научное предвидение возможного состояния экосистем, определяемое естественными процессами и антропогенными факторами.

Программа мониторинговых наблюдений во многом определяется характером использования территории и типом природно-технических систем. Она предусматривает периодичность измерений в той или иной среде и список загрязняющих веществ и вредных воздействий (измеряемых показателей).

Программа наблюдений за загрязнителями на сухопутных фоновых станциях:

1. В атмосферном воздухе: взвешенные вещества, аэрозольная мутность, озон, СО, СО₂, SО_x, NО_x, SO₄^2-, углеводороды, 3,4-бенз(а)пирен, ДДТ и другие хлорорганические пестициды, Pb, Cd, Hg, As. Определения проводятся ежедневно.

2. В атмосферных выпадениях и снеге определяют Pb, Cd, Hg, As, 3,4-бенз(а)пирен, ДДТ и другие хлорорганические пестициды, рН, главные катионы и анионы. Частота наблюдений: влажные осадки - интегральные пробы за 10 дней и 1 месяц, сухие выпадения - интегральная проба за 1 месяц, снег - интегральная проба на всю глубину перед сходом снежного покрова.

3. В поверхностных и подземных водах, взвесях, донных отложения и почве определяют то же, что и по п. 2, кроме главных катионов и анионов, а также биогенные элементы. Частота наблюдений: вода и взвеси - в характерные гидрологические периоды (половодье, летняя и зимняя межень, дождевые паводки), донные отложения и почва - 1 раз в год.

4. В биологических объектах - Pb, Cd, Hg, As, 3,4-бенз(а)пирен, ДДТ и другие хлорорганические пестициды.