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

세계 곳곳에서 우리 발밑의 지표면은 암석과 모래 층을 통해 천천히 여과되어 내려온 물을 저장하는 거대하고 숨겨진 저수지 역할을 합니다. 이 지하수는 비가 적고 강이 마르는 건조하고 황량한 지역에 사는 공동체들에게 종종 유일한 식수원이 됩니다. 그러나 이 지하 자원은 인간 산업 활동으로부터 자유롭지 못합니다. 석유를 추출, 운송 또는 가공할 때, 그것이 토양으로 새어 나가 암반층으로 스며들 수 있으며, 이 과정에서 복잡한 유해 물질의 혼합물을 함께 운반할 수 있습니다. 이러한 오염 물질에는 분해되지 않는 독성 원소인 중금속과 수십 년 동안 환경에 남아 있을 수 있는 유기 화학 물질이 포함됩니다. 이러한 오염 물질이 어떻게 이동하는지, 이미 물속에 존재하는 천연 미네랄과 어떻게 섞이는지, 그리고 이것이 인간의 건강에 무엇을 의미하는지를 이해하는 것은 공공 안전을 지키기 위해 노력하는 과학자들의 매우 중요한 과업입니다.

예멘 샤브와 주방의 아잔 시(Azzan)에 위치한 연구진은 최근 바로 그러한 시나리오에 대한 상세한 조사를 수행했습니다. 이 지역은 건조하며 주요 원유 파이프라인 경로 근처에 위치해 있어, 현지의 지하수가 석유 산업으로부터 오염될 잠재적 대상이 될 수 있습니다. 예멘과 튀니지의 대학 소속 과학자 팀은 이 파이프라인 경로를 따라 위치한 7개 우물의 수질을 지도화하기 위해 조사에 착수했습니다. 그들의 목표는 단순히 물이 얼마나 짜거나 더러운지를 측정하는 것이 아니라, 수질 화학, 독성 금속, 그리고 다환 방향족 탄화수소(PAHs) 및 폴리염화비페닐(PCBs)로 알려진 특정 유기 오염 물질을 결합하여 종합적인 점검을 수행하는 것이었습니다. 이 모든 요소를 함께 살펴봄으로써, 그들은 자연적인 지질학적 과정에 의한 오염과 인간 활동에 의한 오염을 구분하고, 궁극적으로 이 물이 이를 의존하는 사람들에게 어떤 위험을 초래하는지 결정하고자 했습니다.

연구진은 2024년 12월에 7개 우물에서 물 샘플을 채취하며 조사를 시작했습니다. 그들은 온도와 전기 전도도(용해된 염분과 미네랄의 양을 나타내는 척도)와 같은 물의 물리적 특성을 분석했습니다. 그들은 샘플마다 물의 특성이 상당히 다르다는 것을 발견했습니다. 일부 샘플은 비교적 신선했으나, 다른 샘플들은 용존 고형물이 리터당 406에서 3078 밀리그램에 달할 정도로 고도로 광물화되어 있었습니다. 물의 화학적 구성은 칼슘, 마그네슘, 황산염이 지배적이었는데, 이는 물이 흐르는 암석과 자연적으로 상호작용하며 석고나 석회암 같은 미네랄을 용해시키고 있다는 패턴을 시사합니다. 이러한 자연적 과정은 기초적인 염도를 형성하지만, 연구진은 특정 우물에서 이러한 미네랄 수치가 비정적으로 높다는 점을 주목했으며, 이는 추가적인 영향이 있음을 암시했습니다.

천연 미네랄 외에도, 연구팀은 석유 활동과 흔히 동반되는 독성 미량 금속을 조사했습니다. 그들은 여러 우물의 물에서 납, 비소, 카드뮴의 위험한 수준을 발견했습니다. 일부 지역에서는 납의 농도가 식수로 설정된 안전 기준치를 훨씬 초과했으며, 비소 수치 또한 유사하게 경각적인 수준이었습니다. 마디(Mahdi)와 아타쉬(Atash)라는 이름의 우물들이 가장 심각하게 영향을 받은 것으로 나타났으며, 이들은 독성 금속의 최고 농도를 보였습니다. 과학자들은 오염의 심각성을 정량화하기 위해 다양한 오염 지수를 계산했으며, 결과는 극명했습니다. 이 지역의 물은 중금속의 누적된 부담으로 인해 음용에 부적합한 것으로 판정되었습니다. 이러한 오염은 균일하지 않았으며 특정 핫스팟에 집중되어 있었는데, 이는 오염이 단순히 지역 지질의 결과가 아니라 인근 석유 기반 시설로부터 발생한 국지적인 누출이나 유출에 의해 유발되었음을 시사했습니다.

