东南亚抗击砷中毒
文/ Kevin Krajick, David Funkhouser
国际健康专家称之为史上最大规模的中毒事件，目前仍在进行中。东南亚约有1亿人一直在饮用原本为提供无菌水而钻探的浅井，但许多浅井后来被天然存在的砷污染了。
尽管人们努力了解起作用的自然过程，并提供更安全的水，但由于资源匮乏、地方层面信息不足，以及涉及的人数和水井数量众多，许多人仍在被污染。其结果是:心脏病、癌症、肺部疾病缓慢蔓延，儿童发育受损。
自2000年以来，哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球天文台和梅尔曼公共卫生学院的研究人员一直站在这个问题的第一线。他们是目前领导着一系列的项目包括长期的健康计划、继续钻探更安全的水井、教育以及继续对砷污染的地质调查。
砷是自古以来就为人所知的一种经典毒药。惰性的，因此无害的元素痕迹被锁在世界各地的许多岩石和沉积物中。但从20世纪90年代开始，拉蒙特和其他地方的科学家的研究表明，某些自然条件可能会将砷释放到饮用水含水层中。据估计，总共有70个国家的约1.4亿人暴露在井水中砷含量不安全的环境中。
东南亚——尤其是孟加拉国——是世贸中心的原点。孟加拉国约97%的农村人口依赖数以百万计的社区和私人水井。那里几乎所有的水都是用手运来的，大多数人住在离水井不到100米的地方。到1999年，有一半被污染了。大约有3300万到7700万孟加拉国人，相当于目前人口的一半，受到了辐射。结果:根据2012年拉蒙特的一项研究在美国，每18例成年人死亡中就有一例可归因于砷。一个2014年Mailman研究他说这个数字可能是五分之一。在印度、巴基斯坦、尼泊尔、柬埔寨、缅甸和越南，还有数百万人从不安全的水井中饮水。
其他问题普遍存在的国家包括中国、蒙古、智利、阿根廷、墨西哥和美国。大约4300万美国人主要依赖不受监管的私人水井;测试表明其中近7%含有不安全水平。据美国环境保护署(Environmental Protection Agency)称，美国有500家公用事业公司提供的饮用水砷含量不安全。但很难确定有多少人的水中砷含量超标，根据2014年的一项研究部分由哥伦比亚水务中心进行。
一次成功，随之而来的是烦恼在水井在孟加拉国和其他东南亚国家普及之前，大多数农村人口不得不饮用带有污水的地表水。在20世纪60年代和70年代，联合国开始有系统地在孟加拉国和其他国家安装浅井，以提供更安全的水。这是一个巨大的成功;传染病减少了，其他组织，以及许多社区和私人团体，安装了更多的浅井。这些都是用塑料管套住的简单狭窄的钻孔，通常深度不到30米。到20世纪90年代中期，仅在孟加拉国就有1000万部手机在使用。
第一个麻烦的迹象出现在20世纪80年代的印度西南部，当时大量的人开始出现以前从未见过的皮肤损伤。这些被认为是晚期砷中毒的迹象，最终追查到水井。到1993-1994年，卫生当局认识到孟加拉国存在这一问题，而且范围更广。到1996- 1997年，检测显示许多井中砷的含量是安全水平的10到100倍。
整个国家都没有意识到这个问题，部分原因是砷是一种隐形毒药。疾病通常需要几十年的长期暴露才会出现。梅尔曼研究人员的研究其他机构认为，它与心血管疾病、皮肤癌、肺癌和膀胱癌的关系最为密切。梅尔曼的研究人员还发现，砷与儿童智商下降有关去年在美国缅因州的学龄儿童中确诊他们接触的辐射水平仅为孟加拉国研究人员的十分之一。许多其他癌症、死产增加、糖尿病、神经损伤和免疫疾病也有很好的证据。
药理学家说:“没有一个器官系统是不受影响的。约瑟夫·格拉齐亚诺他是著名的砷专家，也是梅尔曼大学地球研究所的教授，负责监督哥伦比亚大学在这个问题上的工作。
