Untersuchung krebserregender und nicht krebserregender Gesundheitsrisiken in allen Altersgruppen durch geogene und anthropogene Verunreinigungen des Grundwassers in der semiariden Region Nordwestindiens.

Grundwasserressourcen sind entscheidend für die Erhaltung eines gesunden Ökosystems und die Gewährleistung der Umweltstabilität in geografisch vielfältigen Gebieten (Li et al., 2018). Die Herausforderungen im Zusammenhang mit Wasserknappheit und der kontinuierlichen Verschlechterung der Wasserqualität durch geogene und anthropogene Schadstoffe beeinträchtigen jedoch die Versorgung mit sauberem und trinkbarem Wasser. Diese Herausforderungen werden durch den Klimawandel, ungeplante Bebauung, Bevölkerungswachstum, den übermäßigen Einsatz chemischer Düngemittel und zunehmende anthropogene Aktivitäten verschärft (He und Wu, 2019). Die übermäßige Nutzung von Grundwasser für Bewässerung, Industrie und Haushalt setzt diese lebenswichtige Ressource, insbesondere in Entwicklungsländern, alarmierend unter Druck (Rao et al., 2024).

In den letzten Jahrzehnten ist in Regionen wie dem Nordwesten des indischen Subkontinents ein kontinuierlicher Rückgang des Grundwasserspiegels und der Grundwasserqualität zu verzeichnen (Joshi et al., 2021). Die Anreicherung von Schadstoffen in den vorherrschenden Grundwasserleitern Nordwestindiens, bedingt durch Bewässerung, Verdunstung, Grundwasserentnahme, Mineralisierung und Sickerwasser, stellt eine größere Bedrohung für die Grundwasserqualität dar als die Grundwasserentnahme selbst und birgt Gesundheitsrisiken. Lapworth et al. (2017) zeigten bereits, dass die Alluvialgrundwasserleiter in einigen Teilen Nordwestindiens stark durch erhöhte Fluorid- (F⁻), Uran- (U) und Nitratgehalte (NO₃⁻) belastet sind ^. Die _{Gesundheitsrisiken} durch den Konsum von F⁻, U und NO₃⁻-belastetem Grundwasser über verschiedene Aufnahmewege wurden in der Region jedoch bisher ^kaum untersucht ^, _obwohl ^sie die Lebenserwartung der Menschen erheblich beeinträchtigen.

Fluorid ( F⁻ ⁾ gelangt durch die Auflösung von Mineralien wie Fluorit, Fluorapatit, Villiaumit, Hornblende, Muskovit und Biotit ins Grundwasser (Reddy et al., 2010). F⁻ ^- Konzentrationen zwischen 0.5 und 1.5 mg/l sind wichtig für die Entwicklung von Zähnen und Knochen. Konzentrationen über 1.5 mg/l (WHO, 2017) können jedoch zu Zahnschmelz- und Zahnfluorose, Skelett- und Zahnfluorose sowie chronischen Nierenerkrankungen führen (Li et al., 2019). Darüber hinaus kann F⁻ ^die im Hydroxylapatit der Knochen vorhandenen Hydroxidionen verdrängen und so Knochenschäden verursachen (Montazeri et al., 2011).

In ähnlicher Weise gelangt U durch die Auflösung von Mineralien wie Uraninit, Pechblende, Rutherfordin, Gummit, Schoepit, Coffinit und Uranophan ins Grundwasser (Devaraj et al., 2021). U kann das Grundwasser auch durch anthropogene Quellen verunreinigen, darunter Phosphatdünger, Bergbauaktivitäten und die Entsorgung radioaktiver Abfälle. Die Aufnahme hoher U-Konzentrationen über orale und dermale Wege mit >30 ug/l gilt als gesundheitsschädlich (Ramadan et al., 2022), und seine Auswirkungen werden häufig mit Knochenproblemen und chronischer Nephrotoxizität in Verbindung gebracht (Kumar et al., 2020). Abgereichertes U kann in Form von Uranyloxiden in den menschlichen Körper gelangen. Die primären Uranyloxide (U₃O₈, UO₂und UO₃) weisen eine unterschiedliche Löslichkeit in Körperflüssigkeiten auf, wobei UO₃ innerhalb weniger Wochen auflösen, während U₃O₈ und UO₂ Jahre dauern, bis es sich auflöst. Uranhexafluorid (UF₆) ist eine leichter lösliche U-Verbindung als Uranyloxide [UO₃, SIE IST₃O₈ und UO₂]. In Körperflüssigkeiten löst sich U als Uranylion (UO₂²⁺), das mit biologischen Molekülen interagieren kann. Nach der Aufnahme in den Blutkreislauf wird U in Körpergewebe und Organen transportiert und dort gespeichert, wobei es lösliche Komplexe mit Bicarbonat, Citrat oder Proteinen bildet (Bleise et al., 2003). U kann auch an Ca binden.²⁺, was letztendlich die Kristallstruktur der im Knochen vorhandenen Mineralien verändert (Kurttio et al., 2005).

