Как метод экологического мониторинга земель без взятия проб повлияет на состояние городов
Российские ученые предлагают использовать космические снимки для оценки экологического состояния той или иной территории. Исследование, проведенное во Владимирской области, показало, что результаты такого анализа в некоторых случаях могут выявлять загрязненные районы так же точно, как и классические способы, требующие забора проб почвы. Поэтому специалисты предлагают применять дистанционное зондирование на труднодоступных участках, куда невозможно доставить оборудование для исследований или где отсутствует электропитание. Однако некоторые эксперты говорят о дороговизне использования космической съемки в России, что делает такой анализ менее доступным.
Взгляд в Землю
В ходе исследования состава почв на наличие потенциально токсичных металлов группа ученых из Лаборатории нейтронной физики Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) получила интересный результат: они заметили корреляцию между картой загрязнений и картой почвенного покрова, основанной на снимках со спутника. По мнению исследователей, при определенных условиях данную взаимосвязь можно использовать для выявления областей аномального загрязнения почвы в местах, где невозможно взять пробы.
Сегодня загрязнение почвы потенциально токсичными металлами представляет собой серьезную проблему из-за растущей индустриализации и урбанизации во всем мире и затрагивает как сельские, так и городские районы, рассказали ученые. Большинство токсичных металлов биологически активны и практически не удаляются из экосистемы. В конечном итоге это может привести к ряду неблагоприятных последствий для окружающей среды и здоровья людей.
В исследовании ученые использовали карту LULC (карта почвенно-растительного покрова), которая создается на основе снимков со спутника, обрабатываемых специальными программами. На ней отмечены разными цветами водоемы, леса, промышленные зоны и др. Ученые проанализировали эту карту на примере конкретного города и обнаружили совпадение между теми местами, которые она определила как промышленные, и местами, где после взятия проб было обнаружено превышение концентрации потенциально токсичных элементов. Именно в промышленных зонах располагаются производства, в основном металлургические.
— Когда мы нашли сходство между фотографиями со спутника и составленной в ходе нашего исследования картой, мы предположили, что сможем использовать этот метод для оценки загрязнения почвы в тех областях, где невозможно взять пробы, то есть сможем смоделировать ситуацию исходя из карты LULC, — рассказал один из авторов исследования старший научный сотрудник ЛНФ Ваель Бадави. — И этот подход выглядит очень перспективным с точки зрения экологических исследований.
Как пояснил исследователь, метод определения загрязненных территорий посредством карт почвенно-растительного покрова имеет ряд преимуществ. Он менее трудоемкий по сравнению с классическим (когда необходимо отобрать пробы и проанализировать их в лаборатории), а также позволяет отслеживать динамику, например сезонную.
Кроме того, такой способ позволяет провести экспресс-оценку той или иной территории. И если, например, после анализа карты выясняется, что территория загрязнена, можно уже поехать туда, взять пробы, поработать с ними и определить, чем именно. В этом отношении очень удобно применять метод для сельскохозяйственных целей: отметить превышение концентрации элементов и определить загрязнитель.
— Метод также дает возможность изучать труднодоступные места, куда невозможно доставить оборудование для исследований или где отсутствует электропитание, нужное для работы оборудования и так далее. Можно оценить загрязненность территорий только с помощью обработки спутниковых снимок, — отметил Ваель Бадави.
У этого способа пока есть единственное ограничение: какой именно элемент загрязнил почву, карта не показывает. Возможно, впоследствии, подключив возможности машинного обучения, можно будет классифицировать элементы по карте, без взятия проб.
Эко малых городов
В качестве примера ученые ОИЯИ выбрали город Кольчугино Владимирской области, в котором много предприятий цветной металлургии, в значительной степени влияющих на местную экологию.
В отобранных образцах почвы определили уровень содержания четырех металлов 1-го и 2-го классов опасности. Образцы проанализировали с помощью атомно-абсорбционного спектрометра (ААС). Для оценки антропогенного загрязнения почв рассчитали потенциальный экологический риск, индекс нагрузки загрязнения и индекс общего загрязнения. Массовые доли четырех тяжелых металлов определили и построили картосхемы состояния почв, что позволило выявить области аномального загрязнения.
В ходе следующего этапа исследования ученые выделили на изучаемой территории участки с различиями почвенно-растительного покрова (LULC), для чего применили методы дистанционного зондирования.
По результатам были определены шесть классов землепользования/почвенного покрова, а именно: городские, водные, зеленые, лесные, болотные и промышленные районы. LULC-анализ показал, что городской класс доминирует. Места пиков загрязнения были определены как промышленные зоны, что вполне сопоставимо с результатами определения индексов загрязнения.
Дорогое удовольствие
Как подчеркнули ученые в своем исследовании, полученные данные могут служить научным доказательством загрязнения промышленного города тяжелыми металлами, а также могут помочь определить области, в которых необходимо принять меры по контролю за выбросами. Например, увеличить объем вторичной переработки или ужесточить законодательство.
Космические снимки сегодня — один из главных источников информации о нашей планете, позволяющий решать множество задач, в том числе — экологических. К явным преимуществам космических снимков относится обзорность получаемых изображений, относительно высокая частота съемки, считает доцент департамента экологической безопасности и менеджмента качества продукции Института экологии Российского университета дружбы народов имени Патриса Лумумбы Владимир Пинаев.
— Использование карт LULC и других видов хорошо прижилось при проведении инженерно-экологических изысканий для оценки современного состояния окружающей среды. С помощью таких карт можно уточнить не только характер землепользования в конкретном районе, но и предварительно идентифицировать, например, заброшенные промышленные объекты, гари, вырубки, несанкционированные свалки, а следовательно, с большой долей вероятности предположить антропогенное воздействие (загрязнение) в том или ином районе, — пояснил эксперт.
Также исходя из вида деятельности можно предположить типичные виды загрязнения окружающей среды, сказал он.
— Эта методика имеет право на существование, но есть свои минусы, например убыточность. При этом она может [успешно] использоваться в сельском хозяйстве и метеорологии, а также для выявления карбонового следа, — сказал в беседе с «Известиями» министр экологии Челябинской области Сергей Лихачев.
Надо четко понимать, что стоимость космических снимков высокая, подтвердил первый зампред центрального совета Всероссийского общества охраны природы Элмурод Расулмухамедов. Он добавил, что в России часто используются иностранные спутники, они дешевле и доступнее, их снимки можно скачать бесплатно в интернете. В связи с этим необходимо развивать собственное оптическое фотографирование и сканирование на разных частотах.
