هر روز بیش از ۱۴۰ میلیون نفر در جنوب آسیا از آب های زیرزمینی آلوده به آرسنیک می نوشند. به گفته سازمان بهداشت جهانی، سالانه هزاران نفر در بنگلادش، کامبوج، هند، میانمار و ویتنام به دلیل قرار گرفتن در معرض مزمن با آرسنیک بر اثر سرطان جان خود را از دست می دهند. برخی از کارشناسان بهداشت آن را بزرگترین مسمومیت جمعی در تاریخ می‌دانند.
بیش از 15 سال پیش، دانشمندان منبع آلودگی را در کوه‌های هیمالیا شناسایی کردند، جایی که رسوبات حاوی آرسنیک طبیعی به سمت پایین دست به حوضه‌های رودخانه‌ای پرجمعیت زیر منتقل می‌شدند.
اما یک راز باقی ماند: به جای اینکه از نظر شیمیایی در رسوبات رودخانه به دام بیفتد، آرسنیک به نوعی راه خود را به داخل آب های زیرزمینی در عمق بیش از 100 فوت زیر سطح می رفت. اسکات فندورف، دانشمند خاک دانشگاه استنفورد، گفت که حل این معما می تواند پیامدهای مهمی برای سیاست گذارانی داشته باشد که تلاش می کنند مسمومیت گسترده را معکوس کنند.
"آرسنیک چگونه از بارهای رسوبی، در جامدات، به آب آشامیدنی می رود؟" فندورف، پروفسور علوم محیطی سیستم زمین و عضو ارشد موسسه محیط زیست وودز استنفورد گفت.
برای کشف این موضوع، او در سال 2004 یک مطالعه میدانی را در آسیا با دو همکار استنفورد آغاز کرد: کریس فرانسیس، استادیار علوم زمین شناسی و محیط زیست، و کارن ستو، که اکنون در دانشگاه ییل است. مطالعه اولیه با کمک مالی دو ساله پروژه های سرمایه گذاری محیطی موسسه وودز تامین شد. پنج سال بعد، به نظر می رسد که تیم تحقیقاتی معمای آرسنیک را حل کرده است و با سیاستگذاران و مقامات دولتی برای جلوگیری از تشدید بحران بهداشتی کار می کند.
"نکته واقعی این است که چگونه به افرادی که آنجا هستند کمک کنیم؟" فندورف گفت. "اما ابتدا، ما باید جفت شدن هیدرولوژی - نحوه جریان آب - با شیمی و زیست شناسی را درک کنیم."
پیدا کردن یک سایت مطالعه
سنگ های مملو از آرسنیک در هیمالیا به چهار سیستم رودخانه اصلی تغذیه می کنند: مکونگ، گنگ-براهماپوترا، ایراوادی و رد. اپیدمیولوژیست ها اولین بار مسمومیت با آرسنیک را در دهه 1980 در دلتای گنگ-براهماپوترا در بنگلادش شناسایی کردند. بروز ناگهانی این بیماری با افزایش استفاده از چاه ها برای آب آشامیدنی مرتبط بود.
دانشمندان مدت‌ها تصور می‌کردند که فرآیند آلودگی در اعماق زمین، در رسوبات مدفون که آرسنیک را در سفره‌های زیرزمینی 100 تا 130 فوتی زیر سطح آزاد می‌کند، رخ می‌دهد. اما فندورف و همکارانش داده‌هایی داشتند که خلاف آن را نشان می‌داد. آنها مشکوک بودند که آرسنیک واقعاً در عمق بسیار بالاتری، بسیار نزدیک به سطح حل شده است. زمانی که آب شروع به حرکت به سمت پایین به داخل خاک می کند، آرسنیک می گیرد.او گفت: "این فرضیه ما بود."
فندورف و همکارانش کار میدانی خود را در حوضه رودخانه برهماپوترا بنگلادش آغاز کردند. با این حال، ایجاد یک مدل هیدرولوژی یک چالش بود، زیرا چشم انداز با چاه های آبیاری پر شده بود که مسیر طبیعی آب را تغییر می دهد. فندورف توضیح داد: «وقتی می‌بینید که چگونه آب ممکن است جاری شود، شبیه اسپاگتی به نظر می‌رسد. "قبل از شروع ما گفتیم که هیچ راهی وجود ندارد."
محققان به سایتی کمتر توسعه یافته نیاز داشتند که از نظر شیمیایی، بیولوژیکی و زمین شناسی مشابه بنگلادش باشد. رودخانه مکونگ در کامبوج جایگزین مناسبی است. سرچشمه های آن تنها 100 مایل از رودخانه برهماپوترا فاصله دارد. فندورف افزود: "همه شیمی در هیمالیا مشابه است." "حمل و نقل در سیستم رودخانه بزرگ نیز بسیار شبیه است."
