Основные контролируемые характеристики при геоэкологическом мониторинге морских акваторий
Комплекс ключевых характеристик, по которым можно судить о состоянии экосистем водной толщи и морского дна в условиях антропогенного воздействия и осуществлять необходимое прогнозирование, можно условно разделить на гидрологические, гидрохимические, биологические, геофизические и технические параметры (Айбулатов, 1993; Виноградов М.Е., 1990; Израэль, 1984; Патин, 2001; Петров, 1998).
К гидрологическим параметрам относятся температура и соленость, необходимые для расчета плотности морской воды, а также скорость и направление течений на различных горизонтах. К гидрологическим параметрам также относятся основные оптические характеристики (интегральная прозрачность, спектральное поглощение и рассеяние, облученность на разных горизонтах) определяющие световые условия фотосинтеза морских организмов. Данные параметры могут измеряться постоянно на выбранных горизонтах или в режиме периодического вертикального зондирования водной толщи.
К важнейшим гидрохимическим показателям, характеризующим состояние морской среды относятся: концентрация растворенного кислорода, содержание растворенных в морской воде нефтепродуктов, содержание различных форм органического и минерального фосфора, азота, содержание растворенных органических веществ. Среди данных параметров содержание кислородорастворенного органического вещества может быть измерено датчиками в режиме реального времени или в режиме периодического зондирования. Остальные гидрохимические характеристики определяются в пробах воды в лабораторных условиях, соответственно параметрам, измеряемым в автоматическом режиме, относятся: содержание пигментов фитопланктона и фотосинтетическая активность, определяемая люминесцентными методами, содержание частиц взвеси различного размера, содержание различных размерных групп зоопланктона, содержание макропланктона (погружаемая видеокамера), численность макрофитов и зообентоса (видеокамера с дистанционным управлением).
К геофизическим параметрам следует отнести сейсмические сигналы от близких землетрясений, а также вызванные наведенной сейсмичностью, вследствие нарушения тектонического равновесия при извлечении больших масс углеводородного сырья. При анализе сейсмических записей может быть произведена оценка степени напряженности массива в окрестностях буровых скважин, что является важной характеристикой, как для экологов, так и для производственников. Следует отметить, что даже слабые сейсмические события могут вызвать массовый сход лавин и оползней с крутых участков континентальных склонов.
Под техническими понимаются характеристики, отражающие отклонения функционирования технических объектов от нормальных режимов (скорости бурения, выбросов бурового раствора, прогибов трубопроводов, напряжений конструкций и др.) потенциально опасных для окружающей среды.
Измерение многих важных гидрохимических и биологических параметров требует отбора проб воды и грунта с последующими измерениями в лабораторных условиях. К ним относятся содержание растворенных в морской воде нефтепродуктов, концентрации различных форм растворенного азота и фосфора, биомасса фитопланктона, зоопланктона и бактериопланктона. Отбор проб для определения перечисленных параметров может осуществляться автоматическими пробоотборниками, а их экспресс-анализ – современной автоматической зондирующей аппаратурой.
При определении строения и состава морского дна в основу должны быть положены эхолотный промер и съемка толщины слоев осадков высокочастотными сонарами. Контроль в первую очередь должен производиться на участках крупных тектонических разломов, крутых склонах, в местах потенциально опасных – по подводным оползням, лавинам, мутьевым потокам, грязевым вулканам.
При определении состава осадков в основу должны быть положены изучение химического и минерального состава различных типов донных отложений, взвеси, в зависимости от геологических, гидрофизических, физико-химических и биологических условий их залегания и процессов формирования; определение концентрации ионов тяжелых металлов и физико-химических характеристик придонных и иловых вод. В связи с этим, представляет интерес экспериментальное физико-химическое моделирование процесса дифференциации элементов на геохимически активном барьере – морская вода – твердая фаза. Необходимо, также, исследование физико-механических свойств донных отложений, в частности, их сорбционных свойств.
Основы мониторинга гидрологических и гидрохимических параметров водной среды должны разрабатываться, опираясь на максимально полную фоновую картину состояния и динамики среды. Подлежат измерению следующие параметры: направление и скорость течений, температура и соленость воды, концентрация водородных ионов (рН), содержание кислорода, природного метана, сероводорода, сульфатов, нитратов, фосфатов, взвешенного органического вещества и некоторых других.
Гидрологический мониторинг – предполагает проведение анализа изменений в структуре и динамике вод в первую очередь в придонном слое. Он включает в себя постановку донных и буйковых станций с датчиками, регистрирующими скорость и направление течений. В шельфовой зоне обязателен анализ волновых параметров (расчетных и экспериментальных). На основе полученных материалов должны быть построены модели для расчета гидрологических параметров и динамики вод, позволяющие адекватно оценить гидрологическую обстановку.
