Czy automatyczny monitoring uchroni nasze wody? Obawiam się, że nie

Przyczyny katastrofy ekologicznej w Odrze latem 2022 r. przez kilka tygodni od jej wybuchu pozostawały nierozpoznane. Służby ochrony środowiska intensywnie pobierały próbki wody, poszukując substancji toksycznych, które mogłyby spowodować śmiertelność ryb na tak ogromną skalę. Hipotez było kilka, raczej nietrafionych, a badania laboratoryjne nie potwierdziły żadnej z nich. Dopiero wyniki automatycznych pomiarów chlorofilu a, odczynu i natlenienia, pochodzące ze stacji zlokalizowanej we Frankfurcie, po niemieckiej stronie Odry, dostarczyły przesłanek wskazujących na zakwit glonów, a nie zatrucie toksycznymi ściekami, jako przyczynę masowego śnięcia ryb.

Gwałtowny wzrost wartości pierwszego parametru oraz dobowe fluktuacje dwóch pozostałych potwierdzały intensywną fotosyntezę za dnia i oddychanie nocą, czyli ani chybi zakwit, co stało się zarzewiem hipotezy o złotej aldze. Żeby do tego dojść, trzeba było mieć wyniki badań wykonywanych z odpowiednią częstotliwością. I tu stacje automatycznego pomiaru parametrów wody okazały się bardzo dobrym narzędziem.

Woda to nie powietrze

Szybko pojawiły się głosy, że dotychczasowy sposób badania wód, prowadzony w ramach państwowego monitoringu środowiska metodami tradycyjnymi, nie zaspokaja potrzeb w zakresie wczesnego alarmowania, w tym o zagrożeniach zrzutem substancji niebezpiecznych czy zjawisk o charakterze incydentów ekologicznych (jak rzeczony zakwit inwazyjnego haptofitu). Co innego, gdybyśmy mieli stacje automatyczne, tak jak Niemcy.

Tu pojawiły się porównania do monitoringu jakości powietrza, które opinia publiczna poznała kilka lat wcześniej w okresie nasilonego wzrostu świadomości zagrożeniem smogiem. Skoro system przedstawiający na mapach jakość powietrza praktycznie w czasie rzeczywistym w skali świata, Unii Europejskiej, czy wreszcie Polski może być dostępny na kliknięcie z poziomu aplikacji na smartfonie, to dlaczego nie zrobić tego samego dla wód? Najprawdopodobniej dlatego, że monitoringi jakości wód i powietrza rządzą się innymi prawami i mają różne cele.

Rzecz w tym, że monitoring jakości wód i powietrza to zupełnie inne systemy. Wynika to zarówno z różnic między atmosferą a hydrosferą, jak i z odmiennych filozofii prawnych  Można oceniać to różnie, ale unijne systemy monitoringu powietrza i wody inaczej postrzegają kwestie zdrowia ludzi. W przypadku powietrza jest to cel podstawowy. Tu inspekcja środowiskowa i sanitarna grają w jednej drużynie. Natomiast w monitoringu wód celem nadrzędnym jest ocena zdrowia ekosystemu, podczas gdy cele zdrowia publicznego są odległą perspektywą, wynikającą z założenia, że zdrowie ludzi jest konsekwencją zdrowia ekosystemów. Bezpośrednie zagrożenia zdrowotne związane z wodą leżą w kompetencji inspekcji sanitarnej, a nie środowiskowej, która to z kolei zajmuje się zdrowiem ekosystemu.

Stan ekologiczny to nie tylko jakość wód

Z tego względu unijny monitoring jakości wód w zakresie sanitarnym rządzi się jednymi zasadami, a w zakresie środowiskowym innymi. W rozumieniu ramowej dyrektywy wodnej nastawiony jest na ocenę ogólnego stanu ekosystemów wodnych, rozumianego z jednej strony jako obecność lub brak toksycznych zanieczyszczeń chemicznych (o czym mówi stan chemiczny wód), ale przede wszystkim jako stopnia odbiegania od warunków naturalnych (o czym mówi stan ekologiczny). Tak definiowany stan jest zjawiskiem stosunkowo stabilnym, ewentualnie podlegającym długoterminowym trendom, a krótkotrwałe jego zmiany mogą się mieścić w naturalnej zmienności. Są one traktowane jako odchylenie od domyślnej równowagi (o tym, czy coś takiego w przyrodzie w ogóle istnieje, piszemy dzisiaj w innym artykule) i nie powinny warunkować oceny ogólnej.

