Méthodes de surveillance de l'environnement. Télédétection de la Terre

La surveillance de l'environnement (suivi) est le processus de surveillance de l'état de diverses composantes de l'environnement et d'évaluation de son état actuel. Pour une évaluation plus complète et complète, il faut une bonne organisation de l'éco-surveillance, la nomination de critères et de paramètres communs de qualité environnementale. La surveillance de l'environnement peut poursuivre des objectifs à la fois régionaux et mondiaux. Des exemples de surveillance environnementale peuvent être trouvés littéralement partout.

Qu'est-ce que la surveillance environnementale?

La surveillance de l'environnement est une activité environnementale technique et organisationnelle assez complexe, dans laquelle divers organes et fonctionnaires sont impliqués. Les informations obtenues dans ce cas sont très diverses par leur nature, leur contenu, leurs formes, leur ordre de réception, leur statut juridique et leurs modes de diffusion. En Russie, il peut être utilisé par les autorités de l'État, les entités constituantes de la Fédération de Russie et les départements locaux. Ces informations ont une valeur scientifique et appliquée. De nombreuses prévisions y sont construites, la réponse de divers systèmes naturels et anthropiques à diverses influences est estimée. Il est utilisé pour les programmes environnementaux fédéraux et ciblés.

La surveillance de l'environnement est effectuée à des points fixes ou mobiles: voitures, postes, gares, laboratoires, centres de recherche spécialement équipés. Les informations reçues sont ensuite traitées. Les méthodes de surveillance de l'environnement sont différentes et dépendent des tâches.

Pollution environnementale

La croissance constante de la population mondiale, couplée à une augmentation du bien-être matériel des personnes, augmente fortement la pression sur l'environnement, entraînant diverses conséquences négatives. La réduction des espaces naturels et l'augmentation de la pollution sont devenues les principales conséquences des activités humaines. Les principaux facteurs de pollution de l'environnement sont:

Émissions et effluents industriels affectant la qualité de l'air, de l'eau et du sol, affectant négativement la santé humaine.
Émissions de gaz à effet de serre (dioxyde de carbone, méthane, protoxyde d'azote et autres), qui affectent la température de la basse atmosphère, l'épaisseur des océans et la couche supérieure de la croûte terrestre.
Érosion du sol due à l'utilisation irrationnelle des terres. Elle conduit à la pollution des rivières et autres eaux par les particules en suspension et les substances nocives.
Déchets ménagers et industriels, nocifs à la fois en soi et sous forme de produits de leur décomposition. Peut entraîner un empoisonnement de l'écosystème et une mauvaise santé humaine.
Espèces envahissantes de plantes et d'animaux qui causent souvent de grands dommages environnementaux.
Pollution par rayonnement due aux accidents dans les centrales nucléaires, aux travaux des entreprises radiochimiques, à la médecine et à l'exploitation de l'uranium.
Pesticides et herbicides entraînant une pollution de l'eau et des sols, principalement dans les zones agricoles.
L'exploitation minière, qui devient souvent une source de poussière nocive et de pollution de l'eau.
Incendies: industriels, domestiques et forestiers. Ils sont une source importante de pollution atmosphérique et la cause de décès ou de dommages aux écosystèmes.
Déversements d'huile et de surfactant dus à des fuites et des accidents. Affectent le plus fortement l'état des mers et des océans, réduisent l'évaporation et donc la quantité de précipitations.
Aux États-Unis, il y a le problème de la pollution des eaux intérieures par les drogues. Ils peuvent également entraîner une détérioration de la qualité de la viande ou du lait.
La déforestation massive est la cause de la pollution des rivières et des eaux souterraines, et peut également augmenter la pollution de l'air par les particules de poussière. Elle entraîne une diminution de l'évaporation et des précipitations, affecte négativement le climat, augmentant la continentalité.

Évaluation de l'impact sur l'environnement

L'objectif de l'examen est de vérifier la conformité des activités économiques avec la législation environnementale. Le plus souvent appliqué à de nouveaux projets dont la mise en œuvre peut affecter l'environnement. L'expertise écologique peut être étatique et publique. Sur la base de ses résultats, une conclusion est tirée sur l'admissibilité ou l'irrecevabilité du projet. Cependant, même si ce projet a passé un examen environnemental, un suivi environnemental peut être organisé dans l'installation construite.

