Hydrogeochemical controls and health risk assessment of co-occurring nitrate and arsenic in private wells of the western Kansas High Plains Aquifer USA
Diese Studie zeigt auf, dass zwar die meisten privaten Brunnen im High Plains Aquifer im Westen von Kansas den aktuellen regulatorischen Grenzwerten für Nitrat und Arsen entsprechen, ein erheblicher Teil jedoch aufgrund von koinzidierender Kontamination durch landwirtschaftliche Belastung und geogene Mobilisierung immer noch moderate bis hohe Gesundheitsrisiken für Kinder und Erwachsene darstellt, was die Notwendigkeit einer risikobasierten Governance mit strengeren Schwellenwerten nahelegt.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Im ländlichen Herzen Westkansas, wo sich das Land unter einem weiten Himmel flach und golden ausstreckt, trinken die meisten Familien nicht aus städtischen Leitungen. Stattdessen verlassen sie sich auf private Brunnen, die tief in den Boden gegraben wurden, um Wasser aus dem High Plains Aquifer zu fördern, einem riesigen unterirdischen Reservoir aus Sand und Kies, das das Lebenselixier der Region enthält. Dieses Wasser ist im Allgemeinen klar und kühl, trägt aber unsichtbare Lasten in sich. Zwei verschiedene Arten von Kontamination lauern oft darin: Nitrat, das von den Äckern einsickert, auf denen Stickstoffdünger zum Anbau von Weizen und Sorghum verwendet wird, und Arsen, ein natürlich vorkommendes Gift, das aus Gesteinen tief unter der Erde freigesetzt wird, wenn sich das chemische Gleichgewicht des Wassers verschiebt. Während Nitrat ein Produkt der modernen Landwirtschaft ist, ist Arsen ein geologisches Erbe, doch beide können im selben Glas Wasser landen. Die Gefahr besteht nicht nur darin, dass diese Substanzen existieren, sondern dass die derzeitigen Sicherheitsregeln, die vor Jahrzehnten entworfen wurden, das volle Ausmaß des Risikos, dem die Menschen täglich ausgesetzt sind, möglicherweise nicht erfassen.
Ein Forscherteam der Fort Hays State University machte sich daran zu verstehen, wie sich diese beiden Schadstoffe zusammen in den privaten Brunnen von vier Landkreisen in Westkansas verhalten. Sie sammelten Wasser aus einundfünfzig Häusern und Quellen und testeten es auf eine breite Palette von Chemikalien, um zu sehen, was tatsächlich im Wasser enthalten war und wie es dorthin gelangte. Ihre Arbeit zeichnete ein komplexes Bild, in dem die Regeln der Chemie oft den Regeln der Regulierung widersprechen. Sie fanden heraus, dass der überwiegende Teil dieser Brunnen gemäß den aktuellen staatlichen Standards zwar sicher erschien, ein genauerer Blick auf die Gesundheitsrisiken jedoch eine andere Geschichte erzählte. Die Studie konzentrierte sich stark auf Kinder, die anfälliger für Giftstoffe sind, da sie im Verhältnis zu ihrem Körpergewicht mehr Wasser trinken und sich noch in der Entwicklung befinden. Als die Forscher das tatsächliche Gesundheitsrisiko für ein Kind berechneten, das dieses Wasser trinkt, entdeckten sie, dass fast fünfundachtzig Prozent der Brunnen ein moderates bis sehr hohes Risiko aufwiesen, obwohl neunzig Prozent von ihnen offiziell als konform eingestuft wurden.
Die Forscher fanden heraus, dass die Kontamination nicht den Linien auf einer Landkreiskarte folgte. Man würde erwarten, dass ein Landkreis mit intensivem Ackerbau überall hohe Nitratwerte hätte, oder dass ein Landkreis mit bestimmten Gesteinsarten überall hohe Arsenwerte hätte. Die Daten zeigten jedoch kein solches Muster. Stattdessen war die Gefahr lokal sehr unterschiedlich und änderte sich von Brunnen zu Brunnen, nur wenige Meilen entfernt. Dies liegt daran, dass die beiden Schadstoffe von entgegengesetzten Kräften angetrieben werden. Nitrat gedeiht in wasserreichem, sauerstoffhaltigem Wasser – ein Zustand, der durch Regen und Bewässerung entsteht, die den Dünger in den Boden spülen. Arsen hingegen wird freigesetzt, wenn das Wasser sauerstoffarm ist, ein Zustand, der in kleinen Taschen im Boden auftreten kann, in denen organische Materie zerfällt. Da diese Bedingungen nebeneinander in derselben Landschaft existieren können, kann eine Familie einen Brunnen mit hohem Nitrat und niedrigem Arsen haben, einen anderen mit hohem Arsen und niedrigem Nitrat oder eine gefährliche Kombination aus beiden, je nach der spezifischen Geologie unter ihrem Grundstück.
