Курс «геохимия окружающей среды» (экогеохимия) является одним из основных профилирующих дисциплин.  Изучение экогеохимии дает нам возможность уяснить, что для поддержания приемлемого экологического состояния среды нашего обитания необходимо постоянно учитывать все многообразие сложных взаимосвязанных и взаимообусловленных процессов функционирования природных систем в их естественном проявлении и при воздействии различных по виду и степени антропогенных нагрузок. При рекомендациях для рационального природопользования следует выходить на прогнозные оценки, уметь использовать данные систематических наблюдений за состоянием отдельных сред.

Геохимия окружающей среды, возникшая на стыке ландшафтоведения и геохимии, весьма тесно связана и с другими науками – экологией, метеорологией и климатологией, почвоведением, геологией, гидрологией и гидрогеологией, агрономией, медициной, мелиорацией и т.д. Содержательная основа и методы исследований молодой науки прочно входят в арсенал фундаментальных прикладных дисциплин: при мониторинге земель, вод, медицинских оценок воздействия вредных веществ на организм человека, животных и растений, при оптимизации природопользования, в строительстве промышленных предприятий, курортологии, при поиски разведке полезных ископаемых и др.

В последние годы в геохимию окружающей среды прочно входят дистанционные методы зондирования: оптические методы слежения за перемещением континентальной пыли, промышленных дымов и др.

Прочно вошло в практику использование аэрокосмической информации, ГИС-технологий. Цель работы показать использование аэрокосмической информации в экогеохимии. Задачи работы рассмотреть использование аэрокосмической информации в с.-х. хозяйстве, при поиски полезных ископаемых, для контроля за окружающей средой.

1. Значение аэрокосмической информации в сельском хозяйстве

Благодаря развитию радиофизических методов активного и пассивного дистанционного наблюдения появилась возможность оперативного контроля состояния почв, полевых и огородных культур, лесных массивов с помощью аппаратуры, установленной на спутниках и самолетах. Это важно для быстрой оценки состояния сельскохозяйственных культур и лесов своевременного планирования агрономических и лесотехнических мероприятий, повышения продуктивности сельского и лесного хозяйства. т.к отмечалось, что интенсивность радиотеплового излучения различных участков суши на разных частотах заметно отличается. В частности, излучательная способность, влажной почвы значительно меньше, чем сухой. Излучательная способность влажной почвы зависит от степени увлажнения ее, а также от засоленности и, естественно, от температуры. Излучательная способность сухих почв зависит от их температуры, химического состава и плотности.

Располагая на спутниках и самолетах радиометры СВЧ-диапазона, измеряют радиотепловое излучение различных участков почв и, анализируя его, определяют физические характеристики их.

В частности, по интенсивности радиотеплового излучения можно судить о степени увлажнения почвы. Чем выше влажность грунта, тем ниже его излучательная способность.

Такой радиометрический метод позволяет быстро определять качество полива на больших участках орошаемых земель и обеспечить оптимальный режим полива, сигнализировать о технических неполадках оросительных систем. Этим методом можно также определять степень засоленности почвенной влаги, поскольку концентрация растворенных в воде солей влияет на излучательную способность воды по-разному на разных частотах.

Анализируя радиотепловое излучение исследуемого участка почвы в разных участках СВЧ-диапазона в один и тот же момент времени, можно судить о степени засоленности почвенной влаги, что важно для предотвращения засоления почв.

Активные радиофизические методы дистанционного зондирования применяются для эффективного поиска и обнаружения водоносных слоев и линз грунтовых волн. Это осуществляется радиолокаторами подповерхностного зондирования, работающими на дециметровых и метровых радиоволнах, примерно от 1 дм до 30 м. Выбор сравнительно длинных волн диктуется тем, что с увеличением длины волны увеличивается глубина залегания обнаруживаемых подпочвенных водных образований. При длине волны порядка 1 м можно обнаружить пресную воду под влажной почвой на глубине 20 м, а под сухой почвой — на глубине до 200 м.

Оперативное подповерхностное зондирование особенно ценно для освоения засушливых местностей и пустынь.В разных фазах вегетации злаковые и огородные культуры имеют различные значения излучательной способности.

