Seasonal and spatial study of heavy metals in runoff at Rasht city: Environmental and health risks assessment
تكشف هذه الدراسة للجريان السطحي الحضري في مدينة رشت أن تركيزات المعادن الثقيلة، ولا سيما الزئبق والكادميوم، تكون أعلى بشكل ملحوظ خلال موسم الجفاف، مما يشكل مخاطر صحية جسيمة غير مسرطنة ومسرطنة على الأطفال والبالغين تتجاوز الإرشادات الدولية للسلامة.
إن المياه التي تتدفق فوق الأرض بعد العاصفة هي أكثر من مجرد مطر يجرف الأتربة؛ فهي مجموعة متحركة لكل ما لمسته العاصة. في المدن، تجرف هذه المياه الجارية عبر الشوارع، ومواقف السيارات، والأسواق، لتلتقط الزيوت والغبار والمواد الكيميائية قبل أن تحملها إلى الأنهار والجداول. ومن بين الأشياء الكثيرة التي تحملها، تعد المعادن الثقيلة مثيرة للقلق بشكل خاص. فهذه عناصر كثيفة مثل الزئبق والرصاص والكادميوم التي لا تتحلل بمرور الوقت، بل تستمر في البيئة، وتتراكم في التربة والمياه، وتدخل في نهاية المطاف إلى السلسلة الغذائية. ولأن هذه المعادن يمكن أن تسبب مشاكل صحية خطيرة، من تلف الجهاز العصبي إلى زيادة خطر الإصابة بالسرطان، فإن فهم مقدار وجودها في مجارينا المائية الحضرية يعد سؤالاً حيوياً للصحة العامة.
في مدينة رشت بإيران، شرع فريق من الباحثين في قياس ما كان يختبئ بالضبط في هذه المياه الجارية. تُعرف رشت بأنها "مدينة المطر"، حيث تتلقى كمية كبيرة من الهطولات سنوياً، مما يخلق تدفقاً مستمراً للمياه عبر شوارعها. أراد الباحثون معرفة ما إذا كانت كمية المعادن الثقيلة في هذه المياه تتغير اعتماداً على الوقت من السنة، وما إذا كانت المستويات مرتفعة بما يكفي لتشكل خطراً على الناس. قاموا بجمع ستين عينة من المياه الجارية من منطقة سوق يومي مزدحم، حيث أخذوا ثلاثين عينة خلال الأشهر الجافة وثلاثين عينة خلال الأشهر الرطبة. وباستخدام معدات مختبرية دقيقة، قاموا بقياس تركيز خمسة عشر نوعاً مختلفاً من المعادن الثقيلة في كل عينة لمعرفة مدى تأثير بيئة المدينة على جودة المياه.
كشفت الدراسة عن نمط واضح ومتسق: كانت المياه أكثر تلوثاً خلال الموسم الجاف مقارنة بالموسم الرطب. فعندما تهطل الأمطار بغزارة، تقوم كمية المياه الكبيرة بتخفيف الملوثات، ونشرها، وخفض تركيزها. ومع ذلك، خلال الأشهر الجافة، يكون حجم المياه أصغر بكğu، مما يسمح للملوثات بالتراكم. ووجد الباحثون أنه بينما ظلت معظم المعادن ضمن الحدود الآمنة، فإن عنصرين محددين، هما الزئبق والكادميوم، تجاوزا بشكل متكرر معايير السلامة التي وضعتها المنظمات الصحية الدولية. ففي الموسم الجاف، وصل مستوى الزئبق إلى 0.078 ملجم/لتر، وبلغ الكادميوم 0.180 ملجم/لتر، وكلاهما أعلى بكثير مما يعتبر آمناً للمياه. وكان من المرجح أن هذه المستويات العالية ناتجة عن تراكم غبار الإطارات والزيوت وغيرها من الحطام الحضري على الشوارع، والتي جرفت بعد ذلك في المياه الجارية عندما أمطرت أخيراً أو عندما تدفقت المياه فوق الأسطح الجافة.
