Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние проблемы оценки экологической обстановки 16
1.1 Методические подходы к исследованию проблемы комплексной оценки экологической обстановки на военном объекте . 16
1.2 Рост остроты проблемы оценки экологической обстановки с развитием цивилизации 18
1.3 Содержание информации об экологической обстановке 26
1.4 Формирование экологической обстановки на территории военного объекта (гарнизона) 31
1.5 Перечень загрязняющих веществ, подлежащих экологическому контролю на территории Российской Федерации 34
1.6 Перечень приоритетных загрязняющих веществ, контролируемых на территории военного объекта 39
1.7 Токсические свойства загрязняющих веществ, выбрасываемых в окружающую среду на военном объекте 42
1.8 Индексы интегральной оценки загрязнения окружающей среды 55
1.9 Критерии комплексной оценки экологической обстановки 60
1.10 Критерии биологической оценки состояния экосистем 72
Глава II. Краткая экологическая характеристика исследуемых объектов ... 82
1.2 Город Москва 82
2.2 Город Тамбов 85
2.3 Республика Северная Осетия - Алания 87
2.4 Военные объекты Московского военного округа 90
Глава III. Основы визуальной биоиндикации качества окружающей среды 94
3.1 Математическая модель жизненности биоиндикатора в загрязненной среде обитания 94
3.2 Основные визуальные признаки эпифитных лишайников как биоиндикаторов качества атмосферного воздуха 105
3.3 Основные визуальные признаки пресноводных моллюсков-биоиндикаторов качества поверхностных вод 125
3.4 Основные визуальные признаки беспозвоночных почвенных животных-биоиндикаторов качества почвы 130
3.5 Перспектива развития инструментальных методов биотестирования качества окружающей среды 136
Глава IV. Методы оценки экологического состояния территории военногообъекта 141
4.1 Метод прогноза зон экологической аномалии на местности... 141
4.2 Метод лихеноиндикации качества атмосферного воздуха 152
4.3 Метод визуальной биоиндикации качества поверхностных вод 159
4.4 Метод визуальной биоиндикации качества почвы 161
4.5 Метод оценки эффективности системы получения информации о состоянии окружающей среды 164
4.6 Метод оценки экологической обстановки по состоянию здоровья населения (личного состава) 171
4.7 Метод оценки экологической обстановки по состоянию иммунного статуса населения (личного состава) 184
Глава V. Апробация малозатратных методов визуальной биоиндикации качества окружающей среды в ходе экологической разведки местности 193
5.1 Апробация метода прогноза возможных зон экологической аномалии на местности 193
5.2 Апробация малозатратных методов биоиндикации качества окружающей среды на военных объектах 198
5.3 Определение коэффициента регрессивной модификации лишайников 201
5.4 Определение коэффициента регрессивной модификации пресноводных моллюсков 208
5.5 Определение коэффициента регрессивной модификации почвенных беспозвоночных животных 211
5.6 Лихеноиндикация территории республики Северная Осетия -Алания 213
5.7 Экологическая разведка территории Тамбовской области 223
5.8 Экологическая разведка территории военных объектов Московского военного округа 232
5.9 Корреляционный анализ показателей жизненности биоиндикатора и индекса загрязнения среды его обитания 235
5.9.1 Коэффициент корреляции между показателями жизненности лишайников и индексом загрязнения атмосферного воздуха 235
5.9.2 Коэффициент корреляции между показателями жизненности пресноводных моллюсков и индексом токсичности воды 237
5.9.3 Коэффициент корреляции между показателями жизненности почвенных беспозвоночных животных и индексом загрязнения почвы тяжелыми металлами 240
Глава VI. Практические рекомендации по комплексной оценке экологической обстановки на военном объекте 243
6.1 Использование информации технических средств космической экологической разведки 243
6.2 Использование информации технических средств воздушной и морской экологической разведки 251
6.3 Использование информации наземных технических средств экологического контроля 255
6.4 Использование информации технических средств биоиндикации и биотестирования 263
6.5 Рациональное сочетание технических средств биодиагаостики с техническими средствами экологического контроля 269
6.6 Рекомендации по комплексной оценке экологической обстановки на военном объекте 274
6.7 Рекомендации экологической службе по проведению наземной экологической разведки местности 279
6.8 Рекомендации по процедуре комплексной оценки экологической обстановки на территории военного объекта 283
Выводы 286
Список литературных источников 289
Приложения:
- Перечень загрязняющих веществ, подлежащих экологическому контролю на территории Российской Федерации
- Основные визуальные признаки эпифитных лишайников как биоиндикаторов качества атмосферного воздуха
- Метод оценки эффективности системы получения информации о состоянии окружающей среды
- Определение коэффициента регрессивной модификации пресноводных моллюсков
Введение к работе
Актуальность проблемы. Военная экология возникла как необходимость научного подхода к решению задач обеспечения экологической безопасности военной деятельности. Она изучает негативное воздействие военной деятельности на окружающую среду, воздействие последней на войска (силы) и разрабатывает теоретические основы и практические методы обеспечения экологической безопасности военной деятельности (Исаков и др. 2005).
Военная деятельность - специфическая деятельность, она связана с боевой и специальной подготовкой личного состава, в процессе которой совершенствуется профессиональное мастерство, необходимое для надежного обеспечения национальной безопасности Российской Федерации.
Все многообразие объектов Вооруженных Сил РФ можно кратко выразить одним общим термином «военный объект», под которым понимается участок территории, выделенный государством для дислокации и военной деятельности воинских формирований и учреждений Вооруженных Сил Российской Федерации.
