Модернизация экологической безопасности при загрязнении вод и морской среды (А.М. Воронцов, М.Н. Никанорова, А.В. Медимнов, Б.Б. Тангиев, "Гражданин и право", N 1, январь 2012 г.)

Модернизация экологической безопасности при загрязнении вод и морской среды

На протяжении последних пятнадцати лет группа ученых: химиков, экологов, юристов и практиков - организаций и учреждений Санкт-Петербурга, принадлежащих различным ведомствам (РАН, МЧС, МВД, Минтранс, Министерство образования и науки РФ), ведут межотраслевые (междисциплинарные) исследования и разработки по обеспечению действенности системы экологической безопасности. В частности, в области предупреждения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, снижения латентности транснациональной экологической преступности и противодействия экокоррупции, экологическому терроризму. Координацию работ выполняет юридическая секция Международной академии наук экологии, безопасности человека и природы, действительными членами которой являются авторы настоящей статьи.

В 2010 г. для научного обеспечения совместных исследований в этой области Балтийским институтом экологии, политики и права организован межфакультетский Научно-образовательный Центр экологической безопасности (ЦЭБ БИЭПП), деятельность которого нацелена на выполнение фундаментальных исследований, решение прикладных инновационных задач, повышение качества основного и дополнительного образования экологов и юристов.

Состояние проблемы оперативного реагирования при раннем выявлении химического загрязнения вод и морской среды

Существующая концепция экологического мониторинга основана на периодическом, проводимом строго по графику измерении ограниченного количества заранее определенных параметров и построении рядов наблюдений. Выполняя прогностическую функцию, экологический мониторинг не позволяет пресечь противозаконную деятельность и "схватить за руку" правонарушителя, допустившего кратковременный аварийный или нелегальный сброс, момент которого непредсказуем. Как итог институт неотвратимости наказания исключается.

Декларированные в 1994 г. работы по созданию в России Единой государственной системы экологического мониторинга фактически свернуты, что можно объяснить реальной необходимостью развития не столько систем мониторинга, сколько систем оперативного контроля качества природных объектов, желательно, непрерывного контроля "в реальном времени": именно такой подход может обеспечить экологическую безопасность, в частности безопасность водоснабжения населения.

Открытые протяженные источники водоснабжения природного происхождения (реки, озера) и искусственные (водохранилища, каналы) часто подвергаются аварийным и нелегальным сбросам промышленных предприятий, но наиболее они уязвимы в диверсионно-террористическом отношении, в частности легкодоступны для химических атак. В то время как террористические акты носят демонстративный, устрашающий характер, диверсионные действия могут быть скрытными, т.е., иметь высокую латентность (до 97-99%), характерную для экологических преступлений по гл. 26 УК РФ, связанных с эмиссией опасных веществ в окружающую среду.

Очевидно, что раннее выявление факта химической атаки на источник водоснабжения крупного населенного пункта может предотвратить масштабную катастрофу.

Существующие методы химразведки нацелены, во-первых, на ограниченную номенклатуру табельных отравляющих веществ, а во-вторых, рассчитаны на применение в воздушной и наземной обстановке, но не в водной среде, где реакция распада иная и носит более длительный, необратимый характер. Отсюда гораздо сложнее определить причинно-следственную взаимосвязь при инкриминировании признаков преступления, предусмотренного соответствующей статьей УК РФ, и закреплении доказательной базы.

Кроме того, в качестве химического агента при диверсионно-террористической деятельности может быть использовано большинство известных и синтезированных к настоящему времени химикатов, общее число названий которых в 2009 г. достигло ста миллионов. Эти искусственные химические конструкты чужды нормальным процессам метаболизма как человека, так и водных организмов и микроорганизмов. В большинстве своем они не могут не быть токсичными, канцерогенными или мутагенными.

Неудивительно, что методов и средств химразведки водной среды, рассчитанных на быстрое обнаружение присутствия токсичных веществ любой неизвестной природы, не существует ни в нашей стране, ни за рубежом.

