Metode pemantauan lingkungan. Earth Remote Sensing

Pemantauan lingkungan (pelacakan) adalah proses pemantauan keadaan berbagai komponen lingkungan dan menilai keadaan saat ini. Untuk penilaian yang lebih lengkap dan komprehensif diperlukan organisasi yang tepat untuk pemantauan lingkungan, penunjukan kriteria umum dan parameter kualitas lingkungan. Pemantauan lingkungan dapat mencapai tujuan regional dan global. Contoh-contoh pemantauan lingkungan dapat ditemukan secara harfiah di mana-mana.

Apa itu pemantauan lingkungan?

Pemantauan lingkungan adalah kegiatan lingkungan teknis dan organisasi yang agak rumit, di mana berbagai badan dan pejabat terlibat. Informasi yang diperoleh dalam kasus ini sangat beragam dalam hal sifat, isi, bentuk, urutan penerimaan, status hukum, dan metode distribusi. Di Rusia, itu dapat digunakan oleh otoritas negara, entitas konstituen dari Federasi Rusia, dan departemen lokal. Informasi tersebut bernilai ilmiah dan terapan. Banyak prakiraan dibangun di atasnya, respons berbagai sistem alami dan antropogenik terhadap berbagai pengaruh diperkirakan. Ini digunakan untuk program lingkungan federal dan target.

Pemantauan lingkungan dilakukan di titik stasioner atau seluler: mobil, pos, stasiun, laboratorium, pusat penelitian yang dilengkapi secara khusus. Informasi yang diterima kemudian diproses. Metode pemantauan lingkungan berbeda dan tergantung pada tugas.

Polusi lingkungan

Pertumbuhan konstan populasi dunia, ditambah dengan peningkatan kesejahteraan material manusia, secara tajam meningkatkan tekanan terhadap lingkungan, menyebabkan berbagai konsekuensi negatif. Pengurangan area alami dan peningkatan polusi telah menjadi konsekuensi utama dari aktivitas manusia. Faktor utama pencemaran lingkungan adalah:

• Emisi dan limbah industri yang memengaruhi kualitas udara, air, dan tanah, secara negatif memengaruhi kesehatan manusia.
• Emisi gas rumah kaca (karbon dioksida, metana, dinitrogen oksida dan lainnya), yang memengaruhi suhu atmosfer yang lebih rendah, ketebalan lautan, dan lapisan atas kerak bumi.
• Erosi tanah karena penggunaan lahan yang tidak rasional. Ini menyebabkan pencemaran sungai dan perairan lainnya oleh partikel yang tersuspensi dan zat berbahaya.
• Sampah rumah tangga dan industri, yang berbahaya baik dalam dirinya sendiri maupun dalam bentuk produk dari pembusukannya. Dapat menyebabkan keracunan ekosistem dan kesehatan manusia yang buruk.
• Spesies tanaman dan hewan invasif yang sering menyebabkan kerusakan lingkungan yang hebat.
• Pencemaran radiasi akibat kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir, pekerjaan perusahaan radiokimia, obat-obatan dan penambangan uranium.
• Pestisida dan herbisida yang menyebabkan pencemaran air dan tanah, terutama di daerah pertanian.
• Penambangan, yang sering menjadi sumber polusi debu dan air yang berbahaya.
• Kebakaran: industri, domestik dan hutan. Mereka adalah sumber signifikan polusi udara dan penyebab kematian atau kerusakan ekosistem.
• Tumpahan minyak dan surfaktan karena kebocoran dan kecelakaan. Paling kuat mempengaruhi keadaan laut dan samudera, mengurangi penguapan, dan karenanya jumlah curah hujan.
• Di AS, ada masalah polusi air daratan dengan obat-obatan. Mereka juga dapat menyebabkan penurunan kualitas daging atau susu.
• Deforestasi massal adalah penyebab polusi sungai dan air tanah, dan juga dapat meningkatkan polusi udara oleh partikel debu. Ini mengarah pada penurunan penguapan dan curah hujan, berdampak buruk pada iklim, meningkatkan benua.

Penilaian dampak lingkungan

Tujuan pemeriksaan adalah untuk memverifikasi kesesuaian kegiatan ekonomi dengan undang-undang lingkungan. Paling sering diterapkan pada proyek-proyek baru, yang implementasinya dapat mempengaruhi lingkungan. Keahlian ekologis dapat berupa negara dan publik. Berdasarkan hasil-hasilnya, suatu kesimpulan ditarik pada penerimaan atau tidak diterimanya proyek. Namun, bahkan jika proyek ini telah melewati tinjauan lingkungan, pemantauan lingkungan dapat diselenggarakan di fasilitas yang dibangun.