W związku z tym, w zgodnym z RDW monitoringu stanu wód parametry fizykochemiczne i zanieczyszczenia toksyczne, co do zasady, klasyfikowane są jako uśredniona wartość z całego roku lub sezonu. A nie każdy pomiar z osobna! I warto podkreślić, że obowiązujące prawnie kryteria oceny dotyczą właśnie wartości średnich sezonowych, co oznacza, że przykładanie ich do pojedynczych pomiarów jest nieuzasadnione i może prowadzić do błędnych wniosków.

Z prawnego punktu widzenia pojawia się jeszcze jedna, bardzo istotna, kwestia – wiarygodność laboratoryjna. Jeżeli pomiar stanu środowiska może mieć konsekwencje prawne, nie może być wykonany w dowolny sposób. Tak jak dowodem na rekord temperatury nie będzie odczyt z prywatnego termometru okiennego, a jedynie z profesjonalnej stacji meteorologicznej, tak samo zły stan fizycznego czy chemicznego parametru wody musi stwierdzić laboratorium posiadające akredytację i wykonujące badania przy użyciu metody zgodnej z określoną normą ISO lub PN/EN. Takie procedury z reguły wymagają podpisu laboranta potwierdzającego wypełnienie wszystkich norm i uwzględnienie warunków panujących w laboratorium lub na stanowisku terenowym. Automatyczna stacja takiego podpisu nie złoży. Zatem może ona zasygnalizować niepokojącą zmianę parametru środowiska, ale z pewnością nie spełni wymogów państwowego monitoringu.

Kilkadziesiąt wskaźników to nie pięć

RDW w ramach stanu ekologicznego przewiduje monitoring pięciu elementów biologicznych, kilkunastu parametrów fizykochemicznych wód i stanu hydromorfologicznego, a w ramach stanu chemicznego około 50 substancji priorytetowych. Znakomita większość z tych parametrów (poza hydromorfologią i kilkoma wskaźnikami jakości wód) – przy obecnym stanie techniki – nie może być badana bezpośrednio w terenie. Co prawda rozwijane są techniki, takie jak badania środowiskowego DNA, ale mają one perspektywę raczej w nauce o bioróżnorodności. Ich zastosowanie do oceny kondycji elementów biologicznych w rozumieniu RDW jest bardzo ograniczone. Z kolei substancje priorytetowe są z reguły złożone chemicznie, a do ich wykrycia i zmierzenia potrzeba zaawansowanych chromatografów. A tych nie da się zainstalować na sondzie terenowej.

Rutynowo używane w ekologii wodnej sondy wieloparametryczne badają zasolenie (zwykle wyrażone jako przewodność elektrolityczna), odczyn, temperaturę i natlenienie, ewentualnie chlorofil a. Bardziej zaawansowane mogą mierzyć azot czy fosfor. Więc nawet gdyby chcieć zastosować takie sondy do badania stanu wód, nie uda się uniknąć comiesięcznego poboru wody do analiz laboratoryjnych całej gamy pozostałych parametrów.

Należy mieć też na uwadze, że wiele zanieczyszczeń, w tym niemal wszystkie toksyczne, mogą pozostać niewykryte przez taki system. Owszem, nagły zrzut zasolonej wody, np. z kopalni czy zakładu chemicznego, zostanie zauważony. Podobnie nagłe silne zakwaszenie czy alkalizacja. Jednak pestycydy i wiele innych substancji toksycznych to z reguły związki organiczne, stosunkowo słabo rozpuszczalne w wodzie i przez to mające nieduży wpływ na jej przewodność. Naturalna zmienność zasolenia i odczynu może całkowicie zamaskować takie zanieczyszczenie.

Czy automatyczny monitoring mógł nas uchronić przed katastrofą? 