Территория военного объекта включает военный городок, техническую территорию, учебные поля (полигоны, аэродромы, танкодромы, акводромы, склады горючего, боеприпасов и др.), которые необходимы для жизнедеятельности, боевой и специальной подготовки войск (сил) в соответствии с руководящими документами Министерства обороны Российской Федерации.
В процессе повседневной военной деятельности эксплуатируется вооружение и военная техника, осуществляются боевые стрельбы, пуски ракет и др., в ходе которых окружающая среда (ОС) испытывает негативное воздействие загрязняющих веществ (ЗВ) химической, физической, биологической природы, в том числе и радиоактивные вещества. В результате ОС на территории военного объекта может загрязняться и становиться неблагоприятной для здоровья личного состава войск (сил), населения, животного и растительного мира.
Неблагоприятное воздействие на человека ЗВ даже в концентрациях, отвечающих санитарно-гигиеническим нормам (Тихонов, Довгуша, 2000), может
8 сопровождаться изменением состояния организма на молекулярном и клеточном уровнях. В условиях чрезвычайных ситуаций (ЧС) с экологическими последствиями (Владимиров, 1997) воздействие ЗВ на личный состав может существенно превышать допустимые нормативы, что вынуждает применять соответствующие средства индивидуальной защиты. В конечном итоге у части населения (личного состава) в условиях неблагоприятной ОС развивается дисбаланс системы иммунитета и факторов неспецифической защиты (Кудрин, 1978; Бадтиев, 1992, Ушаков, 2002;), происходит снижение бактерицидной функции кожи, пищеварительного тракта и дыхательного эпителия. Все это приводит к тотальному снижению общей резистентности организма, развиваются различные заболевания, ускоряются процессы биологического старения, нарушается работоспособность. (Доклад о состоянии ОС в Москве, 2002; Бадтиев, 2003, 2005). В конечном итоге воздействие ЗВ приводят к деградации естественных экосистем и снижению иммунного статуса человека.
О негативном воздействии загрязненной ОС на человека (Келлер А.А., Ку-вакин В.И., 1997; Калабеков, 1999; 2000, 2002, 2003) свидетельствует сильная корреляция между показателем выбросов ЗВ в атмосферу, приходящегося на одного человека в год, и показателем заболеваемости населения, в особенности детей. Было показано (Бадтиев и др. 2003), что между показателем врожденных аномалий новорожденных и удельным выбросом ЗВ автотранспортом города Москвы в 2003 году коэффициент корреляции R составил 0,92 при погрешности не более 5 %.
По оценкам медиков (Иванов, Беляев, 2002), последние годы только 10 % призывников в Вооруженные Силы РФ по состоянию здоровья считаются пригодными к военной службе. Несмотря на принятый государством закон «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» № 52 - ФЗ (1999), на территории России в экологически неблагоприятных условиях проживает более 50 % населения (Доклад о состоянии ..., 2005).
Обеспокоенный таким обстоятельством, Президент Российской Федерации В.В. Путин в 2004 году заявил, что экологическая безопасность - неотъем-
9 лемая часть национальной безопасности России. По современным оценкам работоспособность человека в условиях длительного воздействия ЭОФ может снижаться на 15-30 %. (Рощин и др., 2001; Новиков и др., 2003). Таким образом, обеспечение экологической безопасности населения стало в настоящее время актуальной проблемой Российской Федерации.
Решение этой проблемы во многом зависит от объективности информации о состоянии ОС. Получение такой информации возлагается на систему экологического мониторинга Российской Федерации и её подсистему в Вооруженных Силах РФ. Но вследствие использования в существующей системе экологического мониторинга дифференциальной (выборочной по месту, времени и перечню ЗВ) диагностики, она обладает низкой объективностью, не учитывает эффекты синергизма ЗВ, не дает однозначного ответа о качестве ОС и является высокозатратной. В связи с этим дальнейшее развитие малоэффективной системы дифференциальной диагностики ОС становится экономически не выгодным.
В СССР (Критерии ..., 1992) была предпринята попытка в систему Государственного экологического мониторинга, наряду с дифференциальной диагностикой внедрить интегральную биодиагностику, которая характеризует качество ОС и естественных экосистем. Биодиагностика включает визуальную биоиндикацию, приборную биоиндикацию и приборное биотестирование качества ОС. Был разработан единый подход, позволяющий классифицировать территории по степени экологического неблагополучия. В 1992г. был введен в действие документ «Критерии оценки экологической обстановки территории для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия». Но после распада Советского Союза указанный документ был совершенно напрасно предан забвению. А тем временем США (Ю.К. Разумовский, 2004) продолжали осуществлять программу (Strategic Environmental Research and Development Program - SERDP), которая включала более 320 проектов, в том числе и создание средств экологического контроля и мониторинга методами биоиндикации. После завершения военного конфликта в Косово, спе-
10 циалисты США оценили с помощью лишайников радиоактивное загрязнение ОС, которое образовывалось в результате использования боеприпасов из обедненного урана. Было установлено наличие в теле лишайников U-234, U-235 и U-285. Это подтверждает факт, что сердечники боеприпасов, изготовленные из обедненного урана, при попадании в цель дробились в пыль (аэрозоль) и рассеивались в воздухе. Большое внимание в США уделяется использованию синтетических полимерных биодатчиков, которые будучи капсулированы в микрочипы, способны обнаруживать и идентифицировать в реальном масштабе времени ЗВ. При этом предел обнаружения почти на три порядка лучше, чем у нынешних оптических датчиков.