Die Studie untersuchte auch, wie die Wasserchemie selbst diese Gifte kontrolliert. Sie fanden heraus, dass Arsen dazu neigt, mit Eisen zu wandern und häufiger auftritt, wenn das Wasser leicht alkalisch ist, was darauf hindeutet, dass es tief unter der Erde von Mineraloberflächen abgewaschen wird. Nitrat hingegen wandert mit Salzen und Kalzium, was seine Verbindung zu oberflächlichen landwirtschaftlichen Aktivitäten bestätigt. Die Forscher verwendeten eine Methode namens Hauptkomponentenanalyse, die vergleichbar damit ist, einen unordentlichen Haufen von Daten in ordentliche Kategorien zu sortieren, um zu sehen, was die Veränderungen antreibt. Diese Sortierung bestätigte, dass die Wasserchemie von drei separaten Prozessen gesteuert wird: dem natürlichen Mineralgehalt der Gesteine, den alkalischen Bedingungen, die Arsen freisetzen, und den Sauerstoffgehalten, die das Gift entweder binden oder freisetzen. Diese Prozesse arbeiten unabhängig voneinander, was bedeutet, dass ein Brunnen vor einem Schadstoff sicher sein kann, während er vom anderen hochgefährdet ist, oder dass er von beiden getroffen werden kann, falls die lokalen Bedingungen zufällig übereinstimmen.
Vielleicht war der auffälligste Befund die Lücke zwischen dem, was das Gesetz sagt, und dem, was die Gesundheitsdaten sagen. Nach derzeitigem Recht gilt ein Brunnen erst dann als unsicher, wenn Nitrat zehn Milligramm pro Liter oder Arsen zehn Mikrogramm pro Liter überschreitet. In dieser Studie überschritt nur ein einziger Brunnen den Grenzwert für Arsen, und fünf überschritten den Grenzwert für Nitrat. Nach der offiziellen Zählung war das Wasser in fast jedem Haus sicher. Doch als die Forscher neuere wissenschaftliche Erkenntnisse anwandten, die darauf hindeuten, dass Gesundheitsrisiken bereits bei viel niedrigeren Werten beginnen, änderte sich das Bild dramatisch. Wenn der Sicherheitsgrenzwert für Nitrat auf fünf Milligramm pro Liter und für Arsen auf fünf Mikrogramm pro Liter gesenkt würde, wären plötzlich mehr als die Hälfte der Brunnen in der Studie als unsicher einzustufen. Dieser Wandel würde bedeuten, dass Dutzende von Familien, die derzeit glauben, ihr Wasser sei in Ordnung, in Wirklichkeit Wasser trinken, das über ein Leben lang ein messbares Risiko für Krebs oder andere chronische Krankheiten birgt.
Die Forscher berechneten das lebenslange Krebsrisiko für Erwachsene und Kinder, die dieses Wasser trinken, und fanden heraus, dass etwa fünfundzwanzig Prozent der Brunnen ein unannehmbares Krebsrisiko für Erwachsene darstellten – ein Niveau, das Gesundheitsbehörden normalerweise zu vermeiden versuchen. Für Kinder war das Risiko aufgrund ihrer geringeren Körpergröße und ihres höheren Wasserverbrauchs noch ausgeprägter. Ein Brunnen in Norton County stach als besonders gefährlich hervor, mit Werten sowohl für Arsen als auch für Nitrat, die hoch genug waren, um eine schwere Bedrohung für jedes dort lebende Kind darzustellen. Die Studie kam zu dem Schluss, dass das derzeitige Überwachungssystem, das auf breiten Untersuchungen auf Landkreisebene und veralteten Sicherheitsgrenzwerten basiert, die Bewohner der ländlichen Gebiete nicht ausreichend schützt. Die Autoren schlagen vor, dass Besitzer privater Brunnen, insbesondere solche mit jungen Kindern, ihr Wasser häufiger testen und Behandlungssysteme wie Umkehrosmose in Betracht ziehen sollten, die sowohl Nitrat als auch Arsen entfernen können. Sie empfehlen zudem, dass lokale Regierungen ihre Richtlinien aktualisieren sollten, um den neueren, strengeren Sicherheitsgrenzwerten gerecht zu werden, die die moderne Wissenschaft unterstützt, damit die unsichtbaren Risiken im Wasser endlich ans Licht gebracht werden.
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