Source Apportionment and Toxicological Risk of Potentially Toxic Elements in River Osun Ecosystem Within Ilesha Gold Belt

ملخص تقني: تحديد مصادر وتوزيع المخاطر السمية للعناصر المحتملة السمية في النظام البيئي لنهر أوسون ضمن حزام إيليشا الذهبي

بيان المشكلة
تتناول هذه الدراسة المخاطر البيئية ومخاطر الصحة العامة المرتبطة بالعناصر المحتملة السمية (PTEs) في النظام البيئي لنهر أوسون، وتحديداً داخل حزام إيليشا الذهبي في ولاية أوسون، نيجيريا. تم تحديد أنشطة تعدين الذهب، وخاصة العمليات الحرفية، كمصادر رئيسية للتلوث بالمعادن الثقيلة التي تنطلق في المياه والرواسب من خلال العمليات الصناعية، والصهر، والتخلص غير السليم من النفايات. يركز البحث على توصيف المعايير الفيزيائية والكيميائية وتركيزات المعادن في هذه المصفوفات لتقييم المخاطر البيئية والمخاطر المحتملة على صحة الإنسان الناجمة عن التعرض طويل الأمد، وتحديداً عن طريق الابتلاع.

المنهجية
استخدم البحث نهجاً متعدد الأوجه يتضمن أخذ العينات الميدانية، والتحليل المختبري، والنمذجة الإحصائية:

• أخذ العينات: تم جمع عينات المياه والرواسب في سبتمبر 2024 من أربعة مواقع متميزة داخل الحزام الذهبي: موقعان بالقرب من أورا (ORS1 و ORS2)، وموقع واحد في أوكي إيبودي (OKS)، وموقع في أوسوجبو (OSS). جُمعت الرواسب من عمق 0-25 سم باستخدام غراف إكمان (Ekman grab).
• التحليل الفيزيائي والكيميائي: أُجريت قياسات في الموقع لكل من الأس الهيدروجيني (pH)، والأكسجين المذاب، وإجمالي المواد الصلبة الذائبة، والموصلية الكهربائية، وإجمالي العسر باستخدام مسبار متعدد المعلمات.
• تحضير العينات والهضم: هُضمت عينات المياه باستخدام حمض النيتريك المركز (HNO₃) وحمض الهيدروكلوريك (HCl) عند درجة حرارة 90 مئوية. أما عينات الرواسب، فقد جُففت هوائياً، ونُخلت (2 مم)، واستُخلصت باستخدام خليط من حمض الهيدروكلوريك (HCl)، وحمض النيتريك (HNO₃)، وحمض الفوسفوريك (H₃PO₄).
• التحليل الآلي: تم تحديد تركيزات المعادن الثقيلة باستخدام مطيافية الانبعاث الضوئي للبلازما المقترنة حثياً (ICP-OES) مع نظام Agilent 720-ES.
• الإحصاء وتقييم المخاطر:
  • تحديد مصادر التوزيع (Source Apportionment): استُخدم تحليل المكونات الرئيسية (PCA) مع تدوير "فاريمكس" (varimax) لتحديد الأنماط، وتجميع العناصر ذات الاتجاهات الجيوكيميائية المتشابهة، والتمييز بين العمليات الجيولوجية الطبيعية والمدخلات البشرية المنشأ.
  • المخاطر البيئية: تم حساب مؤشر خطر الإمكانات البيئية (ERI) بناءً على عوامل التلوث وعوامل الاستجابة السامة (Hakanson, 1980).
  • مخاطر صحة الإنسان: أُجري تقييم للمخاطر غير المسرطنة باستخدام نماذج وكالة حماية البيئة الأمريكية (USEPA, 2011). تضمن ذلك حساب التناول اليومي المزمن (CDI) وحصة الخطر (HQ) للبالغين عبر مسار الابتلاع.