При мониторинге загрязнений донных осадков, водной толщи, атмосферы и биоты большой акцент должен быть сделан на методы и аппаратуру дистанционного зондирования.
В число измеряемых антропогенных веществ должны быть включены: метан и его гомологи, нефтяные углеводороды, битумоиды, полиароматические углеводороды (ПАУ), фенолы, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), токсичные металлы (Fe, Mn, Cr, Co, Ni, Zn, Hg, Gd, Pb, Cu, Li, V, As), хлорорганические соединения, радионуклиды, полиэтиленовая пленка, древесный мусор.
Кроме определения приоритетных загрязняющих веществ должны быть сделаны инвентаризация и анализ источников техногенного загрязнения природных сред регионов, анализ естественных процессов, приводящих к фоновым содержаниям загрязняющих веществ в средах данного региона, получение информации о фактическом загрязнении сред, расчет переноса загрязняющих веществ, разработка долгосрочного прогноза состояния среды.
Мониторинг воздействия промышленных комплексов на структуру и функционирование биоты предусматривает анализ фонового состояния этих объектов на начальном этапе строительства и последующее наблюдение за динамикой их состояния на различных этапах промышленного освоения акваторий.
При контроле биологических характеристик в первую очередь необходимо наблюдать за короткоцикличными компонентами экосистемы, вносящими основной вклад в продукционные процессы и деструкцию органического вещества. Это не только соответствующие формы планктона, но и бентоса, поскольку последние быстро реагируют на эвтрофикацию, изменения газового режима и состава донных осадков. Особенно важны исследования бентоса в связи с неизбежными нарушениями структуры и переотложением донных осадков при прокладке трубопроводов. Биотические компоненты включают в себя: фитопланктон и бактериопланктон, мезо- и макропланктон, ихтиопланктон, микро- и макрофитобентос, микро-, мезо- и макрозообентос, ихтиофауну, морских млекопитающих. Биологические наблюдения должны осуществляться одновременно со сбором информации о термогалинной структуре вод, так как особенности развития стратификации в значительной мере определяют ход биопродукционного процесса. Характеристики водных масс, наряду с характеристиками грунта (гранулометрический состав, содержание органического вещества и др.), определяют видовой (фаунистический) состав и количественное распределение бентоса, структуру его сообществ. Необходим также мониторинг загрязнений вод и донных осадков, а также прибрежных водоемов и стоков в море в районе наземных строительных площадок.
К гидрологическим параметрам относятся температура и соленость, необходимые для расчета плотности морской воды, а также скорость и направление течений на различных горизонтах. К гидрологическим параметрам также относятся основные оптические характеристики (интегральная прозрачность, спектральное поглощение и рассеяние, облученность на разных горизонтах) определяющие световые условия фотосинтеза морских организмов. Данные параметры могут измеряться постоянно на выбранных горизонтах или в режиме периодического вертикального зондирования водной толщи.
К важнейшим гидрохимическим показателям, характеризующим состояние морской среды относятся: концентрация растворенного кислорода, содержание растворенных в морской воде нефтепродуктов, содержание различных форм органического и минерального фосфора, азота, содержание растворенных органических веществ. Среди данных параметров содержание кислородорастворенного органического вещества может быть измерено датчиками в режиме реального времени или в режиме периодического зондирования. Остальные гидрохимические характеристики определяются в пробах воды в лабораторных условиях, соответственно параметрам, измеряемым в автоматическом режиме, относятся: содержание пигментов фитопланктона и фотосинтетическая активность, определяемая люминесцентными методами, содержание частиц взвеси различного размера, содержание различных размерных групп зоопланктона, содержание макропланктона (погружаемая видеокамера), численность макрофитов и зообентоса (видеокамера с дистанционным управлением).
К геофизическим параметрам следует отнести сейсмические сигналы от близких землетрясений, а также вызванные наведенной сейсмичностью, вследствие нарушения тектонического равновесия при извлечении больших масс углеводородного сырья. При анализе сейсмических записей может быть произведена оценка степени напряженности массива в окрестностях буровых скважин, что является важной характеристикой, как для экологов, так и для производственников. Следует отметить, что даже слабые сейсмические события могут вызвать массовый сход лавин и оползней с крутых участков континентальных склонов.
Под техническими понимаются характеристики, отражающие отклонения функционирования технических объектов от нормальных режимов (скорости бурения, выбросов бурового раствора, прогибов трубопроводов, напряжений конструкций и др.) потенциально опасных для окружающей среды.
