Использование грунтовых вод поставило 200 миллионов людей перед угрозой отравления мышьяком
От 94 до 220 миллионов человек, 85-90 процентов которых проживает в Южной Азии, подвергаются угрозе попадания мышьяка в организм из-за организации водоснабжения: они используют глубоко залегающие грунтовые воды для получения питьевой воды и полива сельскохозяйственных культур. Ученые составили мировую карту распространения мышьяка в грунтовых водах и оценили риски его потребления людьми, результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Мышьяк — крайне токсичный химический элемент, попадание которого в человеческий организм может привести к заболеваниям кожи, сердечно-сосудистой и нервной систем, а также способствовать развитию рака. Всемирная организация здравоохранения установила допустимую концентрацию мышьяка в питьевой воде на уровне не более 10 микрограммов на литр. Основной угрозой является использование грунтовых вод: мышьяк накапливается в водоносных горизонтах, где восстановительные условия способствуют его высвобождению из железосодержащих минералов.
Во многих засушливых регионах мира подземная толща — это главный источник пресной воды для питья и полива сельскохозяйственных культур, и местное население подвергается риску отравления мышьяком через
и питьевую воду. Глобальная оценка риска отравления мышьяком из грунтовых вод до сих пор не была проведена ввиду затруднений с получением данных об использовании водных ресурсов и ведении сельского хозяйства развивающимися странами, а также недостаточно тщательного экологического мониторинга химического состава грунтовых вод в таких регионах.
Ученые под руководством Джоэла Подгорски (Joel Podgorski) и Майкла Берга (Michael Berg) из Швейцарского федерального института водных наук и технологий создали первую мировую карту распространения мышьяка в грунтовых водах (с глубиной залегания ниже 100 метров от поверхности). Для ее разработки они обобщили данные из почти 80 исследований содержания мышьяка в водоносных горизонтах, которые включали 200 тысяч анализов воды и около 55 тысяч точек опробования на территориях Буркина-Фасо, Аргентины, Мексики, Китая, Южной и Юго-Восточной Азии, США и Дельты Красной реки во Вьетнаме, а также осадочных бассейнов по всему миру.
Чтобы определить ранее неизвестные области загрязнения мышьяком, авторы исследования провели математическое моделирования, используя 52 предикторные переменные: почвенные свойства (гранулометрический состав, органическое вещество, pH), геологические и климатические (количество осадков, фактическое и потенциальное суммарное испарение, а также температуру воздуха) показатели, а также топографический индекс влажности.
Однако, загрязнение глубоко залегающих грунтовых вод мышьяком еще не означает повышенные риски для здоровья людей — ведь они могут и не использовать эту воду в хозяйстве. Поэтому авторы исследования провели оценку рисков отравления людей мышьяком, используя информацию, изложенную в базе данных по продовольствию и сельскому хозяйству ООН AQUASTAT.
Итоговая оценка риска мышьяка указала, что от 94 до 220 миллионов человек по всему миру (из которых от 85 до 90 процентов проживает в Южной Азии) подвергаются угрозе попадания мышьяка в организм из-за организации водоснабжения. Ученые также отметили, что при интенсификации сельского хозяйства в развивающихся странах и использовании грунтовых вод для орошения число таких людей продолжит расти.
От редактора
В изначальном тексте статьи была указана рекомендуемая ВОЗ концентрация мышьяка в питьевой воде 10 миллиграмм на литр. Это ошибка, реальное значение составляет 10 микрограмм на литр. Приносим свои извинения.
Важнейшим шагом навстречу продовольственной безопасности может стать модернизация ирригационных систем: недавнее исследование показало, что она способна прокормить дополнительно 800 миллионов человек
Марина Попова
Это ставит под вопрос безопасность их использования в качестве удобрений
Добавление твердого остатка сточных вод к почве понизило ее поглощающую способность по отношению к ситаглиптину (препарат, применяемый при лечении диабета) в четыре раза. Это означает повышенный риск попадания фармацевтических поллютантов в грунтовые воды, водоемы и пищевые цепи и ставит под вопрос безопасность использования осадка сточных вод в качестве удобрения. Такие выводы содержит исследование, опубликованное в журнале Science of The Total Environment. Одна из важнейших экосистемных функций почв — способность к поглощению и удержанию поступающих веществ. Как правило, это становится возможным благодаря механизмам катионного обмена и сорбции. С помощью почвенно-поглощающего комплекса, состоящего из органического вещества и глинистых минералов, почвы могут удерживать в себе поллютанты и не допускать их передачи по пищевым цепям и попадания в грунтовые воды. Однако почвенно-поглощающий комплекс не всегда устойчив перед воздействием факторов окружающей среды: его работа может нарушаться при засолении почв, закислении и загрязнении тяжелыми металлами. Ученые под руководством Александра Канкапы-Картахены (Alexander Ccanccapa-Cartagena) из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне исследовали, как внесение осадков сточных вод в почву влияет на ее способность поглощать и удерживать действующие вещества фармацевтических препаратов ситаглиптин и метформин. Их часто выписывают диабетикам, при этом содержание этих веществ в компонентах окружающей среды пока не нормируется. Из организма человека они поступают в сточные воды, а твердые осадки сточных вод используются в качестве удобрений. В ходе эксперимента авторы вносили твердые осадки сточных вод, фосфат ситаглиптина и гидрохлорид метформина в сельскохозяйственные почвы разного гранулометрического состава — от песчаных до глинистых. С помощью спектроскопии нарушенного полного внутреннего отражения они установили, что основной механизм сорбции ситаглиптина почвами — это электростатические взаимодействия между карбонильными и аминогруппами ситаглиптина и отрицательно заряженными группами на поверхности почвенно-поглощающего комплекса. При добавлении осадка сточных вод в почвенную суспензию (нефильтрованную смесь почвы и воды) ее поглощающая способность по отношению к фосфату ситаглиптина снижалась со 169 до 38,2 миллиграмм на литр в килограмме. При этом в присутствии метформина ситаглиптин сорбировался хуже, что говорит о конкуренции между этими веществами за свободные позиции в почвенно-поглощающем комплексе. Полученные результаты говорят о том, что осадки сточных вод должны с осторожностью использоваться в качестве удобрений, потому что они могут снижать поглощающую емкость почв по отношению к поллютантам, особенно в условиях сочетанного загрязнения разными действующими веществами фармацевтических препаратов. Это повышает риск попадания фармацевтических поллютантов в грунтовые воды, водоемы и живые организмы. В развивающихся странах проблема фармацевтического загрязнения окружающей среды стоит острее, чем в развитых. Из-за неэффективного управления отходами фармацевтического производства, сброса неочищенных сточных вод и близости к участкам захоронения отходов реки в Африке к югу от Сахары, в Южной Америке и Южной Азии сильно загрязнены действующими веществами фармацевтических препаратов — их концентрации в речной воде могут достигать 70,8 микрограмм на литр.