المراقبة البيئية هي مراقبة وتقييم حالة الموارد الطبيعية والخصائص البيئية مثل الهواء والماء والتربة والتنوع البيولوجي.
تقوم أنظمة المراقبة البيئية بجمع البيانات وقياسها لفهم الظروف البيئية الحالية واكتشاف التغيرات بمرور الوقت وتحديد المشكلات المحتملة والتنبؤ بالظروف المستقبلية.
على سبيل المثال، قد تستخدم الحكومة أداة المراقبة لتتبع جودة المياه في النهر، بما في ذلك مؤشرات مثل درجة الحرارة والحموضة ووجود الملوثات. يمكن أن تساعد المراقبة المستمرة في اكتشاف المشكلات - مثل الارتفاع المفاجئ في الملوثات الناجمة عن الجريان السطحي الصناعي - بحيث يمكن معالجة المشكلات والحد من الضرر.
يستخدم العلماء والباحثون والشركات والهيئات التنظيمية مثل وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) بيانات المراقبة البيئية لإنشاء تقارير تقييم الأثر وتقييم الامتثال لقوانين حماية البيئة وتوجيه عملية صناعة القرار لإدارة الموارد الطبيعية بشكل أفضل.
تساعد المراقبة البيئية المؤسسات على جمع البيانات الحساسة التي يمكنها استخدامها لحماية الصحة العامة والحفاظ على النظام البنائي الهش وتطوير السياسات واللوائح البيئية وتحسين الكفاءة التشغيلية. تتضمن فوائد المراقبة البيئية ما يلي:
يمكن لتدابير المراقبة البيئية اكتشاف تلوث الهواء والمواد الملوثة في مياه الشرب والتربة وغيرها من الملوثات التي يمكن أن تهدد صحة الإنسان وتعطل العمليات.
على سبيل المثال، قد تستخدم المرافق الصناعية أجهزة استشعار جودة الهواء لتتبع وإدارة مستويات الجسيمات. إذا تجاوزت مستويات الجسيمات حدًا معينًا، فقد تضر العمال وتؤدي إلى فرض غرامات وإغلاق.
يمكن للبيانات المتعلقة بجودة المياه والتنوع البيولوجي وتلوث التربة وفقدان الموائل أن تساعد في توجيه جهود المحافظة على البيئة وإدارة الموارد.
على سبيل المثال، تعتمد شركة طاقة تدير سدًا كهرومائيًا على سلامة المنظومة البنائية للنهر لتوليد الطاقة. يجب على الشركة مراعاة البيانات المتعلقة بمعدلات التدفق ومستويات الرواسب وعوامل أخرى لاتخاذ خيارات تشغيلية سليمة.
كما يمكن لأدوات المراقبة البيئية أن تساعد في تنفيذ مشاريع الحفاظ على البيئة على نطاق أوسع، مثل مراقبة تغير المناخ. تساعد البيانات البيئية مثل مستويات سطح البحر ودرجات الحرارة وأنماط الطقس وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري الباحثين على فهم وتتبع الاتجاهات السائدة في المناخ العالمي.
تساعد المراقبة في الوقت الفعلي للنشاط الزلزالي والظروف الجوية ومستويات المياه وجودة الهواء على توفير إنذارات مبكرة للكوارث الطبيعية مثل الزلازل والفيضانات والأعاصير.
يمكن أن تساعد نقاط البيانات هذه أيضًا المؤسسات على إدارة المخاطر على المدى الطويل. على سبيل المثال ، يمكن أن يؤثر تغير أنماط الطقس على طرق الشحن والمحاصيل الزراعية، مما يؤدي إلى تعطيل سلاسل التوريد. من خلال المراقبة الاستباقية لتغيرات الطقس، يمكن للمؤسسات التكيف بدلاً من أن تصطدم بالواقع دون استعداد.
يجب على العديد من الصناعات اتباع برامج المراقبة البيئية الإلزامية لضمان عدم تهديد منتجاتها وعملياتها للصحة. على سبيل المثال، في الولايات المتحدة الأمريكية، يحدد قانون المياه النظيفة المبادئ التوجيهية التي يجب على المؤسسات اتباعها عند تصريف النفايات في مسطحات مائية معينة.
يمكن لأنظمة المراقبة البيئية أن تساعد المؤسسات على الامتثال لهذه الأنواع من اللوائح التنظيمية من خلال تمكينها من تتبع تأثيرها بشكل استباقي قبل أن تصبح مشكلة. يمكن أن توفر قياسات المراقبة البيئية أيضًا التحقق من امتثال المؤسسات إذا تم تدقيقها أو التحقيق فيها.
عند تجميعها معًا، تساعد جميع البيانات التي تم جمعها من خلال المراقبة البيئية المؤسسات على اتخاذ قرارات أكثر استنارة لإدارة السلامة طويلة الأجل للموارد الطبيعية والبيئات التي تعتمد عليها بشكل أفضل. يمكن للمؤسسات تجنب الاضطرابات وتقليل المسؤولية ومعالجة المخاطر بشكل استباقي.