长期以来，美国环境保护署(U.S. Environmental Protection Agency)将公共供水中砷的最大允许浓度设定为十亿分之五十，但由于健康研究，2000年这一浓度降至十亿分之十。世界卫生组织现在也推荐这一标准。但在缅因州，最近的研究表明，仅仅十亿分之五就会使孩子的智商下降几个点。许多专家说，实际上可能没有安全水平。孟加拉国自己的官方“安全”水平仍然是十亿分之五十——这是常规水平全国近三分之一的水井都超过了这个标准2015年的一份政府报告显示。
Graziano说，砷相关疾病的潜伏期很长，这意味着无论现在采取什么措施，孟加拉国的疾病负担在未来几年可能会继续上升。在智利和台湾，当局很早就意识到这一问题并采取了行动，癌症死亡率在20多年后才开始下降。
孟加拉国和其他受到严重影响的东南亚国家有一个共同的因素:它们的大部分陆地都建立在巨大的沉积物堆上，这些沉积物从喜马拉雅山脉侵蚀出来，被倾倒到河流三角洲中。这些沉积物中含有砷，附着在生锈的氧化铁颗粒上，不会造成任何伤害。但拉蒙特的科学家和其他人的研究表明，当植物中的有机化合物渗透到浅层时，砷通常会进入地下水，在那里细菌会分解它们。腐烂过程消耗了水中的溶解氧，当氧气耗尽时，细菌最终转向氧化铁获取氧气。这个反应使砷松散，溶解在水中。
在孟加拉国，在过去5000年里沉积的较浅的年轻沉积物是最危险的。更安全的水在更深的地方，在大约150米深的沉积物中，有12000多年的历史，那里的砷显然已经被耗尽了。不幸的是，钻一口浅井的成本仅为100美元，但钻一口深得多的井的成本可能要高出10到20倍。
自2005年以来，国际资助钻探了约20万口深井，这可能减少了许多人的风险。但考虑到暴露的数字，这还有很长的路要走。
达卡大学(University of Dhaka)的水文地质学家卡兹·马丁·艾哈迈德(Kazi Matin Ahmed)一直在监督孟加拉国的研究，他对这种情况表达了平静的沮丧。“我们已经研究了20年了，”他说。“我们不应该让任何人在任何地方接触砷。但仍有数百万人面临风险。”
根据世界卫生组织的数据，孟加拉国饮用超过50 ppm国家标准的水井的人数已经下降了大约40%。但2012年对孟加拉国油井的研究由Lamont-Doherty研究员Sara Flanagan领导的研究小组表示，大约2000万孟加拉国人的饮用水仍高于这一水平，500万人的饮用水高于200ppm。这还不包括另外超过国际公认标准10ppm的2500万份饮用水。
部分问题是:即使人们住在安全井附近，他们也可能不知道;即使他们是，他们也可能不会转换。在过去十年里，国际机构给许多油井贴上了标签，但通常情况下，评级牌已经下降。在弗拉纳根引用的一个研究地区，在两年的时间里，积极的公共教育努力使饮用安全井的人口比例提高了几个百分点。但在一个控制区域，这个比例实际上下降了;这不仅是由于记忆的消退，而且人们还在继续建造新的、价格低廉的油井，这些油井的状况不得而知。
根据2013年Lamont公司的Alexander van Geen领导的一项研究，在首都达卡以东的Araihazar地区，管井的数量从2001年到2012年翻了一番。然而，让问题更加复杂的是，有证据表明，一些新钻探的安全井往往集中在政治上有利的地区，而不是根据需要。
快速城市化和集约化灌溉的扩张也加剧了这一问题。为了供给达卡(人口1500万，而且还在快速增长)的市政供水，大规模的深层地下水抽取似乎正在从邻近较浅的含水层抽水。令人担心的是，这一过程——也发生在其他快速发展的城市周围——最终可能会将受污染的浅层含水层的水引向安全的深层含水层。