Histoire de la surveillance environnementale

Pour la première fois, la surveillance de l'environnement a été discutée en 1971 au comité scientifique sur les problèmes environnementaux, puis en 1972 à la conférence des Nations Unies sur l'environnement tenue à Stockholm. La pertinence d'une telle surveillance a été discutée au cours de ces années en URSS. Pour cela, il a été proposé de créer un système de réserves de biosphère.

Dans les années 70, les scientifiques soviétiques ont grandement contribué au développement d'idées sur les principes de la surveillance environnementale. Dans ce processus, le chef du Centre hydrométéorologique, Yu.A. Israël, a pris une part active. Un travail de synthèse sur ce sujet a été publié en 1975 sous la paternité de l'académicien I.P.Gerasimov, qui a distingué 3 étapes de suivi:

Au premier niveau de surveillance, à son avis, la plus grande attention devrait être accordée aux observations de l'état de l'environnement et des effets sur la santé humaine. Les principaux indicateurs de cette étape devraient être des indicateurs de la réaction d'une personne: taux d'incidence, espérance de vie moyenne, taux de natalité et mortalité, etc.
Le deuxième niveau consiste à surveiller des indicateurs plus généraux: productivité biologique, métabolisme de masse et d'énergie, etc. Ces observations doivent être effectuées dans des hôpitaux spéciaux, des terrains d'entraînement, etc.
L'objectif de la troisième étape est de surveiller les processus et les quantités à grande échelle: dépoussiérage de l'atmosphère, pollution des océans, teneur globale en vapeur d'eau, etc.

Tâches et objets de la surveillance environnementale

La surveillance de l'environnement est conçue pour résoudre les problèmes suivants:

Surveillance régulière de l'environnement et de sa pollution.
Prévoir et évaluer la situation environnementale, notamment en ce qui concerne le changement climatique.

Les objets de suivi peuvent être:

L'environnement et ses composantes (atmosphère, hydrosphère, biosphère, lithosphère, urbosphère).
La qualité de l'environnement, dont le changement peut avoir des conséquences négatives.
Certains types d'activités anthropiques qui peuvent nuire à d'autres.
Entreprises, décharges, technologies, centrales nucléaires, etc.
Catastrophes d'origine humaine: marées noires, incendies, accidents, incidents et autres phénomènes dangereux de nature naturelle ou d'origine humaine.
Sites naturels protégés.

Diverses organisations environnementales, instituts de recherche, organismes gouvernementaux (fédéraux et locaux), associations publiques, entreprises et autres entités économiques, organisations scientifiques internationales (par exemple, la NASA) peuvent effectuer une surveillance environnementale.

Types de surveillance

En termes de couverture, le suivi est divisé en local, régional, national et mondial.

Lorsqu'ils sont locaux, ils surveillent de petites zones de n'importe quelle localité.
Lorsque des observations régionales sont effectuées à l'échelle régionale.
Lors d'un suivi national effectué sur le territoire d'un État particulier.
La surveillance de l'environnement mondial implique le suivi de processus à grande échelle qui sont d'importance internationale.

Selon l'objet d'observation, il peut être basique, biosphérique, atmosphérique, hydrologique, sol, rayonnement, hygiénique, géobotanique, zoologique, etc.

Les principales méthodes de surveillance environnementale

Actuellement, les méthodes de surveillance environnementale se divisent en 2 catégories principales:

Observations au sol (physico-chimique, bioindication, météorologique, photographique, médicale, etc.).
Méthodes à distance de surveillance de l'environnement (détection par satellite, suivi à partir de drones, etc.).

Naturellement, dans le premier cas, les processus locaux et régionaux sont plus souvent évalués, et dans le second, à grande échelle et mondiaux.

