Доклад "ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ"
статья по экологии (11 класс) на тему

ДОКЛАД «ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ»

Автор: Родина Ирина Геннадьевна,

учитель химии и экологии

высшей квалификационной категории

МБОУ «Гимназия №1»

Рузаевского муниципального района

Республики Мордовия

Экологический  мониторинг – это  система  контроля  антропогенных  загрязнений  окружающей  среды. Природные  экологические  системы  тесно  взаимосвязаны  друг  с  другом. Это  предопределяет  сложность  и  необходимость  учёта  различных  природных  и  химических  факторов  при  контроле  качества  окружающей  среды  методами  классической  и  современной  аналитической  химии.

Экология, загрязнения  окружающей  среды, экологический  мониторинг, экологическая  химия – часто  встречающиеся  в  наше  время  слова  и  сочетания, выражающие  всеобщую  озабоченность  состоянием  природной  среды. Первопричина  возникновения  проблемы – обнаружение  в  экологических  системах, прежде  всего  в биосфере, интенсивных  и  тревожных  изменений, вызванных  деятельностью  человека, антропогенных  изменений. Из  большого  числа  вредных  факторов  отметим  выброс  в  биосферу  химически  чуждых  природе  веществ, физически  активных  веществ, пыли, аэрозолей, повышение  температуры  биосферы, энергетическое  загрязнение, биологическое  и  физическое  воздействие  на  неё. Для  оценки  степени  негативных  изменений  осуществляют  экологический  мониторинг – систему  наблюдений  и  контроля  за  изменениями  в  составе  и  функциях  различных  экологических  систем.

Экологический  мониторинг – это  серьёзная  и  сложная  проблема. Уровни  её  организации  различны. Он  может  осуществляться  в  глобальном, национальном, региональном  и  локальном  масштабах. Изучение  и  контроль  состояния  окружающей  среды  включают  исследования  таких  природных  ресурсов, как  разнообразие  воды, атмосферный  воздух, почвы, совокупность  этих  систем  с  точки  зрения  определения  в  них  загрязняющих  химических  веществ, нарушающих  сложившееся  экологическое  равновесие  в  природе. Здесь  чётко  просматривается  химическая  сущность  обсуждаемой  проблемы: с  этой  точки  зрения  можно  говорить  и  о  химическом  мониторинге. Без  химического  анализа  здесь  не  обойтись. Поэтому  в  экологический  мониторинг  включают  различные  химические, физико-химические  и  биологические  методы  анализа. Речь  идёт  о  некотором  глобальном  химико-аналитическом  исследовании  с  помощью  различных  методов  аналитической  химии – науке  о  методах  анализа.

Результаты  аналитических  определений  и  измерений  рассматривают  уже  в  рамках  экологического  мониторинга. Это  даёт  информацию  о  загрязнении  биосферы  различными  несвойственными  природе  загрязняющими  веществами, которые  собирательно  называют  ксенобиотиками. Данные  экологического  мониторинга  используют  для  всестороннего  анализа  состояния  окружающей  среды  и  определения  стратегии  управления  им, для  регулирования  её  качества, для  определения  так  называемых  допустимых  экологических  нагрузок  на  природные  системы. Степень  ответственности  очень  велика, поскольку  указанные  факторы, и  в  первую  очередь  химические, способны  вызвать  геофизические  и  геохимические  изменения: возможное  изменение  климата, закисление  природных  вод  кислотными  дождями, загрязнение  Мирового  океана  и  нарушение  баланса  углекислоты  в  нём, нарушение  озонового  слоя.

Основой  экологического  мониторинга  является  совокупность  различных  химических  наук, каждая  из  которых  нуждается  в  результатах  химического  анализа, поскольку  химическое  загрязнение – основной  фактор  неблагоприятного  антропогенного  воздействия  на  природу. Целью  аналитической  химии  является  определение  концентраций  загрязняющих  веществ  в  различных  природных  объектах. Ими  являются  природные  сточные  воды  различного  состава, донные  отложения, атмосферные  осадки, воздух, почвы, биологические  объекты.

Экологическое  нормирование.

