Petroleum-driven groundwater contamination in Azzan city, Yemen: Integrated assessment using hydrochemistry, trace metals, PAHs, and PCBs

In vielen Teilen der Welt fungiert der Boden unter unseren Füßen als riesiger, verborgener Speicher, der Wasser aufnimmt, das langsam durch Gesteinsschichten und Sand gefiltert wurde. Dieses Grundwasser ist oft die einzige Trinkwasserquelle für Gemeinschaften, die in trockenen, ariden Regionen leben, in denen es wenig regnet und Flüsse austrocknen. Dieses unterirdische Reservoir ist jedoch nicht immun gegenüber den Aktivitäten der Industrie. Wenn Öl extrahiert, transportiert oder verarbeitet wird, kann es in den Boden sickern und in diese Aquifere einsickern, wobei es eine komplexe Mischung schädlicher Substanzen mit sich führt. Zu diesen Kontaminanten gehören Schwermetalle – toxische Elemente, die sich nicht abbauen – sowie organische Chemikalien, die Jahrzehnte in der Umwelt verbleiben können. Zu verstehen, wie sich diese Schadstoffe bewegen, wie sie sich mit den bereits im Wasser vorhandenen natürlichen Mineralien vermischen und was sie für die menschliche Gesundheit bedeuten, ist eine kritische Aufgabe für Wissenschaftler, die versuchen, die öffentliche Sicherheit zu gewährleisten.

In der Stadt Azzan, die in der Gouverneurats Schabwah im Jemen liegt, führten Forscher kürzlich eine detaillierte Untersuchung genau eines solchen Szenarios durch. Dieses Gebiet ist arid und liegt in der Nähe eines Hauptkorridors für Rohölpipelines, was das lokale Grundwasser zu einem potenziellen Ziel für Kontaminationen durch die Erdölindustrie macht. Ein Team von Wissenschaftlern aus Universitäten in Jemen und Tunesien unternahm sich das Ziel, die Wasserqualität von sieben Brunnen entlang dieser Pipeline-Route zu kartieren. Ihr Ziel war nicht nur zu messen, wie salzig oder schmutzig das Wasser war, sondern eine umfassende Prüfung durchzuführen, die die Untersuchung der Wasserchemie, toxischer Metalle und spezifischer organischer Schadstoffe, bekannt als polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe und polychlorierte Biphenyle, kombinierte. Durch die Betrachtung all dieser Faktoren zusammen wollten sie zwischen einer durch natürliche geologische Prozesse verursachten Verschmutzung und einer durch menschliche Aktivitäten verursachten Verschmutzung unterscheiden und letztlich das Risiko bestimmen, das dieses Wasser für die Menschen darstellt, die darauf angewiesen sind.

Die Forscher begannen mit der Entnahme von Wasserproben aus den sieben Brunnen im Dezember 2024. Sie analysierten die physikalischen Eigenschaften des Wassers, wie etwa die Temperatur und die elektrische Leitfähigkeit, welche ein Maß für die Menge der gelösten Salze und Mineralien darstellt. Sie fanden heraus, dass das Wasser von einem Brunnen zum anderen erheblich variierte. Einige Proben waren relativ frisch, während andere hoch mineralisiert waren und gelöste Feststoffe im Bereich von 406 bis 3078 Milligramm pro Liter enthielten. Die chemische Zusammensetzung des Wassers wurde von Calcium, Magnesium und Sulfat dominiert – ein Muster, das darauf hindeutet, dass das Wasser natürlich mit den Gesteinen interagiert, durch die es fließt, und dabei Mineralien wie Gips und Kalkstein löst. Dieser natürliche Prozess erzeugt einen Basiswert an Salinität, doch die Forscher bemerkten, dass in bestimmten Brunnen die Konzentration dieser Mineralien ungewöhnlich hoch war, was auf zusätzliche Einflüsse hindeutete.

Über die natürlichen Mineralien hinaus untersuchte das Team toxische Spurenmetalle, die häufig mit Erdölaktivitäten einhergehen. Sie fanden heraus, dass das Wasser in mehreren Brunnen gefährliche Mengen an Blei, Arsen und Cadmium enthielt. An einigen Orten lag die Bleikonzentration weit über den Sicherheitsgrenzwerten für Trinkwasser, und auch die Arsenwerte waren ähnlich alarmierend. Die als Mahdi und Atash bezeichneten Brunnen erwiesen sich als am stärksten betroffen und wiesen die höchsten Konzentrationen dieser toxischen Metalle auf. Die Wissenschaftler berechneten verschiedene Verschmutzungsindizes, um die Schwere des Problems zu quantifizieren, und die Ergebnisse waren drastisch: Das Wasser in diesen Gebieten wurde aufgrund der kumulativen Belastung durch Schwermetalle als ungeeignet zum Trinken eingestuft. Diese Kontamination war nicht gleichmäßig verteilt; sie konzentrierte sich in spezifischen Hotspots, was darauf hindeutete, dass die Verschmutzung nicht nur ein Ergebnis der lokalen Geologie war, sondern durch lokale Lecks oder Unfälle der nahegelegenen Öl-Infrastruktur angetrieben wurde.

