Nemerow Pollution Index and Inter-Variable Relationships in Esuk Oro River, Southern Nigeria

Flüsse sind lebendige Systeme, die in jedem Tropfen Wasser eine komplexe Geschichte tragen, eine Geschichte, die in der Sprache der Chemie geschrieben ist. Um zu verstehen, ob ein Fluss gesund ist oder kämpft, schauen Wissenschaftler oft auf spezifische Inhaltsstoffe, die darin gelöst oder suspendiert sind, wie etwa Nährstoffe, Salze und Sauerstoff. Ein Fluss enthält jedoch so viele verschiedene Messwerte, dass es schwierig ist, auf einen Blick das große Ganze zu sehen. Um dies zu lösen, verwenden Forscher ein Werkzeug namens Verschmutzungsindex, das wie ein Übersetzer fungiert. Er nimmt all diese verschiedenen Zahlen und verdichtet sie zu einem einzigen Wert, der angibt, ob das Wasser sicher ist oder ob es verunreinigt wurde. Die Herausforderung liegt darin, die Mathematik korrekt anzuwenden; wenn die Regeln für den Vergleich der Messwerte mit den Sicherheitsgrenzwerten falsch angewendet werden, kann der endgültige Wert eine völlig falsche Geschichte erzählen, indem er sauberes Wasser schmutzig oder schmutziges Wasser sauber aussehen lässt.

Im Esuk Oro River in Südnigeria hat ein Team von Forschern der Akwa Ibom State University kürzlich die Wasserqualität genauer untersucht, um sicherzustellen, dass die erzählte Geschichte korrekt ist. Sie konzentrierten sich auf drei spezifische Stellen entlang des Flusses: den Oberlauf nahe der Quelle, den Mittelabschnitt und den Unterlauf, näher an dem Punkt, an dem der Fluss abfließt. Über einen Zeitraum von fünf Monaten von Ende 2022 bis Anfang 2023 sammelten sie Wasserproben und maßen neun verschiedene Indikatoren, die von der Versalzung des Wassers bis hin zum Sauerstoffgehalt reichten. Ihr Ziel war es, die Verschmutzungswerte für diese Standorte neu zu berechnen, da sie vermuteten, dass eine vorangegangene Bewertung einen grundlegenden Fehler bei der Handhabung der Daten gemacht hatte.

Die Forscher fanden heraus, dass die frühere Bewertung eine lebenswichtige Zutat, den gelösten Sauerstoff, falsch behandelt hatte. In einem gesunden Fluss muss das Wasser hohe Mengen an Sauerstoff enthalten, um Leben zu unterstützen. Wenn der Sauerstoffgehalt zu stark sinkt, ist dies ein Zeichen für Verschmutzung. Die vorangegangene Berechnung hatte jedoch hohe Sauerstoffwerte als ein Problem behandelt, als wäre zu viel des Guten schlecht. Durch die Korrektur dieser Logik offenbarte die neue Studie ein ganz anderes Bild. Das Wasser im Esuk Oro River litt nicht unter einem Sauerstoffmangel; tatsächlich waren die Sauerstoffwerte überraschend hoch und lagen zwischen 20,50 und 29,91 Milligramm pro Liter, obwohl die Forscher anmerkten, dass diese Zahlen für warmes Flusswasser ungewöhnlich hoch seien und gegen die ursprünglichen Feldnotizen überprüft werden müssten.

Nachdem die Sauerstoffberechnung korrigiert worden war, wurde die wahre Quelle der Verschmutzung des Flusses deutlich. Die Studie identifizierte Phosphat, einen Nährstoff, der häufig in Düngemitteln und Reinigungsmitteln vorkommt, als den Hauptverursacher. An jeder Station entlang des Flusses war die Menge an Phosphat im Wasser weit höher als der sichere Screening-Grenzwert. Die Forscher berechneten einen Verschmutzungswert für jeden Standort, indem sie die gemessene Menge an Phosphat mit dem Sicherheitsmaßstab verglichen. Die Werte für Phosphat lagen zwischen 4,172 und 4,438, was bedeutet, dass der Fluss mehr als das Vierfache der akzeptablen Menge dieses Nährstoffs enthielt. Dieser hohe Phosphatwert war der primäre Treiber hinter dem gesamten Verschmutzungswert des Flusses.

Als die Forscher die Werte für alle neun Indikatoren zu einer einzigen zusammengesetzten Zahl kombinierten, zeigten die Ergebnisse einen Fluss, der unter Stress durch Nährstoffanreicherung steht. Der Gesamtverschmutzungswert begann bei 3,015 an der Oberlaufstation und stieg leicht auf 3,200 an der Unterlaufstation an. Während Phosphat das überwältigende Problem darstellte, fand die Studie auch heraus, dass die Alkalität, ein Maß für die Fähigkeit des Wassers, Säure zu neutralisieren, an allen drei Standorten leicht über ihrem Limit lag. Zusätzlich wies der Oberlauf eine geringe Menge an Schwebstoffen auf, also winzigen Partikeln, die im Wasser schweben, welche den Sicherheitsgrenzwert gerade so überschritten. Im Gegensatz dazu lagen andere häufige Schadstoffe wie Nitrate und Salze gut innerhalb der sicheren Grenzwerte, und das Wasser war nicht so stark verschmutzt, wie der fehlerhafte Bericht zuvor suggeriert hatte.

Über die bloße Messung der Verschmutzung hinaus untersuchten die Teams auch, wie sich diese verschiedenen chemischen Inhaltsstoffe über die fünf Monate der Beobachtung gemeinsam bewegten. Sie entdeckten starke Verbindungen zwischen bestimmten Variablen. Beispielsweise tendierten die Werte für Nitrat und Chlorid dazu, ebenfalls anzusteigen, wenn die Alkalität zunahm. Umgekehrt neigten die Werte für Nitrat und Chlorid dazu, zu sinken, wenn die Gesamtmenge der gelösten Feststoffe im Wasser anstieg. Diese Muster legen nahe, dass die verschiedenen Chemikalien im Fluss auf dieselben saisonalen Veränderungen oder Einträge reagieren, wie etwa Regen oder Abflüsse von angrenzendem Land. Da die Studie jedoch nur fünf Monate lang Daten betrachtete, sind die Forscher vorsichtig zu sagen, dass dies lediglich Hinweise und kein Beweis für eine spezifische Ursache sind. Sie können noch nicht genau sagen, woher das Phosphat kommt, ob es aus Abwässern, landwirtschaftlichen Abflüssen oder Haushaltstextilien stammt.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass der Esuk Oro River derzeit vor einer erheblichen Herausforderung durch Phosphatverschmutzung steht, was das dringlichste Problem für das Wassermanagement darstellt. Die Forscher betonen, dass ihre Arbeit als Screening-Instrument dient, um Probleme aufzuzeigen, und nicht als abschließendes Urteil darüber, ob das Wasser trinkbar ist. Sie empfehlen den lokalen Behörden, die Rohdaten für Phosphat und Sauerstoff zu verifizieren, um die Genauigkeit zu gewährleisten. Darüber hinaus schlagen sie vor, das lokale Gebiet zu kartieren, um die Quellen des Phosphats, wie etwa Abwasserauslässe oder landwirtschaftliche Felder, zu finden, und eine ganzjährige Überwachung einzuführen, um zu sehen, wie sich der Fluss mit den Jahreszeiten verändert. Durch die Korrektur der mathematischen Fehler der Vergangenheit bietet diese Studie eine klarere, ehrlichere Grundlage für den Schutz der Gesundheit des Esuk Oro Rivers.