Основной недостаток существующей системы экологического мониторинга и методологии оценки экологической обстановки на территории состоит в ориентации на дорогостоящие методы физико-химической диагностики ЗВ, требующие многолетний период интегрирования полученных данных, и игнорирование малозатратных методов биодиагностики качества ОС, которые дают однозначный ответ о качества OQ пригодности её для живой природы и человека. Возникло противоречие между эффективностью системы экологического мониторинга и методами получения информации о состоянии ОС для комплексной оценки экологической обстановки на территории военного объекта. В связи с этим, разработка способа рационального сочетания дифференциальной и биологической диагностики состояния ОС представляет актуальную научно-техническую проблему военной экологии.
Цель и задачи исследования. Целью работы является исследование системы получения информации о состоянии окружающей среды и обоснование методологии комплексной оценки экологической обстановки на территории военного объекта. В связи с намеченной целью были поставлены следующие основные задачи:
1 Исследовать эффективность системы получения информации о состоянии окружающей среды мегаполиса на примере г. Москвы.
Исследовать закономерность изменения морфологических признаков биоиндикатора от интегрального показателя загрязнения среды его обитания.
Исследовать закономерность образования зон экологических аномалий на территории природно-антропогенного объекта.
Исследовать закономерность изменения популяционного здоровья городского населения от интегрального индекса загрязнения атмосферного воздуха.
Разработать малозатратные методы визуальной биоиндикации качества атмосферного воздуха, поверхностных вод и почвы на военном объекте.
Апробировать разработанные методы визуальной биоиндикации на территории военных объектов и городов Москвы, Тамбова и Владикавказа.
На основе полученных результатов разработать методологию биодиагностики качества окружающей среды для комплексной оценки экологической обстановки на военном объекте.
Научная новизна работы. Впервые проведены практические исследования сопоставительными методами дифференциальной и биологической диагностики окружающей среды, посвященные проблеме методологии комплексной оценки экологической обстановки на территории военного объекта.
Впервые разработана математическая модель объективности системы получения информации о состоянии ОС. На основе системного анализа предложен способ рационального сочетания методов биодиагностики качества ОС и дифференциальной диагностики в ней ЗВ, который назван наземной экологической разведкой местности.
Впервые разработана математическая модель жизненности биоиндикатора в загрязненной среде обитания, в которой в качестве функции и аргумента используются соответственно интегральные показатели жизненности биоиндикатора G и индекс загрязнения среды обитания Рс.
В ходе информационного обеспечения математической модели впервые определены численные значения коэффициентов прогрессивной г и регрессив-
12 ной ц модификации растительных и животных биоиндикаторов в загрязненной среде обитания.
В результате корреляционно-регрессионного анализа экспериментальных данных выявлена сильная корреляционная связь между показателями жизненности биоиндикатора G и индексом загрязнения среды обитания Рс.
На основе данных полевых исследований впервые определена чувствительность синузий (групп) почвенных беспозвоночных животных к индексу загрязнения почвы тяжелыми металлами и нефтепродуктами, что позволило разработать метод оценки качества почвы по показателю жизненности почвенных беспозвоночных животных.
В отличие от известных подходов к оценке качества среды обитания по видовому составу, плотности популяции и биомассе биоиндикаторов предложен новый, подход и критерии оценки экологического неблагополучия ОС по показателю жизненности биоиндикаторов. Новизна подтверждена российским патентом № 2218753 «Способ лихеноиндикации загрязнения атмосферного воздуха» (Бадтиев, 2003). Предложен способ выявления на местности зон экологических аномалий на основе сочетания аэродинамических особенностей ландшафта с методом визуальной лихеноиндикации качества атмосферного воздуха. Получено решение ФИПС о выдаче патента на заявку № 2004123770 от 05.08.2004 г.
Практическое значение. Результаты выполненных исследований использованы в области обеспечения экологической безопасности Вооруженных Сил Российской Федерации органами военного управления экологической службой в форме временных методик биоиндикации загрязнения ОС (Бадтиев, 1999, 2000, 2002), методических рекомендаций по экологической разведке местности на военных объектах (Бадтиев и др., 2002, 2003). Документы были утверждены Начальником экологической безопасности Вооруженных Сил Российской Федерации.
Материалы исследований использованы в научно-исследовательских работах: «Исследование проблем защиты личного состава от экологически небла-
13 гоприятных преднамеренных воздействий на окружающую среду» (Бадтиев и др., 2002, 2003); «Организация и ведение социально - гигиенического мониторинга как составной части информационного фонда Минобороны России» (Бадтиев и др., 2004); «Исследования по разработке малозатратных методов оценки состояния наземных и водных экосистем в местах дислокации войск по состоянию растительных и животных биоиндикаторов» (Рощин, Бадтиев и др., 2005). Разработанные на основе материалов диссертации методические рекомендации включены в учебные программы кафедры Промышленной экологии МАТИ им. К.Э. Циолковского и Военной академии ракетных войск стратегического назначения им. Петра Великого (ВА РВСН).
Разработанный автором по материалам диссертации проект «Малозатратный способ лихеноиндикации загрязнения атмосферного воздуха» удостоен Высшим экологическим советом Государственной Думы РФ и Фондом имени В.И. Вернадского Дипломом участника конкурса «Национальная экологическая премия 2005 года» за вклад в укрепление экологической безопасности и устойчивое развитие России. Выводы и рекомендации исследований могут быть использованы природоохранными органами Российской Федерации для интегральной оценки состояния окружающей среды.
Апробация результатов исследований. Основные научные положения и результаты диссертационной работы нашли применение в экологической службе для планового экологического обследования ряда военных объектов, расположенных на территории Московского военного округа.