Измерение многих важных гидрохимических и биологических параметров требует отбора проб воды и грунта с последующими измерениями в лабораторных условиях. К ним относятся содержание растворенных в морской воде нефтепродуктов, концентрации различных форм растворенного азота и фосфора, биомасса фитопланктона, зоопланктона и бактериопланктона. Отбор проб для определения перечисленных параметров может осуществляться автоматическими пробоотборниками, а их экспресс-анализ – современной автоматической зондирующей аппаратурой.
При определении строения и состава морского дна в основу должны быть положены эхолотный промер и съемка толщины слоев осадков высокочастотными сонарами. Контроль в первую очередь должен производиться на участках крупных тектонических разломов, крутых склонах, в местах потенциально опасных – по подводным оползням, лавинам, мутьевым потокам, грязевым вулканам.
При определении состава осадков в основу должны быть положены изучение химического и минерального состава различных типов донных отложений, взвеси, в зависимости от геологических, гидрофизических, физико-химических и биологических условий их залегания и процессов формирования; определение концентрации ионов тяжелых металлов и физико-химических характеристик придонных и иловых вод. В связи с этим, представляет интерес экспериментальное физико-химическое моделирование процесса дифференциации элементов на геохимически активном барьере – морская вода – твердая фаза. Необходимо, также, исследование физико-механических свойств донных отложений, в частности, их сорбционных свойств.
Основы мониторинга гидрологических и гидрохимических параметров водной среды должны разрабатываться, опираясь на максимально полную фоновую картину состояния и динамики среды. Подлежат измерению следующие параметры: направление и скорость течений, температура и соленость воды, концентрация водородных ионов (рН), содержание кислорода, природного метана, сероводорода, сульфатов, нитратов, фосфатов, взвешенного органического вещества и некоторых других.
Гидрологический мониторинг – предполагает проведение анализа изменений в структуре и динамике вод в первую очередь в придонном слое. Он включает в себя постановку донных и буйковых станций с датчиками, регистрирующими скорость и направление течений. В шельфовой зоне обязателен анализ волновых параметров (расчетных и экспериментальных). На основе полученных материалов должны быть построены модели для расчета гидрологических параметров и динамики вод, позволяющие адекватно оценить гидрологическую обстановку.
При мониторинге загрязнений донных осадков, водной толщи, атмосферы и биоты большой акцент должен быть сделан на методы и аппаратуру дистанционного зондирования.
В число измеряемых антропогенных веществ должны быть включены: метан и его гомологи, нефтяные углеводороды, битумоиды, полиароматические углеводороды (ПАУ), фенолы, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), токсичные металлы (Fe, Mn, Cr, Co, Ni, Zn, Hg, Gd, Pb, Cu, Li, V, As), хлорорганические соединения, радионуклиды, полиэтиленовая пленка, древесный мусор.
Кроме определения приоритетных загрязняющих веществ должны быть сделаны инвентаризация и анализ источников техногенного загрязнения природных сред регионов, анализ естественных процессов, приводящих к фоновым содержаниям загрязняющих веществ в средах данного региона, получение информации о фактическом загрязнении сред, расчет переноса загрязняющих веществ, разработка долгосрочного прогноза состояния среды.
Мониторинг воздействия промышленных комплексов на структуру и функционирование биоты предусматривает анализ фонового состояния этих объектов на начальном этапе строительства и последующее наблюдение за динамикой их состояния на различных этапах промышленного освоения акваторий.
При контроле биологических характеристик в первую очередь необходимо наблюдать за короткоцикличными компонентами экосистемы, вносящими основной вклад в продукционные процессы и деструкцию органического вещества. Это не только соответствующие формы планктона, но и бентоса, поскольку последние быстро реагируют на эвтрофикацию, изменения газового режима и состава донных осадков. Особенно важны исследования бентоса в связи с неизбежными нарушениями структуры и переотложением донных осадков при прокладке трубопроводов. Биотические компоненты включают в себя: фитопланктон и бактериопланктон, мезо- и макропланктон, ихтиопланктон, микро- и макрофитобентос, микро-, мезо- и макрозообентос, ихтиофауну, морских млекопитающих. Биологические наблюдения должны осуществляться одновременно со сбором информации о термогалинной структуре вод, так как особенности развития стратификации в значительной мере определяют ход биопродукционного процесса. Характеристики водных масс, наряду с характеристиками грунта (гранулометрический состав, содержание органического вещества и др.), определяют видовой (фаунистический) состав и количественное распределение бентоса, структуру его сообществ. Необходим также мониторинг загрязнений вод и донных осадков, а также прибрежных водоемов и стоков в море в районе наземных строительных площадок.
