Наземные наблюдения. Глобальный мониторинг водных объектов проводится в биосферных заповедниках с помощью сети из 20–40 станций – это комплексная программа, рассчитанная на охват всех биомов Земли. Эта сеть представляет собой интегрированную систему наблюдений, включающую диагностику различных компонентов окружающей среды, таких как атмосфера, атмосферные осадки, снежный покров, водные объекты, почва и биологические объекты в рамках единой целостной программы.

Основные аспекты мониторинга водных объектов:

- типы наблюдений: мониторинг качественных и количественных характеристик поверхностных и подземных вод;

- донные отложения: анализ отложений, накапливающихся на дне водоемов, для понимания исторических тенденций загрязнения и качества отложений;

- взвешенные осадки: мониторинг частиц, взвешенных в толще воды, которые могут переносить загрязняющие вещества;

- обнаруживаемые загрязняющие вещества (тяжелые металлы): свинец, ртуть, кадмий и мышьяк. Эти металлы токсичны и могут оказывать серьезное воздействие на экосистемы и здоровье человека;

- органические загрязнители: бензапирен, ДДТ и хлорорганические соединения. Они устойчивы в окружающей среде и могут биоаккумулироваться в пищевой цепи;

- биогенные элементы: элементы, которые необходимы для жизни, но могут вызывать эвтрофикацию и другие экологические нарушения, если присутствуют в чрезмерных количествах [4; 6].

Мониторинг воды и взвесей проводится в характерные гидрологические периоды, такие как половодье, межень и паводки. Это гарантирует, что данные отражают изменения в качестве воды в течение различных сезонных и гидрологических явлений. Донные отложения анализируются один раз в год для оценки накопления загрязняющих веществ с течением времени и обеспечения долгосрочной перспективы прогнозирования качества донных отложений.

 

 

Методы анализа мониторинга водных объектов:

- химический анализ: определение химического состава воды, осадков и других образцов окружающей среды для выявления и количественного определения загрязняющих веществ;

- физико-химический анализ: сочетание физических и химических методов для анализа свойств и загрязняющих веществ в образцах окружающей среды.

Дополнительные контрольные параметры:

- химическая потребность в кислороде (ХПК): измеряет количество кислорода, необходимое для окисления органических и неорганических веществ в воде, что указывает на уровень загрязнения;

- биохимическая потребность в кислороде (БПК): измеряет количество кислорода, необходимое микроорганизмам для разложения органических веществ в воде, обеспечивая индикацию уровня органического загрязнения.

Эта система комплексного мониторинга позволяет тщательно оценить, как количественный, так и качественный состав загрязняющих веществ, присутствующих в водных объектах. Включая в себя различные виды наблюдений и аналитические методы, она позволяет получить целостное представление об экологическом состоянии биосферных заповедников. Такой комплексный подход обеспечивает всесторонний мониторинг состояния водных объектов, что позволяет эффективно управлять и сохранять их.

Биоиндикационные методы. Методы биоиндикации применяют живые организмы для оценки здоровья и качества окружающей среды, в частности, водных объектов. Наблюдая за видовым составом и обилием обитателей, биоиндикаторы дают представление об экологических условиях.

Биоиндикация – важный инструмент экологического мониторинга и оценки, предлагающий комплексный подход к пониманию воздействия различных факторов на водные экосистемы. Изучая различные уровни биоиндикации, от биохимических реакций до изменений в экосистеме, ученые и экологи могут выявлять и реагировать на экологические стрессы, обеспечивая устойчивость водных объектов.

Биоиндикационных реакции живых организмов подразделяются на: биохимические, физиологические, аналитические, морфологические, биоритмические, поведенческие, флористические и фаунистические изменения, популяционные, биогеоценотические и экосистемные изменения.

Биохимические реакции: изменение активности ферментов, изменение метаболических процессов, накопление специфических токсикантов в тканях или органах.

Физиологические реакции: изменения скорости дыхания, нарушение процессов фотосинтеза и других жизненно важных физиологических процессов, которые могут указывать на стресс, вызванный загрязняющими веществами или другими факторами окружающей среды.

Аналитические реакции: количественные измерения специфических биомаркеров или загрязняющих веществ в организмах.

Морфологические реакции: наблюдаемые изменения в физической структуре организмов, такие как деформации, аномалии роста или изменение цвета.

Биоритмические реакции: изменения в естественных ритмах, таких как циркадные ритмы, репродуктивные циклы и сезонное поведение.

Поведенческие реакции: изменения в поведении, включая привычки питания, брачное поведение, миграцию и реакцию избегания.

Флористические изменения: изменения в видовом составе растений, включая появление или исчезновение определенных водорослей, макрофитов или других водных растений.

Фаунистические изменения: изменения в видовом составе животных, например, сдвиги в популяциях рыб, беспозвоночных и других представителей водной фауны.

Популяционные изменения: изменения численности популяций отдельных видов, изменения полово-возрастного соотношения и другие указывающие на общее состояние популяций.

Биогеоценотические изменения: изменения в структуре и функционировании биотических сообществ в экосистеме, включая отношения хищник-жертва и динамику конкуренции.

Экосистемные изменения: широкие изменения в структуре и функции экосистемы, такие как изменения в круговороте питательных веществ, потоке энергии и стабильности экосистемы.