Die Untersuchung wandte sich auch organischen Schadstoffen zu, insbesondere polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) und polychlorierten Biphenylen (PCB). Dies sind komplexe chemische Verbindungen, die häufig in Rohöl und Industrieabfällen vorkommen. Die Forscher detektierten beide Arten von Chemikalien in jeder einzelnen von ihnen getesteten Probe. Die im Wasser gefundenen PAK bestanden primlich aus niedermolekularen Verbindungen, wobei Naphthalin fast 90 Prozent der Gesamtmenge ausmachte. Diese spezifische chemische Signatur ist ein starker Indikator dafür, dass die Quelle der Verschmutzung das Erdöl selbst ist und nicht etwa das Verbrennen von Holz oder Kohle. Ähnlich verhielten sich die detektierten PCB, die von tetrachlorierten Verbindungen dominiert wurden, welche dafür bekannt sind, lange Zeit in der Umwelt zu verharren. Das Vorhandensein dieser Chemikalien in allen Brunnen bestätigte, dass das Grundwassersystem mit persistenten organischen Schadstoffen kontaminiert ist, die sich nicht leicht abbauen lassen.

Um zu verstehen, wie diese verschiedenen Schadstoffe miteinander in Beziehung stehen, nutzten die Wissenschaftler statistische Werkzeuge, um nach Mustern in ihren Daten zu suchen. Sie entdeckten einen sehr starken Zusammenhang zwischen dem Salzgehalt des Wassers und der Menge an PAK; mit steigendem Salzgehalt stieg auch die Konzentration dieser organischen Schadstoffe. Dies deutet darauf hin, dass dieselben Prozesse, die die Salze durch den Aquifer bewegen, auch die erdölbezogenen Chemikalien transportieren. Die Analyse trennte die Brunnen zudem in distinkte Gruppen basierend auf ihrem Kontaminationsgrad. Die Brunnen Mahdi und Atash bildeten eine Gruppe mit der höchsten Verschmutzung, während andere wie Al-Mashroa niedrigere Werte zeigten. Diese Gruppierung bestätigte, dass die Kontamination kein flächendeckendes Problem in der gesamten Region ist, sondern in spezifischen Gebieten konzentriert auftritt, in denen die Auswirkungen des Pipeline-Korridors am schwerwiegendsten sind.

Der wohl kritischste Teil der Studie war die Bewertung dessen, was diese Kontamination für die menschliche Gesundheit bedeutet. Die Forscher berechneten die potenziellen Risiken für Menschen, die dieses Wasser über einen langen Zeitraum konsumieren könnten. Sie fanden heraus, dass das Risiko für nicht-krebserregende Gesundheitsprobleme, wie etwa Organschäden, extrem hoch war, mit einem Gefahrenindex, der mehr als sechzehnmal über dem Sicherheitslimit lag. Diese Gefahr wird primär durch die Exposition gegenüber Arsen und Blei getrieben. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass das Risiko, durch den Konsum dieses Wassers an Krebs zu erkranken, ebenfalls signifikant höher ist, als es als akzeptabel gilt. Das Vorhandensein sowohl toxischer Metalle als auch karzinogener organischer Verbindungen schafft eine doppelte Bedrohung, was bedeutet, dass das Wasser eine ernsthafte, langfristige Gefahr für die Gesundheit der Gemeinschaft darstellt.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass das Grundwasser in der Stadt Azzan in einer komplexen Situation gefangen ist, in der natürliche geologische Prozesse eine basisreiche, mineralhaltige Wasserlage geschaffen haben, die dann durch menschliche Aktivitäten schwerwiegend beeinträchtigt wird. Die Beweise deuten eindeutig darauf hin, dass erdölbezogene Aktivitäten der Treiber für die Spitzenwerte bei toxischen Metallen und organischen Schadstoffen in den am stärksten betroffenen Brunnen sind. Die Forscher betonen, dass dies kein Problem ist, das ignoriert oder durch einfache Verdünnung gelöst werden kann, da das aride Klima die natürliche Fähigkeit der Umwelt einschränkt, diese Kontaminanten wegzuspülen. Sie fordern eine kontinuierliche Überwachung des Wassers, strengere Kontrollen der Öl-Infrastruktur und gezielte Anstrengungen zum Schutz der vulnerabelsten Brunnen. Oh ohne sofortige und dauerhafte Interventionen steht die Wasserressource dieser Region vor einer Zukunft der progressiven Degradierung, die der lokalen Bevölkerung immer weniger sichere Optionen für ihr grundlegendstes Bedürfnis lässt.