Тихий руйнівник нервової системи: вчені створили першу глобальну карту забруднення підземних вод марганцем

Марганець — це важливий мікроелемент, проте його надмірна концентрація в організмі може викликати серйозні проблеми зі здоров'ям.

Джерело: phys.org

Двоє дослідників зі швейцарського інституту Eawag створили першу глобальну карту ризику забруднення підземних вод цим металом. Враховуючи, що половина населення планети використовує підземні води як питну, масштаби проблеми виявилися значно більшими, ніж вважалося раніше: від 180 до 220 мільйонів людей можуть споживати воду з небезпечно високим вмістом марганцю. Особливо постраждали густонаселені регіони Азії.

Раніше марганець у воді вважали суто естетичною проблемою, оскільки він псує її смак та залишає темний наліт на сантехніці та свердловинах. Проте останні дослідження доводять, що надлишок марганцю токсично діє на нервову систему, особливо у немовлят та дітей. Через це Всесвітня організація охорони здоров'я (ВООЗ) у 2021 році знизила гранично допустиму норму марганцю в питній воді з 400 до 80 мікрограмів на літр (у Швейцарії та ЄС ліміт ще суворіший — 50 мкг/л).

Досі ніхто не знав точної кількості людей, які перебувають у зоні ризику. Дослідники Джоел Подгорскі та Майкл Берг вирішили заповнити цю прогалину.

«Досі головна увага приділялася таким загрозам для питної води, як миш'як, фториди та нітрати. Натомість марганець досі здебільшого ігнорують і контролюють лише спорадично», — пояснює Берг.

Штучний інтелект на службі екологів

Для створення прогностичної карти вчені зібрали майже 300 000 вимірювань якості підземних вод з усього світу (з наукових публікацій, державних архівів та публічних баз даних). Ці дані вони об'єднали з понад 50 екологічними параметрами (клімат, геологія, рельєф, властивості ґрунту) та завантажили у власну модель машинного навчання.

ШІ виявив закономірності й реконструював карту навіть для тих регіонів, де вимірювання ніколи не проводилися.

Модель показала зони високого ризику на кожному континенті. Найбільше постраждали великі дельти річок та молоді осадові ландшафти у Південній та Південно-Східній Азії:

• дельта Гангу-Брахмапутри (Бангладеш та Індія);
• дельта Меконгу та Червоної річки (В'єтнам);
• окремі райони Пакистану;
• басейн річки Міссісіпі у США.

Причина криється в хімічних процесах під землею: за умов низького вмісту кисню мікроорганізми відновлюють оксид марганцю в осадових породах, через що він розчиняється у воді.

90% постраждалих — мешканці Азії

Поєднавши карту забруднення з демографічними даними, вчені з'ясували, що понад 90% людей, які п'ють воду з надлишком марганцю, живуть в Азії. Це пов'язано як із геологічними особливостями регіону, так і з високою густотою населення, яке часто споживає воду з необроблених підземних джерел.

У Європі (зокрема у Швейцарії) ризик для здоров'я людей мінімальний. Хоча дослідження й виявило зони високого природного вмісту марганцю (наприклад, у дельті річки По в Італії чи в поясі від Польщі до східної Німеччини), абсолютна більшість місцевого населення користується водопровідною водою, яка проходить сучасну технологічну очистку.

Як очистити воду від марганцю?

Видалити марганець із питної води надзвичайно просто. За контакту з киснем він окислюється, перетворюючись на твердий нерозчинний осад, який легко затримати звичайним піщаним фільтром. Для цього достатньо простої системи аерації (насичення киснем) та фільтра.

Марганець і миш'як: підступне сусідство

Порівнявши нову карту з картами поширення миш'яку, вчені виявили несподіваний факт: попри схожі хімічні процеси вимивання, ці речовини майже не перетинаються на місцевому рівні. Лише в 4% небезпечних зон присутні обидва елементи одночасно.

Це має критичне значення для моніторингу: якщо свердловину протестували на миш'як і він виявився в нормі, це не гарантує безпеку води. Її обов'язково потрібно окремо перевіряти на марганець.

Створені карти показують саме ймовірність, а не стовідсоткову впевненість, тому вони не замінять точкових хімічних аналізів на місцях. Проте ця робота дає урядам та міжнародним організаціям чіткі орієнтири для того, де саме потрібно терміново будувати очисні станції та впроваджувати програми моніторингу води. Всі карти загрози підземних вод (марганець, миш'як, фториди, нітрати тощо) автори виклали у відкритий доступ на платформі gapmaps.org.