مهمتر از آن، سایت کامبوج عمدتا توسعه نیافته بود. او گفت: "کامبوج تحت یک جنگ داخلی 35 ساله قرار داشت که واقعاً توسعه آن را سرکوب کرده بود، بنابراین در اصل بنگلادش 40 یا 50 سال پیش بود." "از برخی جهات در واقع می توان ساعت را به عقب برگرداند و یک عکس فوری در زمان به عقب برگرداند. به دلیل داشتن این سیستم ساده تر، ما واقعاً می توانیم کل جریان آب را ردیابی کنیم."
نتایج فیلد
سایت جدید میدانی درست در جنوب پنوم پن، پایتخت کامبوج واقع شده است. فندورف کارگران محلی را برای حفر چاه در سه عمق مختلف در سراسر سایت 20 مایل مربعی استخدام کرد. آزمایش آب برای یافتن آرسنیک محلول در اعماق مختلف به محققان این امکان را داد تا مشخص کنند که سم در کجا به داخل آبخوان مهاجرت می کند. برای مشاهده جامدات، دستگاه‌های نمونه‌گیری آب را یک یا دو فوت زیر سطح نصب کردند. داده‌هایی که جمع‌آوری کردند به آنها این امکان را داد تا مدلی از دوچرخه‌سواری آرسنیک در دلتای رودخانه جمع‌آوری کنند.
"ما متوجه شدیم که، به اندازه کافی، در فاصله 2 تا 3 فوتی از سطح، آرسنیک از مواد جامد خارج می شود - یعنی رسوبات منتقل شده از هیمالیا - و به داخل آب، و فندورف گفت، سپس به داخل آبخوان مهاجرت کرد. سفره‌های زیرزمینی منبع آب آشامیدنی افرادی هستند که از چاه‌ها در سراسر کامبوج، بنگلادش، میانمار، هند و ویتنام استفاده می‌کنند.
مشخص شد مقصران حل کردن آرسنیک باکتری هایی هستند که در خاک و رسوبات حوضه رودخانه زندگی می کنند. محققان دریافتند که آرسنیک که از هیمالیا به پایین رودخانه می ریزد به ذرات زنگ زده ای به نام اکسید آهن می چسبد. پس از رسیدن به دلتای رودخانه، این ذرات مملو از آرسنیک توسط چندین لایه خاک مدفون می شوند و محیطی بدون اکسیژن یا بی هوازی ایجاد می کنند. به طور معمول، باکتری ها از اکسیژن برای تنفس استفاده می کنند. اما در محیط بی هوازی می توانند از مواد شیمیایی دیگر از جمله زنگ و آرسنیک استفاده کنند. همانطور که باکتری ها آهن و آرسنیک را متابولیزه می کنند، آن را به شکلی تبدیل می کنند که به راحتی در آب حل می شود.
فندورف گفت: "از آنجایی که این رسوبات به سرعت دفن می شوند، باکتری ها از طریق متابولیسم بی هوازی می روند که مواد معدنی آهن و آرسنیک را با آن حل می کند." "آرسنیک وارد آب می شود و مشکل شروع می شود."
نتایج که در مجله Nature منتشر شد، فرضیه فندورف را تأیید کرد: آلودگی آرسنیک در نزدیکی سطح رخ می‌داد و در واقع حداقل ۱۰۰ سال طول می‌کشد تا به سفره زیرین برسد. تیم استنفورد همچنین نشان داد که چرخه 100 ساله آرسنیک به داخل آبخوان یک فرآیند طبیعی است که برای هزاران سال قبل از هر گونه تأثیر انسانی رخ داده است. فندورف گفت: "ما نشان دادیم که یک منبع دائمی آرسنیک وجود دارد که از سطح دوباره پر می شود."
راه حل برای بحران
درک هیدرولوژی منطقه به توسعه دهندگان این امکان را می دهد که به طور استراتژیک چاه هایی را نصب کنند که از مناطق عاری از آرسنیک محلول استخراج می شوند و آب تمیز و آشامیدنی را فراهم می کنند. فندورف گفت، چنین حفاری هدفمندی می تواند بسیار دقیق باشد.
اما اگر روستایی نیاز به چاه داشته باشد اما نتواند مکانی عاری از آرسنیک برای نصب آن پیدا کند چه؟ فندورف چندین راه حل پیشنهاد کرده است، از جمله نصب فیلترهای آرسنیک، جمع آوری آب باران و تصفیه آب های سطحی. او گفت که هر گزینه مزایا و معایبی دارد.