van Geen在2014年领导的一项研究这表明，在繁荣的河内之外，这种情况可能已经发生了。在那里，抽水把水从郊区的一个被污染的含水层移到人口更密集的中心地带。砷本身的运动似乎是被自然缓冲过程减慢但它可能已经进入越南，并可能在几十年内成为河内和其他地方的一个问题，范吉恩说。
用于农作物灌溉的深层抽水的迅速扩张可能会造成更严重的威胁;农业用水更多，这种水泵正在印度、孟加拉国和其他国家大量使用。此外，用受污染的地下水灌溉的水稻也含有这种元素。根据未发表的拉蒙特研究，砷还被证明会降低孟加拉国的水稻产量，可能每年降低6%。
慢性病的后遗症哥伦比亚大学的努力始于2000年在污染严重的阿莱哈扎尔附近。它首先测试了6000口井，为大约7万人服务，并开设了一家诊所，对使用这些井的1.2万人进行长期健康监测。
此后，研究人员对5万多口井进行了测试和标记，健康监测研究已扩大到3.5万名居民。这是同类研究中规模最大的纵向研究，并得出了许多关于砷毒性的关键结果。从那时起，该诊所已经发展成为一个四幢楼的综合大楼，还为该地区提供基本的医疗服务和牙科。它拥有125名员工，积累了大量的诊断工具——x光、心电图、超声波机以及检测血液和提取DNA样本的复杂设备。药房以半价分发药品。诊所和达卡项目办公室的工作人员收集了大量数据供研究，其中一些数据被存入新的国家慢性病登记处。
每天都有数十人带着健康问题来这里。
“这里的糖尿病和高血压发病率很高，”诊所主任塔里克·伊斯兰(Tariqul Islam)说。他说，在这项长期研究的3.5万名参与者中，有3000多人患有糖尿病，6000多人患有高血压。这些可能与砷有关，但也与饮食、烹饪烟雾和香烟等其他问题有关。
在附近的Panch Baria村，Tariqul拜访了Khondaker大家庭的成员，其中27人有与砷中毒有关的健康问题。村长的妻子纳西玛(Nasima)说，已有四名家庭成员死于癌症，她的嫂子患有肺癌。一位亲属的胸部皮肤斑驳，另一位家庭成员的手上有肿块和损伤——这是砷中毒的典型迹象。该诊所已经招募了22名家庭成员参加一项试验，以观察服用维生素E和硒是否有助于缓解症状。另一项试验表明，叶酸可以帮助一些人减少体内的砷含量。
塔里克说，Khondaker一家和他们的许多邻居现在从哥伦比亚大学捐赠的一口干净的井里喝水，长期健康研究中近三分之二的人现在使用安全井。其余的人则使用过滤器去除砷。但他说，由于成本和维护问题，过滤器不是一个好的长期解决方案。
除此之外，拉蒙特还发明了一些简单的加速测试和编目井的工具包括廉价、易于使用的实地水取样工具，以及将结果登记到达卡中央数据库的手机技术。
最近，在Araihazar北部的一个研究区域，研究人员与政府合作启动了一个试点项目，在该项目中，井主只需花58美分就可以进行一次快速测试;费用由项目补贴。此前在印度的一项研究表明，人们愿意支付这样一个名义上的金额。如果试验在这里成功，它将扩展到其他地区。
每隔18到24个月，阿莱哈扎尔诊所的工作人员就会对参与长期健康研究的家庭进行调查，并更新他们的状况。当有人去世时，他们会到死者家中询问其近亲的情况。在孟加拉国农村，80%的死亡发生在家中，没有得到医疗照顾，因此这些“口头解剖”提供了关于慢性疾病和砷中毒长期影响的宝贵数据。
诊所组织村民会议，传播有关砷及其症状的信息，并强调检测和使用干净水井的重要性。公立学校的项目教导年轻人避免饮用含砷的水，有证据表明，学生们已经把这些课程带回家给他们的长辈。
格拉齐亚诺说:“最好的事情是，我们的教育和预防工作使我们的受试者血液中的砷含量降低了28%。”