Surveillance par satellite

La télédétection de la Terre utilise des données satellitaires, des avions, des drones, des navires. Les données satellitaires offrent la couverture la plus large possible de l'objet étudié et sont donc souvent utilisées pour obtenir des informations sur les changements environnementaux mondiaux. Dans les images aérospatiales, l'échelle de la déforestation, de l'urbanisation, de la pollution par les poussières de l'atmosphère, de la fonte des glaces, etc. est clairement visible. Les données des détecteurs infrarouges fournissent des informations sur la température de diverses parties de la surface de la terre et estiment son albédo. La réflexion des ondes radio et du rayonnement ultraviolet à la surface de l'eau renseigne sur la pollution pétrolière des océans.

La télédétection de la Terre devient un type de recherche de plus en plus populaire en écologie.

Mais la surveillance par satellite peut également être utilisée pour suivre la situation au niveau local. Par exemple, les images aérospatiales fournissent des informations sur l'état des forêts, sur la situation des incendies de forêt, les foyers d'orages, etc., qui peuvent être suffisantes pour prendre certaines décisions pratiques. Pour obtenir des images précises et de haute qualité, des drones peuvent être impliqués.

Méthodes biologiques

Les méthodes de surveillance de l'environnement biologique sont des méthodes de suivi terrestre. Ils sont également appelés bioindication. L'objet principal d'une telle surveillance est les objets biologiques: espèces, communautés, écosystèmes, chaînes alimentaires, etc. Pour l'analyse, des faits tels que la distribution d'une espèce, un changement de son nombre ou sa disparition complète, ou son apparition dans une nouvelle zone sont utilisés. Dans les études géobotaniques, ils suivent l'évolution de l'aire de répartition de certaines espèces, la dynamique de la biomasse, la bio-productivité, la distribution altitudinale et latitudinale des espèces et des communautés, etc.

Les bioindicateurs peuvent être: la largeur des anneaux annuels, le jaunissement des feuilles, le séchage du peuplement, la hauteur des arbres, la présence de mauvaises herbes (espèces pionnières) et d'autres signes.

La surveillance biologique couvre tous les niveaux - du moléculaire et cellulaire au mondial. Pour la recherche, en fonction des tâches, des laboratoires, des études expéditionnaires sont organisées.

Avant d'effectuer une surveillance biologique, il est nécessaire de développer une méthodologie pour sa mise en œuvre et d'obtenir les données nécessaires, car les différents systèmes biologiques répondent différemment aux différents types d'exposition. Les organismes ou écosystèmes les plus sensibles à l'impact humain sont sélectionnés. Ces organismes sont appelés indicateurs. Grâce à l'utilisation du biotest, des critères de diagnostic sont sélectionnés pour évaluer le niveau d'impact d'un facteur sur la zone d'étude.

Ainsi, la surveillance biologique utilise la méthode de bioindication. Naturellement, la précision de ces études sera plus faible que lors de l'utilisation de méthodes physiques. Mais, en même temps, ils permettront d'évaluer les dommages totaux causés par les activités anthropiques aux écosystèmes naturels, qui ne peuvent pas être atteints avec d'autres méthodes. En conséquence, il sera possible d'isoler du complexe d'impacts les plus importants pour l'état de l'environnement et de prendre des mesures adéquates pour réduire la charge anthropique. Pour évaluer les dommages possibles à la santé publique, il est préférable d'analyser les échantillons toxicologiques, qui se rapportent aux méthodes de surveillance physico-chimiques.

Pour la bioindication, les poissons, les micro-organismes et les algues sont le plus souvent utilisés. Les écrevisses sont également connues pour préférer l'eau pure et sont donc un bon indicateur de contamination. Il en va de même pour certaines espèces de lichens, qui font également l'objet d'une bioindication.

Capacités de surveillance biologique

La bioindication de l'environnement convient aux tâches suivantes:

Compilation d'une évaluation complète de l'impact anthropique sur la nature de la région étudiée.
Identifier les émissions accidentelles ou latentes, y compris les fausses déclarations intentionnelles par la gestion des informations sur leurs propres émissions.
Permet d'évaluer la sensibilité des organismes aux polluants émis ou à d'autres effets nocifs.
Montrer le taux de réponse des biosystèmes et son échelle.
Ils permettent de cartographier les foyers de pollution et la concentration des impuretés nocives.
Ils vous permettent d'évaluer le degré de danger de certains polluants pour l'environnement et avec une forte probabilité pour l'homme.
Ils aident à rationner les charges environnementales maximales admissibles et, si nécessaire, prennent des mesures pour la réduire.