إن الخطر الذي تشكله هذه المياه لا يتعلق بالبيئة فحسب؛ بل يتعلق بصحة الإنسان أيضاً. فقد حسب الباحثون الخطر الذي قد يواجهه الأشخاص الذين قد يتلامسون مع هذه المياه الجارية، سواء عن طريق ابتلاع كمية صغيرة بالخطأ أو عن طريق ملامستها لجلدهم. ووجدوا أن الخطر كان أعلى بكثير بالنسبة للأطفال مقارنة بالبالغين، ببساطة لأن الأطفال أصغر حجماً وتمتص أجسامهم الملوثات بشكل أسهل بالنسبة لحجمهم. وخلال الموسم الجاف، كان خطر الآثار الصحية غير السرطانية مرتفعاً بشكل مثير للقلق؛ فبالنسبة للأطفال، وصل إجمالي درجة الخطر إلى 19.209، وهو رقم يشير إلى تهديد خطير للصحة، بينما واجه البالغون درجة قدرها 2.076. وكان الزئبق هو المحرك الرئيسي لهذا الخطر، حيث عمل كمصدر أساسي للخطر في الماء. كما نظرت الدراسة في الخطر طويل الأمد للإصابة بالسرطان نتيجة التعرض لمعادن مثل الزرنيخ والكادميوم والكروم. وأظهرت النتائج أن خطر الإصابة بالسرطان مدى الحياة للأطفال المعرضين لهذه المياه الجارية بلغ 0.0127 خلال الموسم الجاف، وهو رقم يتجاوز نطاق السلامة المقبول الذي وضعته السلطات الصحية.
كما رسم الباحثون خريطة توضح الأماكن التي كان فيها التلوث في أسوأ حالاته داخل المدينة. ووجدوا أن التلوث لم يكن منتشراً بشكل متساوٍ؛ بل تباين بشكل كبير من موقع إلى آخر، حيث أظهرت مناطق معينة مستويات أعلى بك jauh من المعادن مقارنة بغيرها. ويشير هذا التباين في التلوث إلى أن أنشطة محلية محددة، مثل حركة المرال أو التصريف الصناعي، تخلق بؤر تلوث. وتخلص الدراسة إلى أن تلوث المعادن الثقيلة في المياه الجارية في رشت يعد قضية خطيرة تتطلب اهتماماً فورياً، خاصة خلال الأشهر الجافة عندما تصل التركيزات إلى ذروتها. وتشير النتائج إلى أن مديري المدن بحاجة إلى التركيز على التحكم في مصادر هذه المعادن وتحسين كيفية إدارة مياه الأمطار لحماية كل من النظام البيئي المحلي وصحة الناس الذين يعيشون هناك.
ملخص تقني: دراسة موسمية ومكانية للمعادن الثقيلة في مياه الجريان السطحي في مدينة رشت
بيان المشكلة تُعد مياه الجريان السطحي الحضري مساراً حرجاً لنقل المعادن الثقيلة (HMs) إلى النظم البيئية المائية، مما يشكل مخاطر بيئية وصحية جسيمة على الإنسان. وفي مدينة رشت بإيران — وهي مدينة تتميز بارتفاع معدلات هطول الأمطار، وتضاريس مسطحة، وتحضر كثيف — غالباً ما تتراكم الملوثات في مياه الجريان السطحي من مصادر غير نقطية مثل حركة المرال، والأنشطة الصناعية، والترسيب الجوي. وبينما تناولت دراسات سابقة التباينات الموسمية في تلوث الهواء وملوثات التربة في مناخات مماثلة، إلا أن هناك حاجة محددة لتحديد كمية التركيز، والتوزيع المكاني الموسمي، والمخاطر المرتبطة بالمعادن الثقيلة في الجريان السطحي لمدينة رشت. تعالج هذه الدراسة الفجوة في فهم كيفية تأثير التغيرات الهيدرولوجية الموسمية (الجفاف مقابل الرطوبة) على تراكم المعادن، وما يتبع ذلك من مخاطر صحية غير مسرطنة ومسرطنة على السكان المحليين، وخاصة الأطفال.
