ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ГАЗОВОЙ ЭМИССИИ В АРКТИКЕ: МЕТОДИКИ И ПЕРСПЕКТИВЫ СОВРЕМЕННЫХ БЕСПРОВОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Рассмотрены инструменты и методики мониторинга эмиссии парниковых газов в российской Арктике. На основе наблюдений за выделением литосферных водорода и метана в районе Хибинских и Ловозерских тундр, а также литературных данных сформулированы ограничения традиционных методов газового мониторинга. Предложено использовать новые методы наблюдений на основе беспроводных сенсорных систем. На примере территории центральной части Кольского полуострова рассмотрен весь комплекс проблем и вопросов, возникающих при развертывании подобных наблюдений в условиях Заполярья. Основная задача, которую необходимо решить для построения таких систем, — разработка специализированных низкоэнергетических газовых сенсоров. Важным моментом является интеграция сложных аппаратно-программных технологий в единую эффективную систему мониторинга.

1. Адушкин В. В., Кудрявцев В. П., Хазинс В. М. Водородная дегазация Земли и озоновые аномалии // Докл. Рос. акад. наук. — 2006. — T. 406, № 2. — С. 241—243.
2. Аршинов М. Ю., Белан Б. Д., Давыдов Д. К. и др. Вертикальное распределение парниковых газов над Западной Сибирью по данным многолетних измерений // Оптика атмосферы и океана. — 2009. — Т. 22, № 5. — C. 457—464.
3. Быкова Н. Сибирский СО₂ поставили на счетчик // http://www.strf.ru/material.aspx?CatalogId=222&d_no=91313#.VRzeGfmsV8E.
4. Войтов Г. И. Химические и изотопно-углеродные нестабильности спонтанных газов сейсмически активных областей // Геохимия. — 2000. — № 11. — С. 1185—1208.
5. Глаголев М. В., Сирин А. А., Лапшина Е. Д., Филиппов И. В. Изучение потоков углеродсодержащих газов парниковых газов в болотных экосистемах Западной Сибири // Вестник ТГПУ. — 2010. — Вып. 3 (93). — С. 120—128.
6. Икорский С. В., Нивин В. А., Припачкин В. А. Геохимия газов эндогенных образований. — СПб.: Наука, 1992. — 179 с.
7. Кароль И. Л., Киселев А. А. Атмосферный метан и глобальный климат // Природа. — 2004. — № 7. — С. 47—52.
8. Доклад о состоянии и об охране окружающей среды Мурманской области в 2013 году. — Н. Новгород: ИП Кузнецов Н. В., 2014. — 152 с.
9. Нивин В. А. О возможных газогеохимических и газодинамических критериях оценки тектонофизического состояния локальных участков изверженных горных пород // Докл. АН СССР. — 1989. — T. 308, № 6. — С. 1453—1457.
10. Нивин В. А. Основные принципы и меры газобезопасного ведения подземных горных работ на рудниках ПО «Апатит» // Гор. журн. — 1991. — № 8. — С. 34—36.
11. Нивин В. А. Газовые компоненты в магматических породах: геохимические, минерагенические и экологические аспекты и следствия: Автореф. ... д-ра геол.-минер. наук / ГЕОХИ РАН. — М., 2013. — 51 с.
12. Николаев И. Н., Литвинов А. В., Емелин Е. В. Механизм чувствительности МДП-сенсоров к концентрациям газов // Датчики и системы. — 2006. — № 7. — С. 66—73.
13. Сайт компании ООО «ЭйСиЭс» («Advanced Complex Systems») // http://www.acs-spb.ru.
14. Сергиенко В. И., Семилетов И. П., Шахова Н. Е. Эмиссия метана и углекислого газа на Восточно-Сибирском шельфе — фактор глобальных климатических изменений // Материалы выездного совместного совещания Совета РАН по координации деятельности региональных отделений и региональных НЦ РАН и научного совета РАН по изучению Арктики и Антарктики, 31 марта — 3 апреля 2010 г., Архангельск. — [Б. м.], 2011. — С. 117—136.
15. Степаненко В. М. Моделирование и мониторинг парниковых газов в зоне вечной мерзлоты: [Доклад] // Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи [Семинар] / НИВЦ МГУ. — М., 14 апр. 2011. — 32 с.
16. Сывороткин В. Л. Глубинная дегазация Земли и глобальные катастрофы. — М.: ООО «Геоинформцентр», 2002. — 250 с.
17. Сывороткин В. Л. Глубинная дегазация, озоновый слой и погодные аномалии в Северном полушарии летом 2013 г.: майская жара и июльский холод в Центральной России; июньские наводнения и июльская жара в Европе, жара в Гренландии // Пространство и время. — 2013. — № 3 (13). — С. 163—171.
