Γιατί απελευθερώνεται αρσενικό στα υπόγεια νερά;

Τεχνητοί λάκκοι έγιναν για την προσομοίωση των μόνιμων υγροτόπων σε θέσεις με μεταβαλλόμενους υγροτόπους. Πηγή-Scott Fendorf

"Αν αλλάξετε την υδρολογία μιας περιοχής με την κατασκευή φραγμάτων ή έργων που αλλάζουν την πορεία του νερού, ή αν αλλάξετε τις γεωργικές πρακτικές και την εισαγωγή οξυγόνου ή νιτρικών στα ιζήματα, όπου δεν υπήρχαν πριν, τότε αυτή θα αλλάξει με την απελευθέρωση του αρσενικού ".

Τα υπόγεια ύδατα στη Νότια και Νοτιοανατολική Ασία, συνήθως περιέχουν συγκεντρώσεις αρσενικού 20-100 φορές μεγαλύτερο από το συνιστώμενο όριο από την Παγκόσμια Οργάνωση Υγείας, με αποτέλεσμα περισσότερα από 100 εκατομμύρια άνθρωποι να δηλητηριάζονται από το πόσιμο νερό στο Μπαγκλαντές, την Καμπότζη, την Ινδία, τη Μιανμάρ, το Βιετνάμ και την Κίνα.

Επιστήμονες του Στάνφορντ έχουν λύσει ένα σημαντικό μυστήριο σχετικά με το πού τα μικρόβια που είναι υπεύθυνα για την αποδέσμευση του επικίνδυνου  αρσενικού στα υπόγεια ύδατα στη Νοτιοανατολική Ασία παίρνουν την τροφή τους.

Τα ευρήματά τους, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nature Geoscience, θα μπορούσαν να καθοδηγήσουν τη μελλοντική διαχείριση της γης και τη μελλοντική ανάπτυξη. Το αρσενικό είναι δεσμευμένο σε ενώσεις οξειδίου του σιδήρου στα βράχια από τα Ιμαλάια, και ξεπλένεται κάτω από τα μεγάλα ποτάμια και αποτίθεται στις πεδινές λεκάνες και τα δέλτα της ευρύτερης περιοχής.

Οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι η απουσία οξυγόνου, σε ορισμένα βακτήρια που ζουν στα ιζήματα που εναποτίθενται τα κάνει να χρησιμοποιούν σωματίδια από αρσενικό και οξείδιο του σιδήρου ως εναλλακτική λύση για την αναπνοή τους. Όταν το κάνουν αυτό, ωστόσο, τα μικρόβια διαχωρίζουν τα οξείδια του αρσενικού και σιδήρου και τη μεταφορά της τοξίνης στα υποκείμενα υπόγεια ύδατα.

Το μυστήριο σε αυτό το σύστημα, όμως, είναι μια προφανής πηγή ενέργειας που τα μικρόβια μπορεί να αξιοποιήσουν για να τροφοδοτήσουν την διαδικασία διαχωρισμού. "Το ερώτημα που περιορίζει πραγματικά την ικανότητά μας να καταλήξουμε σε μοντέλα πρόβλεψης των συγκεντρώσεων αρσενικού υπόγειων υδάτων είναι πώς και γιατί το φαγητό που χρησιμοποιούν διαφέρει μεταξύ του τοπίου και με το βάθος του ιζήματος, "δήλωσε ο γεωεπιστήμονας  Scott Fendorf, καθηγητής στη Σχολή Γης, Ενέργειας & Περιβαλλοντικών Επιστημών του Στάνφορντ.