В экологической аналитике наметилась тенденция перехода от контроля конкретных веществ в объекте к контролю состояния самого объекта, поскольку в большинстве случаев адресату аналитической информации необходимо знать: состояние объекта "в норме" или состояние объекта "не отвечает норме". Только во втором случае адресат информации должен принимать решение и действовать. Только второй вариант влечет необходимость оперативных действий по обеспечению безопасности, в частности по дополнительному исследованию объекта с целью поиска конкретного химического агента, повлекшего отклонение от нормы, т.е. причастного к совершению выявленного правонарушения или преступления. В данном контексте под нормой следует понимать заранее определенное среднестатистическое значение контролируемой величины.

К настоящему времени хорошо изучены зависимости состава и свойств растворенного органического вещества (далее - РОВ) вод, органического вещества почв и донных отложений от особенностей функционирования соответствующих экосистем и их компонентов. Например, суммарное количество и соотношение легкоокисляемых и трудноокисляемых РОВ позволяет судить о таких важнейших характеристиках водоемов, как первичная продуктивность и степень эвтрофирования; относительное содержание водорастворимых, трудноокисляемых и легкоокисляемых гуминовых веществ - о степени антропогенной нагрузки на почвы. Отметим, что во всех случаях речь идет о совокупности органических веществ биогенного происхождения, равновесное содержание которых в экосистеме поддерживается метаболизмом элементов биоты и изменяется при любом негативном воздействии на эти элементы. Так, РОВ водоемов и водотоков представляет собой в основном смесь внешних метаболитов фито-, зоо- и бактериопланктона со значительной добавкой продуктов биодеградации веществ наземных и почвенных стоков, а эмиссия в водоем угнетающих или стимулирующих биоту веществ любой априори неизвестной природы неизбежно приводит к нарушению равновесия и резкому изменению как общего содержания, так и устойчивости (биодоступности) РОВ.

Постулирование невозможности любого внешнего химического воздействия на природные воды, которое не приводит к изменению продукционно-деструкционного баланса, т.е., к изменению состава и свойств РОВ, позволило использовать РОВ как естественный природный индикатор, дающий быстрый отклик на химическую атаку с участием одного или нескольких априори неизвестных опасных веществ любой природы.

К настоящему периоду наших исследований, аналогов предлагаемого метода и разрабатываемых средств не существует, поскольку сама задача неспецифической химразведки водной среды путем непрерывного в реальном времени автоматического поиска гидрохимических аномалий по изменению системы интегральных показателей в международной практике поставлена впервые.

Основные результаты исследований научного коллектива по обеспечению действенности системы экологической безопасности, предупреждения чрезвычайных экологических ситуаций и противодействия экопреступности

1. Сформулирована концепция молекулярной биоиндикации состояния водных экосистем, требующая изучения воздействия химического загрязнения на водную биоту не на ставшем привычным уровне изучения популяций, организмов или отдельных клеток, а на уровне изучения внешних метаболитов гидробионтов - растворенного органического вещества биогенного происхождения.

2. Сформулирована концепция неспецифической химразведки, требующая поиска неселективных интегральных показателей качества природного объекта, аномальные изменения которых имманентно связаны с состоянием объекта и могут служить сигналом об аварийной или нелегальной эмиссии в наблюдаемый объект любых активных химических агентов априори неизвестной природы.

3. Сформулирована концепция датчиков экологической сигнализации - функциональных и стоимостных аналогов датчиков пожарной сигнализации и датчиков охранной сигнализации, требующая создания нового класса средств контроля природных объектов, т.е., внелабораторных средств, способных без обслуживания и ревизии непрерывно и продолжительно получать в реальном времени информацию об изменении выбранного аналитического параметра и генерировать сигнал тревоги при резком его изменении.

4. Обнаружен эффект хемилюминесценции, возникающей при окислении озоном молекул растворенного органического вещества биогенного происхождения в непрерывном потоке пробы природной воды, установлен факт корреляции величин интенсивности хемилюминесценции и общего содержания растворенного органического вещества.