Физико-химические методы. Физико-химический анализ воды предполагает систематический подход к отбору проб для обеспечения точности и актуальности собранных данных.

Методы отбора проб делятся на три вида:

- однократный отбор проб. Сбор пробы воды, необходимого для анализа отбирается один раз. Цель этого метода заключается в быстром получении данных при маловероятных изменений качества воды;

- интервальный отбор проб. Взятие проб через регулярные промежутки времени из одного и того же места в водоеме. Применим для мониторинга временных изменений качества воды, выявления суточных колебаний или отслеживания рассеивания загрязняющих веществ во времени;

- пространственный отбор проб. Одновременный сбор проб из разных мест водоема. Применим для понимания пространственной изменчивости качества воды, особенно в больших или неоднородных водоемах, где может происходить локальное загрязнение.

Особенности отбора проб в различных водных объектах может значительно отличаться на разных участках из-за ограниченного водного потока, разности глубины и потенциальных вторичных источников загрязнения. К примеру, отбор проб на разных глубинах очень важен, поскольку стратификация (например, термические слои) может влиять на такие параметры качества воды, как температура, растворенный кислород и концентрация питательных веществ.

Сразу после отбора проб необходимо задокументировать следующее: точная дата и время отбора проб, погодные условия, конкретные координаты места. Надлежащая документация и методология обеспечивают последовательную повторяемость процесса отбора проб. Подробные записи позволяют соотнести физико-химические данные с условиями окружающей среды и потенциальными источниками загрязнения.

Следуя этим рекомендациям, исследователи и ученые-экологи могут получить надежные данные, которые точно отражают физико-химические характеристики исследуемого водного объекта, что позволит принимать обоснованные решения и эффективно управлять качеством воды.

Дистанционное зондирование. Дистанционное зондирование подразумевает регистрацию электромагнитного поля без непосредственного контакта и интерпретацию полученных изображений. Этот подход дает такие преимущества, как возможность получения данных в разных масштабах и в разное время. Методы дистанционного зондирования для мониторинга окружающей среды делятся на активные и пассивные. Оба типа основаны на взаимодействии электромагнитных волн оптического диапазона с физическими объектами и их передаче через вакуум, атмосферу и водную среду.

Пассивные методы. Визуальные наблюдения – самый простой и прямой оптический метод изучения Земли из космоса. Он предполагает использование приборов, работающих в видимом диапазоне электромагнитного спектра. К таким приборам относятся: кадровые, панорамные, целевые фотокамеры, телевизионные камеры. Телевизионные камеры используют специальную передающую электронно-лучевую трубку для преобразования оптического изображения в электронный сигнал, который может быть передан на Землю и реконструирован в визуальное изображение. Многодиапазонная фотография дает одновременную съемку изображений в нескольких диапазонах длин волн (различных полосах). Эта техника позволяет анализировать различные особенности поверхности и материалы, которые по-разному отражают или поглощают свет в этих диапазонах.

Визуальное наблюдение с помощью оптических приборов остается основным и широко используемым методом наблюдения Земли из космоса, обладающим надежностью, хорошим разрешением изображений и высокой информативностью. Несмотря на ограничения, такие как облачность и необходимость дневного света, он обеспечивает надежные, высокоразрешающие и высокоинформативные данные, необходимые для различных научных, экологических и практических приложений.

Активные методы. Активные методы, используемые при дистанционном зондировании: микроволновые радары и лидары.

Преимущества:

- независимость от погодных условий: микроволновые радары и лидары не подвержены влиянию погодных условий и перепадов освещенности. Они могут эффективно работать в условиях облачности, дождя или тумана;

- проникновение: они могут проникать сквозь поверхностные слои, включая растительность и некоторые типы рельефа, позволяя получить представление о структурах под поверхностью. Это делает их ценными для таких областей применения, как геологическая съемка, лесное хозяйство и мониторинг влажности почвы;

- непрерывный мониторинг: активные методы позволяют вести непрерывный мониторинг, поскольку они не зависят от естественных источников света;

- автономная работа: они могут работать автономно, обеспечивая сбор данных в реальном или близком к реальному времени, что является преимуществом для таких приложений, как наблюдение, мониторинг стихийных бедствий и мониторинг окружающей среды.

Недостатки:

- низкое разрешение: одним из основных недостатков является относительно низкое разрешение изображений, получаемых микроволновыми радарами и лидарами. Это может ограничить их пригодность для приложений, требующих высокой пространственной детализации, таких как городское планирование или мониторинг инфраструктуры в небольших масштабах;

- ограниченный масштаб изображения: масштаб изображений, генерируемых этими системами, часто невелик, что означает, что они не могут охватить большую территорию за одно сканирование. Это может быть недостатком для крупномасштабного картографирования или мониторинга, так как может потребоваться многократное сканирование и сшивание изображений вместе;

- сложная интерпретация данных: интерпретация данных, полученных с помощью микроволновых радаров и лидаров, может быть сложной, требующей сложных алгоритмов и опыта для извлечения значимой информации;

- стоимость: приобретение, развертывание и обслуживание этих систем может быть дорогостоящим, что может ограничить их доступность.

В целом, хотя микроволновые радары и лидары предлагают уникальные возможности для дистанционного зондирования, их пригодность зависит от конкретных требований [4; 6].