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

技術要約：イレシャ・ゴールドベルト内のオスン川エコシステムにおける潜在的毒性元素の発生源特定および毒性学的リスク

問題提起
本研究は、ナイジェリアのオスン州イレシャ・ゴールドベルト内における、オスン川のエコシステムに関連する潜在的毒性元素（PTEs）の環境および公衆衛生上のリスクに対処するものである。金採掘活動、特に小規模な手作業による操業は、工業プロセス、製錬、および不適切な廃棄物処理を通じて、水および堆積物中に重金属汚染を放出する主要な要因として特定されている。本研究は、長期的な曝露（特に経口摂取）から生じる生態学的リスクおよび潜在的な人間への健康被害を評価するために、これらのマトリックスにおける物理化学的パラメータと金属濃度を特性評価することに焦点を当てている。

研究手法
本研究では、フィールドサンプリング、実験室分析、および統計モデリングを含む多角的なアプローチを採用した。

• サンプリング: 2024年9月に、ゴールドベルト内の4つの異なる地点（オラ近傍の2地点（ORS1およびORS2）、オケ・イボデの1地点（OKS）、およびオショボの1地点（OSS））において、水および堆積物のサンプルを採取した。堆積物は、エクマン採泥器を用い、深さ0〜25 cmから採取した。
• 物理化学的分析: pH、溶存酸素、全溶存固形物、電気伝導率、および全硬さを、マルチパラメータ・プローブを用いて現場で測定した。
• 試料調製および分解: 水サンプルは、濃硝酸（HNO₃）および塩酸（HCl）を用いて90°Cで分解した。堆積物サンプルは、風乾、篩分け（2mm）、および塩酸（HCl）、硝酸（HNO₃）、リン酸（H₃PO₄）の混合液を用いた抽出を行った。
• 機器分析: 重金属濃度は、Agilent 720-ESシステムを用いた誘導結合プラズマ発光分光分析法（ICP-OES）によって定量化した。
• 統計およびリスク評価:
  • 発生源特定: 主成分分析（PCA）およびバリマックス回転を用い、要素のパターンを特定し、元素を同様の地球化学的傾向を持つグループに分類するとともに、自然な地質学的プロセスと人為的入力との区別を行った。
  • 生態学的リスク: 汚染因子および毒性応答係数（Hakanson, 1980）に基づき、潜在的生態学的リスク指数（ERI）を算出した。
  • 人間への健康リスク: 米国環境保護庁（USEPA, 2011）のモデルを用いた非発がん性リスク評価を実施した。これには、成人による経口摂取による慢性日量摂取量（CDI）および有害指数（HQ）の算出が含まれる。

主な結果

• 金属濃度:
  • 水: 各地点間で顕著な変動が観察された。ORW1では、他の地点と比較して、カリウム（2.59 mg/L）、カルシウム（3.59 mg/L）、バリウム（4.59 mg/L）、およびバナジウム（5.59 mg/L）の濃度が著しく高かった。鉄（Fe）およびマンガン（Mn）のレベルも変動しており、ORW1が最も高いFe濃度（1.30 mg/L）を示した。
  • 堆積物: ORS1地点は、ナトリウム（4.92 mg/kg）、マグネシウム（7.48 mg/kg）、およびアルミニウム（1077.82 mg/kg）を含む複数の元素において、最も高い平均濃度を示した。ORS2は、銀（8.88 mg/kg）およびカドミウム（0.38 mg/kg）のレベルの上昇を示した。
• 発生源特定（PCA）: 3つの主成分が特定された。
  • 第1成分は、大部分の分散を説明し、Na、Mg、K、Ba、V、Fe、Ni、Cu、Al、Se、Th、およびUといった元素をグループ化しており、共通の地球化学的または鉱物学的起源を示唆している。
  • 第2成分は、遷移金属およびカルシウムに富む化合物（Ca、Mn、Fe、Co、Pb、Cd）の変動を強調した。
  • 第3成分は、Cr、Ag、Cd、およびThによって特徴付けられ、工業的または環境的要因に関連する可能性のある特定の微量金属分布を示した。銀（Ag）は、クラスター化された元素とは異なる挙動を示すアウトライヤーとして特定された。
• 生態学的リスク: 生態学的リスク指数（ERI）は、特に堆積物サンプルにおいて、カドミウム（Cd）および鉛（Pb）が重大な生態学的リスクをもたらすことを示した。
• 人間への健康リスク:
  • 有害指数（HQ）分析により、長期的な摂取を通じて、カドミウム（Cd）、鉛（Pb）、およびニッケル（Ni）が重大なリスクをもたらすことが明らかになった。
  • 堆積物の経口摂取による特定のHQ値は、コバルト（Co: 1.789）、ニッケル（Ni: 1.897）、銅（Cu: 1.765）、亜鉛（Zn: 1.876）、およびウラン（U: 1.548）を含む複数の元素において1を超えており、堆積物に曝露される成人の非発がん性健康リスクを示唆している。

意義および主張
本研究は、イレシャ・ゴールドベルト内の水および堆積物における重金属濃度が、様々なレベルの汚染を示していることを立証しており、特定の地点（特にORS1およびORS2）は、重大または極度の汚染の兆候を示している。著者らは、観察された元素の変化は、採掘活動と自然な地質学的プロセスの組み合わせによって引き起こされていると結論付けている。

本研究の主な意義は、特定の毒性学的リスクを特定したことにある。これらの知見は、環境への危害を軽減し、水質を維持するために、採掘活動が行われている地域において規制措置が必要であることを示唆している。さらに、本論文は、当該地域の金採掘活動に関連する汚染レベルを低減するために、重金属濃度の継続的なモニタリングを求めている。また、持続可能な採掘方法および適切な廃棄物管理戦略の採用を提唱している。本研究は、新たな実験プロトコルや、規制および管理上の推奨事項を超えた将来的な応用を提案するものではない。