Поэтому с помощью пассивного дистанционного наблюдения со спутников и самолетов, анализируя интенсивность радиотеплового излучения, можно определять состояние всходов сельскохозяйственных культур и составлять соответствующие карты, контролировать рост биомассы, прогнозировать урожай.Значительно расширяют возможности контроля состояния сельскохозяйственных культур активные дистанционные методы. Поскольку отражательная способность растений в радиодиапазоне существенно зависит от величины зеленой массы : стеблей и листьев и характер этой зависимости различен для злаковых и огородных культур , радиолокационная аппаратура, установленная на спутниках и самолетах, позволяет получать - ценную дополнительную информацию о величине биомассы и ее свойствах. Таким путем, например, можно судить о заболеваниях растений.Отличать одни культуры от других можно, анализируя" различную зависимость отражательной способности культуры от величины биомассы. Так, например , рост зеленой массы: стеблей и листьев пшеницы, ячменя, кукурузы уменьшает отражательную способность посевов этих культур в радиодиапазоне. Для корнеплодов (картофеля, свеклы) наблюдается обратная зависимость: с ростом биомассы растет отражательная - способность в радиодиапазоне.

Исключительная оперативность получения данных о состояии сельскохозяйственных культур на больших площадях и динамике изменения этого состояния с течением времени делает дистанционные радиофизические методы особенно ценными для надежного прогнозирования урожая разных культур и оптимального планирования необходимых агротехнических мероприятий.

Наблюдения с воздуха за состоянием лесных массивов в видимой части спектра не могут проводиться ночью, при наличии над лесами облаков или дыма. Важную дополнительную - информацию о лесных массивах могут дать радиофизические - дистанционные наблюдения.

Сочетая активные и пассивные методы, можно определять преимущественные породы деревьев в тех или иных участках, состояние этих участков, выявлять - зоны поражения лесов. Радиофизические методы позволяют весьма оперативно производить инвентаризацию лесных массивов.

Исключительный интерес представляет обнаружение очагов лесных пожаров с помощью анализа радиотеплового излучения, принимаемого СВЧ-радиометрами, установленными на спутниках или самолетах. Очаги обнаруживаются радиофизическими методами и локализуются, даже если леса покрыты облаками или дымом и на самой ранней стадии загорания.

СВЧ-радиометрия позволяет также контролировать температуру торфяников и заблаговременно обнаруживать очаги; подземных пожаров. Радиофизические методы уже сейчас помогают в оперативной борьбе с лесными и подземными пожарами и весьма перспективны в этом плане. Проводимые для метеорологии измерения физических : свойств атмосферы определенного района имеют большое значение для авиации, сельского хозяйства и других отраслей народного хозяйства. уже говорилось в предыдущей главе о применении радиофизических дистанционных методов для глобальных измерений состояния атмосферы. Эти же методы все шире применяються и для региональных атмосферных измерений. Сейчас наиболее широко применяют для исследования атмосферы шары-радиозонды, на борту которых размещены приборы, измеряющие температуру, давление и влажность воздуха.

Показания этих приборов специальный радиопередатчик автоматически передает на Землю. При помощи радиолокаторов определяют местоположение шаров и вектор скорости их движения, что позволяет судить о скорости и направлении ветра на разных высотах. К сожалению, измерения при помощи радиозондов оказываются весьма громоздкими и медленными. Для слежения только за одним таким шаром и получения информации о параметрах атмосферы вдоль его траектории требуется несколько часов .. Необходимо еще дополнительное время для обобщения информации, поступающей от многих радиозондов.

Для метеорологических прогнозов желательно знать параметры вдоль всей ее толщи в течение очень короткого времени, порядка нескольких минут. Это удается сделать путем направленного дистанционного измерения и анализа радиотеплового излучения различных слоев атмосферы на разных длинах волн, примерно от 1 мм до 2 см.

 Поскольку слои атмосферы, находящиеся на разных высотах, дают наиболее интенсивное радиотепловое излучение на разных длинах волн, анализ излучения позволяет сразу получить информацию о физических параметрах атмосферы на разных высотах, вдоль, всей толщи атмосферы над определенными пунктами.