Разработанные в диссертации методы визуальной биоиндикации апробированы на территории ряда военных объектов Московского военного округа, а также на территории городов Москвы, Тамбова, Владикавказа и Перми. При этом на территории военных объектов апробированы методики биоиндикации:
качества атмосферного воздуха по состоянию эпифитных лишайников;
качество поверхностных вод по состоянию пресноводных моллюсков;
качество почвы по состоянию почвенных беспозвоночных животных.
14 В Перми апробирована методика визуальной биоиндикации качества атмосферного воздуха в санитарно-защитных зонах города и загородных зонах отдыха детского населения.
Результаты исследований докладывались:
на Международной конференции «Экология горных территорий» (Владикавказ, 1995);
на Международной конференции «Новое в экологии на постсоветском пространстве» (Санкт-Петербург, 1998);
на конференции «Всероссийскому обществу охраны природы -75 лет» (Москва, 1999);
на Международной конференции «Экологическая безопасность горных территорий» (Владикавказ, 2001);
на 2-х научно-практических конференциях по проблеме «Обеспечение экологической безопасности РВСН в условиях повседневной деятельности и чрезвычайных ситуаций» (Москва, 2000; Королев, 2001);
на научно-методической конференции «Методы биоиндикации загрязнения окружающей среды на военных объектах» (Москва, 2003);
на научно-практической конференции «Методы оценки экологической обстановки на военном объекте» (Москва, 2005).
Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное участие во всех теоретических и полевых исследованиях по разработке методологии комплексной оценки экологической обстановки на военном объекте. Автором лично разработаны математические модели:
жизненности биоиндикатора в загрязненной среде обитания;
объективности системы получения информации о состоянии окружающей среды;
прогноза возможных зон экологических аномалий;
комплексной оценки экологической обстановки на территории.
Автор осуществлял научно-методическое руководство полевыми экспедиционными работами по апробации методов визуальной биоиндикации окру-
15 жающей среды на территории военных объектов Чкаловское, Кубинка, Северный и др., а также городов Москвы, Тамбова и Владикавказа. Обработка и анализ результатов полевых исследований выполнен автором лично. Положения, выносимые на защиту.
Методология оценки качества окружающей среды базируется на свойствах фитоценозов и биоценозов изменять свои морфологические (внешние) признаки в зависимости от величины интегрального показателя загрязнения среды обитания. Это свойство биоиндикаторов может быть аппроксимировано эколо-го-математической моделью вида У = У0 ехр - (а X + b X2).
Объективность информации о загрязнении ОС на территории, получаемая системой экологического мониторинга, зависит от многих параметров системы и может быть выражена функцией виде 0 = f (а-Х-У- Z / X тахУ тах- Z тах).
Рациональное сочетание относительно малозатратных способов биодиагностики качества ОС на территории с высокозатратными способами физико-химического контроля ЗВ составляет основу системы получения информации об экологическом состоянии территории военного объекта. Способ назван экологической разведкой местности.
Алгоритм комплексной оценки экологической обстановки на территории военного объекта включает получение необходимых исходных данных по результатам экологической разведки местности, плановой медицинской диспансеризации личного состава и экологического контроля состояния источников загрязнения ОС. Полученные данные подвергаются аналитической обработке для вычисления комплексного индекса загрязнения ОС (РЭОф) и показателей фоновой {1ф) и максимальной (Zmax) заболеваемости личного состава. По этим показателям определяется индекс общей заболеваемости (Z0) личного состава на территории военного объекта. Полученный результат сравнивается с критериями экологического состояния территории военного объекта.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 52 работы, в том числе 1 учебник и 3 учебных пособия.
Перечень загрязняющих веществ, подлежащих экологическому контролю на территории Российской Федерации
По данным Федеральной службы государственной статистики и Экологической службы Вооруженных Сил Российской Федерации, вклад военных объектов в загрязнение ОС в 2004 г. составил: 1,8% выбросов ЗВ в атмосферу от стационарных источников, 0,63 % сбросов неочищенных и недостаточно очищенных сточных вод в поверхностные водные объекты (Гос. доклад... за 2004).
Формирование экологической обстановки на территории ВО обусловлено спецификой военной деятельности, влиянием ландшафтных и климатических факторов, а также влиянием близлежащих государственных и частных объектов хозяйственной деятельности. К специфическим свойствам военных объектов относятся: - класс потенциальной опасности; - степень энерговооруженности; - специфичность характера загрязнения ОС; К потенциально опасным военным объектам относятся те, на которых хранятся, уничтожаются или транспортируются радиоактивные, пожароопасные, взрывоопасные, опасные химические и биологические и др. вещества, создающие реальную угрозу возникновения чрезвычайной ситуации (ЧС) с экологическими последствиями (Клемин и др., 2000). В структуре Вооруженных Сил РФ можно выделить следующие виды потенциально опасных военных объектов: - воинские части, занимающиеся эксплуатацией и ремонтом ядерных энергетических установок (ЯЭУ); - арсеналы, базы и склады хранения ядерного оружия (ЯО), компонентов ракетного топлива (КРТ), горюче-смазочных материалов (ГСМ); - аэродромы, парки вооружения и военной техники (ВВТ); - полигоны, танкодромы и др. Характерными негативными воздействиями потенциально опасных ВО на ОС, являются: загрязнение её радиоактивными веществами (РВ), аварийно химически опасными веществами (АХОВ), нефтепродуктами, КРТ и др. Энерговооруженность ВВТ, которая обусловлена использованием топлива, взрывчатых веществ, порохов, электромагнитных полей и радиоактивных веществ, даже в мирное время представляет потенциальную опасность. Например, при испытании ракет могут возникнуть нештатные ситуации, последствиями которых могут быть взрывы, пожары. Взрывы многотонных зарядов твердых топлив могут быть катастрофическими для ОС как по разрушительному действию, так и по возможным масштабам загрязнения, в том числе и радиоактивного.
