Цель создания РЦ "Обсерватория экологической безопасности" – формирование интегрированной образовательной и исследовательской системы в области экологической безопасности и устойчивого развития регионов. Оборудование РЦ позволяет проводить исследования загрязненности: атмосферы, природных и антропогенных сточных вод, почвы, оценивать токсикологическую опасность природных и антропогенных вод с использованием биологических методов – оптических биоэлектронных систем, исследовать биологические жидкости, экстракты тканей животных и растений, а также отдельных типов биомолекул, применяемых для экологического тестирования и оценки загрязнения окружающей среды. Специализированное программное обеспечение позволяет решать задачи связанные с оценкой экологического ущерба, переносом загрязняющих веществ, моделированием процессов загрязнения окружающей среды. Особую актуальность проведение исследований в области экологической безопасности, обеспечение ранней диагностики и оперативного предупреждения угроз экологической безопасности получило в последние годы, когда во всем мире отмечается рост числа природных и техногенных катастроф, экстремальных гидрометеорологических явлений, сопровождавшихся человеческими жертвами, материальными потерями и огромным экологическим ущербом.
Ресурсный центр "Обсерватория экологической безопасности" включает:
I. Лидарный комплекс. Состоит из мобильного лидарного комплекса на базе автомобиля и стационарного лидарного комплекса, расположенного в астрономической башне Факультета географии и геоэкологии. Данный модуль позволяет получить результаты лидарного зондирования, которые представляются на дисплее в виде содержания аэрозолей, размера их частиц, содержания переменных газов, вертикального профиля скорости и направления ветра, что позволяет определить направление и скорость распространения загрязнителей. Таким образом, лидарное зондирование позволяет получить достаточно полную экологическую информацию о загрязнениях в атмосфере. Оборудование комплекса позволит проводить исследования с целью оценки трансграничных переносов загрязняющих веществ, оценки вклада судоходства в загрязнение атмосферы, исследование суточных и сезонных колебаний шапки загрязнений над мегаполисами и др. Постоянные члены сетей EARLINET – European Aerosol Research Lidar Network и сети ACTRiS – Aerosols, Clouds, and Trace gases Research InfraStructure Network отметили высокие возможности лидарного оборудования РЦ Обсерватория экологической безопасности СПбГУ, что позволило СПбГУ стать полноправным членом сетей EARLINET и ACTRIS, первой станцией на территории России.
Фотографии лидарного комплекса
Схемы алгоритма работы аэрозольного и ветрового лидаров
II. Биоэлектронный комплекс. Использование оборудования комплекса обеспечивает проведение фундаментальных исследований в области экологической физиологии, экотоксикологии бентосных беспозвоночных, задач, связанных с оценками биологических эффектов антропогенного воздействия на водные экосистемы. Применение биологических методов позволяет проводить объективную оценку уровня токсикологической опасности природных и биологически очищенных сточных вод в реальном времени.
Биоэлектронный комплекс оснащен морскими и пресноводными аквариумами для длительного содержания гидробионтов. В комплексе имеются полярная аквариальная (температура воды: от 4°С до 12°С); умеренная аквариальная (температура воды: от 16°С до 21°С); тропическая аквариальная (температура воды: от 22°С до 28°С).
Фотографии биоэлектронного комплекса
III. Химико-аналитический комплекс. Комплекс оборудования химико-аналитического комплекса обеспечивает проведение исследований с целью разработки новых подходов для оценки состояния и мониторинга водных экосистем,позволяет выполнять идентификацию низкомолекулярных соединений различной природы, микроэлементов и "тяжелых металлов", проводить исследования биологических компонентов и морфологических структур, в том числе биологического загрязнения. Оборудование позволяет обеспечить обучение и исследования по изучению миграции в окружающей среде неспецифических загрязняющих веществ, в частности, продуктов превращений в донных отложениях, в почвах, продуктов синтеза вредного цветения водорослей и т.п.
IV. Биохимический комплекс. Оборудование биохимического блока предназначено для исследования биологических жидкостей, экстрактов тканей животных и растений, а также отдельных типов биомолекул, применяемых для экологического тестирования и оценки загрязнения окружающей среды. Комплекс оборудования обеспечивает проведение фотометрических, спектрофотометрических, флуориметрических, титриметрических, электрофоретических и других исследований при анализе белков, нуклеиновых кислот, аминокислот и олигонуклеотидов, метаболитов, активности ферментов, изучении разнообразия множественных форм биомолекул, их изменении под воздействием токсических факторов.