Реализующие эту методику наземные метеорадиотелескопы позволяют практически мгновенно дистанционно измерять распределение температуры и влажности атмосферы по высоте вдоль, всей толщи атмосферы. Такие метеорадиотелескопы несомненно найдут широкое применение в метеорологии.

В метеорологии довольно широко применяют радиолокаторы, быстро обнаруживающие атмосферные осадки, облака, ураганы, области повышенных градиентов температуры и давления, грозовые разряды.

На рис.1 представлен индикатор кругового обзора радиолокатора с изображением грозовых

Рисунок 1

очагов и ливней. Радиолокаторы позволяют оперативно следить за перемещениями облаков, гроз, ураганов, получая ценную информацию о структуре, форме, размерах и физических свойствах объектов.

2. Поиск полезных ископаемых

Радиофизические методы исследования эффективно применяются в геофизической разведке.

В комплексе с другими методами геофизической разведки они дают ценную дополнительную информацию о геологическом строении земной коры на различных участках и месторождениях полезных ископаемых.[1]

Основой для этих методов, называемых геофизиками радиоволновыми (электродинамическими), является различие электромагнитных свойств разных участков земной поверхности, отражающее различие в их геологическом строении, наличии тех или иных пород.

Используются гармонические радиоволны, создаваемые радиопередающей антенной у поверхности земли. Известны различные радиоволновые методы исследования поверхностного слоя Земли. Распространен метод непрерывного радиоволнового профилирования в движении. [2]

На автомашине располагается генератор гармонических электромагнитных колебаний небольшой мощности, возбуждающий рамочную антенну, плоскость которой горизонтальна. Частота колебаний обычно выбирается в пределах 5-15 МГц. [3]

При движении над участками земной поверхности с различными электромагнитными свойствами изменяется амплитуда и фаза высокочастотного тока в антенне и, анализируя эти изменения, можно судить о строении участков земной поверхности, над которыми движется рамка. Исследования проводятся весьма оперативно.

Метод успешно применяется для определения диэлектрической проницаемости и электрической проводимости пород на высокой частоте и позволяет изучать состав почвогрунтов, проводить инженерно-геологические съемки в северных районах, выделять талые и мерзлые породы и решать другие важные прикладные задачи.

Используется также метод радиокомпарирования и пеленгации. Он основан на измерении составляющих электрического и магнитного поля гармонической радиоволны, излученной радиопередающей антенной, находящейся далеко от места измерения. На величину этих составляющих влияют электрические параметры участка поверхности земли, над которым производят измерения.

Анализируя изменения составляющих электромагнитного поля радиоволны, распространяющейся над земной поверхностью, судят об электрических параметрах соответствующих участков поверхности. Измерительную аппаратуру располагают на автомобилях или самолетах.

Метод наиболее успешно применяется для поиска рудных тел, крупных линз пресных вод среди минерализированных вод и в других случаях резкого отличия электрических параметров объекта от параметров окружающей среды.

Радиофизические методы дистанционного зондирования позволяют с помощью аппаратуры, установленной на спутниках или самолетах, производить успешный поиск отдельных рудных тел, угольных пластов, залежей минералов.

Аэрокосмическая съемка очень важна для поиска полезных ископаемых.

3. Контроль загрязнения окружающей среды

Быстрые темпы развития индустрии привели к весьма нежелательным последствиям — резкому увеличению масштабов загрязнения окружающей человека природной среды. Охрана окружающей среды является одной из актуальных глобальных задач человечества, и уже сейчас необходимо осуществлять действенный, оперативный контроль ее загрязнения.

Такому контролю способствуют радиофизические методы дистанционного наблюдения природных сред со спутников и самолетов. СВЧ-радиометры сравнительно легко и надежно обнаруживают нефтяные пятна на поверхности моря, поскольку эти пятна обусловливают заметные изменения радиояркостной температуры поверхности воды.[4]

 Радиолокаторы позволяют оперативно контролировать пленки нефтяных разливов на поверхности морей и океанов и определять границы их. По изменениям интенсивности и частоты радиотеплового излучения слоев атмосферы, обусловленным наличием в них примесей различных газов, можно определять концентрацию этих газов в атмосфере на разных высотах.