Στη μελέτη τους, ο Fendorf και η ομάδα του θέλησαν να καθορίσουν αν τα μικρόβια που απελευθερώνουν αρσενικό τρέφονται σχετικά με τις πρόσφατες αποθέσεις του φυτικού υλικού που βρίσκεται κοντά στην επιφάνεια, ή αν εκμεταλλεύονταν τα μεγαλύτερα βιοϋλικά που είχαν θαφτεί βαθιά στο υπέδαφος. Ένα δεύτερο ερώτημα που ήθελαν να απαντήσουν ήταν, πώς η απελευθέρωση του αρσενικού ποικίλλει ανάλογα με το τοπίο στην Ασία; Για να αντιμετωπιστούν αυτά τα ζητήματα, ο Fendorf και η ομάδα του πραγματοποίησαν μια σειρά πειραμάτων πεδίου. Μάζεψαν πυρήνες ιζημάτων από δύο τύπους περιβάλλοντος στο Δέλτα του Μεκόνγκ στην Καμπότζη. Από εποχιακούς υγροτόπους - όπου το έδαφος είναι κορεσμένο από τα όμβρια ύδατα μόνο για ένα μέρος του έτους - και από μόνιμους υγροτόπους, οι οποίοι συνεχώς πλημμυρίζουν. "Επικεντρωθήκαμε σε υγροτόπους, διότι αυτός είναι ο κυρίαρχος τύπος του τοπίου που βρέθηκε στην Καμπότζη, το Βιετνάμ και άλλες χώρες που έχουν πληγεί από τη μόλυνση του αρσενικού ", δήλωσε ο Fendorf. Τα διάφορα ιζήματα που συλλέχτηκαν από διαφορετικά βάθη αποκάλυψαν ότι το οξυγόνο το οποίο στερούνται τα βακτήρια που ζουν στα ανώτερα τμήματα των μόνιμων υγροτόπων το αποβάλλουν σε αρσενικό. Ωστόσο, τα ιζήματα που λήφθηκαν από τα ίδια τα ρηχά στρώματα νερού των εποχιακών υγροτόπων δεν είχαν αρσενικό. Οι επιστήμονες του Στάνφορντ υπέθεσαν ότι τα βακτήρια που κατοικούν στα ρηχά στρώματα των εποχιακών υγροτόπων έτρωγαν όλο το εύπεπτο φυτικό υλικό κατά τη διάρκεια ξηρών περιόδων, όταν τα ιζήματα εκτίθενται σε αέρα και τα μικρόβια έχουν πρόσβαση στο οξυγόνο. Ως εκ τούτου, δεν έμεναν τρόφιμα για τα μικρόβια όταν επέστρεψαν οι πλημμύρες, καθιστώντας τα ανίκανα να διασπάσουν τα μόρια αρσενικού από οξείδια του σιδήρου. Η υπόθεση αυτή επιβεβαιώθηκε όταν οι επιστήμονες πρόσθεσαν γλυκόζη - ένα σάκχαρο πλούσιο σε άνθρακα και εύπεπτο - σε φιαλίδιο από τον εποχιακό υγρότοπο και τα μικρόβια άρχισαν να απελευθερώνουν το αρσενικό. "Τα βακτήρια που ελευθερώνουν το αρσενικό ζουν σε ρηχές περιοχές των εποχιακών υγροτόπων είναι  « αντιδραστικά » σε περιορισμένο άνθρακα - δηλαδή, δεν απελευθερώνουν το αρσενικό στο νερό, γιατί δεν υπάρχει αρκετό διαθέσιμο σε άνθρακα μια μορφή που μπορούν να χρησιμοποιήσουν, "Fendorf είπε.

Το ίδιο πείραμα επαναλήφθηκε με δείγματα που λήφθηκαν από περίπου 30 μέτρα υπόγεια - το βάθος των περισσότερων γεωτρήσεων πόσιμου νερού στην Ασία - έδειξε τα βακτήρια στους μόνιμους υγροτόπους ως πρωταρχικό ένοχο της απελευθέρωσης του αρσενικού.

Η εργασία αυτή προτείνει ότι, υπό κανονικές συνθήκες, τα μικρόβια σε εποχιακούς υγροτόπους δεν αποτελούν σημαντική απειλή για την προσθήκη του αρσενικού στα υπόγεια ύδατα. Τι γίνεται όμως αν οι συνθήκες αλλάξουν, οι επιστήμονες αναρωτήθηκαν, όπως θα μπορούσε να συμβεί, όταν το έδαφος έχει αναπτυχθεί για άλλες χρήσεις; Για να απαντήσει στο ερώτημα αυτό, η ομάδα προέβη σε δεύτερο είδος πειράματος, στο οποίο προσομοίωσε την μετατροπή ενός μικρού, απομακρυσμένου εποχιακού υγροτόπου σε μόνιμο σκάβοντας ένα οικόπεδο εποχιακού υγροτόπου και κρατώντας το μόνιμα γεμάτο με νερό. Όπως είχε προβλεφθεί, αυτό είχε ως αποτέλεσμα την απελευθέρωση του αρσενικού. (Το ποσό ήταν μικρό και παροδικό, είπε ο Fendorf, και οι άνθρωποι ποτέ δεν απειλήθηκαν από το πείραμα.) Τα ευρήματα έχουν μεγάλες συνέπειες για την πρόβλεψη των αλλαγών στις συγκεντρώσεις αρσενικού με την ανάπτυξη και τις χρήσεις  γης στη Νότια και τη Νοτιοανατολική Ασία και για τον κύκλο του  γήινου διοξειδίου του άνθρακα. "Αν αλλάξετε την υδρολογία της περιοχής με την κατασκευή φραγμάτων ή έργων που αλλάζουν την πορεία του νερού, ή αν αλλάξετε τις γεωργικές πρακτικές και την εισαγωγή οξυγόνου ή νιτρικών στα ιζήματα, όπου δεν υπήρχαν πριν, τότε αυτή θα αλλάξει με την απελευθέρωση του αρσενικού ", δήλωσε ο Fendorf.

Γεωδίφης

Πηγή-Nature Geoscience