Регулирование  качества  природной  среды  основано  на  определении  экологически  допустимого  воздействия  на  неё, когда  самоочищение  природы  ещё  способно  работать. Определёнными  нормами  такого  щадящего  воздействия, являются  установленные  медиками-токсикологами  предельно  допустимые  концентрации (ПДК) загрязняющих  веществ, не  вызывающие  нежелательных  последствий. ПДК  достаточно  малы. Они  должны  быть  меньше  тех  концентраций, которые  начинают  вредить  здоровью, так  как, во-первых, установить  слишком  низкое  значение  ПДК  нельзя, потому  что  окажется  невозможным  соблюдение  этих  ПДК  и  контроль  за  ними. К  тому  же  растения  и  животные  могут  быть  чувствительнее  человека  к  загрязнениям. Во-вторых, почти  все  загрязнения  могут  увеличивать  свою  концентрацию, проходя  по  пищевым  цепям, так  как  не  выводятся  из  организма.

ПДК  устанавливается  для  различных  объектов – воды, воздуха, почв.

Перечень  и  количество  выбрасываемых  в  окружающую  среду  загрязняющих  веществ  чрезвычайно  велик. Прежде  всего, наблюдению  должны  подлежать  вещества, выброс  которых  носит  массовый  характер. Это, например, диоксид  серы, монооксид  углерода, пыль, нефтепродукты, ПАВ, пестициды. Обязательно  следует  контролировать  и  самые  токсичные  вещества, отличающиеся  наиболее  низкими  ПДК. Это  позволяет  сформировать  список  приоритетных  загрязнений, которые  следует  определять  в  первую  очередь.

Например, большинство  загрязнений  воздуха  имеют  ПДК  0,005 – 0,1 мг/м3. В  них  попадают  V2 O5, неорганические  соединения  мышьяка  As, хрома  Cr (6), ацетоферон, стирол  и  другие.

Для  небольшого  перечня  веществ  ПДК  ещё  ниже: Hg (ртуть) 0,0003 мг/м3, Рb (свинец) 0,0007 мг/м3, карбонилникель 0,0005 мг/м3, бензапирен 0,000001 мг/м3.

Основное  количество  нормируемых  загрязняющих  веществ  для  воды  водоёмов  имеют  ПДК 0,1-1,0 мг/л. Для  многих  токсичных  веществ  ПДК  0,001- 0, 003 мг/л. Это  неорганические  соединения  селена Se, ртути Hg. Для  особенно  опасных  токсичных  веществ, такие  как  растворимые  соли  сероводородной  кислоты, активный  хлор, бензапирен, N- нитрозоамины, диоксины  в  качестве  норматива  установлено  их  полное  отсутствие  в  воде.

Для  оценки  опасности  загрязнения  следует  иметь  некий  образец  для  сравнения. Эту  функцию  выполняют  исследования, проводимые  в  биосферных  заповедниках. Сводка  об  определяемых  в  них  загрязняющих  веществах  определена  в  таблице 1.

ТАБЛИЦА 1. Химические  вещества, подлежащие  определению

    в   природных  средах  в  биосферных  заповедниках.

Необходимо  применять  мощные, чувствительные  методы  анализа, чтобы  контролировать  концентрации, меньшие  ПДК. Иногда  концентрация  загрязняющего  вещества  настолько  мала, что  традиционным  способом  её  не  удаётся  определить, а  сделать  это  всё  равно  нужно. Действительно, охрана  окружающей  среды – вызов  аналитической  химии.

Аналитическая  химия  и  экологический  мониторинг.

Высокоэффективные  методы  контроля  состояния  окружающей  среды  исключительно  важны  для  диагностики  токсикантов. Важно, чтобы  предел  обнаружения  загрязняющих  веществ  был  не  ниже  0,5 ПДК. Кроме  того, например, при  определении  основных  компонентов  атмосферного  воздуха – кислорода, углекислого  газа, озона  требуется  высокая  точность. Многокомпонентность  осложняет  определение  загрязняющих  веществ. В  связи  с  большим  количеством  анализов, всё  большее  значение  приобретают  автоматические  и  дистанционные  методы  анализа.

Примером  является  аналитическая  химия  природных  и  сточных  вод. Так  актуальность  определения рН  вод  Мирового  океана  иллюстрирует  схема 1.