Rodzi się więc pytanie – skoro automatyczne stacje nie nadają się do monitoringu stanu wód według wymogów RDW, to co robią przywołane na początku niemieckie stacje na Odrze? Odpowiedź brzmi: badają aktualny stan nielicznych parametrów wody, które mogą stanowić informację dla służb kryzysowych o nieoczekiwanym zanieczyszczeniu i konieczności wykonania bardziej szczegółowych badań. Podobne stacje są wykorzystywane przez naukowców czy służby parków narodowych do badań stanu środowiska. W języku nauki jest to nawet nazywane monitoringiem, bo słowo to ma dużą pojemność znaczeniową. Dość przywołać monitoring osiedlowy czy monitoring tętna czy ciśnienia krwi stosowany w medycynie. Jednak to zupełnie inne znaczenie, niż definiowane w RDW.

Wyobraźmy sobie, co by było, gdybyśmy mieli automatyczne stacje badania jakości wód przed lipcem 2022 r. Czego byśmy się z nich dowiedzieli? Na przykład tego, że zasolenie Odry jest bardzo wysokie. No patrzcie Państwo! Tyle że o tym wiemy co najmniej od lat 90. XX w. (o czym można się przekonać, zaglądając chociażby do raportu kończącego prace zespołu ds. sytuacji w Odrze). Stwierdzilibyśmy, że odczyn pH i stężenie tlenu wykazują duże wahania dobowe, a gdyby sonda była wyposażona w czujnik chlorofilu – że ten parametr znacząco wzrósł. Co wskazuje na zakwit; tyle, że nie wiedzieć czemu woda nie jest zielona (co znacząco ograniczyło wiarygodność hipotezy o zakwicie w pierwszych tygodniach jej sformułowania).

To, czego sonda by mam nie powiedziała, to obecność inwazyjnego gatunku glonu, który do swojego przeżycia potrzebuje określonego zakresu zasolenia. Pech chciał, że pojawił nam się gatunek, którego żadną miarą żaden automatyczny monitoring nie miał szans ani wykryć ani przewidzieć. Owszem, automatyczna stacja pomogłaby w szybszym zinterpretowaniu zjawiska, ale czy by nas przed nim uchroniła? Raczej nie.

A co zrobimy, kiedy w naszych wodach pojawi się jakiś inny superagresor (pasożyt? drapieżnik?), który będzie zależny od zupełnie innego parametru? Będziemy w punkcie wyjścia. Bo w zdegradowanych, mętnych wodach czai się wiele przykrych niespodzianek.

I to, o czym zdajemy się zapominać – sam monitoring niczego nie przewiduje, on mierzy stan trwający. Oczywiście, powinien on dostarczyć danych do modeli i prognoz, tylko abyśmy mogli coś w przyrodzie prognozować, musimy najpierw poznać jej mechanizmy. A z tym nie jest dobrze. Ekosystem wodny to nie pogoda, sama fizyka go nie objaśni. No i warto pamiętać, że pomiary, bez dobrze zdefiniowanego systemu wczesnego ostrzegania i wskazania odpowiedzialności służb środowiska w sytuacji przekroczeń, też na wiele nam się nie zdadzą. Bazy danych będą puchły, a my znowu będziemy mądrzy po szkodzie.

Po co nam zatem automatyczny monitoring?

Kraje członkowskie są zobowiązane wykonywać zapisy dyrektyw, nie mniej. Nikt im jednak nie zabrania robić więcej, ale to już są inne zadania. W tym świetle, przy założeniu nieograniczonych zasobów budżetowych, nic nie stoi na przeszkodzie, aby prowadzić badania niektórych parametrów wody w sposób ciągły. Nie jest to jednak zadanie państwowego monitoringu środowiska. Natomiast jak najbardziej może być to narzędzie służące do wykrywania nagłych zmian zasolenia czy natlenienia. Taka informacja może być przydatna służbom wykrywającym zanieczyszczenie wody. Czy będzie to wojewódzka inspekcja ochrony środowiska, straż pożarna czy jeszcze inne służby, to kwestia do przemyślenia.

System automatycznych pomiarów parametrów wody może być ważnym elementem systemu zarządzania kryzysowego. Może też pomóc w poszukiwaniu źródeł zanieczyszczeń. Jednak w obecnym systemie prawa unijnego i przy obecnym stanie zaawansowania technicznego z pewnością nie zastąpi tradycyjnego monitoringu jakości wód. Być może w przyszłości da się niektóre elementy wykorzystać do jego uzupełnienia. Wymaga to jednak wcześniejszego testowania i rozwoju technicznego.