Введение к работе
Актуальность темы. Оценка и прогноз региональных последствий глобальных изменений, прежде всего, загрязнения окружающей среды и изменения климата представляют собой одну из наиболее актуальных научных проблем, имеющих огромное практическое значение. Объектом исследований стал водосборный бассейн оз. Байкал.
Озеро Байкал (уникальная экосистема и более 80 % запасов пресных поверхностных вод России) является одним из наиболее экологически-критических регионов России. Не только ученые России, но и мировое сообщество чрезвычайно обеспокоено ухудшением состояния оз. Байкал. Решением ЮНЕСКО в 1996 г. озеру Байкал придан статус «объект мирового наследия». Однако, следует указать, что обеспокоенность как большинства отечественных, так и зарубежных ученых и специалистов в основном связана с воздействием лишь локальных, пусть даже очень мощных источников загрязнения, таких, как Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат. Между тем над Байкалом «нависает» угроза гораздо большего масштаба и в настоящее время практически неконтролируемая: это воздействие региональных и глобальных источников загрязнения и региональные последствия изменения климата. Ю.А. Израэлем разработаны общие принципы мониторинга загрязнения окружающей природной среды как комплексной системы наблюдений, оценок и прогнозов, охватывающих весь спектр антропогенных воздействий. Настоящая работа посвящена научному обоснованию и развитию системы мониторинга регионального загрязнения бассейна оз. Байкал.
При оценке состояния окружающей природной среды в рассматриваемом регионе надо исходить из того, что благодаря значительным усилиям в последнее время получены некоторые положительные результаты по стабилизации и контролю локальных источников загрязнения. Вместе с тем поступление загрязняющих веществ в природные среды региона в растущих объемах продолжается, и в целом положение с Байкалом становится все более кризисным. В равной степени это касается как районов прямого антропогенного влияния (БЦБК, порты, Селенгинское мелководье), так и в целом водной массы озера и окружающей среды его бассейна. Положение усугубляется дальним атмосферным переносом таких глобально-приоритетных веществ, как стойкие хлорорганические соединения, нефтяные углеводороды, некоторые тяжелые металлы, , а также глобальными изменениями климатической системы и негативными изменениями гидрометеорологического режима в регионе. Поэтому чрезвычайно актуальны рассматриваемые в докладе вопросы комплексного мониторинга состояния озера Байкал и оценки влияния региональных и глобальных факторов загрязнения, усовершенствования и оптимизации существующих систем наблюдений за состоянием окружающей среды, прогнозирования состояния оз.Байкал с учетом изменений регионального климата. Особое значение имеет постановка этих задач в долгосрочном плане, на перспективу в 20 - 25 лет.
Целью исследований явилось научное обоснование мониторинга состояния оз. Байкал на основе данных систематических наблюдений и моделей регионального загрязнения бассейна оз. Байкал.
Для этого потребовалось решить следующие задачи:
• научно обосновать и создать систему наблюдений за региональным загрязнением бассейна озера Байкал глобально-приоритетными загрязняющими веществами
• разработать модели регионального загрязнения окружающей природной среды в бассейне оз. Байкал
• с использованием разработанных моделей установить закономерности в пространственно-временном распределении содержания глобально-приоритетных загрязняющих веществ в основных компонентах окружающей природной среды в региональном масштабе
• на базе решения этих задач с учетом возможных изменений регионального климата:
- разработать баланс и дать прогнозные оценки возможных изменений динамики
хлорорганических соединений и нефтяных углеводородов в оз. Байкал
-по данным мониторинга установить закономерности фракционирования изотопного состава углерода, водорода и кислорода поверхностных вод региона и на этой основе дать оценку влияния возможного изменения климата на величину фундаментальных констант изотопного состава воды озера
Научная новизна.
На основе анализа и обобщения отечественного и мирового опыта разработаны новые методы оценки и прогнозирования загрязнения окружающей природной среды с использованием системного анализа и моделирования процессов распространения загрязняющих веществ в бассейне оз. Байкал.
Получены новые данные, характеризующие региональное загрязнение бассейна оз. Байкал глобально-приоритетными, стойкими (трудноразложимыми) органическими загрязняющими веществами. Разработанные методы соответствуют мировому уровню. Признанием этого является учреждение под руководством автора этих методов в 1988 году Целевой группы экспертов Европейской экономической комиссии ООН с участием специалистов США, Швеции, Канады, Финляндии и других стран для анализа и распространения накопленного в нашей стране опыта в области оценки и прогнозирования антропогенных воздействий и состояния окружающей природной среды. Результаты работы Целевой группы были опубликованы в виде Специального доклада ЕЭК ООН.