5. Предложен метод оценки общей устойчивости к окислению растворенного органического вещества природных вод и оценки доли легкоокисляемого (лабильного) органического вещества, ответственного за биопродуктивность водных экосистем, основанный на анализе кинетической кривой реакции окисления растворенного органического вещества в пробе воды избытком озона.

6. Предложен метод и разработан прибор для непрерывного, в реальном времени контроля качества природных вод по величине, эквивалентной суммарной концентрации растворенного органического вещества и выражаемой в единицах ХПК (химическое потребление кислорода, мг/л) или в единицах ООУ (общий органический углерод, мгС/л).

7. Установлено, что величина константы скорости реакции озонолиза растворенного органического вещества природных вод уменьшается пропорционально загрязненности водных экосистем и может служить индикатором степени антропогенной нагрузки на них.

8. Дано комплексное обоснование инновационного научного направления "экокриминология", разработаны и предложены для международного научного оборота критериальный, научно-понятийный аппарат, методология и практика правоприменения, способы выявления и контроля составляющих экологической преступности.

9. Разработаны инновационная концепция экокриминологического (криминалистического) мониторинга на основе геоинформационных систем; способы выявления, управления, оценки и прогнозирования экокриминогенной ситуации с помощью автоматизированных технологий экокриминологического (криминалистического) мониторинга; модернизация методов проведения экокриминологической (криминалистической) экспертизы.

10. Разработано новое социально-правовое направление "экологическая девиантология - эколого-социальный контроль".

11. Разработана научная концепция эколого-криминологического комплекса (НКЭКК) по обеспечению действенности системы экобезопасности, предупреждению чрезвычайных ситуаций и противодействию экопреступности.

12. Разработаны совместно с ЗАО "МЭЛП" (Санкт-Петербург) озонохемилюминесцентные анализаторы РОВ природных вод WQMI-01 и OSM-02.

Перспективное развитие работ по модернизации системы экобезопасности

1. Создание сети автоматических необслуживаемых датчиков раннего выявления гидрохимических аномалий, структурно и функционально подобной сетям датчиков пожарной и охранной сигнализации, способных подать сигнал тревоги при химической атаке на природный объект как неизвестными индивидуальными токсикантами, так и их сочетанием, включая аналоги бинарных отравляющих веществ. Размещение датчиков возможно на борту пришвартованных и патрулирующих плавсредств (включая маломерные моторные, парусные и гребные суда), на буйковых станциях, в опорах мостов, на причалах, в гидросооружениях, на берегах водотоков, на водозаборах, на выпусках очистных сооружений, в технологических линиях предприятий и т.п. Возможным станет создание систем сбора и непрерывной передачи информации в антитеррористические структуры, природоохранные службы, оперативные службы МЧС, службы экологической полиции.

2. Разработка технических средств (стационарных и мобильных датчиков, внелабораторных приборов экспресс-обнаружения химических аномалий) для противодействия диверсионно-террористической деятельности, связанной с преднамеренным химическим загрязнением природных вод и систем водоснабжения населенных пунктов.

3. Разработка автоматических систем раннего обнаружения возможности возникновения и развития чрезвычайных ситуаций, связанных с аварийными или нелегальными сбросами токсичных веществ водоемы и водотоки, в частности при создании сетей датчиков экологической сигнализации - функциональных и стоимостных аналогов сетей датчиков пожарной сигнализации и охранной сигнализации.

4. Разработка средств автоматического контроля качества воды в искусственных водных экосистемах - аквапарках, океанариумах, бассейнах, а также на выходе очистных сооружений, содержащих искусственные водные экосистемы с "активным илом".

5. Разработка средств изучения пространственно-временного распределения растворенного органического вещества, в частности легкоокисляемого органического вещества, в пресноводных и морских акваториях для фундаментальных гидрохимических и гидрологических исследований и для прикладных исследований, связанных с оптимизацией технологии выращивания морекультур, технологии рыболовства и т.п.