Überhöhte NO₃⁻-Konzentrationen ₍ ^> 50 mg/L) in oberflächennahen Grundwasserleitern deuten auf anthropogene Belastung hin. NO₃⁻ gelangt hauptsächlich durch Auswaschung von Stickstoffdüngern, Herbiziden, Pestiziden, landwirtschaftlichen Aktivitäten, unbehandelten Industrieabfällen und Sickerwasser aus Deponien, Klärgruben und landwirtschaftlichen Betrieben in den Grundwasserleiter (Reddy et al., 2009). Durch Nitrifikation kann NO₃⁻ aus diesen anthropogenen Quellen in das Grundwassersystem eingebracht werden _. Der Konsum von NO₃⁻ _- ^belastetem Grundwasser kann Bluthochdruck verursachen und die Sauerstofftransportkapazität der Blutzellen verringern, was letztendlich bei Neugeborenen zu Methämoglobinämie (Blausucht) führen kann (Zhang et al., 2018). NO₃⁻ selbst _ist ^{jedoch nicht} krebserregend; seine krebserregende Wirkung entfaltet es erst durch die Bindung an sekundäre und tertiäre Amine im Magen-Darm-Trakt (Dan-Hassan et al., 2012).

In Bezug auf aride und semiaride Klimazonen wie Rajasthan wiesen Coyte et al. (2019) auf erhöhte Konzentrationen dieser Schadstoffe hin, die auf die vorherrschenden widrigen klimatischen Bedingungen und die durch Übernutzung verursachte Wasserknappheit zurückzuführen sind. Diese Studie konzentrierte sich hauptsächlich auf das Vorkommen, die Hydrogeochemie, geogene und anthropogene Schadstoffe sowie die damit verbundenen Gesundheitsrisiken. Studien von Mittal et al. (2017), Pandit et al. (2022), Rani et al. (2023) und Menaria et al. (2023) betonten jedoch die mit Uran verbundenen Gesundheitsrisiken in verschiedenen Teilen Rajasthans. Der synergistische Einfluss der drei Schadstoffe auf die Gesundheit verschiedener Altersgruppen ist weiterhin ungeklärt. Der Mangel an solchen Studien unterstreicht die Notwendigkeit weiterer Forschung zur Grundwasserverschmutzung und ihren karzinogenen und nicht-karzinogenen Wirkungen sowie zu den strahlensensiblen Gefahren für verschiedene Altersgruppen in grundwassergefährdeten Regionen. Die vorliegende Studie konzentriert sich auf Fluorid ⁽ F⁻) , Uran (U) und Nitrat (NO₃⁻ ₎ ^als wichtige Schadstoffe, da sie unter ähnlichen hydrogeologischen Bedingungen, wie beispielsweise in alkalischem und oxidierendem Grundwasser, durch Prozesse wie Gestein-Wasser-Wechselwirkung, Auswaschung und Verdunstung gemeinsam vorkommen (Post et al., 2017). Darüber hinaus vernachlässigen die Trinkwasserrichtlinien die kombinierten Risiken dieser Schadstoffe und konzentrieren sich auf einzelne Schadstoffe, obwohl Hinweise auf eine erhöhte Toxizität durch gemeinsam auftretende Schadstoffe vorliegen.

Die vorliegende Studie untersucht daher mithilfe eines integrierten Ansatzes den Fluorid- ^{, Uran-} und _Nitratgehalt im Grundwasser, die steuernden Prozesse und die damit verbundenen Gesundheitsrisiken in verschiedenen Altersgruppen mittels Monte-Carlo-Simulation. Ergänzend wurde eine umfassende Gesundheitsbefragung durchgeführt, um die gesundheitlichen Auswirkungen zu verstehen. Die Studie liefert somit wertvolle Erkenntnisse über das Vorkommen von Schadstoffen, deren geochemische Steuerung und potenzielle gesundheitliche Folgen. Sie zeichnet sich durch ihren Fokus auf eine heterogene Bevölkerungsgruppe aus, die sowohl in unterentwickelten ländlichen Gebieten als auch in entwickelten städtischen Regionen lebt und unterschiedliche wirtschaftliche Hintergründe aufweist. Die aktive Beteiligung der Bevölkerung an grundwasserabhängigen Aktivitäten wie Bewässerung und industrieller Nutzung verleiht der Forschung eine besondere Dimension. Darüber hinaus stuft das Central Ground Water Board in Indien (CGWB, 2023) diese Region als kritisch für die Grundwasserentnahme ein, was den dringenden Bedarf an innovativen Studien unterstreicht. Mit einem neuartigen Ansatz zielt diese Forschung darauf ab, die Kontamination und ihre potenziellen Auswirkungen auf die Bevölkerung im Kontext ihrer vorherrschenden Umweltbedingungen zu bewerten und so neue Erkenntnisse für die Risikobewertung zu gewinnen.