Потенциальную экологическую опасность представляют объекты уничтожения химического оружия, ликвидация ракетных комплексов и кораблей с ядерными энергетическими установками, поскольку принятая технология не всегда обеспечивает должную экологическую безопасность для населения. Представляют потенциальную опасность (Иванов, Фадин, 2004) также и районы уничтожения боеприпасов на Курильских островах и в поселке Вира, а также районы падения отделяемых частей ракет-носителей (РП ОЧРН). К ним относятся РП: «Койда», «Нарьян-Мар», «Мосеево», «Печора», «Вашка», «Олема», «Тобольск», «Тамбей», «Яр-Сале», «Верхоянск», «Бычье», «Двинской», «Нижняя Пеша», «Хальмер-Ю», «Сия».
Степень негативного воздействия ВВТ на ОС зависит от качества образцов военной техники, от их экологической безопасности. В Вооруженных Силах РФ действуют нормативы (Система ОТТ, 1999) экологичности к разрабатываемым образцам и системам ВВТ, которые регламентируют предельно допустимые нормы выбросов и сбросов ЗВ в окружающую среду. Химическое загрязнение ОС является общим и наиболее характерными для всех военных объектов, источниками которой являются котельные, пищеблоки, медицинские учреждения, банно-прачечные хозяйства, транспортные средства общего назначения, пункты технического обслуживания и ремонта транспортных средств и спецтехники, пункты заправки топливом транспортных средств, пункты зарядки аккумуляторов, компрессорные станции, склады ГСМ, места сбора бытового мусора. Эти источники загрязнений обычно называют бытовыми источниками. Все остальные источники загрязнений на военных объектах относятся к специфическим источникам, характерным только для военной деятельности (радиотехнические средства, системы ВВТ, боеприпасы, дегазирующие, дезактивирующие и дезинфицирующие вещества, маскирующие и защитные аэрозоли и т.д.).
Физические загрязнения ОС в основном проявляются в виде повышенных уровней акустических излучений, ионизирующих излучений, электростатических полей, электромагнитных излучений, ультрафиолетовой и инфракрасной радиации.
Ряд физических воздействий на ОС присущ только военной деятельности, например, ударным волнам, сильным акустическим и электромагнитным воздействиям, проявляющимся в ходе испытаний оружия, боевой учебы, утилизации и уничтожения боеприпасов и т.д. Окружающая среда, подверженная антропогенным изменениям, в свою очередь оказывает ответное воздействие на военные объекты (Демин, 1997; Иванов, Фадин, 2004), изменяя условия эксплуатации ВВТ, отрицательно влияя на здоровье личного состава и населения в местах дислокации военных объектов.
Недооценка экологических факторов способна снизить на треть эффективность боевого применения оружия. Например, изменение электрофизических параметров атмосферы приводит к увеличению коррозионной активности среды и частоты образования туманов, к заболачиванию и засолению земель, к разрушению ландшафта, к росту заболеваемости людей. Шумовая обстановка на аэродроме и прилегающих к нему районов оказывает негативное воздействие на личный состав, гражданский персонал и местное население. Например (Отчет ..., № 1576, 2003), длительное (более суток) воздействие на организм человека акустических колебаний с интенсивностью от 80 до 135 дБ, возникающие при посадках и взлетах самолетов и вертолетов, вызывает резкое понижение слуха. Шум интенсивностью 135 дБ наиболее опасный. Такой шум создают самолеты всех родов авиации при полетах на предельно малых высотах, а также при запуске двигателей. Систематическое воздействие этого шума (в течение 8-12ч) приводит к ухудшению состояния здоровья и резкому снижению производительности труда.
Общей для всех военных объектов спецификой можно выделить образование на территории зон экологических аномалий (ЗЭА), к которым могут быть отнесены загрязненные нефтепродуктами территории складов ГСМ, ремонтно-технических баз, акватории военно-морских баз, а также районы падения 04 РН. Причинами образование ЗЭА на территории военных гарнизонов является износ оборудования складов ГСМ, проливы нефтепродуктов в результате аварий и катастроф природного и техногенного характера.
Основные визуальные признаки эпифитных лишайников как биоиндикаторов качества атмосферного воздуха
Моторные топлива содержат вещество - антидетонатор для снижения способности к взрыву всей массы смеси одновременно (детонации), нарушающему нормальную работу двигателя внутреннего сгорания. В качестве антидетонатора (Максимов и др., 2001) широко используется тетраэтилсвинец (ТЭС), точнее - этиловая жидкость, которая содержит 50 - 60 % ТЭС. Норма добавки ТЭС -от 1,5 до 4 мг/л. В момент контакта с ТЭС симптомы раздражения не наблюдаются.
Клиническая картина острого отравления ТЭС (Иванов, Фадин, 2004; Ка-лабеков, 1999) развивается после скрытого периода - от нескольких часов до 3 -5 дней. При хронических отравлениях нарушается сон, функция нервной вегетативной системы, возникает тремор (дрожание) пальцев рук. Содержание в моче свинца более 0,07 мг/л является дополнительным подтверждением интоксикации ТЭС. ПДК ТЭС в воздухе рабочей зоны - 0,005 мг/м3.
В водоемах нефтепродукты образуют нефтяную пленку, создают устойчивую эмульсии и частично растворяются. При концентрации 0,05-0,1 мг/л гибнет икра и молодь рыб; при концентрации 0,1 -1,0 мг/л погибает планктон; при концентрации 10-15 мг/л погибают взрослые особи рыб. Всего лишь 1 грамм бензина или дизельного топлива делает непригодным для употребления 2000 л воды.
