Milieubewakingsmethoden. Aardedetectie op aarde

Omgevingsbewaking (tracking) is het proces waarbij de toestand van verschillende componenten van de omgeving wordt bewaakt en de huidige toestand wordt beoordeeld. Voor een completere en uitgebreidere beoordeling is de juiste organisatie van milieubewaking, de benoeming van gemeenschappelijke criteria en parameters van milieukwaliteit vereist. Milieumonitoring kan zowel regionale als mondiale doelstellingen nastreven. Voorbeelden van milieumonitoring zijn letterlijk overal te vinden.

Wat is milieumonitoring?

Milieumonitoring is een vrij complexe technische en organisatorische milieuactiviteit, waarbij verschillende instanties en ambtenaren zijn betrokken. De informatie die in dit geval wordt verkregen, is zeer divers van aard, inhoud, vormen, volgorde van ontvangst, juridische status en distributiemethoden. In Rusland kan het worden gebruikt door overheidsinstanties, samenstellende entiteiten van de Russische Federatie en lokale afdelingen. Dergelijke informatie is van wetenschappelijke en toegepaste waarde. Er zijn veel voorspellingen op gebouwd, de respons van verschillende natuurlijke en antropogene systemen op verschillende invloeden wordt geschat. Het wordt gebruikt voor federale en gerichte milieuprogramma's.

Milieumonitoring wordt uitgevoerd op stationaire of mobiele punten: speciaal uitgeruste auto's, posten, stations, laboratoria, onderzoekscentra. De ontvangen informatie wordt vervolgens verwerkt. Omgevingsbewakingsmethoden zijn verschillend en afhankelijk van de taken.

Milieuvervuiling

De constante groei van de wereldbevolking, in combinatie met een toename van het materiële welzijn van mensen, verhoogt de druk op het milieu sterk, wat verschillende negatieve gevolgen heeft. De vermindering van natuurgebieden en toegenomen vervuiling zijn de belangrijkste gevolgen van menselijke activiteiten geworden. De belangrijkste factoren van milieuverontreiniging zijn:

• Industriële emissies en effluenten die de kwaliteit van lucht, water en bodem beïnvloeden, hebben een negatieve invloed op de menselijke gezondheid.
• Emissies van broeikasgassen (kooldioxide, methaan, distikstofoxide en andere), die de temperatuur van de lagere atmosfeer, de dikte van de oceanen en de bovenste laag van de aardkorst beïnvloeden.
• Bodemerosie door irrationeel landgebruik. Het leidt tot vervuiling van rivieren en andere wateren door zwevende deeltjes en schadelijke stoffen.
• Huishoudelijk en industrieel afval, dat zowel op zichzelf als in de vorm van vervalproducten schadelijk is. Kan leiden tot ecosysteemvergiftiging en een slechte menselijke gezondheid.
• Invasieve plantensoorten en dieren die vaak grote milieuschade veroorzaken.
• Stralingsvervuiling door ongevallen in kerncentrales, het werk van radiochemische bedrijven, medicijnen en uraniumwinning.
• Bestrijdingsmiddelen en herbiciden die leiden tot water- en bodemverontreiniging, voornamelijk in landbouwgebieden.
• Mijnbouw, die vaak een bron wordt van schadelijk stof en watervervuiling.
• Branden: industrieel, huishoudelijk en bos. Ze zijn een belangrijke bron van luchtverontreiniging en de doodsoorzaak of schade aan ecosystemen.
• Gemorste olie en oppervlakteactieve stoffen door lekken en ongevallen. Ze hebben het meest invloed op de toestand van de zeeën en oceanen, verminderen de verdamping en daarmee de hoeveelheid neerslag.
• In de VS is er het probleem van binnenwaterverontreiniging door drugs. Ze kunnen ook de kwaliteit van vlees of melk aantasten.
• Massale ontbossing is de oorzaak van vervuiling van rivier- en grondwater en kan ook de luchtverontreiniging door stofdeeltjes vergroten. Het leidt tot een afname van verdamping en regenval, heeft een negatief effect op het klimaat, waardoor de continentaliteit toeneemt.

Milieueffectbeoordeling

Het onderzoek heeft tot doel na te gaan of economische activiteiten in overeenstemming zijn met de milieuwetgeving. Meestal toegepast op nieuwe projecten, waarvan de uitvoering het milieu kan beïnvloeden. Ecologische expertise kan staat en publiek zijn. Op basis van de resultaten wordt een conclusie getrokken over de ontvankelijkheid of niet-ontvankelijkheid van het project. Maar zelfs als dit project een milieuanalyse heeft doorstaan, kan milieumonitoring worden georganiseerd in de gebouwde faciliteit.

