الصحراء الكبرى تكشف مفاجأة علمية.. تراكم النترات في الأنهار لا يرتبط بالنشاط البشري وحده

كشفت دراسة علمية جديدة أن المناخ الحار والجاف يمكن أن يؤدي إلى ارتفاع تركيز النترات في الأنهار والجداول، حتى في المناطق البعيدة عن المدن والأنشطة الزراعية، ما يشير إلى أن تلوث المياه بهذا المركب لا يرتبط بالنشاط البشري وحده، وإنما تتداخل فيه أيضًا الظروف المناخية طويلة الأجل.

وقاد الدراسة باحثون من جامعة ولاية بنسلفانيا الأمريكية، واستخدموا خوارزميات الذكاء الاصطناعي وتقنيات التعلم الآلي لتحليل أنماط بيانات جُمعت من أكثر من 7 آلاف موقع نهري حول العالم، وتطوير نموذج قادر على التنبؤ بتركيزات النترات في المناطق التي تعاني نقصًا في بيانات رصد جودة المياه.

وقال الباحثون إن نتائجهم، التي نُشرت في 12 نوفمبر بدورية Science، تشير إلى أن ارتفاع درجات الحرارة وانخفاض معدلات هطول الأمطار على المدى الطويل يسهمان في زيادة مستويات النترات في الأنهار، حتى في المناطق التي لا تشهد نشاطًا زراعيًا أو عمرانيًا يُذكر.

وقالت لي لي، أستاذة الهندسة البيئية بجامعة ولاية بنسلفانيا والمؤلفة المراسلة للدراسة، إن نحو نصف مليار شخص يعيشون حاليًا بالقرب من أنهار تتجاوز فيها تركيزات النترات مستويات قد تؤدي إلى آثار صحية سلبية.

وأضافت، أن هذه النتائج تعني أن تلوث المياه بالنترات يتجاوز كونه مشكلة محلية تتطلب إدارة مصادر التلوث، ليصبح قضية أوسع ترتبط بالمناخ، الذي يتجه نحو مزيد من الحرارة والجفاف.

مخاطر صحية حتى عند مستويات أقل من الحدود التنظيمية

تُعد النترات أحد أكثر أشكال التلوث غير العضوي انتشارًا في الأنهار والجداول والبحيرات والمياه الجوفية حول العالم، وتوجد بصورة طبيعية بتركيزات منخفضة، كما تدخل في صناعة الأسمدة الزراعية، ويمكن أن ترتفع مستوياتها في المياه نتيجة الجريان السطحي من الأراضي الزراعية أو تصريف مياه الصرف الناتجة عن الأنشطة الحضرية.

ولا تقتصر آثار ارتفاع تركيزات النترات على النظم البيئية، إذ يمكن أن يؤدي التعرض لمستويات مرتفعة منها عبر مياه الشرب إلى مشكلات صحية، أبرزها مرض «ميتهيموجلوبينية الدم» (Methemoglobinemia)، المعروف باسم «متلازمة الطفل الأزرق»، وهي حالة قد تكون مميتة، يفقد فيها دم الرضيع قدرته على نقل الأكسجين بكفاءة إلى أنسجة الجسم.

وتشير بيانات أوردتها الدراسة إلى أن نحو 18% من سكان الولايات المتحدة تعرضوا، خلال الفترة من 2021 إلى 2023، لمياه شرب تحتوي على مستويات مرتفعة من النترات.

وقالت لي إن الاعتقاد السائد تقليديًا يربط بؤر ارتفاع النترات بمصادر بشرية، مثل الأسمدة المستخدمة في الزراعة أو مياه الصرف الصحي الناتجة عن المدن، مشيرة إلى أن نقص الدراسات واسعة النطاق المتعلقة بجودة المياه جعل تأثير المناخ في تركيزات النترات أقل حضورًا في الأبحاث السابقة.

لكن النموذج الجديد أظهر أن النشاط البشري يظل عاملًا رئيسيًا في زيادة النترات، إلى جانب مساهمة خصائص المناخ طويلة الأجل، ومن بينها متوسط درجات الحرارة السنوية ومعدلات هطول الأمطار.

من جانبها، قالت كايالفزي سادايابان، الباحثة في مرحلة ما بعد الدكتوراه بقسم الهندسة المدنية والبيئية، والمؤلفة الأولى للدراسة، إن النترات توجد طبيعيًا بتركيزات منخفضة، لكن المناطق الزراعية المكثفة، مثل حزام الذرة في الغرب الأوسط الأمريكي، الممتد من ولاية نبراسكا إلى ولاية أوهايو، تسجل بعضًا من أعلى تركيزات النترات على مستوى العالم.

وأوضحت، أن المعايير التنظيمية الحالية تستهدف الحماية من الآثار الصحية الضارة، إذ يبلغ الحد التنظيمي لتركيز النترات في مياه الشرب 10 ملليجرامات لكل لتر، وهو معيار معمول به منذ سبعينيات القرن الماضي، ويهدف أساسًا إلى الوقاية من الأمراض الحادة، مثل متلازمة الطفل الأزرق.

لكنها أشارت إلى أن العلماء يرصدون حاليًا ارتباطات محتملة بين التعرض طويل الأمد لتركيزات أقل من النترات وبعض المشكلات الصحية المزمنة، مثل السرطان واضطرابات الصحة الإنجابية، موضحة أن بعض الدراسات تناولت مستويات تصل إلى 2.5 ملليجرام لكل لتر من المياه.

وهنا تبرز أهمية التمييز بين الحد التنظيمي المعتمد للوقاية من التأثيرات الحادة، والمستويات الأقل التي تبحث الدراسات في ارتباط التعرض المزمن لها بمخاطر صحية محتملة.