المنهجية اعتمدت الدراسة نهجاً مختلط الأساليب يتضمن أخذ عينات ميدانية، والتحليل المختبري، ونمذجة المخاطر الاحتمالية:
أخذ العينات والتحليل: تم جمع إجمالي 60 عينة من الجريان السطحي من منطقة سوق يومي مزدحمة في رشت. أُخذت ثلاثون عينة خلال الموسم الجاف (يونيو–سبتمبر 2023) وثلاثون عينة خلال الموسم الرطب (أكتوبر 2023–مايو 2024). تم تحليل العينات لـ 15 معدناً ثقيلاً (الزرنيخ، الكادميوم، الرصاص، الكروم، النيكل، النحاس، الزنك، المنجنيز، الزئبق، الحديد، الكوبالت، السيلينيوم، الفاناديوم، الألومنيوم، الفضة) باستخدام مطيافية الانبعاث الضوئي للبلازما المقترنة حثياً (ICP-OES).
التحليل الإحصائي والمكاني: نظراً لعدم التوزيع الطبيعي للبيانات، استُخدمت الاختبارات غير المعلمية (Mann–Whitney U و Kruskal–Wallis) لتقييم الاختلافات الموسمية والمكانية. كما استُخدمت نظم المعلومات الجغرافية (GIS) مع استكمال "كريجينج" (Kriging interpolation) لرسم خرائط التباين المكاني.
تقييم المخاطر:
المخاطر البيئية: تم حساب مؤشر حمل التلوث (PLI) باستخدام القيم المرجعية لوكالة حماية البيئة الأمريكية (US EPA) لتحديد مستويات التلوث.
المخاطر الصحية: تم تقييم المخاطر غير المسرطنة عبر التناول اليومي المقدر (EDI)، وحصة الخطر (HQ)، ومؤشر الخطر (HI) لمسارات التعرض عن طريق الفم والجلد. كما تم تقييم المخاطر المسرطنة للزرنيخ (As)، والكادميوم (Cd)، والكروم سداسي التكافؤ (Cr(VI)) باستخدام نماذج خطر السرطان مدى الحياة (LCR).
تحليل عدم اليقين: أُجريت محاكاة "مونت كارلو" (20,000 تكرار) باستخدام برنامج Oracle Crystal Ball لمراعاة التباين في معاملات التعرض وتحديد المحركات المهيمنة لعدم اليقين.
النتائج الرئيسية
التركيز والموسمية: كانت تركيزات المعادن الثفيلة أعلى بكثير خلال الموسم الجاف مقارنة بالموسم الرطب لجميع العناصر تقريباً (باستثناء الرصاص، الذي لم يظهر تبايناً موسمياً ملحو-ظاً). ويُعزى ذلك إلى انخفاض التخفيف وتراكم الملوثات على الأسطح غير المنفذة خلال فترات الجفاف.
تجاوز المعايير: كان الزئبق (Hg) والكادميوم (Cd) هما الملوثان الرئيسيان المثيران للقلق. في الموسم الجاف، وصل الزئبق إلى 0.078 ملجم/لتر ووصل الكادميوم إلى 0.180 ملجم/لتر، وكلاهما يتجاوز بشكل كبير القيم الإرشادية لمنظمة الصحة العالمية (WHO) ووكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA). وبشكل عام، ظلت المعادن الأخرى ضمن الحدود المسموح بها، رغم أن المنجنيز (Mn) والألومنيوم (Al) اقتربا من عتبات وكالة حماية البيئة في الموسم الجاف.