Методы нашли достаточно широкое применение в нашей стране, на основе их использования выполнены работы по оценке и прогнозированию состояния окружающей природной среды , а также по оценке и прогнозированию мировой экологической ситуации. Совокупность полученных результатов позволяет полагать, что достигнуто решение крупной научной проблемы, имеющей важное хозяйственное значение и заключающейся в создании методологии анализа, оценки и обобщения информации о региональном загрязнении окружающей природной среды, прогнозировании его возможных изменений. Практическая значимость работы. Результаты исследований были использованы и используются:
- В работах Минпромнауки и Росгидромета по оценке и долгосрочному прогнозированию
загрязнения окружающей природной среды и его последствий. Результаты разработок автора в этой области в их завершенном виде реализованы в "Комплексном прогнозе основных тенденций изменения мировой экологической ситуации на период до 2010 г." (Важнейшие государственные прогнозы ), том 2.
- При реализации проекта "Оценка воздействия на окружающую среду" в рамках Европейской экономической комиссии ООН.
- В работах СО РАН, Росгидромета и других ведомств по обоснованию норм допустимых антропогенных воздействий на экосистему оз. Байкал.
-Госстроем РСФСР при разработке Территориальной комплексной схемы охраны природы в бассейне оз. Байкал.
На основе многолетних собственных исследований автором проведен научный анализ существующей системы наблюдений за состоянием оз.Байкал и природной среды и предложена комплексная программа развития и совершенствования системы мониторинга состояния оз.Байкал, базирующаяся на комплексировании, экологизации и автоматизации системы наблюдений. В соответствии с разработанной автором научной методологией регионального мониторинга оз.Байкал в число объектов наблюдений и контроля включены не только все важнейшие региональные источники загрязнения атмосферного воздуха и природных вод, но и дальний (трансграничный) перенос загрязняющих веществ. Научные программы, в рамках которых были получены основные результаты диссертации.
Изложенные в работе результаты получены в Институте прикладной геофизики им. академика Фёдорова Е.К. в период с 1972 г. по 1979 г.,- в Лаборатории мониторинга природной среды и климата в период с 1979 г. по 1990 г. и в Институте глобального климата и экологии с 1991 по 2001 годы в соответствии с планами НИР и ОКР Росгидромета и РАН. В частности:
- Задание "Составить прогноз экологических последствий глобального загрязнения биосферы". Тема УП.48.01 плана НИР и ОКР Госкомгидромета на 1981-1982 гг. Программа
ГКНТ 0.85.09 на 1981-1982 гг., этап 05.Н 1а.
- Задание Госкомгидромета и "Разработать комплексный прогноз основных тенденций изменения "мировой экологической ситуации".
- Задание Госкомгидромета "Составить баланс химических веществ в оз.Байкал, разработать математическую модель распространения загрязняющих веществ и обосновать систему мониторинга в регионе". Тема П. 15.35 плана НИР и ОКР Госкомгидромета на 1976-1980 гг.
Задание Госкомгидромета и ГКНТ "Исследовать пространственно-временные характеристики полей концентраций микроэлементов, сульфатов и нефтепродуктов в фоновых районах оз.Байкал". Тема УП.44.02 плана НИР и ОКР Госкомгидромета на 1981-1985 гг. Программа ГКНТ 0.85.09 на 1981-1985 гг. этап 01.НЗ.
- Задание Госкомгидромета и ГКНТ "Разработать глобальный прогноз возможных антропогенных изменений состояния биосферы на период до 1991-2010 гг..." Тема У.27.05 плана НИР и ОКР Госкомгидромета на 1986-1988 гг. Программа ГКНТ 0.85.04 на 1986-1988 гг., этап01.05.Н.
- Задание Госкомгидромета и ГКНТ "Усовершенствовать и внедрить первую очередь региональной системы экологического мониторинга состояния водных и наземных экосистем бассейна оз.Байкал". Тема У.28.08 плана НИР и ОКР Госкомгидромета на 1986-1990 гг. Программа ГКНТ 0.85.04 на 1988-1990 гг., этап 02.03.Н.
- Задание Госкомгидромета "Дать научное обоснование и разработать подходы к определению норм допустимых воздействий на экосистему оз.Байкал". Приказ Госкомгидромета No 107 от 30.04.87. Тема У.28.08 плана НИР и ОКР Госкомгидромета на 1986-1990 гг. Программа ГКНТ 0.85.04 на 1988-1990 гг., этап 02.03.Н. - Задание Госкомгидромета "Разработать раздел Территориальной комплексной схемы охраны природы в бассейне оз.Байкал". Приказ Госкомгидромета No 107 от 30.04.87. Совместная программа ЛАМ и Гипрогора Госстроя по разработке раздела ТерКСОП,утверждена руководством ЛАМ и Гипрогора 17.09.87.
Тема У.28.08 НИР и ОКР Госкомгидромета на 1986-1990 гг. - Задание ГКНТ "Изучить антропогенное воздействие на водные ресурсы оз.Байкал и оценить динамику загрязнения водных ресурсов и изменения качества вод оз.Байкал под влиянием промышленных и бытовых стоков и аэропромвыбросов по химическим, гидрофизическим и биологическим показателям".
Региональная программа 5.03. "Ресурсы бассейна оз.Байкал", этапы 3.02 и 3.03. Утверждена постановлением ГКНТ No 353 от 30.06.86.
- Задание ГКНТ "Создать комплекс моделей для изучения процессов гидротсрмодипамикп, переноса и трансформации примесей в воде оз.Байкал и атмосфере региона".
