5. Моніторинг океанів і морів

Комплексний моніторинг океанів - це система спостережень, аналізів оцінки і прогнозу стану океану. Метою комплексного моніторингу океанів є визначення стану Світового океану та прогнозування змін, які відбуваються в його екосистемах внаслідок антропогенних факторів [36]. Для здійснення глобального моніторингу Світового океану необхідне виконання таких завдань:

• виявлення каналів надходження та оцінювання потоків забруднюючих речовин у біопродуктивних та чутливих екосистемах;

• вивчення негативних наслідків забруднення екосистем;

• дослідження зв’язків між рівнями накопичення забруднюючих речовин та екологічними змінами, які характерні для певних екосистем;

• визначення критичних концентрацій забруднюючих речовин, які можуть спричинити порушення функціональних біологічних та біохімічних процесів;

• вивчення фізичних, хімічних та біологічних процесів, які визначають асиміляційну ємність;

• побудова математичних моделей окремих екологічних процесів для прогнозування екологічної ситуації в океані в локальному, регіональному та глобальному масштабах.

Для розв’язання цих завдань використовують:

• дані натурних спостережень;

• лабораторні дослідження;

• математичне моделювання.

Комплексний глобальний моніторинг включає фізичну, геохімічну, біологічну складову. У задачу моніторингу океанів входить (фізична складова) систематичний аналіз спостереження і прогноз термодинамічних процесів і процесів поширення антропогенних домішок, визначаючих екологічну ситуацію в океані. Значна увага приділяється вивченню впливу властивостей і динаміки океанів на тепло- і газообмін з атмосферою, на глобальний кругообіг тепла, вологи і різних хімічних сполук, особливо двоокису вуглецю. Так само в його задачу входить визначення впливу різних антропогенних процесів на найважливіші геофізичні процеси в океані, на процеси взаємодії океану з атмосферою, на стан кліматичної системи, у тому числі кріосфери.

Моніторинг океанів (геохімічна складова) охоплює системний контроль, оцінку і прогноз рівнів забруднення морських екосистем, включаючи швидкості надходження забруднюючих речовин у світовий океан, їхній вміст у морській воді, нагромадження в зваженій речовині, донних відкладеннях, у біоті; швидкості видалення забруднюючих речовин з морської води за рахунок біогенної седиментації (рис.5.6).

Геохімічний моніторинг морського середовища

Моніторинг показників середовища

Моніторинг факторів впливу

Моніторинг джерел впливу

гідрографічні показники середовища t, pH, S%

хлоровані вуглеводні, пестициди, ПХБ

прямі теригенні скиди

річковий винос

біогенні елементи O₂, H₂S, N, P

важкі метали Hg, Pb, Cd, Zn, Cu

атмосферне перенесення, опади

нафтові вуглеводні, ПАР, бенз(а)пірен

скиди з суден, аварійні ситуації

перенесення системами циркуляції

Рис 5.6 Система показників геохімічного моніторингу морського середовища

Моніторинг океанів (біологічна складова) включає систематичне спостереження, оцінку і прогноз біологічних наслідків антропогенного забруднення й інших негативних впливів, а так само вплив критичних факторів впливу і найбільш уразливих ланок у біотичної складової морських екосистем (рис.5.7).

Основною задачею екологічного моніторингу океанів є створення системи спостереження за джерелами і факторами антропогенного впливу і біологічних ефектів морських екосистем. У системі екологічного моніторингу океанів важливе місце займає біологічна індикація поразки екосистем. Перевага біоіндикації при аналізованій екологічній ситуації в океані полягає в тому, що біологічні процеси відображають інтегральний вплив зміни середовища. Біологічні процеси дозволяють визначити швидкість і напрямок проходження змін у навколишнім середовищі. Морська біота вказує не тільки шляхи міграції, але і місця нагромадження хімічних речовин в екологічних системах.