Авиационное топливо. В годы «холодной войны» с целью повышения устойчивости складов авиационного топлива к воздействию ядерных ударов противника, часть емкостей для хранения топлива, а также система трубопроводов размещалась под землей. В период распада СССР и передела собственности сократилось финансирование, необходимое для поддержания в исправном состоянии авиационной техники, в том числе и складов авиационного топлива. Поэтому со временем надежность оборудования складов снизилась, поя 47 вились утечки авиационного керосина в грунт (Горяинов, 2006) и образовались так называемые «керосиновые линзы», которые частично проникали в подземный водоносный слой, тем самым, загрязняя питьевую воду в военных городках и близлежащих населенных пунктах.
Отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) - также являются общими загрязнителями ОС практически на всех ВО. Они содержат (Максимов и др., 2001) оксид углерода, окислы азота, окислы серы, углеводороды, сажу, диоксины и др. вещества, характеризующиеся полифункциональным действием на организм человека.
Оксид углерода (Новиков, 2003) образуется при сгорании топлива в условиях недостатка кислорода. В отработавших газах автомобилей с карбюраторными двигателями его содержится до 7 % , с дизельными двигателями - до 1 %. Оксид углерода - инертный газ, плохо растворимый в воде. При вдыхании быстро попадает в кровь, где обратимо связывается с гемоглобином, образуя карбоксигемоглобин. Этот первый токсический эффект сопровождается кислородным голоданием. Вторичный эффект аналогичен механизму действия цианистых соединений - связывание внутриклеточных ферментов дыхательной цепи, что приводит к нарушению клеточного дыхания и гибели организма (в течение нескольких минут при высокой концентрации).
Окислы азота оказывают раздражающее действие на слизистые глаз и верхних дыхательных путей, а в высоких концентрациях вызывают отек легких. Порог ощущения оксидов азота находится в пределах от 7 до 10 мг/м , а опасные для жизни концентрации (даже при кратковременном вздыхании) - от 200 до 300 мг/м3. При кратковременном вдыхании, взаимодействуя со слизистой носоглотки, бронхами и т.д., образуют азотную и азотистую кислоты, которые поражают слизистые оболочки и альвеолярную ткань легких (выраженные явления при 140 ПДК), что приводит к первичным рефлекторным расстройствам, вплоть до астматических проявлений.
Вторичная реакция организма связана с образованием на поверхности слизистых оболочек и в легких нитритов и нитратов, которые, всасываются в кровь и приводят к расширению сосудов (снижение кровяного давления), а также необратимому превращению гемоглобина в метагемоглобин, который не способен к переносу кислорода, с развитием картины кислородного голодания. При длительном воздействии окислов азота в концентрациях, превышающих ПДК = 3 мг/м , у человека наблюдается хроническое воспаление слизистых оболочек верхних дыхательных путей, хронические бронхиты.
Сернистый ангидрид - бесцветный газ с удушливым запахом в силу высокой гигроскопичности быстро переходит в более токсичную серную кислоту. Ее доля в составе кислородных соединений серы, обнаруживаемых в воздухе в ясную погоду, составляет примерно 3 %, а в пасмурную, с туманом, достигает 16 % и более. Его содержание в воздухе городов изменяется от 0,17 до 0,51 мг/м , а максимальные разовые концентрации могут достигать 10 мг/м и более. Минимальная концентрация ощущения сернистого ангидрида по запаху равна 0,5 мг/м , гидрозоля серной кислоты - 3 мг/м . Порог раздражающего действия составляет соответственно 1 мг/м и 20 мг/м , а опасная для жизни концентрация - около 100 мг/м3. Первичная реакция при вдыхании газа - раздражение слизистых оболочек дыхательных путей, обусловленная образованием на них сернистой кислоты. Это приводит к развитию хронических ринитов, воспалениям слухового прохода и евстахиевой трубы, хроническим бронхитам, преимущественно с астматическими компонентами.
При длительном воздействии концентраций до 8 ПДК, поверхность зубов становится шероховатой с желтоватой окраской, вплоть до коричневых оттенков, повышается их чувствительность к горячей или холодной пище. В желудочно-кишечном тракте развивается хронический гастрит. Имеют место функциональные нарушения щитовидной железы. При концентрации 300 ПДК наблюдается потеря сознания в течение 3 мин. Диоксид серы в концентрации 26 г/м3 вызывает чувство раздражения и тепла в местах с тонкой и потливой кожей. Углеводороды (бензол, толуол, этилбензол, ксилол, метилэтилбензол, нафталин и др.) - высокотоксичные органические соединения, образующиеся при сгорании топлив. Попадание малых концентраций углеводородов в организм человека сопровождается расстройством нервной системы (невростения, вегетоневрозы, астеновегетативный синдром, вспыльчивость, раздражительность, головокружение).
Сажа - частицы углерода, образующиеся при сгорании топлив. Специфическое воздействие сажи - канцерогенное - обусловлено сорбированными на её поверхности полициклическими углеводородами (54% от обнаруженных в саже 40 веществ), концентрация которых может составлять, мкг/м3: бенз/а/пирен (диоксины) - 10-20; бензол - 0,08 - 1,7; этилбензол - 0,004 - 1,59; толуол -0,03 - 5,5. Бенз(а)пирен находят в почве повсеместно в количестве до 6 мкг / кг. Повышение этой величины до 12 - 15 мкг/ кг, как правило, связано с наличием местного источника загрязнения. Многие канцерогены обладают мутагенными свойствами.