فیلتر کردن آرسنیک از آب چاه مشکل نحوه دفع زباله های باقی مانده را ایجاد می کند. وی خاطرنشان کرد: "محل دفن زباله های خطرناک وجود ندارد." علاوه بر این، رویکرد فیلتر نیاز به یک سیستم نظارت قابل اعتماد دارد. "اگر خرابی فیلتر دارید، چگونه می دانید که چه زمانی رخ می دهد، و چگونه می خواهید آن را آزمایش کنید؟" او پرسید.
او گفتبرداشت آب باران با مخازن جمع آوری یا ناودان های پشت بام می تواند در مکان های خاص و برای افراد خاص موثر باشد. اما مناطقی با فصول خشک طولانی تر نیاز به مخازن بزرگی دارند که اغلب بسیار گران هستند. فندورف خاطرنشان کرد: «اینها مناطقی هستند که مردم کمتر از 2 دلار در روز درآمد دارند.»
گزینه دیگر استفاده از یک ضد عفونی کننده برای تصفیه آب سطحی جمع آوری شده از حوضچه ها یا رودخانه ها است. او گفت مشکل این است که فیلترها باید بسیار ارزان و آسان برای استفاده باشند. برای حل این مشکل، فندورف با Resource Development International (RDI)، یک سازمان غیردولتی در کامبوج که فیلترهای مقرون به صرفه ای را از پوسته های خاک رس و برنج دور ریخته شده محلی می سازد، همکاری کرده است.
با در نظر گرفتن این چالش ها، فندورف و محقق فوق دکتری استنفورد، مت پولیزوتو، یافتن بهترین گزینه را بر اساس روستا به روستا پیشنهاد کرده اند. از 24 مارس، فندورف میزبان یک نشست چهار روزه در مورد مسمومیت با آرسنیک در سیام ریپ، کامبوج، با حدود 60 کارشناس، از جمله مقامات دولتی، پژوهشگران، سازمان های غیردولتی و سازمان های مالی مانند بانک جهانی خواهد بود. این نشست توسط اتحادیه ژئوفیزیک آمریکا و موسسه وودز تشکیل شد.
فندورف گفت: "سه روز اول به مشکل آب زیرزمینی آرسنیک اختصاص خواهد یافت."ما امیدواریم که به عنوان یک نهاد علمی، در مورد آنچه که در مورد مشکل توافق داریم، آنچه حل نشده باقی مانده است و برای پر کردن شکاف باید انجام شود، به یک قطعنامه همگرا شویم. ، بررسی بهترین گزینه ها برای رساندن آب آشامیدنی سالم به مردم."
تغییر کاربری زمین
طبق گفته فندورف، درک جدید دوچرخه سواری با آرسنیک در زمان حساسی برای کامبوج به دست آمده است، کامبوج که سرانجام در حال بهبودی از سال ها ناآرامی سیاسی است و به دنبال تقویت اقتصاد خود با نصب چاه برای آب آشامیدنی و آبیاری و حفاری است. خاک برای ساخت جاده و آجر. او هشدار داد که چنین تغییرات کاربری زمین می تواند بر الگوهای جریان آرسنیک در سرتاسر دلتا تأثیر بگذارد، اگرچه در برخی موارد ممکن است این چیز بدی نباشد. او گفت: «تغییرات کاربری زمین قطعاً سطح آرسنیک را تغییر خواهد داد. "گاهی ممکن است سطح را افزایش دهند و گاهی ممکن است آن را کاهش دهند، بسته به اینکه در کجا قرار دارند و محیط اطراف چگونه است."
اگرچه فندورف و همکارانش با تمرکز بر درک علم آلودگی آرسنیک به کامبوج آمدند، اما به زودی متوجه شدند که آنچه بیش از همه مهم است پتانسیل ایجاد تغییر در زندگی افراد است. به عنوان مثال، محققان هر چاهی را که حفر کرده بودند برای آلودگی آرسنیک آزمایش کردند. اگر تمیز می شد، یک چاه اضافی برای مصارف خانگی نصب می کردند و به صاحب زمین عرضه می کردند. اگر ثابت شود چاهی آلوده است، محققین برای مالک زمین یک واحد جمع آوری آب باران که توسط RDI ساخته شده است، خریداری می کنند.
فندورف گفت: «اگر بتوانیم به مردم یک چاه تمیز یا یک واحد جمع‌آوری آب باران بدهیم، حداقل در کوتاه‌مدت بسیار فراتر از هر یک از نتایج مطالعه ما خواهد بود.».