Сеть датчиков экологической сигнализации как основа построения открытой иерархической системы экологического контроля и оперативного реагирования

Фактически, приборы WQMI-01 и OSM-02 - первые разработки, отвечающие предложенной ранее концепции "датчиков экологической сигнализации" (далее - ДЭС) - функциональных и стоимостных аналогов датчиков пожарной и охранной сигнализации.

ДЭС могут быть установлены непосредственно в существующие линии связи систем пожарной и охранной сигнализации, включая протяженные линии охраны периметров. Также применение ДЭС в привычной правоохранительным органам инфраструктуре придаст смысл созданию экологической полиции.

Основные требования к этому новому классу приборов формулируются следующим образом. ДЭС:

- неспецифический датчик для регистрации аналитического параметра, коррелирующего с тем обобщенным показателем (суммарным свойством компонентов), который в максимальной мере определяет состояние водной экосистемы или атмосферы;

- должен в реальном времени измерять значения аналитического параметра, подавать сигнал тревоги при регистрации его аномальных изменений, обеспечивать документирование процесса измерения (функции "черного ящика" и порогового извещателя);

- должен обладать автономностью и способностью функционировать без ревизии, обслуживания, заправки реагентами и т.п. минимум несколько месяцев (электрогенерирование реагентов, исключение эффекта обрастания в природных водах);

- должен обладать совместимостью (кодировка сигналов, протоколы обмена информации и т.п.) с существующими автоматическими информационно-измерительными системами безопасности, включая системы датчиков охранной сигнализации и датчиков пожарной сигнализации;

- должен работать без генерации каких-либо сбросов, выбросов, излучений, способных оказать негативное воздействие на контролируемый объект или демаскировать датчик;

- должен подключаться к существующим проводным и беспроводным линиям связи - как внутриобъектным, так и к протяженным линиям охраны периметров;

- должен обладать малыми габаритами и энергопотреблением, низкой ценой и возможностью массового тиражирования.

Массовое применение подобной аппаратуры обеспечит раннее выявление аварийной или нелегальной эмиссии токсичных веществ априори неизвестного состава, что позволит снизить латентность экологической преступности и обеспечить высокий уровень экологической безопасности.

Сеть ДЭС позволяет построить открытую иерархическую систему экологического контроля (далее - ИСЭК), где на каждой более высокой ступени расположены средства измерения более высокого метрологического качества (см. схему).

