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 haben Regionen wie der Nordwesten des indischen Subkontinents einen stetigen Rückgang des Grundwasserspiegels und der Grundwasserqualität erlebt (Joshi et al., 2021). Die Anreicherung von Schadstoffen in den vorherrschenden Grundwasserleitern Nordwestindiens, verursacht durch Bewässerungspraktiken, Verdunstung, Grundwasserentnahme, Mineralisierung und Sickerwasser, gilt als größere Bedrohung für die Grundwasserqualität als die Grundwassererschöpfung und führt zu Gesundheitsrisiken. Zuvor hatten Lapworth et al. (2017) gezeigt, dass Alluvium-Grundwasserleiter in einigen Teilen Nordwestindiens stark durch übermäßigen Fluoridgehalt (F^-), Uran (U) und Nitrat (NO₃^-) Gehalt. Allerdings bestehen gesundheitliche Risiken durch den Verzehr von F^-, U und NO₃^- Die auf mehreren Wegen verunreinigten Grundwasserschichten wurden in der Region kaum untersucht, da sie die Lebenserwartung eines Menschen erheblich beeinträchtigen.

F^- wird durch die Auflösung von Mineralien wie Fluorit, Fluorapatit, Villiaumit, Hornblende, Muskovit und Biotit ins Grundwasser freigesetzt (Reddy et al., 2010). F^- Konzentrationen von 0.5 bis 1.5 mg/l sind entscheidend für die Zahn- und Knochenentwicklung. Eine Überschreitung der Konzentration von mehr als >1.5 mg/l (WHO, 2017) kann jedoch zu Lochfraß und Fleckenbildung der Zähne, Skelett- und Zahnfluorose sowie chronischen Nierenerkrankungen führen (Li et al., 2019). Darüber hinaus ist F^- ist in der Lage, das im Hydroxylapatit der Knochen vorhandene Hydroxidion zu ersetzen, das Knochenschäden verursacht (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).

Die übermäßigen Konzentrationen von NO₃^- (>50 mg/L) in flachen Grundwasserleitern sind ein Indikator für anthropogene Kontamination, da sie hauptsächlich durch Auswaschung aus stickstoffhaltigen Düngemitteln, Herbiziden, Pestiziden, landwirtschaftlichen Aktivitäten, unbehandelten Industrieabfällen und Sickerwasser von Mülldeponien, Klärgruben und landwirtschaftlichen Betrieben in den Grundwasserleiter gelangt (Reddy et al., 2009). Diese anthropogenen Quellen könnten NO hinzufügen₃^- in das Grundwassersystem, das durch Nitrifikation entsteht. Der Verbrauch von NO₃^- Kontaminiertes Grundwasser kann Bluthochdruck verursachen und die Sauerstofftransportkapazität der Blutzellen verringern, was letztendlich zu Methämoglobinämie (Blaues-Baby-Syndrom) bei Neugeborenen führt (Zhang et al., 2018). Allerdings NO₃^- ist nicht krebserregend; dies wird durch die Bindung an sekundäre und tertiäre Amine im Magen-Darm-Trakt erreicht (Dan-Hassan et al., 2012).

In Bezug auf aride und semiaride Klimaregionen wie Rajasthan haben Coyte et al. (2019) erhöhte Konzentrationen dieser Schadstoffe bei vorherrschenden widrigen klimatischen Bedingungen und Wasserknappheit durch Überentnahme hervorgehoben. Diese Studie konzentrierte sich hauptsächlich auf das Vorkommen, die Hydrogeochemie, geogene und anthropogene Schadstoffe und die damit verbundenen Gesundheitsrisiken. Studien von Mittal et al. (2017), Pandit et al. (2022), Rani et al. (2023) und Menaria et al. (2023) haben jedoch die mit Uran in verschiedenen Teilen Rajasthans verbundenen Gesundheitsrisiken hervorgehoben. Der Status der synergistischen gesundheitlichen Auswirkungen dreifacher Schadstoffe auf die verschiedenen Altersgruppen ist jedoch weiterhin lückenhaft und unklar. Das Fehlen solcher Studien legt weitere Forschungen zur Grundwasserverschmutzung und ihren krebserregenden und nicht krebserregenden Auswirkungen sowie zu strahlenempfindlichen Gefahren für verschiedene Altersgruppen in grundwassergefährdeten Regionen nahe. Die aktuelle Studie konzentriert sich auf F^-, U und NO₃^- als Hauptschadstoffe aufgrund ihres gemeinsamen Vorkommens unter ähnlichen hydrogeologischen Bedingungen, wie alkalischem und oxidierendem Grundwasser, durch Prozesse wie Gesteins-Wasser-Wechselwirkung, Auswaschung und Verdunstung (Post et al., 2017). Darüber hinaus übersehen Trinkwasserrichtlinien ihre kombinierten Risiken und konzentrieren sich auf einzelne Schadstoffe, obwohl Hinweise auf eine erhöhte Toxizität durch gleichzeitig auftretende Schadstoffe vorliegen.

Daher verwendet die vorliegende Studie einen integrierten Ansatz zur Untersuchung von F^-, U und NO₃^- Zustand des Grundwassers, Kontrollprozesse und damit verbundene Gesundheitsrisiken in verschiedenen Altersgruppen mithilfe der Monte-Carlo-Simulation. Zudem wurde eine umfassende Gesundheitsbefragung durchgeführt, um die gesundheitlichen Auswirkungen zu verstehen. Somit liefert diese Studie wertvolle Erkenntnisse zum Vorkommen von Schadstoffen, ihrer geochemischen Kontrolle und ihren potenziellen gesundheitlichen Auswirkungen. Die vorliegende Studie zeichnet sich durch ihren einzigartigen Fokus auf eine vielfältige Bevölkerung aus, die sowohl in unterentwickelten ländlichen Gebieten als auch in gut entwickelten städtischen Regionen lebt und unterschiedliche wirtschaftliche Hintergründe aufweist. Die aktive Beteiligung der Bevölkerung an grundwasserabhängigen Aktivitäten, wie extensiver Bewässerung und Industriearbeit, verleiht der Forschung eine einzigartige Dimension. Zudem 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. Durch die Anwendung eines neuartigen Ansatzes zielt diese Forschung darauf ab, die Kontamination und die potenziellen Auswirkungen auf die Bevölkerung im Kontext der vorherrschenden Umweltbedingungen zu bewerten und neue Erkenntnisse für die Risikobewertung zu bieten.