Тема 1.4.4.5 Плана НИР и ОКР Росгидромета на- 1996-2000 гг "Оценка состояния окружающей среды и оптимизация мониторинга в бассейне оз. Байкал.
Личный вклад автора.
Представленные в диссертацию результаты были получены при реализации указанных выше отечественных программ и разработок в течение 1972-2001 гг. Автор является руководителем или ответственным исполнителем перечисленных тем и заданий, им разработаны предложения по совершенствованию регионального мониторинга. Автор являлся руководителем и прямым участником 7 экспедиций, в которых проводились экспериментальные исследования, осуществлялись полевые работы в бассейне оз. Байкал. Автором получены новые данные о состоянии основных компонентов окружающей природной среды в бассейне оз.Байкал. На основе изучения данных об источниках загрязнения в регионе оз.Байкал и процессов переноса загрязняющих веществ предложена полная система математических моделей, описывающих региональное распространение загрязняющих веществ и «на выходе» дающая пространственно-временную картину распределения загрязняющих веществ в воде оз.Байкал и их потоков в смежных природных средах - в атмосферном воздухе и осадках, речных водах Прибайкалья. С использованием этих математических моделей автором разработаны региональные балансы загрязняющих веществ, составлены прогнозы возможных изменений этих балансов. Особый научный и практический интерес представляет сопоставление балансов таких веществ, как сульфаты и хлориды, которые присутствовали в Байкале и в доантропогенные эпохи, с балансами таких веществ, как ПХБ и ДДТ - чисто антропогенными продуктами.
На защиту выносятся следующие основные положения.
1. Ключевыми элементами разработанной автором методологии мониторинга регионального загрязнения бассейна оз. Байкала являются комплексные программы наблюдений в фоновых регионах бассейна оз. Байкал (эксперимент «Комплекс» и проведение регулярных вертолетных снегосъемок в труднодоступных горных районах).
2. Предложенные автором модели регионального загрязнения бассейна оз. Байкал позволяют дать оценку и прогноз загрязнения озера Байкал в целом.
3. Разработанные региональные балансы нефтяных углеводородов и хлорорганических соединений позволяют дать оценку источников и стоков этих глобально-приоритетных опасных для оз. Байкал загрязняющих веществ.
4. Оценка возможных изменений в региональном загрязнении бассейна оз. Байкал нефтяными углеродами и хлорорганическим соединениями свидетельствует об определяющей роли глобальных источников этих загрязняющих веществ
5. Оценка возможного изменения изотопного состава стабильных изотопов углерода, кислорода и водорода в воде оз. Байкал приводит к выводу о том, что региональное загрязнение, рост среднегодовой температуры воздуха, изменение режима осадков могут привести к сдвигу фундаментальных констант изотопного состава с непредсказуемыми экологическими последствиями.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на научных симпозиумах, конференциях, совещаниях и школах - семинарах, важнейшим из которых является:
-Международные симпозиумы по всестороннему анализу окружающей среды и научномуобоснованию мониторинга: Тбилиси, 1974; Лондон, 1976; Москва, 1978; Вашингтон, 1987
-Международная конференция Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП), Ташкент,
1980
-Всесоюзные и Всероссийские Байкальские школы-семинары по научному обоснованию мониторинга оз. Байкал, Байкальск, 1981,1983, 1985,1989,1994,1997
-Всесоюзное Лимнологическое совещание, Иркутск, Лиственичное-на-Байкале, 1986
-Международные совещания по оценке антропогенного воздействия на окружающую среду,
Калгари, 1988; Байкальск, 1989
-Совещания циркумполярных стран по научному обоснованию мониторинга и оценке
состояния окружающей среды Арктики, Осло, 1991, 1993
-Всероссийская конференция «Научные аспекты экологических проблем России», Москва,
РАН, 2001
-Заседания Ученого совета Института глобального климата и экологии.
Публикации. Основные итоги научных работ автора, представленные в докторской диссертации в виде научного доклада, опубликованы в пяти коллективных монографиях, журналах «Метеорология и гидрология», «Aquatic Ecosystem Health and Management», «Environmental monitoring and assessment», в докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) под эгидой Всемирной метеорологической организации и программы ООН по окружающей среде. По теме диссертации опубликовано лично и в соавторстве свыше 100 работ, 26 работ опубликовано за рубежом. Научно-оргашпацнопная деятельность соискателя
В период разработки научных основ региональной системы мониторинга оз. Байкал соискатель принимал непосредственное участие в работе ряда национальных и международных организаций и программ.
С 1973 по 1985 год он был Ученым секретарем Комитета АН СССР по системному анализу, что дало возможность использовать передовой отечественный и мировой опыт для определения ключевых элементов байкальских проблем и провести в последующем ряд Всесоюзных и Всероссийских Байкальских школ-семинаров для обсуждения проблем регионального мониторинга и координации работ различных организаций в этой области. На протяжении 7 лет (1981-1987 гг.) соискатель был руководителем Целевой группы ЕЭК ООН по региональным аспектам оценок воздействия на окружающую среду.