Аналогичным образом можно изучать и распределение озона в атмосфере, столь важного для жизни людей. Загрязнения атмосферы изменяют степень поглощения ею радиоволн различных частот, что позволяет для детального контроля этих загрязнений применять радиолокаторы.[5]

Особенно перспективны для контроля загрязнения природных сред легко фокусируемые монохроматические, когерентные электромагнитные волны лазеров. Поэтому быстро развиваются эффективные способы контроля загрязнения атмосферы или воды теми или иными веществами при помощи лазеров. Они основаны на свойстве атомов и молекул поглощать или излучать электромагнитные волны только вполне определенной для каждого вещества частоты. Каждое вещество имеет характерный для него набор частот, на которых происходит излучение или поглощение электромагнитной энергии, а интенсивность поглощения или излучения на этих частотах позволяет определять количество данного вещества в окружающей среде. Устанавливая на определенном расстоянии друг от друга лазер и фотоприемник и перестраивая в широких пределах частоту излучения лазера, можно определить степень поглощения луча на определенных частотах и таким образом судить о степени загрязнения воздуха различными веществами. Точность измерения степени загрязнения воздуха может достигать миллионных долей процента, а сами измерения проводятся значительно быстрее химических анализов воздуха.

Представляет значительный практический интерес лазерная система быстрого обнаружения и анализа масел или нефти в морях и океанах. Лазер устанавливается на самолете, летящем на высоте 300 м. Специальное устройство развертки заставляет луч лазера пробегать по участку поверхности воды и, попадая на пятна нефти или масла, вызывает свечение их. Фотоприемник определяет частоту и яркость свечения, а также местонахождение его источника. Преобразуя принимаемые сигналы и подавая их на телевизионный экран, развертка которого синхронизирована с разверткой лазерного луча, получают изображение пятен нефти на поверхности воды. По яркости пятен можно судить о толщине слоя нефти. Таким путем удается быстро различать десятки различных сортов нефти и масла и определять толщину образовавшейся пленки.

Заключение

Аэрокосмические наблюдения очень важны и актуальны в настоящее время.

В результате наблюдений неизменно подтверждалось наличие каких-либо аномалий и опасностей. Обычно эти аэрокосмические съёмки проводились путем наблюдения со спутника за какими-либо явлениями.

Данные аэрокосмические съемок до сих пор остаются на уровне качественных результатов, что не дает ответа на основной вопрос — о преимуществах аэрокосмического метода наблюдения, определяющих целесообразность его применения взамен других экогеохимических методов.

В прошлом веке специально подчёркивалось, что “экогеохимия занимается не телами, а веществами”, то теперь мы являемся свидетелями того, как объектом всё более пристального внимания учёных-экогеохимиков становятся именно реальные проблемы, с которыми они непосредственно имеют дело в лаборатории и на производстве.

Развитие экогеохимии очень важно в настоящее время. А применение в ней аэрокосмической съемки дает наиболее широкие возможности для прогнозирования, предсказывания и наблюдения за различными явлениями.

Наблюдения с воздуха за состоянием лесных массивов в видимой части спектра не могут проводиться ночью, при наличии над лесами облаков или дыма. Важную дополнительную - информацию о лесных массивах могут дать радиофизические - дистанционные наблюдения.

Список литературы

1.                 Добровольский В.В. Основы биогеохимии. М.: Высшая школа, 2002. -413с

2.     Перельман А.И. Геохимия. М.: Высшая школа, 2003.-682с.

3.     Войткевич Г.В.  Происхождение и химическая эволюция Земли. М.: Наука, 2003.-629с.

4.     Браунгау А.Г.    Геохимия. М.: Недра, 2003.-644с.

5.     Григорьев А.А.  Антропогенные воздействия на природную среду по наблюдениям из космоса. СПб: Дельта, 2004.-725c.

[1] Добровольский В.В. Основы биогеохимии. М.: Высшая школа, 2002. -79с.

[2] Войткевич Г.В.  Происхождение и химическая эволюция Земли. М.: Наука, 2003.-235с.

[3] Перельман А.И. Геохимия. М.: Высшая школа, 2003.-113с.

[4] Браунгау А.Г.    Геохимия. М.: Недра, 2003.-198с.

[5] Григорьев А.А.  Антропогенные воздействия на природную среду по наблюдениям из космоса. СПб: Дельта, 2004.-56с.