تستخدم المؤسسات أنواعًا مختلفة من المراقبة البيئية لتقييم جوانب مختلفة من البيئة. تشمل الأنواع الشائعة للمراقبة البيئية ما يلي:
تقيس مراقبة الهواء الملوثات الموجودة في الغلاف الجوي مثل الأوزون والجسيمات وثاني أكسيد الكبريت وثاني أكسيد النيتروجين. يمكن أن تسبب هذه الملوثات مشاكل تتعلق بالصحة لدى البشر مثل أمراض القلب والأوعية الدموية ومشاكل الجهاز التنفسي. كما تساهم في هطول الأمطار الحمضية، والتي يمكن أن تضر بالأنظمة البيئية الحساسة مثل البحيرات والغابات.
غالبًا ما تراقب المؤسسات جودة الهواء باستخدام أجهزة استشعار لالتقاط عينات الهواء. ثم يتم تحليل العينات لتحديد مدى وجود وتركيز ملوثات الهواء، بالإضافة إلى عوامل أخرى مثل درجة الحرارة والرطوبة.
يمكن أن تساعد نماذج نظام المعلومات الجغرافية (GIS)- وهي أنظمة الكمبيوتر التي تولد عروضًا مصورة متصلة للبيانات الجغرافية المكانية- الباحثين على تتبع مستويات جودة الهواء وتركيزات التلوث في مناطق معينة.
تحلل مراقبة المياه الخصائص الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية للتأكد من أن المياه آمنة للاستخدام البشري والنظام البيئي المائي.
تشمل التهديدات الشائعة لجودة المياه المعادن الثقيلة والمبيدات الحشرية والنترات والمواد الكيميائية الصناعية وبكتيريا الإشريكية القولونية.
غالبًا ما يكون التحليل الميكروبيولوجي واختبار الموصلية الكهربائية عنصرين أساسيين لمراقبة المياه. يكشف التحليل الميكروبيولوجي عن الكائنات الحية الدقيقة الضارة — مثل الفيروسات والبكتيريا والفطريات — في إمدادات المياه. ويقوم اختبار الموصلية بتقييم الموصلية الكهربائية للمياه، والتي يمكن أن تساعد في تحديد ما إذا كانت الملوثات مثل النفايات الصناعية أو مياه الصرف الصحي أو الجريان السطحي الزراعي موجودة أم لا.
تساعد مراقبة التربة في تحديد التهديدات التي تهدد نمو النبات والتنوع البيولوجي والزراعة والجوانب الأخرى للنظام البيئي. يراقب الباحثون ويحللون عوامل مثل قوام التربة ولونها ومستويات المغذيات والنشاط الميكروبي وسلامة الجذور لفهم جودة التربة.
تتضمن مراقبة التعرية تتبع فقدان التربة بسبب قوى مثل الرياح أو المياه. يمكن أن تؤدي التعرية إلى إزالة العناصر الغذائية والمواد العضوية التي تعتبر حساسة لنمو النبات، مما يؤدي إلى الإخلال بالنظام البيئي.
يراقب الباحثون تعرية التربة من خلال التقييمات البصرية وأخذ عينات التربة وقياسات الغطاء النباتي الأرضي وأجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء أو بالموجات فوق الصوتية التي يمكنها الكشف عن التغيرات في الارتفاع ومستويات الرطوبة.
يمكن أن تؤدي الكميات المفرطة من الأملاح في المياه والتربة إلى تدهور سلامة النظام البيئي وتقليل غلة المحاصيل والإضرار بالحياة الحيوانية.
لتتبع ملوحة المياه ، قد يأخذ الباحثون عينات مباشرة أو يختبرون الموصلية الكهربائية أو يقيسون الانبعاثات الحرارية التي تتأثر بمستويات الملوحة.
ولتعقب الملوحة في التربة، غالباً ما يستخدم الباحثون أدوات الاستشعار عن بعد مثل القمر الصناعي والتصوير الجوي لتحديد أنماط فريدة من الضوء تسمى بصمات الضوء الطيفي. نظرا لأن الملوحة تغير طريقة انعكاس الضوء من التربة، يمكن أن تساعد الأطوال الموجية للضوء الطيفي في قياس مستويات الملوحة.
وبالمثل، يمكن أن تساعد القشور الملحية والغطاء النباتي أيضًا في تحديد ملوحة التربة. إذا كانت الأملاح القابلة للذوبان موجودة في التربة، فسوف تترك وراءها رواسب أو قشور بيضاء عندما تتبخر. والغطاء النباتي الذي يظهر توقف النمو أو تغير اللون أو تغيرات في حجم أو شكل الأوراق هو أيضًا مؤشر على ملوحة التربة.
يشير التنوع البيولوجي إلى جميع أشكال الحياة في النظام البيئي، بما في ذلك الحيوانات والنباتات والكائنات الحية الدقيقة وغير ذلك.
تتضمن مراقبة التنوع البيولوجي عادةً أساليب لمراقبة مجموعات الفصائل والأنواع، بما في ذلك تتبع الهجرة، وتحديد الأنواع الغازية، وعمليات المسح الميدانية، وأخذ عينات الحمض النووي والمراقبة الصوتية، التي تكتشف الأنواع بناءً على الأصوات المميزة التي تصدرها.