Схема открытой иерархической системы экологического контроля

/--------------------------------------\             /------------------\

|4-я ступень - существующие арбитражные|------------| /--------------\ |

|и     экспертные     лаборатории     с|  Запрос     | |Международные | |

|анализаторами  высокого  разрешения  и|------------| |контрольные   | |

|селективности                         |Результаты   | |службы        | |

|                                      |экспертного  | \--------------/ |

\--------------------------------------/исследования | /--------------\ |

                   Передача пробы -                 | |Федеральные и | |

                 |  только если                      | |региональные  | |

                 |  необходимо                       | |органы власти | |

                 |  судебно-экспертное               | \--------------/ |

                 |  исследование                     | /--------------\ |

/-------------------------------------\              | |Следственный  | |

|3-я  ступень -  стационарные        и|-------------| |комитет РФ    | |

|мобильные аналитические лаборатории  | Запрос       | \--------------/ |

|                                     |Результаты    | /--------------\ |

|                                     |исследования  | |Органы        | |

|                                     |-------------| |Государствен- | |

\-------------------------------------/              | |ного          | |

                 | Передача пробы                    | |экологического| |

                  - только если                     | |контроля      | |

                 | есть токсичность                  | \--------------/ |

                 |                                   | /--------------\ |

                 |                                   | |Оперативные   | |

                 |                                   | |службы МЧС    | |

                 |                                   | \--------------/ |

/--------------------------------------\             | /--------------\ |

|2-я ступень - стационарные и мобильные|------------| |Органы        | |

|лаборатории экспресс-биотестирования  | Запрос      | |экологической | |

|                                      |Отбой тревоги| |прокуратуры  и| |

|                                      |или          | |судебно-следс-| |

|                                      |подтверждение| |твенные органы| |

|                                      |опасности    | \--------------/ |

|                                      |------------| /--------------\ |

\--------------------------------------/             | |Органы        | |

                 | Передача пробы -                  | |экологической | |

                  только если есть                  | |полиции       | |

                 | химическая                        | \--------------/ |

                 | аномалия                          |                  |

/--------------------------------------\             |                  |

|1-я   ступень  -    сеть      датчиков| Тревога!    | /--------------\ |

|экологической сигнализации, работающих|------------| |Служба        | |

|в реальном времени                    |Выход        | |экологической | |

|                                      |инспектора   | |безопасности  | |

|                                      |на   место,  | |предприятия   | |

|                                      |отбор проб   | \--------------/ |

|                                      |------------|                  |

\--------------------------------------/             \------------------/

На первой ступени ИСЭК работает группа автоматических датчиков экологической сигнализации, установленных на буйковых станциях и в опорах гидросооружений, а также на патрулирующих или выполняющих маневры поиска судах, что обеспечивает непрерывный процесс химической разведки. Для этого ДЭС определяют аномалии в потоке пробы воды, непрерывно подаваемой с поверхности или с различных глубин по трос-кабель-шлангу от буксируемых аппаратов, траектория которых может точно повторять рельеф дна (ГУП ЦНИИ "Гидроприбор"), или телеуправляемых аппаратов с телекамерами, способных взять пробы воды и донных осадков в непосредственной близости от возможного источника загрязнения (ЗАО "Интершельф").

Сигнал тревоги от датчика экологической сигнализации является также сигналом для передачи пробы на вторую ступень ИСЭК, где проводится экспресс-определение токсических свойств пробы методом биотестирования. В настоящее время в ГЭТУ (ЛЭТИ) создан вариант прибора "Биотестер" для экспресс-анализа (несколько минут) токсичности проб воды по хемотаксису нескольких видов тест-объектов. Хемотаксис регистрируется в капиллярной кювете, что позволяет применять прибор во внелабораторных и судовых условиях.

Факт определения токсичности пробы является сигналом для передачи пробы на третью ступень ИСЭК для идентификации токсикантов, производимой с помощью химико-аналитической аппаратуры высокого уровня, в частности высокоэффективных хроматографов и хромассов.

В случае необходимости может быть реализована четвертая ступень ИСЭК - судебно-экспертное исследование в существующих экспертных и арбитражных лабораториях.

Предлагаемая открытая иерархическая система кроме возможности поиска химических аномалий в реальном времени путем неспецифической химразведки имеет еще одну уникальную особенность - отсев "пустых" проб при переходе на каждую следующую ступень, т.е., скрининг.

ИСЭК производит скрининг не только отдельных проб, как это принято в химико-аналитической практике, но и впервые переходит к скринингу протяженных акваторий в пространстве и во времени, отбирает пробы только в случае нахождения биохимических аномалий, что крайне важно, поскольку аналитическое определение микросодержания токсичных веществ - это не только длительный, но и очень дорогой процесс. Так, например, пробоподготовка и хроматомасс-спектрометрическое определение некоторых суперэкотоксикантов в одной пробе занимают до десяти часов, а их стоимость может превышать 30 000 рублей.

Понятно, что существующая методология контроля водной среды, когда измерительные аналитические процедуры начинают с применения хроматографов и хромассов, неизбежно приводит к огромным неоправданным затратам при попытках детального оконтуривания опасных зон, а главное - не обеспечивает необходимой оперативности выявления угрозы, не обеспечивает экологическую безопасность. Применение предлагаемой открытой иерархической системы экологического контороля позволит передать на высшую ступень, где установлены "дорогие" анализаторы, только те пробы, что отвечают критериям "есть химическая аномалия" и "есть токсичность". Таким образом, дорогостоящий длительный процесс идентификации угрозы происходит, во-первых, после выявления факта угрозы и немедленного принятия мер по защите от нее и, во-вторых, только в том случае, если угроза действительно существует.