Метод оценки эффективности системы получения информации о состоянии окружающей среды
Индекс общей заболеваемости населения базируется на результатах медико-экологического мониторинга территории, в процессе которого изучаются причинно-следственная связь между воздействием ЭОФ и частотой возникновения отдельных видов заболеваний или других негативных эффектов в различных группах населения. Процедура выявления причинно-следственной связи базируется на постулатах, формулированных английским биостатистиком А. Хиллом (Протасов, Молчанов, 1995). Важнейшими критериями наличия причинно обусловленной связи являются временное, биологическое и географическое правдоподобие.
Временное правдоподобие свидетельствует о том, что воздействие ЭОФ предшествует заболеванию с обязательным учетом латентного периода болезни. Биологическое правдоподобие предполагает, что сведения о токсикологических особенностях ЭОФ являются базовыми для понимания характера воздействия на здоровье человека. Географическое правдоподобие указывает на связь локализации случаев заболевания с учетом расстояния от источника загрязнения ОС, розе ветров, путях экспозиции, подвижности населения и др.
К числу факторов, определяющих эффективность медико-экологического мониторинга является минимизация затрат времени и средств, необходимых для обеспечения качественных результатов. Система «человек - окружающая среда» сложная нелинейная функция с большим числом переменных величин. Если размерность системы по основным переменным больше двух, то в ней возможно «сосуществование» нескольких устойчивых режимов развития с су 67 щественно различающимися «квазистационарными» значениями переменных, например, численностью населения городов. Иными словами, рассматриваемая система является типичным триггером, обладающим альтернативными, устойчивыми состояниями, между которыми возможно как параметрическое, так и «силовое» переключение.
Таким образом, есть основания полагать, что наблюдаемый в настоящее время рост заболеваемости и смертности, продолжающийся независимо от сокращения загрязненности атмосферы, является переходом в новое гармоничное состояние, но уже с существенно меньшей численностью населения. Описанный процесс логично рассматривать как катастрофу (в терминах современной теории бифуркации - разветвления), поскольку последствия начавшегося переходного процесса трудно прогнозировать.
Показателем, описывающим состояние здоровья популяции, т.е., характеризующим ситуацию в целом, является коэффициент распространенности заболеваний. Коэффициент распространенности показывает, какая доля населения больна тем или иным заболеванием в данный момент времени. При этом не имеет значения, возникла эта патология у человека 20 - 25 лет назад или в этом году. Важно, что в момент проведения исследования, он страдал этим заболеванием.
Чтобы оценить частоту возникновения новых случаев у населения, проживающего на определенной территории, используется коэффициент заболеваемости. Он характеризует интенсивность изменения состояния здоровья изучаемой группы населения, то есть скорость перехода группы населения из состояния «здоровый» в состояние «больной».
Специальные коэффициенты показывают частоту наступления изучаемых событий для отдельных категорий населения (например, в отдельных половозрастных группах), т.е. дают более тонкую оценку уровней рождаемости, заболеваемости, смертности.
Наибольшее внимание уделяется состоянию здоровья детского населения. В оценке социально-экономического и санитарного состояния изучаемой попу 68 ляции особое значение имеет показатель смертности на 1-ом году жизни. В демографической литературе и статистических сборниках, издаваемых Госкомстатом, смертность на 1-ом году жизни называется младенческой.
Исследование уровней младенческой смертности от отдельных причин по периодам 1-го года жизни позволяет рассматривать младенческую смертность как тонкий инструмент анализа состояния ОС.
В тех случаях, когда необходимо наиболее точно оценить вероятность развития заболевания в конкретной группе населения, проводятся специально организованные эпидемиологические исследования, которые позволяют получить кумулятивный коэффициент заболеваемости (накопленную заболеваемость).
Обработка большого массива данных медицинской статистики и экологического мониторинга для разных городов и районов России, включая зоны разной степени экологической напряженности (Гончарук и др., 1989), позволили установить эмпирическую закономерность влияния загрязненной ОС на общую заболеваемость. Закономерность описывается уравнением:
Критерием безопасности и нормирования загрязнения может служить минимальное значение коэффициента К, при котором прирост заболеваемости населения в связи с загрязнением ОС (экопатологии) являются статистически достоверными. Анализ показывает, что из всех приведенных индексов только индекс общей заболеваемости населения содержит параметр, характеризующий общую (интегральную) загрязненность - коэффициент концентрации загрязняющих веществ в окружающей среде. Следовательно, выражение (1.18) является эмпирической математической моделью, в которой функционально связаны два основных интегральных показателя: заболеваемость населения Z и коэффициент суммарной концентрации К загрязняющих веществ в ОС. Однако следует заметить, что коэффициент К характеризует лишь химическую, в том числе и радиоактивную составляющую загрязнения ОС. Что касается электромагнитной составляющей загрязнения атмосферного воздуха, которая существенно влияет на состояние здоровья человека, то она в представленной математической модели отсутствует.
Сложность применения данного критерия обусловлена необходимостью поиска участка территории, где имеется так называемая фоновая заболеваемость Z$. Попытки обосновать параметры фоновой заболеваемости пока не дали желаемых результатов. Была разработана методика (Бадтиев, 1994), в которой за фон принималась наименьшая общая заболеваемость населения на территории субъекта Российской Федерации.
Определение коэффициента регрессивной модификации пресноводных моллюсков
Город Москва (Новая Российская ..., 2004.) - столица Российской Федерации, расположен на реке Москва с притоками Яуза и Сетунь, на холмистой местности в центре Европейской территории России, в междуречье Оки и Волги. Территория города составляет 994 (без г. Зеленограда) км2, население 10357,8 тыс. человек.