الذكاء الاصطناعي يرسم خريطة لتركيزات النترات في 2.9 مليون مقطع نهري

اعتمد الباحثون على ملايين القياسات الفردية لتركيزات النترات، جُمعت من أكثر من 7 آلاف مقطع نهري حول العالم، واستخدموا الأنماط المستخلصة منها لتدريب نموذج للتعلم الآلي قادر على التنبؤ بمستويات النترات في المواقع التي لا تتوافر عنها بيانات كافية.

وللتحقق من دقة النموذج، حجب الفريق جزءًا من القياسات عن بيانات التدريب، ثم قارن التوقعات التي أنتجها النموذج بالقياسات الفعلية التي لم يسبق له التعامل معها، بما يسمح بتقييم مدى قدرته على التنبؤ.

كما أنشأ الباحثون نحو ألف نموذج، دُرّب كل منها باستخدام مجموعة مختارة من مواقع الرصد، بهدف تقييم درجة عدم اليقين في التقديرات، وعدم الاعتماد على نموذج واحد عند تحديد مستويات النترات المتوقعة.

وبعد التدريب، أصبح من الممكن استخدام النماذج للتنبؤ بتركيزات النترات في المناطق التي تفتقر إلى بيانات الرصد، وهو ما مكّن الفريق من إعادة بناء خريطة عالمية لتركيزات النترات في نحو 2.9 مليون مقطع نهري حول العالم.

واستخدم الباحثون معلومات تتعلق بـ26 متغيرًا مختلفًا لكل مقطع نهري، شملت الخصائص المناخية، وطبيعة استخدامات الأراضي، وخصائص التربة، بهدف تحديد العلاقة بين السمات البيئية لكل منطقة وتركيزات النترات في مياهها.

ومع ذلك، أقر الباحثون بوجود قيود على دقة الخريطة، إذ تأتي غالبية قياسات النترات المتاحة من مناطق ذات مناخ معتدل، مثل أمريكا الشمالية وأوروبا، التي تمتلك موارد واسعة لرصد جودة المياه، بينما تقل البيانات بدرجة كبيرة في المناطق الجافة، ومنها شمال أفريقيا.

ويؤدي هذا التفاوت في توافر البيانات إلى صعوبة بناء نماذج عالمية دقيقة لجودة المياه، خصوصًا في المناطق الصحراوية والنائية التي لا تمتلك شبكات رصد كافية.

المناخ الجاف يسمح بتراكم النترات في المياه

أظهرت الخريطة العالمية التي أنتجها النموذج أن بعض الأنهار الواقعة في مناطق جافة ونائية تسجل تركيزات مرتفعة من النترات، حتى في غياب الأنشطة الزراعية أو الحضرية الكثيفة.

وكانت إحدى أبرز النتائج رصد تركيزات مرتفعة من النترات في الصحراء الكبرى بشمال أفريقيا، وهي من أكثر المناطق جفافًا وبعدًا عن مصادر النشاط البشري، إذ وصلت المستويات المرصودة أو المتوقعة فيها إلى مستويات مماثلة، وربما أعلى، من تلك الموجودة في مناطق رطبة مثل جنوب شرق آسيا، رغم ما تشهده بعض هذه المناطق من توسع عمراني وزراعي.

ويرجح الباحثون أن التفسير يكمن في تراكم النترات الموجودة طبيعيًا في البيئات الجافة على مدار سنوات طويلة، نتيجة محدودية حركة المياه، التي تقلل من قدرتها على غسل النترات ونقلها بعيدًا عن المناطق التي تتجمع فيها.

وقالت سادايابان، إن هذه النتيجة كانت مفاجئة إلى حد ما، مؤكدة أن المصادر البشرية لا تزال صاحبة التأثير الأكبر في مستويات النترات، لكن ارتفاع التركيزات يظهر أيضًا في بعض المناطق النائية الأكثر جفافًا في العالم، ولا سيما الجداول الصغيرة الواقعة عند منابع الأنهار، التي لا تتدفق مياهها إلا بصورة موسمية.

تغير المناخ قد يزيد تعقيد مشكلة تلوث المياه

ترى لي أن النتائج قد تغير طريقة التعامل مع تلوث المياه بالنترات، الذي جرى النظر إليه لفترة طويلة باعتباره مشكلة محلية ترتبط بمصادر التلوث المباشرة، مثل الزراعة والصرف الصحي.

فمع تزايد الجفاف وارتفاع درجات الحرارة، قد تتفاقم مشكلة تراكم النترات في البيئات المائية، بما يجعل فهم العلاقة بين المناخ وجودة المياه عنصرًا مهمًا في تطوير السياسات البيئية والصحية.

وأضافت، أن تحسين فهم كيفية تراكم النترات في البيئة، وعلاقتها بالظروف المناخية، إلى جانب دراسة الآثار الصحية طويلة الأجل للتعرض المحتمل لها، يمكن أن يؤدي دورًا أساسيًا في القرارات التنظيمية المستقبلية المتعلقة بمستويات التعرض المقبولة.

وأشارت لي إلى أن الاهتمام العام يتركز غالبًا على الفيضانات والجفاف، لأن آثارهما يسهل ملاحظتها، في حين يصعب اكتشاف مشكلات جودة المياه بالعين المجردة، وقد لا تظهر بوضوح إلا بعد وصولها إلى مستويات شديدة.

وأكدت أن استمرار الأبحاث في هذا المجال يمكن أن يسهم في زيادة الوعي بمخاطر تلوث المياه، وتعزيز جمع البيانات، خصوصًا في المناطق التي تعاني نقصًا في شبكات الرصد، بما يساعد على تحسين تقييم جودة المياه على المستوى العالمي.