조사는 유기 오염 물질, 구체적으로 다환 방향족 탄화수소(PAHs)와 폴리염화비페닐(PCBs)로 확대되었습니다. 이들은 원유와 산업 폐기물에서 흔히 발견되는 복잡한 화학 화합물입니다. 연구진은 테스트한 모든 샘플에서 두 종류의 화학 물질을 모두 검출했습니다. 물에서 발견된 PAHs는 주로 저분자량 화합물이었으며, 나프탈렌이 전체의 거의 90%를 차지했습니다. 이 특정한 화학적 징후는 오염의 원인이 나무나 석탄을 태우는 것과 같은 것이 아니라 석유 자체라는 강력한 지표입니다. 마찬가지로, 검출된 PCBs는 환경에 오랫동안 잔류하는 것으로 알려진 테트라클로로 화합물이 지배적이었습니다. 이 화학 물질들이 모든 우물에서 검출되었다는 사실은 지하수 시스템이 쉽게 분해되지 않는 잔류성 유기 오염 물질에 의해 오염되었음을 확인시켜 주었습니다.

과학자들은 이러한 다양한 오염 물질들이 서로 어떻게 연관되어 있는지 이해하기 위해 통계적 도구를 사용하여 데이터의 패턴을 조사했습니다. 그들은 물의 염도와 PAHs 함량 사이에 매우 강한 상관관계가 있음을 발견했습니다. 즉, 염도가 높아질수록 이러한 유기 오염 물질의 농도도 높아졌습니다. 이는 염분을 대수층을 통해 이동시키는 동일한 과정이 석유 관련 화학 물질도 함께 운반하고 있음을 시사합니다. 또한 분석을 통해 오염 수준에 따라 우물들을 별도의 그룹으로 분류했습니다. 마디와 아타쉬 우물은 가장 높은 오형 오염을 보이는 그룹을 형성한 반면, 알 마슈로아(Al-Mashroa)와 같은 다른 우물들은 낮은 수준을 보였습니다. 이러한 그룹화는 오염이 지역 전체의 포괄적인 문제가 아니라, 파이프라인 경로의 영향이 가장 심각한 특정 구역에 집중되어 있음을 확인해 주었습니다.

연구의 가장 핵심적인 부분은 이러한 오염이 인간의 건강에 무엇을 의미하는지에 대한 평가였습니다. 연구진은 사람들이 이 물을 장기간 마실 경우 발생할 수 있는 잠재적 위험을 계산했습니다. 그들은 장기적인 건강 문제, 예를 들어 장기 손상과 같은 비암성 건강 문제의 위험이 매우 높으며, 그 위해 지수(hazard index)가 안전 한계치의 16배가 넘는다는 것을 발견했습니다. 이러한 위험은 주로 비소와 납에 의한 노출에 의해 주도됩니다. 더욱이, 이 물을 마심으로써 암이 발생할 위험 또한 허용 가능한 수준보다 현저히 높다는 것이 밝혀졌습니다. 독성 금속과 발암성 유기 화합물의 존재는 이중 위협을 의미하며, 이는 이 물이 공동체의 건강에 심각하고 장기적인 위험을 초래한다는 것을 뜻합니다.

본 연구는 아잔 시의 지하수가 자연적인 지질 과정이 만들어낸 광물 풍부한 물의 기초 위에 인간의 활동에 의해 심각하게 훼손되는 복잡한 상황에 처해 있다고 결론짓습니다. 증거는 석유 관련 활동이 가장 영향을 많이 받은 우물들에서 나타나는 독성 금속 및 유기 오염 물질의 급증을 일으키는 동인임을 명확히 가리킵니다. 연구진은 이것이 단순한 희석으로 해결되거나 무시될 수 있는 문제가 아니라고 강조하는데, 건조한 기후가 환경이 이러한 오염 물질을 씻어내는 자연적인 능력을 제한하기 때문입니다. 그들은 지속적인 모니터링, 석유 기반 시설에 대한 엄격한 통제, 그리고 가장 취약한 우물들을 보호하기 위한 표적화된 노력을 촉구합니다. 즉각적이고 지속적인 개입이 없다면, 이 지역의 수자원은 점진적인 퇴보의 미래를 맞이하게 될 것이며, 현지 주민들에게는 가장 기본적인 필요를 충족할 안전한 선택지를 줄어들게 만들 것입니다.