Sejarah Pemantauan Lingkungan

Untuk pertama kalinya, pemantauan lingkungan dibahas pada tahun 1971 di komite ilmiah tentang masalah lingkungan, dan kemudian pada tahun 1972 pada konferensi lingkungan PBB yang diadakan di Stockholm. Relevansi pemantauan semacam itu telah dibahas dalam tahun-tahun ini di USSR. Untuk ini, diusulkan untuk menciptakan sistem cagar biosfer.

Pada tahun 70-an, ilmuwan Soviet membuat kontribusi besar untuk pengembangan gagasan tentang prinsip-prinsip pemantauan lingkungan. Dalam proses ini, kepala Pusat Hydrometeorological, Yu.A. Israel, mengambil bagian aktif. Pekerjaan merangkum tentang topik ini diterbitkan pada tahun 1975 di bawah kepengarangan Akademisi I.P. Gerasimov, yang memilih 3 tahap pemantauan:

1. Pada tingkat pemantauan pertama, menurut pendapatnya, perhatian utama harus diberikan pada pengamatan keadaan lingkungan dan dampaknya terhadap kesehatan manusia. Indikator utama untuk tahap ini harus menjadi indikator reaksi seseorang: tingkat kejadian, rata-rata harapan hidup, tingkat kelahiran dan kematian, dll.
2. Tingkat kedua melibatkan pemantauan indikator yang lebih umum: produktivitas biologis, metabolisme massa dan energi, dan sebagainya. Pengamatan seperti itu harus dilakukan di rumah sakit khusus, tempat pelatihan, dll.
3. Tujuan dari tahap ketiga adalah untuk memantau proses dan kuantitas skala besar: membersihkan debu atmosfer, polusi laut, kandungan uap air global, dll.

Tugas dan objek pemantauan lingkungan

Pemantauan lingkungan dirancang untuk memecahkan masalah-masalah berikut:

• Pemantauan berkala terhadap lingkungan dan pencemarannya.
• Meramalkan dan menilai situasi lingkungan, terutama yang berkaitan dengan perubahan iklim.

Obyek pelacakan dapat:

• Lingkungan dan komponennya (atmosfer, hidrosfer, biosfer, litosfer, urbosfer).
• Kualitas lingkungan, perubahan yang mungkin memiliki konsekuensi negatif.
• Jenis kegiatan antropogenik tertentu yang dapat membahayakan orang lain.
• Perusahaan, tempat pembuangan sampah, teknologi, pembangkit listrik tenaga nuklir, dll.
• Bencana buatan manusia: tumpahan minyak, kebakaran, kecelakaan, insiden dan fenomena berbahaya lainnya yang bersifat alami atau buatan manusia.
• Situs alam yang dilindungi.

Berbagai organisasi lingkungan, lembaga penelitian, badan pemerintah (baik federal maupun lokal), asosiasi publik, perusahaan dan entitas ekonomi lainnya, organisasi ilmiah internasional (misalnya, NASA) dapat melakukan pemantauan lingkungan.

Jenis pemantauan

Dalam hal cakupan, pemantauan dibagi menjadi lokal, regional, nasional dan global.

• Saat lokal, mereka memantau area kecil di wilayah mana pun.
• Ketika observasi regional dilakukan pada skala regional.
• Pada pelacakan nasional dilakukan dalam wilayah suatu negara tertentu.
• Pemantauan lingkungan global melibatkan pelacakan proses skala besar yang memiliki kepentingan internasional.

Menurut objek pengamatan, dapat berupa dasar, biosfer, atmosfer, hidrologi, tanah, radiasi, higienis, geobotani, zoologi, dll.

Metode utama pemantauan lingkungan

Saat ini, metode pemantauan lingkungan terbagi dalam 2 kategori utama:

1. Observasi di darat (fisika-kimia, bioindikasi, meteorologi, fotografi, medis, dll.).
2. Metode pemantauan lingkungan yang jauh (penginderaan satelit, pelacakan dari drone, dll.).

Secara alami, dalam kasus pertama, proses lokal dan regional lebih sering dinilai, dan dalam kedua, berskala besar dan global.

