Estuarine mixing governs spatiotemporal partitioning of potentially toxic elements between coastal waters and sediments in the western Indian Ocean

يُعد الساحل مكاناً يلتقي فيه عالمان ويمتزجان؛ حيث تتدفق الأنهار العذبة، التي تحمل كل شيء من التربة إلى المعادن الذائبة، لتصب في المحيط المالح. وحيث يلتقيان، تتغير الكيمياء المائية باستمرار، مما يخلق بيئة فريدة تتبدل مع المد والجزر والفصول. وفي هذه المصبات، تعمل جزيئات الطين والرمل الدقيقة مثل الإسفنج، حيث تمتص المعادن التي تتدفق من اليابسة. وبعض هذه المعادن، مثل الحديد أو المنجنيز، هي أجزاء طبيعية من الأرض، بينما يمكن لبعضها الآخر، مثل الرصاص أو الزئبق، أن يكون ضاراً بالكائنات الحية إذا تراكمت بكميات كبيرة. وقد عرف العلماء منذ زمن طويل أن هذه العناصر السامة لا تبقى في مكانها؛ فهي تنتقل بين الماء والتربة، فتجرفها الأمواج أحياناً مع المد، وتستقر في الطين في أحيان أخرى. إن فهم كيفية عمل هذه الحركة بدقة أمر حيوي لحماية النظم البيئية الساحلية، لا سيما في المناطق الاستوائية حيث كانت البيانات شحيحة. فبدون معرفة كيفية سلوك هذه المعادن، يصعب تحديد ما إذا كان الشاطئ آمناً أو ما إذا كانت المصائد المحلية معرضة للخطر.

قام فريق من الباحثين مؤخراً بمهمة لرسم خريطة لهذه الحركة الخفية على طول ساحل كينيا، في غرب المحيط الهندي. وقد ركزوا على أربعة مواقع محددة هي: غازي، ومكونغوني، وشيموني، وفانجا، حيث تلتقي الأنهار بالبحر. وعلى مدار عام كامل، من مارس 2022 إلى فبراير 2023، جمعوا عينات من المياه السطحية والطبقة العليا من الرسوبيات النشطة، وهي الأرض الطينية حيث تحدث الحياة والتفاعلات الكيميائية بكثافة أكبر. وكان هدفهم هو قياس عشرة معادن مختلفة، تشمل الزرنيخ، والكادميوم، والكوبالت، والكروم، والنحاس، والحديد، والزئبق، والمنجنيز، والنيكل، والرصاص. ولفهم ما الذي يدفع التغييرات التي رأوها، تتبعوا أيضاً الظروف الفيزيائية والكيميائية للمياه، مثل درجة الحرارة، والملوحة، والحموضة، ومستويات المغذيات مثل الفوسفات والنترات. ومن خلال مقارنة مستويات المعادن في الماء والطين مقابل هذه الظروف المتغيرة، أمَل العلماء في إيجاد القواعد التي تحكم أين تنتهي هذه العناصر.

رسمت النتائج صورة واضحة لمشهد يتحدد بالموقع لا بالزمن. فقد تباينت كمية المعادن الموجودة في الماء والطين بشكل كبير من مكان لآخر، لكنها لم تتغير كثيراً من شهر لآخر. وقد احتفظ موقع واحد، وهو غازي، باستمرار بأعلى التركيزات لكل المعادن تقريباً؛ ففي المياه هناك، وصل الحديد إلى مستويات 80.6 ميكروغرام لكل لتر، وبلغ المنجنيز 22.9 ميكروغرام لكل لتر. أما في الرسوبيات في نفس الموقع، فكانت الأرقام أعلى بكماً، حيث بلغ الحديد 30,200 ملليغرام لكل كيلوغرام والمنجنيز 905 ملليغرام لكل كيلوغرام. وفي الطرف الآخر من الطيف، سجل موقع شيموني عادةً أقل الكميات. وبينما ظلت مستويات معظم المعادن مستقرة نسبياً طوال العام، كان الكروم هو الاستثناء، حيث أظهر نمطاً فريداً حيث تغير سلوكه اعتماداً على كل من الموقع والشهر المحدد.

تبين أن مفتاح فهم هذا التوزيع هو ملوحة المياه. فقد وجد الباحثون ارتباطاً قواً ومتسقاً بين الملوحة والمعادن المحتجزة في الرسوبيات. فكلما أصبحت المياه أكثر ملوحة، انخفضت كمية المعدن في الطين. وكان هذا الارتباط قوياً لدرجة أن الملوحة وحدها استطاعت تفسير جزء كبير من التباين المشاهد في معادن مثل المنجنيز، والكوبالت، والحديد، والكادميوم، والرصاص. وفي الواقع، بالنسبة لكل معدن درسوه في الرسوبيات، كانت كمية الملح في الماء هي العامل الوحيد الأكثر أهمية في التنبؤ بكمية المعدن التي ستوجد هناك. وأظهرت النماذج التي بناها العلماء أن الملوحة كانت القوة المهيمنة، بينما لعبت العوامل الأخرى دوراً أصغر بكثير. وهذا يشير إلى أن اختلاط المياه العذبة والمالحة يخلق بيئة محددة تستقر فيها المعادن خارج الماء وتلتصق بالطين، لا سيما في المناطق التي تكون فيها المياه أقل ملوحة والرسوبيات ناعمة.

تتحدى هذه النتائج الفكرة القائلة بأن التغيرات قصيرة المدى، مثل شهر ممطر واحد أو تحول مؤقت في الطقس، هي المحركات الرئيسية لتلوث المعادن في هذه المناطق الساحلية. وبدلاً من ذلك، تظهر الدراسة أن الجغرافيا الفيزيائية للمصب وطريقة اختلاط المياه العذبة والمالحة تخلق خزانات رسوبية دائمة ومحددة الموقع. تتراكم المعادن في هذه المناطق ذات الملوحة المنخفضة وتبقى هناك، مما يخلق نمطاً مستقراً لا يتذبذب بشدة مع الفصول. وهذا يعني أنه لفهم صحة هذه المياه الساحلية حقاً، لا يمكن لبرامج المراقبة أن تعتمد على أخذ لقطة واحدة للمياه في وقت واحد من السنة؛ بل يجب عليها قياس كل من الماء والرسوبيات، ويجب أن تركز عمليات أخذ العينات على المناطق المحددة حيث تلتقي المياه العذبة بالبحر وتترسب فيها الطينة الناعمة. ومن خلال استهداف مناطق الاحتجاز ذات الملوحة المنخفضة هذه، يمكن للعلماء والمديرين الحصول على صورة أوضح وأكثر دقة حول مكان اختباء العناصر التي قد تكون سامة وكيفية تحركها عبر البيئة.