Geschiedenis van omgevingsmonitoring

Voor het eerst werd milieumonitoring besproken in 1971 in het wetenschappelijk comité voor milieuproblemen, en vervolgens in 1972 op de VN-milieuconferentie in Stockholm. De relevantie van dergelijke monitoring werd in deze jaren besproken in de USSR. Hiervoor werd voorgesteld om een ​​systeem van biosfeerreserves te creëren.

In de jaren 70 leverden Sovjetwetenschappers een grote bijdrage aan de ontwikkeling van ideeën over de principes van milieumonitoring. In dit proces nam het hoofd van het Hydrometeorologisch Centrum, Yu.A. Israel, actief deel. Samenvattend werk over dit onderwerp werd in 1975 gepubliceerd onder het auteurschap van Academicus I.P. Gerasimov, die drie controlestadia noemde:

1. Op het eerste niveau van monitoring zou volgens hem de meeste aandacht moeten worden besteed aan observaties van de toestand van het milieu en de effecten op de menselijke gezondheid. De belangrijkste indicatoren voor deze fase moeten indicatoren zijn voor iemands reactie: incidentie, gemiddelde levensverwachting, geboortecijfer en mortaliteit, enz.
2. Het tweede niveau omvat het monitoren van meer algemene indicatoren: biologische productiviteit, massa en energiemetabolisme, enzovoort. Dergelijke observaties moeten worden uitgevoerd in speciale ziekenhuizen, oefenterreinen, enz.
3. Het doel van de derde fase is het monitoren van grootschalige processen en hoeveelheden: het afstoffen van de atmosfeer, oceaanverontreiniging, het wereldwijde waterdampgehalte, etc.

Taken en objecten van omgevingsbewaking

Omgevingsbewaking is ontworpen om de volgende problemen op te lossen:

• Regelmatige monitoring van het milieu en de vervuiling.
• Voorspellen en beoordelen van de milieusituatie, vooral met betrekking tot klimaatverandering.

Het volgen van objecten kan zijn:

• De omgeving en zijn componenten (atmosfeer, hydrosfeer, biosfeer, lithosfeer, urbosphere).
• De kwaliteit van de omgeving, waarvan de verandering negatieve gevolgen kan hebben.
• Bepaalde soorten antropogene activiteiten die anderen kunnen schaden.
• Bedrijven, stortplaatsen, technologieën, kerncentrales, enz.
• Door de mens veroorzaakte rampen: olielekkages, branden, ongevallen, incidenten en andere gevaarlijke verschijnselen van natuurlijke of door de mens veroorzaakte aard.
• Beschermde natuurgebieden.

Diverse milieuorganisaties, onderzoeksinstituten, overheidsinstanties (zowel federaal als lokaal), publieke verenigingen, bedrijven en andere economische entiteiten, internationale wetenschappelijke organisaties (bijvoorbeeld NASA) kunnen milieumonitoring uitvoeren.

Soorten monitoring

De monitoring is qua dekking onderverdeeld in lokaal, regionaal, nationaal en mondiaal.

• Wanneer ze lokaal zijn, bewaken ze kleine gebieden van elke plaats.
• Wanneer regionale waarnemingen worden uitgevoerd op regionale schaal.
• Bij nationale tracking uitgevoerd op het grondgebied van een bepaalde staat.
• Wereldwijde milieumonitoring omvat het volgen van grootschalige processen die van internationaal belang zijn.

Volgens het object van waarneming kan het basaal, biosferisch, atmosferisch, hydrologisch, bodem, straling, hygiënisch, geobotanisch, zoölogisch, enz. Zijn.

De belangrijkste methoden voor milieumonitoring

Momenteel vallen milieumonitoringsmethoden in 2 hoofdcategorieën:

1. Grondwaarnemingen (fysisch-chemisch, bio-indicatie, meteorologisch, fotografisch, medisch, enz.).
2. Externe methoden voor omgevingsbewaking (satellietwaarneming, volgen vanaf drones, enz.).

Uiteraard worden in het eerste geval lokale en regionale processen vaker beoordeeld, en in het tweede geval grootschalig en mondiaal.