Pemantauan satelit

Penginderaan jauh Bumi menggunakan data satelit, data dari pesawat terbang, drone, kapal. Data satelit memberikan cakupan seluas mungkin dari objek yang diteliti, dan oleh karena itu sering digunakan untuk memperoleh informasi tentang perubahan lingkungan global. Dalam gambar luar angkasa, skala deforestasi, urbanisasi, polusi debu atmosfer, pencairan es, dll terlihat jelas Data dari detektor inframerah memberikan informasi tentang suhu berbagai bagian permukaan bumi dan memperkirakan albedo-nya. Refleksi gelombang radio dan radiasi ultraviolet dari permukaan air memberikan informasi tentang polusi minyak di lautan.

Penginderaan jauh Bumi menjadi jenis penelitian ekologi yang semakin populer.

Tetapi pemantauan satelit juga dapat digunakan untuk melacak situasi di tingkat lokal. Misalnya, gambar luar angkasa memberikan informasi tentang keadaan hutan, situasi dengan kebakaran hutan, fokus badai petir, dan sebagainya, yang mungkin cukup untuk membuat keputusan praktis tertentu. Untuk mendapatkan gambar berkualitas tinggi dan akurat, drone dapat dilibatkan.

Metode biologis

Metode pemantauan lingkungan biologis adalah metode pelacakan terestrial. Mereka juga disebut bioindikasi. Objek utama dari pemantauan tersebut adalah objek biologis: spesies, komunitas, ekosistem, rantai makanan, dll. Untuk analisis, fakta-fakta seperti distribusi spesies, perubahan jumlah atau hilangnya total, atau penampilan di area baru digunakan. Dalam studi geobotani, mereka melacak perubahan dalam kisaran spesies tertentu, dinamika biomassa, bio-produktivitas, distribusi altitudinal dan latitudinal spesies dan komunitas, dll.

Bioindikator dapat berupa: lebar cincin tahunan, daun menguning, pengeringan tegakan, ketinggian pohon, keberadaan gulma (spesies perintis) dan tanda-tanda lainnya.

Pemantauan biologis mencakup semua tingkatan - mulai dari molekul dan seluler hingga global. Untuk penelitian, tergantung pada tugas, laboratorium, studi ekspedisi diselenggarakan.

Sebelum melakukan pemantauan biologis, perlu untuk mengembangkan metodologi untuk implementasinya dan mendapatkan data yang diperlukan, karena sistem biologis yang berbeda merespons secara berbeda terhadap berbagai jenis paparan. Organisme atau ekosistem yang paling sensitif terhadap dampak manusia dipilih. Organisme semacam itu disebut indikator. Berkat penggunaan biotesting, kriteria diagnostik dipilih untuk menilai tingkat dampak suatu faktor pada wilayah studi.

Dengan demikian, pemantauan biologis menggunakan metode bioindikasi. Secara alami, keakuratan studi semacam itu akan lebih rendah daripada saat menggunakan metode fisik. Tetapi, pada saat yang sama, mereka akan memungkinkan untuk menilai kerusakan total yang disebabkan oleh aktivitas antropogenik terhadap ekosistem alami, yang tidak dapat dicapai dengan menggunakan metode lain. Sebagai hasilnya, akan mungkin untuk mengisolasi dari kompleks dampak yang paling signifikan bagi keadaan lingkungan dan mengambil langkah-langkah yang memadai untuk mengurangi beban antropogenik. Untuk menilai kemungkinan kerusakan pada kesehatan masyarakat, lebih baik untuk menganalisis sampel toksikologis, yang berkaitan dengan metode pemantauan fisikokimia.

Untuk bioindikasi, ikan, mikroorganisme, dan alga paling sering digunakan. Crayfish juga dikenal lebih suka air murni, dan karenanya merupakan indikator kontaminasi yang baik. Hal yang sama berlaku untuk beberapa spesies lumut, yang juga merupakan subjek bioindikasi.

