Исследование публикуется в текущем номере журнала Nature.«Это первый раз, когда мы смогли показать, что ранее чистый водоносный горизонт был загрязнен», — сказал ведущий автор Александр ван Гин, геохимик из обсерватории Земли Ламонт-Доэрти Колумбийского университета. «Количество перекачиваемой воды действительно влияет на систему. Мышьяк движется». Хорошая новость, по его словам: «Он движется не так быстро, как мы боялись».
По его словам, это выиграет время — возможно, десятилетия — для того, чтобы менеджеры по водным ресурсам попытались решить эту проблему.Мышьяк содержится в горных породах по всему миру, но кажется, что он загрязняет грунтовые воды только при определенных условиях.
Огромные масштабы в Южной Азии стали очевидны только в 1990-х годах, когда исследователи из университетов, некоммерческих агентств и правительств начали систематически тестировать скважины. Ван Гин работает в этой области 13 лет и возглавляет новую совместную работу в регионе в рамках Международной континентальной программы научного бурения.Исследователи связывают естественное загрязнение мышьяком в Южной Азии с огромным количеством отложений, размываемых с Гималайского плато в нижние бассейны, от Пакистана и Индии до Китая и Вьетнама. Постоянная подача пресной воды быстро вступает в реакцию с местной водой, хотя точные механизмы выделения мышьяка остаются неясными, как и потенциальные последствия откачки грунтовых вод.
Новое исследование проясняет некоторые химические процессы и впервые ясно показывает, что деятельность человека может усугубить проблему.Ханой, как и многие другие мегаполисы, быстро растет и использует все больше грунтовых вод.
В период с 2000 по 2010 год объем коммунальных насосов увеличился вдвое и составил около 240 миллионов галлонов в день. Большая часть запасов поступает из водоносного горизонта богатых железом оранжевых песков возрастом более 12000 лет, которые в значительной степени не содержат мышьяка. Но участки более молодого сероватого песка загрязнены. Город начал фильтровать воду около 10 лет назад.
Но в пригородах, рядом с соседней Красной рекой и за ее пределами, многие жители полагаются на частные скважины, пробуренные в лоскутном одеяле из чистого или загрязненного песка, а централизованная система фильтрации отсутствует.Ван Гин и его коллеги, включая команду из Ханойского научного университета, в течение нескольких лет исследовали 31 скважину вокруг деревни Ван Фук, примерно в 5,5 милях к юго-востоку от города, недалеко от реки. Они обнаружили, что в частях ближе к Ханою неглубокие колодцы уходят в безопасные оранжевые отложения; ближе к реке они заходят в серые и вытягивают мышьяк. Обычно высокий уровень воды в безопасном водоносном горизонте стекает в сторону реки и удерживает загрязненную воду в страхе.
Но команда обнаружила, что накачка в Ханое изменила ситуацию вспять; теперь безопасный водоносный горизонт, по сути, высасывает воду из загрязненного водоносного горизонта и из самой реки. Используя методы датирования изотопов гелия и водорода, они показали, что за последние 40-60 лет вода из загрязненного водоносного горизонта переместилась вглубь суши примерно на 2 000 метров (более мили). В то же время значительное загрязнение мышьяком продвинулось более медленными темпами, пройдя около 120 метров или 370 футов.«Многие люди ожидали, что откачка этих [хороших] водоносных горизонтов поставит их под угрозу, но до этого у нас не было доказательств», — сказал Скотт Фендорф, геохимик из Стэнфордского университета, который не принимал участия в исследовании. «Это показывает, что существует угроза».
Фендорф сказал, что во многих областях от Индии до Вьетнама люди бурили скважины глубже, чтобы уйти от обычно мелких отложений, богатых мышьяком. Исследование предполагает, что и эти глубокие колодцы со временем могут выйти из строя. Недавние исследования, проведенные другими группами, показывают, что колодцы в индийском штате Западная Бенгалия находятся в опасности, но в Бенгалии их так много во многих местах, что исследователям трудно точно отследить, что происходит.
Напротив, исследование в Ханое наглядно демонстрирует и дает количественную оценку результатов, потому что коммунальное водоснабжение настолько централизовано.Соавтор исследования Майкл Берг, геохимик из Швейцарского федерального института водных наук и технологий, назвал перекачку в Ханое «огромным непреднамеренным экспериментом». Берг сказал, что аналогичные процессы могут происходить в других областях, таких как мегаполисы Дакка и Пекин, а также в широко распространенных сельскохозяйственных районах Азии, а также в некоторых частях Африки к югу от Сахары, а также в Южной и Северной Америке, где ирригация и муниципальная откачка всасывают водоносные горизонты. сухой. «Мы меняем системы по всему миру», — сказал он.
Что касается того, как мышьяк попадает в воду, ван Гин говорит, что вокруг Ван Фука, как и во многих других областях, очевидным ключом является растворенный органический углерод — кусочки разложившейся растительной материи и другие остатки живых существ. Вода в безопасном водоносном горизонте относительно свободна от него, но вода, протекающая через русло реки и богатую органическими веществами почву и глину поверх водоносного горизонта, загружена им. Когда вода мигрирует в безопасный водоносный горизонт, углерод вступает в реакцию с обильной железной ржавчиной, прилипающей к песчинкам, и ржавчина растворяется в воде. Мышьяк в отложениях имеет тенденцию прилипать к этой ржавчине, но как только ржавчина растворяется, то же самое происходит и с мышьяком, и люди начинают пить пиво.
По мере протекания реакции оранжевый песок становится серым; действительно, столб серого песка, кажется, ползет под Ван Фук в сторону Ханоя.Исследователи отмечают, что загрязнение мышьяком движется примерно в 16-20 раз медленнее, чем фактическая миграция внешней воды, по-видимому, потому, что химические реакции протекают через некоторое время. Это подтверждает краткосрочное исследование 2011 года, проведенное в журнале Nature Geoscience, показывающее аналогичные эффекты на участке в Бангладеш.
Но, как сказал Берг, «он постоянно движется, и по мере того, как он движется, все больше людей становятся уязвимыми».В пострадавших районах Ван-Фука содержание мышьяка в настоящее время в 10-50 раз превышает допустимый уровень. Соавтор исследования Фам Тхи Ким Транг, вице-директор Центра экологических технологий и устойчивого развития Ханойского университета, сказал, что люди бурят более глубокие скважины и прилагаются усилия по установке фильтрующей станции.
Однако, по ее словам, «если люди в городе будут продолжать набирать больше воды, проблема мышьяка станет более серьезной». По ее словам, при столь быстром расширении пригородов все больше людей подключаются к частным колодцам. «Мы пытаемся узнать больше об условиях, в которых перемещается мышьяк, и о том, как защитить людей», — сказала она. Ван Гин сказал, что это исследование может помочь в разработке мер по восстановлению в США и других странах, где вымывание углерода со свалок загрязняет некоторые водоносные горизонты. Исследовательская программа Columbia Superfund частично поддержала исследование в Ханое.
Среди других авторов исследования — Ви Май Лан, Нгуен-Нгок Май, Фу Дао Ман и Фам Хунг Вьет из Ханойского университета науки; Бенджамин Бостик, Кэтлин Рэдлофф, Захид Азиз и Джейкоб Мей из Ламонт-Доэрти; и исследователи из Массачусетского технологического института и Университета Вандербильта. Основным спонсором исследования выступил Национальный научный фонд США.