Біологічний моніторинг морського середовища

Нейстон

Мікрофлора

Планктон, бентос

Кількісні показники розвитку

Потенціальна фізіологічна активність мікробних популяцій

Кількісний показники розвитку, розмірний склад

Індикаторні групи бактерій

Співвідношення головних видів, індекс різноманітності

Індикаторні види

Відносні показники розвитку мікробних популяцій

Індикаторні види

Продукційно-деструкційні процеси

Первинна продукція органічної речовини

Деструкція органічної речовини

Кількісне співвідношення швидкості продукції, деструкції

Рис.5.7Система показників біологічного моніторингу морського середовища

Біологічна індикація покладена в основу біотестування - біологічного методу оцінки характеру і ступеня забруднення морського середовища. У якості біотесту використовуються різні види фітопланктону, зоопланктону, молюски, окремі представники іхтіофауни, морські мікроорганізми. Біологічний моніторинг здійснюється на індивідуальному і популяційному биоценотичному рівні. Біологічні показники на індивідуальному рівні включають морфологічні, екологічні, геохімічні, фізіологічні і генетичні характеристики, специфічні для даного виду. Як морфологічні показники, можуть бути обрані розмірний склад гідробіонтів, стан зябрової мембрани риб, форма клітки мікроорганізмів. Як екологічні показники - характер орієнтації гідробіонів у просторі і частота руху зябер. Як фізіологічні показники - споживання кисню, швидкості розмноження і росту, співвідношення споживання кисню до азоту, виділеному в процесі метаболізму. Як генетичні показники - швидкість мутації.

Моніторинг на рівні популяцій і співтовариств включає вивчення структурних і функціональних характеристик. Як структурні показники звичайно вибирається визначення чисельності біомаси, числа і складу видів, їхній розподіл у часі і просторі. Як функціональні показники досліджується продукція і подих, характеризується загальна кількість енергії, використовувана в даному співтоваристві.

Система біологічних показників моніторингу океанів повинна охоплювати всі основні морські співтовариства - нектон, планктон, перифитон. При здійсненні ефективного екологічного моніторингу необхідно гарне знання гідрометеорологічного режиму акваторій, знання особливості дослідження хімічних речовин. На підставі цієї інформації визначається оптимальна система спостережень і добору проб (частота, сезонність) - режим моніторингу.

Для організації станції фонового моніторингу морського середовища запропоновано вибирати райони з екосистемами, які мають різні трофічні рівні, райони вилучені від джерел забруднення, райони з легкоранимими екосистемами. Для розташування станцій фонового моніторингу запропоновані наступні райони в Тихому океані: Берингове море, заливи поблизу Японських островів, екваторіальний плин, Великий бар'єрний риф, відкритий аліготрофний район поблизу Південного острова Лайн.

На морях, що омивають територію України, працює служба спостереження і контролю забруднення морських вод.

Спостереження за якістю морської води проводять за допомогою пунктів трьох категорїй. Категоpію пункту спостереження вибирають з урахуванням розміщення та потужності джерел забруднення, складу, концентрації забруднюючих речовин, регіональних i фізико-географічних умов. Межі контрольованих районів визначають залежно від фізико-географічних особливостей кожного моря з урахуванням розподілу забруднюючих речовин та гідрометеорологічного режиму.

Пункти I категорії призначені для спостереження за якістю води в прибережних районах, які мають важливе народногосподарське значення. Вони розміщуються у районах водокористування населения; у портах i припортових акваторіях; у місцях нересту та сезонного скупчення цінних риб та інших морських організмів; у місцях скиду міських стічних вод i стічних вод промислових та сільськогосподарських комплексів; у районах розробки та транспортування корисних копалин; на гирловому узмор'ї великих річок.

Пункти II кaтeгopiї призначені для спостереження за якістю води прибережних районів i районів відкритого моря, а також для дослідження сезонної та річної зміни рівня забрудненості морських вод. Вони розташовуються в районах, де надходження забруднюючих речовин проходить за рахунок міграційних процесів.

Пункти III категорії призначення для спостереження за якістю морських вод у районах відкритого моря, для дослідження річної зміни забруднення морських вод i для розрахунку балансу хімічних речовин.

На кожному пунктi спостереження визначають кількість i місцезнаходження вертикалей та горизонта­лей з урахуванням розміщення та потужності джерел забруднення, а також складу, концентрації та форми надходження забруднюючих речовин.

Кількість вертикалей у пункті спостереження якості води на гирловому узмор'ї залежить від його ширині: при ширині річки менше 100 м — 1 вертикаль, від 100 до 1000 м — 3 вертикалі, більше 1000 м — 5 вертикалей.