Méthodes de laboratoire, échantillonnage

Les méthodes physico-chimiques de surveillance de l'environnement sont le plus souvent en laboratoire. L'analyse commence par l'échantillonnage de l'air, du sol ou de l'eau, puis sur un équipement spécial, effectue une anasis pour le contenu des polluants. Elle est également appelée analyse instrumentale.

Les méthodes physicochimiques sont les suivantes:

indication chromatographique;
spectrométrie infrarouge;
méthodes fluorimétriques;
méthodes électrochimiques;
méthodes de spectrométrie de masse;
analyse luminescente;
méthodes d'ingénierie radio.

Méthodes chromatographiques

Ces méthodes sont souvent utilisées pour détecter les contaminants, en particulier lors de l'analyse de liquides. Les plus populaires sont la chromatographie gaz-liquide, sur couche mince, liquide et ionique. La couche mince est facile à réaliser et est utilisée pour détecter les pesticides et les polluants organiques. Le gaz-liquide est plus efficace dans l'analyse des composés organiques volatils. La chromatographie liquide est utilisée pour détecter les composés chimiques non volatils.

Les détecteurs à haute sensibilité basés sur diverses méthodes physico-chimiques permettent de détecter même de petites quantités d'impuretés, ce qui est important pour la détection de composés hautement toxiques. En combinaison avec des techniques chromatographiques, la spectrométrie de masse et la spectrométrie infrarouge peuvent donner un bon résultat pour identifier des combinaisons complexes de contaminants. Ces types d'analyseurs se connectent à des ordinateurs puissants. Avec leur aide, vous pouvez détecter des substances dangereuses telles que les dioxines, les biphényles polychlorés, les nitrosamines et les pesticides toxiques.

La chromatographie ionique est utilisée pour analyser le rapport des cations aux anions.

Spectrophotométrie

Cette méthode utilise un rayonnement infrarouge. Une analyse des spectres d'absorption, de réflexion et de diffusion permet de déterminer assez précisément la présence et la concentration d'impuretés. Le fait d'avoir un catalogue de spectres de diverses substances permet de déterminer facilement le type de substance polluante ou bénéfique présente dans un échantillon ou un produit. Le spectre infrarouge permet de déterminer même des propriétés telles que la densité, la distribution granulométrique, le contenu calorique des produits alimentaires et la germination des graines.

Méthode luminescente

C'est l'un des moyens les plus sensibles d'identifier les polluants. En l'utilisant, des traces d'impuretés organiques et inorganiques dans les échantillons d'air sont déterminées. Il peut être utilisé pour surveiller l'hydrosphère et la biosphère, ainsi que pour déterminer la teneur en oligo-éléments, en composés organiques et en la quantité de substances nocives.

La méthode luminescente peut être utilisée si elle est nécessaire pour détecter la présence d'hydrocarbures polyaromatiques ou de leurs dérivés. Pour calculer la concentration d'une substance, un phénomène tel que l'extinction de luminescence est utilisé.

Cependant, tous les composés ne sont pas déterminés par cette méthode. Parfois, une réaction chimique est effectuée, à l'aide de laquelle le composé initial est modifié afin que la luminescence puisse le détecter.

Méthodes électrochimiques

Pour leur mise en œuvre, des électrodes sont utilisées: anode et cathode. La cathode est souvent une électrode au mercure avec une surface constamment mise à jour, ce qui permet d'obtenir des polarogrammes et d'effectuer une analyse efficace. Cette méthode ne convient qu'à la détection d'ions métalliques, de substances organiques, de composés carbonylés, de peroxydes, d'époxydes et autres. Pour cette raison, il ne peut pas être considéré comme universel, mais il est plutôt sélectif.