Satellietbewaking

Teledetectie van de aarde maakt gebruik van satellietgegevens, gegevens van vliegtuigen, drones, schepen. Satellietgegevens bieden een zo breed mogelijke dekking van het bestudeerde object en worden daarom vaak gebruikt om informatie te verkrijgen over wereldwijde veranderingen in het milieu. In lucht- en ruimtevaartbeelden is de schaal van ontbossing, verstedelijking, stofvervuiling van de atmosfeer, smeltend ijs enz. Duidelijk zichtbaar Gegevens van infrarooddetectoren geven informatie over de temperatuur van verschillende delen van het aardoppervlak en schatten het albedo. Reflectie van radiogolven en ultraviolette straling van het wateroppervlak geeft informatie over olieverontreiniging van de oceanen.

Teledetectie van de aarde wordt een steeds populairder type onderzoek in de ecologie.

Maar satellietmonitoring kan ook worden gebruikt om de situatie op lokaal niveau te volgen. Zo bieden lucht- en ruimtevaartbeelden informatie over de toestand van bossen, over de situatie met bosbranden, brandpunten van onweer, enzovoort, wat voldoende kan zijn om bepaalde praktische beslissingen te nemen. Om hoogwaardige en nauwkeurige beelden te verkrijgen, kunnen drones worden betrokken.

Biologische methoden

Biologische milieubewakingsmethoden zijn terrestrische volgmethoden. Ze worden ook bio-indicatie genoemd. Het belangrijkste doel van een dergelijke monitoring zijn biologische objecten: soorten, gemeenschappen, ecosystemen, voedselketens, enz. Voor de analyse wordt gebruik gemaakt van feiten zoals de verspreiding van een soort, een verandering in het aantal of volledige verdwijning of verschijning in een nieuw gebied. In geobotanische studies volgen ze de verandering in het bereik van bepaalde soorten, de dynamiek van biomassa, bio-productiviteit, hoogte- en breedteverdeling van soorten en gemeenschappen, enz.

Bio-indicatoren kunnen zijn: de breedte van de jaarringen, vergeling van de bladeren, drogen van de stand, de hoogte van de bomen, de aanwezigheid van onkruid (pioniersoorten) en andere tekenen.

Biologische monitoring omvat alle niveaus - van moleculair en cellulair tot wereldwijd. Voor onderzoek worden, afhankelijk van de taken, laboratoria, expeditionaire studies georganiseerd.

Voordat biologische monitoring wordt uitgevoerd, is het noodzakelijk om een ​​methodologie voor de implementatie ervan te ontwikkelen en de benodigde gegevens te verkrijgen, omdat verschillende biologische systemen verschillend reageren op verschillende soorten blootstelling. Er worden organismen of ecosystemen geselecteerd die het meest gevoelig zijn voor menselijke impact. Dergelijke organismen worden indicatoren genoemd. Dankzij het gebruik van biotesten worden diagnostische criteria geselecteerd om de impact van een factor op het studiegebied te beoordelen.

Biologische monitoring maakt dus gebruik van de bio-indicatiemethode. Uiteraard zal de nauwkeurigheid van dergelijke onderzoeken lager zijn dan bij het gebruik van fysieke methoden. Maar tegelijkertijd zullen ze het mogelijk maken om de totale schade die door antropogene activiteiten aan natuurlijke ecosystemen wordt veroorzaakt, te beoordelen, die niet met andere methoden kan worden bereikt. Dientengevolge zal het mogelijk zijn om te isoleren van het complex van effecten die het meest significant zijn voor de toestand van het milieu en passende maatregelen te nemen om de antropogene belasting te verminderen. Om mogelijke schade aan de volksgezondheid te beoordelen, verdient het de voorkeur toxicologische monsters te analyseren, die betrekking hebben op fysisch-chemische monitoringmethoden.

Voor bio-indicatie worden meestal vissen, micro-organismen en algen gebruikt. Het is ook bekend dat rivierkreeften de voorkeur geven aan zuiver water en daarom een ​​goede indicator zijn voor besmetting. Hetzelfde geldt voor sommige soorten korstmossen, die ook het onderwerp zijn van bio-indicatie.

Biologische monitoringcapaciteiten

Bio-indicatie van de omgeving is geschikt voor de volgende taken:

• Compilatie van een uitgebreide beoordeling van de antropogene impact op de aard van de bestudeerde regio.
• Identificeer accidentele of latente emissies, inclusief opzettelijke verkeerde voorstelling door management van informatie over hun eigen emissies.
• Laat de gevoeligheid van organismen voor uitgestoten verontreinigende stoffen of andere schadelijke effecten beoordelen.
• Toon het responspercentage van biosystemen en de schaal ervan.
• Ze maken het mogelijk de foci van vervuiling en de concentratie van schadelijke onzuiverheden in kaart te brengen.
• Ze stellen u in staat om de mate van gevaar van specifieke verontreinigende stoffen voor het milieu en met grote waarschijnlijkheid voor mensen te beoordelen.
• Ze helpen bij het rantsoeneren van de maximaal toelaatbare milieubelasting en nemen indien nodig maatregelen om deze te verminderen.