В Москве сосредоточены крупные предприятия авиационной, ракетно-космической, радиоэлектронной, приборостроительной отраслей, производятся станки и инструменты, промышленные роботы, грузовые и легковые автомобили, холодильное и компрессорное оборудование, многообразная продукция химической промышленности. Здесь дислоцируются многие военные академии, военные университеты, воинские части и военные учреждения Министерства обороны Российской Федерации.
Муниципальный транспорт насчитывает 5,2 тыс. автобусов, 1,6 тыс. троллейбусов. Согласно устному заявлению мэра Москвы Ю.М. Лужкова, на улицах и 12 автомобильных трассах города ежедневно курсирует свыше 3 млн. автомобилей. Речной транспорт Москвы включает АО «Московское речное пароходство», ОАО «Пассажирский порт», ОАО «Северный речной порт», ОАО «Южный речной порт», ГП «Западный порт». Все перечисленные промышленные и транспортные объекты являются источниками загрязнения ОС города. Из всего объема выбросов в атмосферу на долю автотранспорта приходится 92 % .
Интенсивность загрязнения атмосферного воздуха (Государственный доклад ..., 2002) характеризуется следующими данными. Среднегодовой выброс химических веществ в атмосферный воздух составляет 129 тыс.т/год. Среднегодовой индекс загрязнения атмосферного воздуха Ра 14. Основные источники загрязнения атмосферного воздуха - промышленные предприятия, ТЭЦ, речной и автомобильный транспорт.
Интенсивность загрязнения поверхностных вод характеризуется среднегодовым сбросом сточных вод в количестве 2711 млн.м3/год. Основные источники загрязнения поверхностных вод являются объекты жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ), предприятия промышленности города, речной транспорт и портовые объекты.
Интенсивность загрязнения почвы характеризуется среднегодовым количеством токсичных отходов 163 тыс. т/год, в том числе: промышленностью 37 тыс. т/год, ЖКХ - 61 тыс. т/год, автотранспортом - 1,4 тыс. т/год.
Город (по состоянию на 2004 г.) занимает одно из первых мест в Российской Федерации по наличию токсичных веществ в атмосферном воздухе и первое место по сбросу загрязненных сточных вод.
Контроль загрязнения окружающей среды на территории города осуществляется системой космического экологического мониторинга в сочетании с традиционными методами наземных измерений. Это позволяет (Виноградов и др. 1997) точно и объективно определять ареалы загрязнения подстилающей поверхности, водных объектов и атмосферного воздуха на территории Москвы.
Наземные наблюдения за загрязнением ОС на территории города Москвы (Состояние ..., 2004) осуществляет Государственное учреждение Московский Центр гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды с региональными функциями (ГУ Московский ЦГМС-Р). Он имеет сети наблюдения: за загрязнением атмосферного воздуха, за загрязнением поверхностных вод, за радиоактивным загрязнением.
В атмосферном воздухе ежесуточно контролируется 32 химических вещества: азота диоксид, азота оксид, аммиак, ацетон, бензол, взвешенные вещества, водорода фторид, водорода хлорид, водорода цианид, железо, кадмий, кобальт, ксилол, марганец, медь, никель, озон, ртуть, свинец, сероводород, сероуглерод, серы диоксид, сульфаты, толуол, углеводороды, углерода оксид, фенол, формальдегид, хлор, хром, цинк.
Адреса расположения стационарных постов наблюдения за атмосферным воздухом на территории г. Москвы приведены в таблице В поверхностных водах ежесуточно контролируется концентрация 23 химических веществ: двуокись углерода, взвешенные вещества, кальций, магний, натрий, гидрокарбонаты, хлориды, сульфаты, азот аммонийный, азот нит-ритный, азот нитратный, фосфаты, кремний, железо, медь, цинк, хром, фенолы, формальдегид, СПАВ, нефтепродукты, смолы и асфальтены, фториды.
Радиационный мониторинг. В городе находятся более 1500 предприятий, организаций и производств, имеющих ядерные установки различного назначения. Радиационный мониторинг осуществляется ежесуточно, при этом измеряется мощность экспозиционной дозы излучения, выпадение радиоактивных аэрозолей на горизонтальный марлевый планшет и концентрация радиоактивных аэрозолей в атмосферном воздухе на водобалансовой станции Подмосковная.
Природный комплекс Москвы включает 130 особо охраняемых природных объектов: часть Национального парка «Лосиный остров» (3 тыс. га), «Лесная опытная дача», «Битцевский лес», Серебряный бор, Воробьевы горы, Измайловский лес, Кузьминский и Филевско-Кунцевский лесопарки и др. Демографическое состояние города характеризуется следующими данными: плотность населения 10,4 тыс. чел /км2, доля женщин 53 %, рождаемость 8,5 %о , смертность 15,2 %о , младенческая смертность - 11 детей на 1000 родившихся. Город Тамбов - областной центр Тамбовской области, расположен в зоне лесостепи, на реке Цна, на высоте 219 м над уровнем моря. Климат умеренно континентальный, средняя температура января -11С, июля + 20С. Территория города занимает около 80 тыс. км , население около 294 тыс. человек. Здесь расположены военные университеты и др. военные объекты Министерства обороны РФ. Основными источниками загрязнения ОС в городе являются (Доклад о состоянии..., 2004): ТЭЦ, 20 квартальных котельных, 70 котельных малой и средней мощности, принадлежащих муниципальному унитарному предприятию объединенных котельных (МУПОК), объекты ЖКХ, предприятия ОАО «Там-боврезиноасботехника», ОАО «Тамола», ОАО «Пигмент», ОАО «Тамбовмаш» и автотранспорт. Природный заповедник «Лысые горы» представляет собой холмистую местность, которую покрывает смешенный лес. Здесь растет сосна, ель, дуб, береза, липа и др. деревья и кустарники.