التوزيع المكاني: لوحظ تباين مكاني كبير عبر مواقع أخذ العينات في كلا الموسمين. وقد تم تحديد بؤر التلوث الساخنة في المناطق ذات الحركة المرورية والتجارية الكثيفة. في الموسم الرطب، تركزت التركيزات العالية في الجزء الشمالي من المدينة بسبب اتجاه تدفق الجريان السطحي نحو محطة معالجة مياه الصرف الصحي؛ أما في الموسم الجاف، فكانت البؤر الساخنة أكثر تشتتاً.
المخاطر البيئية (PLI): أشار مؤشر حمل التلوث (PLI) إلى تلوث منخفض في الموسم الرطب (0.21–0.63). في المقابل، أظهر الموسم الجاف انتقالاً من التلوث المنخفض إلى التلوث المتوسط-العالي (0.39–2.13)، مدفوعاً بشكل أساسي بتراكم الزئبق.
تقييم المخاطر الصحية:
المخاطر غير المسرطنة: تجاوز مؤشر الخطر (HI) للتعرض الفموي الحدود الآمنة (HI > 1) في كلا الموسمين، ولكنه ارتفع بشكل حرج في الموسم الجاف. وصل مؤشر الخطر التراكمي إلى 19.209 للأطفال و2.076 للبالغين خلال الموسم الجاف. وكان الزئبق هو المساهم المهيمن، حيث وصلت قيم حصة الخطر (HQ) الفردية إلى 13.016 للأطفال.
المخاطر المسرطنة: تجاوزت قيم خطر السرطان مدى الحياة (LCR) النطاق المقبول لوكالة حماية البيئة الأمريكية (10−6 إلى 10−4) في كلا الموسمين، مع ارتفاع المخاطر في الموسم الجاف (0.0127 للأطفال مقابل 0.0023 في الموسم الرطب). وقد تم تحديد الكادميوم كمحرك رئيسي للمخاطر المسرطنة.
تحليل الحساسية: كشفت محاكاة مونت كارلو أن تركيز الملوثات (C) كان العامل المهيمن الذي يتحكم في عدم اليقين في كل من نماذج المخاطر غير المسرطنة والمسرطنة، حيث فسر أكثر من 94% من التباين في تقديرات المخاطر.
الأهمية والادعاءات يزعم المؤلفون أن هذه الدراسة تقدم تقييماً منهجياً لتلوث المعادن الثقيلة في الجريان السطحي الحضري في رشت، مؤكدة أن الظروف الجافة تفاقم أحمال التلوث والمخاطر الصحية بشكل كبير. وتؤكد الورقة أن الزئبق والكادميوم هما الملوثان الرئيسيان اللذان يتطلبان اهتماماً فورياً. وتخلص الدراسة تحديداً إلى ما يلي:
الديناميكيات الموسمية: يشكل الموسم الجاف خطراً أكبر بكثير بسبب انخفاض التخفيف وتراكم الملوثات، مما يجعل استراتيجيات الإدارة الموسمية أمراً ضرورياً.
الفئات الضعيفة: الأطفال معرضون لخطر أكبر بكثير من البالغين بسبب انخفاض وزن الجسم وارتفاع معدلات التناول لكل وحدة من كتلة الجسم.
الآثار الإدارية: تؤكد النتائج على ضرية اتخاذ استراتيجيات مستهدفة للتحكم في التلوث، وتحديداً تدابير التحكم في المصدر لتقليل مدخلات الزئبق والكادميوم، وتحسين إدارة مياه الأمطار، والمراقبة المستمرة. وتشدد الدراسة على أن تقليل تركيزات الملوثات هو الاستراتيجية الأكثر فعالية لتخفيف كل من المخاطر البيئية والصحية على الإنسان، حيث أن التركيز هو المحرك الرئيسي لعدم اليقين في المخاطر.
تحافظ الورقة على نطاق متواضع، حيث أقرت بأن تقييم المخاطر الصحية اقتصر على مسارات التعرض المباشرة (الابتلاع والاتصال الجلدي) ولم يشمل المسارات غير المباشرة مثل الانتقال عبر السلسلة الغذائية، وهو ما ذُكر كأحد حدود العمل.