Laboratoriummethoden, bemonstering

Fysisch-chemische methoden voor milieumonitoring zijn meestal laboratorium. De analyse begint met bemonstering van lucht, grond of water, en vervolgens met behulp van speciale apparatuur, anazize voor de inhoud van verontreinigende stoffen. Het wordt ook instrumentele analyse genoemd.

Fysicochemische methoden zijn als volgt:

• chromatografische indicatie;
• infraroodspectrometrie;
• fluorimetrische methoden;
• elektrochemische methoden;
• massaspectrometrische methoden;
• lichtgevende analyse;
• radio engineering methoden.

Chromatografische methoden

Deze methoden worden vaak gebruikt om verontreinigingen te detecteren, vooral bij het analyseren van vloeistoffen. De meest populaire zijn gas-vloeistof, dunne-laag-, vloeistof- en ionchromatografie. De dunne laag is gemakkelijk uit te voeren en wordt gebruikt om pesticiden en organische verontreinigende stoffen te detecteren. Gas-vloeistof is effectiever bij de analyse van vluchtige organische stoffen. Vloeistofchromatografie wordt gebruikt om niet-vluchtige chemische verbindingen te detecteren.

Detectoren met hoge gevoeligheid op basis van verschillende fysisch-chemische methoden maken het mogelijk om zelfs kleine hoeveelheden onzuiverheden te detecteren, wat belangrijk is bij het detecteren van zeer giftige verbindingen. In combinatie met chromatografische technieken kunnen massaspectrometrie en infraroodspectrometrie een goed resultaat opleveren voor het identificeren van complexe combinaties van verontreinigingen. Dit soort analysers maakt verbinding met krachtige computers. Met hun hulp kunt u gevaarlijke stoffen zoals dioxines, polychloorbifenylen, nitrosaminen en giftige pesticiden detecteren.

Ionenchromatografie wordt gebruikt om de verhouding van kationen tot anionen te analyseren.

Spectrofotometrie

Deze methode maakt gebruik van infraroodstraling. Een analyse van de absorptie-, reflectie- en verstrooiingsspectra maakt het mogelijk om de aanwezigheid en concentratie van onzuiverheden redelijk nauwkeurig te bepalen. Met een catalogus van spectra van verschillende stoffen is het eenvoudig om te bepalen welk type verontreinigende stof of nuttige stof in een monster of product aanwezig is. Het infraroodspectrum maakt het mogelijk om zelfs eigenschappen als dichtheid, deeltjesgrootteverdeling, caloriegehalte van voedselproducten en zaadkieming te bepalen.

Lichtgevende methode

Dit is een van de meest gevoelige manieren om verontreinigende stoffen te identificeren. Hiermee worden sporenhoeveelheden van zowel organische als anorganische onzuiverheden in luchtmonsters bepaald. Het kan worden gebruikt om de hydrosfeer en de biosfeer te bewaken en om het gehalte aan sporenelementen, organische verbindingen en de hoeveelheid schadelijke stoffen te bepalen.

De luminescente methode kan worden gebruikt als het nodig is om de aanwezigheid van polyaromatische koolwaterstoffen of hun derivaten te detecteren. Om de concentratie van een stof te berekenen, wordt een fenomeen zoals luminescentie-uitdoving gebruikt.

Niet alle verbindingen worden echter met deze methode bepaald. Soms wordt een chemische reactie uitgevoerd, met behulp waarvan de oorspronkelijke verbinding wordt veranderd, zodat luminescentie deze kan detecteren.

Elektrochemische methoden

Voor hun implementatie worden elektroden gebruikt: anode en kathode. De kathode is vaak een kwikdruppel-elektrode met een constant bijgewerkt oppervlak, waardoor polarogrammen kunnen worden verkregen en een effectieve analyse kan worden uitgevoerd. Deze methode is alleen geschikt voor het detecteren van metaalionen, organische stoffen, carbonylverbindingen, peroxiden, epoxiden en andere. Om deze reden kan het niet als universeel worden beschouwd, maar is het eerder selectief.