النتائج الرئيسية

• تركيزات المعادن:
  • المياه: لوحظت تباينات كبيرة عبر المواقع. أظهر الموقع ORW1 تركيزات أعلى بشكل ملحوظ من البوتاسيوم (2.59 ملجم/لتر)، والكالسيوم (3.59 ملجم/لتر)، والباريوم (4.59 ملجم/لتر)، والفاناديوم (5.59 ملجم/لتر) مقارنة بالمواقع الأخرى. كما تباينت مستويات الحديد (Fe) والمنجنيز (Mn)، حيث سجل ORW1 أعلى تركيز للحديد (1.30 ملجم/لتر).
  • الرواسب: سجل الموقع ORS1 أعلى متوسط تركيزات لعدة عناصر، بما في ذلك الصوديوم (4.92 ملجم/كجم)، والمغنيسيوم (7.48 ملجم/كجم)، والألومنيوم (1077.82 ملجم/كجم). وأظهر الموقع ORS2 مستويات مرتفعة من الفضة (8.88 ملجم/كجم) والكادميوم (0.38 ملجم/كجم).
• تحديد مصادر التوزيع (PCA): تم تحديد ثلاثة مكونات رئيسية.
  • المكون الأول استحوذ على معظم التباين، وجمع عناصر مثل Na، Mg، K، Ba، V، Fe، Ni، Cu، Al، Se، Th، و U، مما يشير إلى أصل جيوكيميائي أو معدني مشترك.
  • المكون الثاني سلط الضوء على الاختلافات في المعادن الانتقالية والمركبات الغنية بالكالسيوم (Ca، Mn، Fe، Co، Pb، Cd).
  • المكون الثالث تميز بوجود Cr، Ag، Cd، و Th، مما يشير إلى توزيعات محددة للمعادن الزهيدة قد تكون مرتبطة بعوامل صناعية أو بيئية. وقد تم تحديد الفضة (Ag) كعنصر شاذ، حيث تصرفت بشكل مختلف عن العناصر المتكتلة.
• المخاطر البيئية: أشار مؤشر خطر الإمكانات البيئية (ERI) إلى أن الكادميوم (Cd) والرصاص (Pb) يشكلان مخاطر بيئية كبيرة، لا سيما في عينات الرواسب.
• مخاطر صحة الإنسان:
  • كشف تحليل حصة الخطر (HQ) أن الكادميوم (Cd)، والرصاص (Pb)، والنيكل (Ni) يشكلون مخاطر كبيرة من خلال الابتلاع طويل الأمد.
  • تجاوزت قيم HQ المحددة لابتلاع الرواسب وحدة الواحد الصحيح لعدة عناصر، بما في ذلك الكوبالت (Co: 1.789)، والنيكل (Ni: 1.897)، والنحاس (Cu: 1.765)، والزنك (Zn: 1.876)، واليورانيوم (U: 1.548)، مما يشير إلى مخاطر صحية غير مسرطنة محتملة للبالغين المعرضين لهذه الرواسب.

الأهمية والادعاءات
تثبت الدراسة أن تركيزات المعادن الثقيلة في المياه والرواسب في حزام إيليسا الذهبي تظهر مستويات متفاوتة من التلوث، مع وجود مواقع محددة (خاصة ORS1 و ORS2) تظهر علامات تلوث شديد إلى مفرط. ويخلص المؤلفون إلى أن التباينات العنصرية المرصودة مدفوعة بمزيج من عمليات التعدين والعمليات الجيولوجية الطبيعية.

تكمن الأهمية الأساسية لهذا العمل في تحديده لمخاطر سمية محددة. وتشير النتائج إلى ضرورة اتخاذ تدابير تنظيمية في المناطق التي تتم فيها أنشطة التعدين لحماية الصحة العامة. وتدعو الورقة صراحةً إلى المراقبة المستمرة لتركيزات المعادن الثقيلة للتخفيف من المخاطر البيئية والحفاظ على جودة المياه. علاوة على ذلك، فإنها تدعو إلى اعتماد طرق تعدين مستدامة واستراتيجيات مناسبة لإدارة النفايات لتقليل مستويات التلوث المرتبطة بأنشطة تعدين الذهب في المنطقة. ولا تقترح الدراسة بروتوكولات تجريبية جديدة أو تطبيقات مستقبلية خارج هذه التوصيات التنظيمية والإدارية.