Авторы уверены, что без скорейшего внедрения внятных правореализационных методов и механизмов проблемы будут только усиливаться, а система экобезопасности будет носить виртуальный характер.

По всей видимости, эти и другие проблемы и послужили основой поспешного созыва 30 января 2008 г., по своей сути исторического заседания Совета Безопасности РФ, посвященного созданию действенной системы экологической безопасности в России. Круг вопросов поднятых Совбезом, носит концептуальный характер по развитию стратегии экологической политики, направленной на обеспечение экобезопасности России. Краеугольным камнем всей национальной политики признается необходимость создания действенной системы экологической безопасности.

В своем вступительном слове на этом заседании В.В. Путин акцентировал внимание на том, что "...наконец, надо учиться эффективно защищать интересы России на международной арене, прежде всего парируя угрозы экологической безопасности, вызванные трансграничным загрязнением территории Российской Федерации. Так, в последнее время обострилась экологическая ситуация в регионах Балтийского, Охотского, Черного, Каспийского морей, в бассейнах рек Амур и Иртыш". Далее он подчеркнул, что "сегодня разговор об экологических проблемах надо вести в наступательном и практическом ключе и выводить природоохранную работу на уровень системной, ежедневной обязанности государственной власти всех уровней".

Затем выступил Д.А. Медведев и более подробно остановился на решении этих проблем в практическом плане. "...Прежде всего, о недостатках правовой базы природоохранной деятельности. Несмотря на наличие специального законодательства, тем не менее оно сегодня не стимулирует переход на экологически эффективные технологии и проведение природоохранных мероприятий. Не определены статус и режим регулирования пограничных и трансграничных водных объектов и особо охраняемых природных территорий. Медленно идут реформы технического регулирования, что тормозит разработку обязательных экологических требований, кстати сказать, несмотря на то, что изменились принципы формирования технологических регламентов. Отсутствуют, кроме того, правовые механизмы возмещения экологического вреда. Говоря в целом, надлежащее качество окружающей среды должно быть сегодня законодательно закреплено как необходимый элемент социальных стандартов жизни в стране".

Вот в таком конструктивном ключе проходило заседание по выработке стратегии экологической политики России.

Скоро исполняется четыре года со дня этого исторического заседания Совета Безопасности РФ, но итоги до сих пор не подведены, в учебной и научной литературе не проведен системный анализ по сути доктринальных положений этого заседания. Многие проблемные вопросы, рассмотренные на Совбезе, были нами научно обоснованы и предложены в ряде научных работ еще в 2000-2007 гг. Все эти доводы убедительно свидетельствуют, что наши исследования направлены именно на решение указанных проблем.

Поскольку повышенную угрозу для экобезопасности представляет экопреступность, то становятся очевидными роль и место экокриминологии, эколого-криминологической (криминолого-криминалистической) инноватики, информационно-криминологических технологий по созданию действенной системы экобезопасности, способной эффективно справляться с имеющимися техногенными и антропогенными факторами загрязнений, детерминируемых экопреступлениями. При этом экокриминология со свойственной ей методологией способна достаточно динамично вырабатывать прогностические функции противодействия новым вызовам и проблемам в упреждающем режиме.

А.М. Воронцов,

директор Научно-образовательного центра экологической

безопасности Балтийского института экологии, политики и права,

доктор юридических наук, профессор

М.Н. Никанорова,

заместитель директора Научно-образовательного центра

экологической безопасности Балтийского института экологии,

политики и права, кандидат химических наук, доцент

А.В. Медимнов,

Государственный университет кино и телевидения,

преподаватель

Б.Б. Тангиев,

Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, кандидат

технических наук, кандидат юридических наук,

профессор, эксперт ЮНЕСКО в

области экокриминологии и экобезопасности

"Гражданин и право", N 1, январь 2012 г.