Токсичные соотношения: загрязнение почвы увидят по космическим снимкам
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.