18. Тимашев С. Ф., Нивин В. А., Сывороткин В. Л., Поляков Ю. С. Фликкер-шумовая спектроскопия в анализе динамики выделения водорода в Хибинском и Ловозерском массивах (Кольский полуостров) // Динамические явления в сложных системах. — Казань: МОиНРТ, 2011. — С. 263—278.
19. Хитаров Н. И., Кравцов А. И., Войтов Г. И. и др. Газы свободных выделений Хибинского массива // Совет. геология. — 1979. — № 2. — С. 62—73.
20. Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в Российской Федерации за 2013 год / Г. М. Черногаева, Ю. В. Пешков, М. Г. Котлякова, В. Д. Смирнов (ред.). — М.: РОСГИДРОМЕТ, 2014. — 228 с.
21. Шахова Н. Е. Метан в морях Восточной Арктики: Автореф. ... д-ра геол.-минерал. наук / Ин-т океанологии им. П. П. Ширшова РАН. — М., 2010. — 53 с.
22. Ahalya G., Suresh Babu P., Prabhakar Rao P. Development of coal mine safety system using wireless sensor networks // Intern. J. of Engineering Science & Advanced Technology. — 2013. — Vol. 3, iss. 3. — P. 74—78
23. Akylidiz I. F., Su W., Sankarasubramaniam Y., Cayirci E.  Wireless sensor networks: a survey // Computer Networks. — 2002. — Vol. 38. — P. 393—422.
24. Baronti P., Pillai P., Chook V. W. C. et al. Wireless sensor networks: A survey on the state of the art and the 802.15.4 and ZigBee standards // Computer Communications. — 2007. — Vol. 30. — P. 1655—1695.
25. Broring A., Beltrami P., Lemmens R. L. G., Jirka S. Automated Integration of Geosensors with the Sensor Web to Facilitate Flood Management // Approaches to Managing Disaster — Assessing Hazards, Emergencies and Disaster Impacts Disaster Management. — Rijeka, Croatia: InTech, 2012. — P. 66—89.
26. Collins F., Orpen D., Maher D. et al. Distributed Chemical Sensor Networks for Environmental Sensing // SENSORDEVICES 2011: The Second International Conference on Sensor Device Technologies and Applications. — [S. l.], 2011. — P. 58—64.
27. Collins F., Orpen D., McNamara E. et al. Web-Based Monitoring of Gas Emissions from Landill Sites using Autonomous Sensing // STRIVE Report Series No.124 Environmental Protection Agency Programme 2007—2013. — [S. l.]: DublinCity Univ., 2014. — 45 p.
28. Di Martino R. M. R., Camarda M., Gurrieri S., Valenza M. Continuous monitoring of hydrogen and carbon dioxide at Mt Etna // Chemical Geology. — 2013. — Vol. 357. — P. 41—51.
29. Diamond D., Collins F., Cleary J., Zuliani C. Distributed Environmental Monitoring // Autonomous Sensor Networks. Collective Sensing Strategies for Analytical Purposes. — Vol. 13 / Ed. Daniel Filippini. — Heidelberg; New York; Dordrecht; Berlin, 2013. — P. 321—365.
30. Evans W. C., Bahr A., Martinoli A. Evaluating efficient data collection algorithms for environmental sensor networks // Springer Tracts in Advanced Robotics. — 2013. — Vol. 83. — P. 77—89.
31. Faber E., C. Moran, Poggenburg J. et al. Continuous gas monitoring at Galeras Volcano, Colombia: first evidence // J. of Volcanology and Geothermal Research. — 2003. — 125. — P. 13—23.
32. Gibson D., MacGregor C. A NovelSolidState Non-Dispersive Infrared CO2 Gas Sensor Compatible with Wireless and Portable Deployment // Sensors. — 2013. — Vol. 13. — P. 7079—7103.
33. Gungor V. C., Hancke G. P. Industrial wireless sensor networks: Applications, Protocols, and Standards. — [S. l.]: Taylor & Frances Group., CRC Press, 2013. — 359 p.
34. Hart J. K., Martinez K. Environmental Sensor Networks: A revolution in the earth system science? // EarthScience Reviews. — 2006. — 78. — P. 177—191.
35. He Jinxin, Li J., Haowen Yan. Environmental Sensor Networks: A Review of Critical Issues // Advances in MSEC / D. Jin and S. Lin (eds.). — 2011. — Vol. 2; AISC. — 2012. — Vol. 129. — P.425—429.
36. Islam Md. Motaharul, Mohammad Mehedi Hassan, Ga-Won Lee, Eui-Nam Huh. A Survey on Virtualization of Wireless Sensor Networks // Sensors. — 2012. — Vol. 12. — P. 2175—2207.