СХЕМА 1. Схема  обмена  углерода  С  между  его  соединениями  в  океане.

Атмосфера

СО2

Водные  растения                         СО2        Н2СО3       НСО3 -        СО3 2-

Растворённые

 органические                                 Животные                      Вода

  вещества                                        

                              Остатки

                              организмов                                   СаСО3          СаСО3         

                                                                                      крист.             раств.

Органические                                                                        СаСО3 

вещества                                                                                   тв.

                                              Донные  отложения                         

Видно, что  существует  совокупность  сложных  процессов, между  находящимися  в  воде  ионами  и  молекулами, атмосферным  СО2  и  твёрдым  СаСО3. Это  приводит  к  образованию  буферной  системы  с  рН 8,0-8,4. Отклонение  от  этого  оптимального  значения рН может  привести к  крайне  нежелательным  последствиям.

Подготовка  к  анализу  объектов

окружающей  среды.

Специфика  объектов  окружающей  среды  как  объектов  химического  анализа  заставляет  подчеркнуть  их изменяющийся  состав, многокомпонентность  и  многофазность. Множество, протекающих  в  природной  среде  химических, биохимических, биогеохимических  процессов  предполагает  сложность  химико-аналитических  исследований.

Принципиально  важны  пробоотбор, сохранение  и  консервация  проб  и  пробоподготовка, необходимая  для  переведения  всех  компонентов  пробы  в  форму, удобную  для  проведения  анализа. Например, при  учёте  всех  форм  нахождения  металла  в  водах  можно  определить  растворимые  металлы (в  фильтрате  пробы, подкисленном  HNO3), суспендированные  металлы (после  кислотного  озоления – «мокрого  сожжения»  кислотами – окислителями  осадка  на  фильтре), общие  металлы (после  мокрого  сожжения  всей  пробы), экстрагирующиеся  металлы (анализ  фильтрата  после  обработки  пробы  смесью HNO3  и  HCl). Необходимо  учитывать  способность  тяжёлых  металлов  к  гидролизу  и  гидролитической  полимеризации  и  лигандный  состав  природных  вод.

Методы  определения  

загрязняющих  веществ.

Для  решения  этой  задачи  используют  инструментальные  методы  современной  аналитической  химии, основанные  на  измерении  различных  физических  свойств  определяемых  веществ  или  продуктов  их  химических  превращений  с  помощью  физических  и  физико-химических  приборов.

Спектроскопические  методы  анализа  основаны  на  использовании  взаимодействия  атомов  или  молекул  определённых  веществ  с  электромагнитным  излучением  широкого  диапазона  энергий. Это  может  быть  гамма-кванты, R-излучение, у/ф,  и/к,  видимое, микроволновое, радиоволновое  излучение. Сигналом  может  быть  испускание  или  поглощение  излучения.

Ценную  информацию  в  изучении  вод  представляют  электрохимические  методы  анализа: потенциометрия, полярографические  и  кулонометрические  методы.

Исключительное  мощное  средство  контроля  загрязнения  различных  объектов  окружающей  среды – хроматографические  методы, позволяющие  анализировать  сложные  смеси  компонентов. Наибольшее  значение  приобрели  тонкослойная, газожидкостная, жидкостная  и  ионная  хроматография.

При  анализе  смесей  сложного  состава  особенно  эффективно  сочетание  хроматографии  с  ИК-спектроскопией  и  особенно  с  масс-спектроскопией. Обычно  приборы  такого  типа  оснащены  компьютером.

Химическая  информация  о  качестве  окружающей  среды  очень  важна. Однако  даже  все  аналитические  методы  не  в  состоянии  охватить  функциональное  разнообразие  загрязняющих  веществ. Не  дают  они  и  прямой  информации  об  их  биологической  опасности. Это  задача  биологических  методов. Результаты  наблюдений  за  изменениями  состояния  биосферы  используют  для  оценок  и  прогноза. Это  грандиозная  и  одна  из  серьёзнейших  проблем  предопределяет  высокую  требовательность  к  правильности  результатов  химико-аналитического  исследования  природной  среды.