V. Эколого-математический комплекс. Специализированное программное обеспечение эколого-математического комплекса позволяет решать различные задачи, связанные с анализом и обработкой информации лидарной сети, математическим моделированием процесса переноса загрязняющих веществ и ситуационным моделированием процессов загрязнения окружающей среды. Комплекс оснащен современным оборудованием с установкой современных интерактивных досок, оборудования для презентаций, видеостеной высокого разрешения.
Направления исследований
Биоэлектронный комплекс:
- Ранняя диагностика и оперативное предупреждение угроз экологической безопасности.
- Биомониторинг и контроль состояния окружающей среды (водная среда, атмосфера) с использование телеметрических биоэлектронных систем экологической безопасности.
- Выявление зон экологического риска в водных объектах.
- Оценка уровней антропогенного воздействия на водные экосистемы.
- Проведение модельных экспериментов по пределам обнаружения экологической опасности.
- Оценка уровня токсикологической опасности природных и биологически очищенных сточных вод в реальном времени.
- Создание новых образовательных программ, обучение студентов работе с современным оборудованием.
Лидарный комплекс
- Оценка трансграничных переносов загрязняющих веществ.
- Оценка эмиссий загрязняющих веществ от стационарных и мобильных источников.
- Оценка осредненной загрязненности атмосферы большого города на примере Санкт-Петербурга.
- Дистанционное определение скорости и направления ветра на различных высотах.
- Оценка экологической опасности объектов и зон экологического риска в атмосферы.
- Методы ранней диагностики и оперативного предупреждения о неспецифических угрозах экологической безопасности.
- Создание новых образовательных программ, обучение студентов работе с современным оборудованием.
Биохимический комплекс
- Оценка экологической напряженности окружающей среды биохимическими методами с использованием биологических тест-объектов.
- Разработка новых биохимических тест-систем для оценки загрязнения окружающей среды.
- Локальный хронический и экспресс-мониторинг зон экологического неблагополучия.
- Оценка интегрального (сочетанного) и индивидуального загрязнения среды поллютантами различной природы.
- Разработка и реализация новых образовательных программ для студентов, специализирующихся в области биохимии, молекулярной биологии, экологии и экотоксикологии. Ознакомление с возможностями современного биохимического высокотехнологичного оборудования.
Биохимические методы
Спектрофотометрия и колориметрия
Качественный и количественный анализ аминокислот и белков:
Анализ спектров белков и аминокислот с идентификацией аминокислот, поглощающих в ультрафиолете, по методу четвертых производных.
Анализ небелковых компонентов в составе сложных белков, таких как порфирины, ионы меди, коферменты и др.
Количественный метод Лоури для оценки содержания белка в образце с привязкой к разным стандартам (бычий сывороточный альбумин и др.). Калибровочные эксперименты рассчитываются методом линейной регрессии.
Количественный метод Бредфорда для оценки содержания белка в образце.
Другие колориметрические методы определения содержания белка: биуретовый в разных модификациях, Лоури в разных модицикациях, метод Ониши и Бэра и др.
Двухволновые количественные методы оценки концентрации белка в сложных многокомпонентных смесях: Варбурга и Кристиана, Эрисмана, Кэлба и Бернлора, Витейкера и Гранума.
Спектрофотометрическими методами можно анализировать также образцы нуклеиновых кислот и их компонентов.
Люминесцентные методы
Флуориметрия
Качественный и количественный анализ флуорогенных аминокислот, белков, содержащих флуорогенные аминокислоты и флуорогенных небелковых компонентов и исследование качественных изменений макромолекул , связанных с изменением их конформации.
Методы центрифугирования
Методы дифференциального центрифугирования для выделения отдельных фракций биопрепаратов (образцы объемом до 1.5-2.0 мл с ускорением до 14 000 g, образцы объемом до 15 мл с ускорением до 2 750 g).
Метод центрифужной ультрафильтрации с использованием пробирочных концентраторов для разделения растворов макромолекул с выделением фракции с определенной молекулярной массой.