Kemampuan Pemantauan Biologis

Bioindikasi lingkungan cocok untuk tugas-tugas berikut:

• Kompilasi penilaian komprehensif dampak antropogenik pada sifat wilayah yang diteliti.
• Identifikasi emisi tidak disengaja atau laten, termasuk kesalahan representasi yang disengaja oleh manajemen informasi tentang emisi mereka sendiri.
• Izinkan untuk menilai sensitivitas organisme terhadap polutan yang dipancarkan atau efek berbahaya lainnya.
• Perlihatkan tingkat respons biosistem dan skalanya.
• Mereka memungkinkan untuk memetakan fokus polusi dan konsentrasi kotoran berbahaya.
• Mereka memungkinkan Anda untuk menilai tingkat bahaya polutan spesifik bagi lingkungan, dan dengan probabilitas tinggi bagi manusia.
• Mereka membantu dalam penjatahan maksimum beban lingkungan yang diizinkan dan, jika perlu, mengambil tindakan untuk menguranginya.

Metode laboratorium, pengambilan sampel

Metode fisiko-kimia pemantauan lingkungan, paling sering, adalah laboratorium. Analisis dimulai dengan pengambilan sampel udara, tanah atau air, dan kemudian pada peralatan khusus melakukan anasis untuk konten polutan. Ini juga disebut analisis instrumental.

Metode fisikokimia adalah sebagai berikut:

• indikasi kromatografi;
• spektrometri inframerah;
• metode fluorimetri;
• metode elektrokimia;
• metode spektrometri massa;
• analisis luminescent;
• metode teknik radio.

Metode Kromatografi

Metode ini sering digunakan untuk mendeteksi kontaminan, terutama ketika menganalisis cairan. Yang paling populer adalah kromatografi gas-cair, lapisan tipis, cair dan ion. Lapisan tipis ini mudah dilakukan dan digunakan untuk mendeteksi pestisida dan polutan organik. Gas-cair lebih efektif dalam analisis senyawa organik yang mudah menguap. Kromatografi cair digunakan untuk mendeteksi senyawa kimia yang tidak mudah menguap.

Detektor sensitivitas tinggi berdasarkan berbagai metode fisikokimia memungkinkan mendeteksi bahkan sejumlah kecil pengotor, yang penting dalam mendeteksi senyawa yang sangat beracun. Dalam kombinasi dengan teknik kromatografi, spektrometri massa dan spektrometri inframerah dapat memberikan hasil yang baik untuk mengidentifikasi kombinasi kompleks kontaminan. Jenis analisis ini terhubung ke komputer yang kuat. Dengan bantuan mereka, Anda dapat mendeteksi zat berbahaya seperti dioksin, bifenil poliklorinasi, nitrosamin, dan pestisida beracun.

Kromatografi ion digunakan untuk menganalisis rasio kation terhadap anion.

Spektrofotometri

Metode ini menggunakan radiasi inframerah. Analisis penyerapan, refleksi, dan hamburan spektrum memungkinkan untuk cukup akurat menentukan keberadaan dan konsentrasi pengotor. Memiliki katalog spektrum berbagai zat memudahkan untuk menentukan jenis polutan atau zat bermanfaat yang ada dalam sampel atau produk. Spektrum inframerah memungkinkan sifat-sifat genap seperti kerapatan, distribusi ukuran partikel, kandungan kalori produk makanan dan perkecambahan biji untuk ditentukan.

Metode luminescent

Ini adalah salah satu cara paling sensitif untuk mengidentifikasi polutan. Dengan menggunakannya, jumlah jejak kotoran organik dan anorganik dalam sampel udara ditentukan. Ini dapat digunakan untuk memantau hidrosfer dan biosfer, serta untuk menentukan kandungan elemen jejak, senyawa organik dan jumlah zat berbahaya.

Metode luminescent dapat digunakan jika diperlukan untuk mendeteksi keberadaan hidrokarbon polyaromatik atau turunannya. Untuk menghitung konsentrasi suatu zat, fenomena seperti pendinginan pendaran digunakan.

Namun, tidak semua senyawa ditentukan dengan metode ini. Kadang-kadang reaksi kimia dilakukan, dengan bantuan senyawa awal diubah sehingga pendaran dapat mendeteksinya.

Metode elektrokimia

Untuk implementasinya, elektroda digunakan: anoda dan katoda. Katoda seringkali merupakan elektroda yang menetes merkuri dengan permukaan yang terus diperbarui, yang memungkinkan untuk memperoleh polarograms dan melakukan analisis yang efektif. Metode ini hanya cocok untuk mendeteksi ion logam, zat organik, senyawa karbonil, peroksida, epoksida dan lainnya. Karena alasan ini, ia tidak dapat dianggap universal, tetapi agak selektif.