يمكن للمعادن الثقيلة مثل الرصاص والملوثات العضوية مثل المبيدات الحشرية والمواد المشعة أن تهدد جودة التربة والهواء والمياه. تعتمد مراقبة التلوث على أخذ العينات والاختبارات المعملية لتحديد وتتبع وقياس هذه العناصر الضارة.
وكثيرًا ما يستخدم قياس الطيف الكتلي، الذي يقيس التفاعل بين الضوء والمادة، لمراقبة التلوث على المستوى الجزيئي. يمكنه اكتشاف الملوثات النزرة في أجزاء لكل تريليون مستوى من عينات الهواء والتربة والمياه.
تتضمن عمليات المراقبة البيئية عادةً أربع مراحل:
تتمثل الخطوة الأولى للمراقبة البيئية في تحديد أهداف المشروع ونطاقه. ويشمل هذا التعريف عادة الأنشطة التي يتعين القيام بها، والمعايير البيئية التي يتعين تتبعها، والمنطقة الجغرافية المراد مراقبتها.
على سبيل المثال، قد يركز نظام المراقبة البيئية على وجود ملوثات معينة في الهواء والماء المحيط بمرفق، بهدف ضمان عدم وصول الملوثات إلى مستويات خطرة.
بعد ذلك، يقوم الباحثون أو غيرهم من الأطراف المعنيين المسؤولين عن المراقبة البيئية بجمع المعلومات بشكل منهجي حول الظروف البيئية ذات الصلة بالهدف المعلن. يستطيع الأطراف المعنيون استخدام تقنيات مختلفة، تتراوح بين أخذ العينات الميدانية المباشرة والاستشعار عن بعد.
على سبيل المثال، لجمع بيانات جودة الهواء من مرفق تصنيع، قد تقوم مؤسسة ما بتركيب سلسلة من أجهزة الاستشعار في المنطقة المحيطة بها لتحليل جودة الهواء باستمرار.
بعد ذلك، يقوم الأطراف المعنيون بتحليل مجموعات البيانات التي جمعوها للكشف عن العلاقات والأنماط والاتجاهات في صحة النظام البيئي والظروف البيئية. يتم استخدام أنواع مختلفة من تحليل البيانات والأساليب الإحصائية لاستخلاص استنتاجات ذات مغزى من النتائج.
على سبيل المثال، يمكن للباحثين استخدام البرامج الإحصائية لرسم اتجاهات جودة الهواء في المنطقة المحيطة بالمرفق. يمكن أن تشير هذه الرسوم البيانية بعد ذلك إلى ما إذا كان المرفق يؤثر سلباً على جودة الهواء بمرور الوقت.
تتمثل المرحلة الأخيرة من المراقبة البيئية في التعبير عن النتائج بوضوح إلى الجماهير المستهدفة، والتي يمكن أن تشمل صانعي السياسات أو المديرين التنفيذيين أو الباحثين أو المنظمين أو الجمهور، اعتماداً على الغرض من البرنامج.
يمكن أن تختلف تنسيقات التقارير. على سبيل المثال، قد ينتج عن تقييم الأثر البيئي لمصنع مقترح تقرير مطول وشامل يُقدم للمديرين التنفيذيين والسلطات. من ناحية أخرى، قد يتم نشر تقرير الاستدامة الذي يروج الالتزامات البيئية لمؤسسة ما من خلال الندوات عبر الإنترنت أو المنشورات على وسائل التواصل الاجتماعي أو مواقع الويب المواقع الحكومية.
يستخدم الباحثون بشكل متزايد الذكاء الاصطناعي لتحسين سرعة ودقة المراقبة البيئية.
يمكن للذكاء الاصطناعي أتمتة المهام التي تستغرق وقتًا طويلاً مثل إدارة البيانات البيئية ومعايرة أدوات جمع البيانات. من خلال تحليل مجموعات البيانات الضخمة التي يتم الحصول عليها من أجهزة الاستشعار وصور الأقمار الصناعية وأخذ العينات الميدانية، يمكن لأدوات الذكاء الاصطناعي تحديد الأنماط وكشف المخاطر والتنبؤ بالاتجاهات المستقبلية في وقت أقل - وربما بدقة أكبر - من المحللين البشريين وحدهم.
تُستخدم تقنيات الذكاء الاصطناعي الآن في مجالات مثل مراقبة جودة الهواء والماء، والحفاظ على الحياة البرية، واكتشاف إزالة الغابات، ومراقبة تغير المناخ، وإدارة النفايات، والزراعة ومراقبة المحيطات.
على سبيل المثال، يُستخدم التعلم الآلي الآن للتنبؤ بمستويات جودة الهواء بشكل مسبق لعدة أسابيع في المستقبل والتنبؤ باحتمالية وشدة تكاثر الطحالب السامة في البحيرات. تعمل النماذج اللغوية الكبيرة (LLMs) أيضاً لمساعدة الباحثين على تلخيص النتائج وإنشاء التقارير واستخراج الرؤى الرئيسية من كميات هائلة من بيانات المراقبة البيئية.