Одну вертикаль розміщують посередині русла, а інші — piвномірно по його ширині.

Кількість горизонталей залежить від глибини річки: при глибинi piчки 1-5 м - горизонти проводять на поверхні та біля дна; при глибині 5-10 м - на поверхні, на половині глибини i біля дна; при глибині річки більше 10 м - на поверхні, через кожні 5 м та біля дна.

В інших ситуаціях кількість горизонталей визначають з урахуванням глибини об'єкта, складу та концентрації забруднюючих речовин. Під час моніторингу морських вод здійснюють спостереження:

• нафтовими та хлорованими вуглеводами — на поверхні, на глибинах 5, 10, 20 м i біля дна;

• за синтетичними поверхнево активними речови­нами та фенолами на поверхні, на глибині 10 м та бiля дна;

• за важкими металами — на пoвepxнi, на горизон­тах 10, 50, 100 м та біля дна.

Додатковим горизонтом при спостереженнях є шар води, де стрибкоподібно змінюється температура.

Достовірність і повноту спостережень забезпечує виконання програм спостережень за якістю морських вод. Спостереження базуються на двох типах програм: програми спостережень за фізико-хімічними показниками (табл. 5.19) і програми спостережень за гідробіологічними показниками (табл. 5.20).

Таблиця 5.19

Програма спостережень за якістю морських вод за фізико-хімічними показниками

Показники	Розмірність	Програма спостережень
		Повна	Скорочена
Нафтові вуглеводи	мг/л	+	+
Розчинений кисень	мг/л%	+	+
Водневий показник рН	-	+	+
Візуальні спостереження за станом поверхні	-	+	+
Хлоровані вуглеводи, в т.ч. пестициди	мкг/л	+
Важкі метали (Hg, Pb, Cd, Cu)	мкг/л	+
Феноли	мг/л	+
СПАР	мг/л	+
Додаткові інгредієнти, які є специфічними для даного водного об’єкта: азот нітритний, кремній	мг/л мкг/л	+
Солоність води	о/оо	+
Температура води і повітря	оС	+
Швидкість і напрямок вітру	м/с	+
Прозорість води	М	+

Програма спостережень за фізико-хімічними показниками включає визначення основних фізичних характеристик і концентрацій забруднюючих речовин.

При візуальних спостереженнях визначають плавучі домішки, плівки, масляні плями; розвиток, накопичення та відмирання водоростей; масовий викид молюсків на берег; підвищення мутності, незвичне забарвлення води тощо.

Програма спостережень за якістю морської води за гідробіологічними показниками є доповненням фізико-хімічної програми.

Залежно від категорії пункту спостереження визначають тип програми та терміни проведення спостережень.

У пунктах І категорії спостереження проводять три рази на місяць за фізико-хімічними та гідробіологічними показниками: 1 декада – скорочена програма; 2 декада – повна програма; 3 декада – скорочена програма.

У пунктах ІІ категорії спостереження проводяться 5 – 6 разів на рік за повною програмою. У пунктах ІІІ категорії спостереження проводять 2 – 4 рази на рік за повною програмою спостережень.

Таблиця 5.20

Програма спостережень за якістю морських вод за гідробіологічними показниками

Показники	Одиниці вимірювання	Програма спостережень
		повна	скорочена
1	2	3	4
Зоопланктон: - загальна чисельність організмів; - видовий склад, кількість і список видів; - загальна біомаса; - чисельність основних груп і видів; - біомаса основних груп і видів.	екз./м3 мг/м3 екз./м3 мг/м3	+ + + + +	+ +
Фітопланктон: - загальна чисельність клітин; - видовий склад, кількість та список видів; - загальна біомаса; - кількість основних систематичних груп, чисельність груп.	клітин/л г/м3	+ + + +	+ +
Мікробні показники: - загальна чисельність мікроорганізмів; - концентрація сапрофітних бактерій; - концентрація хлорофілу фітопланктону; - загальна біомаса; - кількісний розподіл індикаторних груп морської мікрофлори (сапрофітні, нафтоокислювальні, ксилолокислювальні, фенолокислювальні, ліполітичні бактерії; - інтенсивність фотосинтезу фітопланктону.	клітин/мл клітин/мл мкг/л мг/л клітин/мг	+ + + + + +	+ + +