37. Kassal P., Steinberg I. M., Steinberg M. D. Wireless smart tag with potentiometric input for ultra low-power chemical sensing // Sensors and Actuators B: Chemical. — 2013. — Vol. 184, № 31. — P. 254—259.
38. Advanced Environmental Monitoring / Y. J. Kim & U. Platt (eds.). — [S. l.]: Springer, 2007. — 437 p.
39. Guenther A. Trace gas emission measurements // Environmental monitoring handbook / F. F. Burden, D. Donnert, T. Godisg, I. McKelvie. — [S. l.], 2004. — P. 24.1—24.18.
40. La Spina A., Burton M., Salerno G. G. Unravelling the processes controlling gas emissions from the central and northeast craters of Mt.Etna // J. of Volcanology and Geothermal Research. — 2010. — Vol. 198. — P. 368—376.
41. Lee K., Alrawahi A. S., Toohey D. Enabling Commodity Environmental Sensor Networks Using Multi-Attribute Combinatorial Marketplaces // 19th Asia-Pacific Conference on Communications, APCC 2013. — [S. l.], 2013. — P. 115—120.
42. Lewicki J. L., Bergfeld D., Cardellini C. et al. Comparative soil CO₂ flux measurements and geostatistical estimation methods on Masaya volcano, Nicaragua / Lawrence Berkeley National Laboratory. — [S. l.], 2004. — 47 p. (http: escholarship.org/uc/item/8tb2v75h).
43. Mandal R., Kumar A., Kingson T. M. G. et al. Application of Programmable Logic Controller for Gases Monitoring in Underground Coal Mines // IRACST — Engineering Science and Technology: An International J. (ESTIJ). — 2013. — Vol. 3, № 3. — P. 516—522.
44. Mans M.-A., Wachowicz M. GIS Design: A Review of Current Issues in Interoperability // Geography Compass. — 2009. — Vol. 3/3. — P. 1105—1124.
45. Mazzolai B., Mattoli V. From Sensor Networks to Autonomous Networked and Cooperating Platforms for Environmental Monitoring: Rep. project EMECAP (European Mercury Emissions from Chlor. — [S. l.], 2007. — 8 p.
46. Nittel S. A survey of geosensor networks: Advances in dynamic environmental monitoring // Sensors. — 2009. — Vol. 9 (7). — P. 5664—5678.
47. Nivin V. A., Belov N. I., Treloar P. J., Timofeyev V. V. Relationships between gas geochemistry and release rates and the geomechanical state of igneous rock massifs // Tectonophysics. — 2001. — Vol. 336, № 1—4. — P. 233—244.
48. Notsu K., Mori T. Chemical monitoring of volcanic gas using remote FT-IR spectroscopy at several active volcanoes in Japan // Applied Geochemistry. — 2010. — Vol. 25. — P. 505—512.
49. Rajadurai R., Tamilvanan S., Mathai G. J. Automatic Detection of Coal Mine Monitoring System using Wireless Sensor Network // IJAIR. — 2013. — Vol. 2, iss. 3. — P. 694—698.
50. Rundel P. W., Graham E. A., Allen M. F. et al. Environmental sensor networks in ecological research // New Phytologist. — 2009. — Vol. 182, № 3. — P. 589—607.
51. Shu L., Wu C., Zhang Y. et al. NetTopo: Beyond Simulator and Visualizer for Wireless Sensor Networks // Second International Conference on Future Generation Communication and Networking. — [S. l.], 2008. — P. 17—20.
52. Sukwon Choi, Nakyoung Kim, Hojung Cha, Rhan Ha. Micro Sensor Node for Air Pollutant Monitoring: Hardware and Software Issues // Sensors. — 2009. — Vol. 9. — P. 7970—7987.
53. Taheriazad L., Portillo-Quintero C., Sanchez-Azofeifa A. Application of Wireless Sensor Networks (WSNs) to Oil Sands Environmental Monitoring: Report project OSRIN / Centre for Earth Observation Sciences (CEOS), University of Alberta. Canada. — [S. l.], 2014. — 51 p. — (Rep. N. TR-48). (http://www.handle.net/10402/era).
54. Yang Chaowei, Raskin R., Goodchild M., Gahegan M. Geospatial Cyberinfrastructure: Past, present and future // Computers, Environment and Urban Systems. — 2010. — Vol. 34. — P. 264—277.
55. Zimmer M., Erzinger J. Continuous H2O, CO2, Rn222 and temperature measurements on Merapi Volcano, Indonesia // J. of Volcanology and Geothermal Research. — 2003. — Vol. 125. — P. 25—38.