Tariqul说:“我们的参与者(现在)对慢性疾病、与砷的关系、与吸烟的关系、与烹饪(吸烟)的关系有了这些知识。”他希望诊所对研究参与者及其家庭的影响“将成为更大社区的催化剂”，以促进更健康的习惯。
地下发生了什么事与此同时，哥伦比亚大学和其他机构的地质学家和水文学家正在孟加拉国各地考察，测试沉积物，以更好地了解问题的根源。
2015年1月，巴纳德学院的环境科学家布莱恩·迈洛克斯(Brian Mailloux)和拉蒙特-多尔蒂地球天文台的泰勒·埃利斯(Tyler Ellis)前往孟加拉国，在达卡郊外的几个乡村地点重新测试水井。加入他们的是一个来自孟加拉国的团队，包括来自达卡大学的Imtiaz Chadoury和Illias Mahmud，以及来自英国曼彻斯特大学的科学家Edwin Gnanaprakasam。
在对达卡以东25公里的巴里坎迪村进行访问时，研究小组对8口不同深度的测试井进行了挖掘，以帮助研究人员追踪砷可能如何在地下移动。该网站是十年前建立的几家定期重新测试的网站之一。他们想要找出砷是如何进入水中的，以及随着时间的推移，这个问题是变得更糟还是更好。
Mailloux和Ellis在瓶子里装满了水样，用过滤器从土壤中分离出碳，并开始在从村民那里借来的桌子上搭建一个临时野外实验室进行测试。“我花了很多时间研究(细菌)吃的是什么碳，”Mailloux说。“它们是从沉积物中吸收碳还是从水中吸收碳?”如果你能了解它们在利用什么碳，你就能更好地理解砷是如何被释放的。”
与此同时，当地的一名工作人员架起了一个手动竹制钻井平台，开始将一根管子插入地下，穿过砷浓度高的地层。每隔5米，他们就把管道拉回，为Gnanaprakasam提取一份稠密的灰色沉积物样本，Gnanaprakasam将通过DNA采样来确定哪些细菌将砷转化为可溶性形式并将其释放到地下水中。在另一张借来的桌子上工作，他建立了一个便携式“清洁”实验室——一个用氮气充气的透明塑料大泡泡，它创造了一个相对无氧的环境，有助于保存细菌。他用手套状的插入物将样本刮入小瓶中，以备日后测试。
在西边，法里德普尔市附近宽阔的帕德玛河(在印度，这条河被称为恒河)对面，范吉恩和一些同事正在与农民合作，以减少水稻作物中的砷污染。科学家们想知道，仅仅是更换一些被含砷灌溉水污染的表土是否有帮助。
在1月一个凉爽多雾的早晨，范吉恩和他的团队沿着狭窄泥泞的堤岸呈扇形散开，这些堤岸勾勒出棋盘状的稻田。灌溉沟渠把水从泵房引到平坦的田地里。到处都可以看到种植的阶段。一名男子在泥泞的田地里摆弄着一把动力舵柄;一名工人用锄头挖开一条沟渠，给田地灌水;赤脚的男人穿着传统的围裙，弯下腰，齐脚踝深的水里，快速地把稻苗插进土壤里。
研究人员前往他们选择的一块地进行测试。他们在灌溉水进入农田的地方附近划出了一个角落，那里的砷浓度应该很高，然后在田地另一头划出了第二个角落，那里的砷可能已经消散了。耕作这些土地的农民是同意在两块土地之间交换表土的几个人之一，看看他们是否能提高产量。
范·吉恩和麻省理工学院的博士生布列塔尼·胡曼蹲下来，把一个金属圆筒推进试验田，以获取肥沃土壤的样本。Huhmann随后使用x射线荧光机(一种看起来像大型胶枪的手持设备)来测量土壤中的砷和其他矿物质。
与此同时，拉蒙特大学的研究员本杰明·博斯蒂克和孟加拉国助理安加尔·乌丁走进泥泞的田野，将一英尺长的灰色管道插入土壤中，获取更多的样本，以研究土壤化学。Bostick正在训练Anjal在整个季节继续取样，以跟踪土壤中的砷浓度以及有多少被吸收到水稻中。
Van Geen希望通过找到一种提高水稻产量的方法，他可以说服农民不要从更深的井中抽更多的灌溉水。令人担忧的是，从较深、较清洁的含水层抽取大量的水，将导致较浅层的污染水下沉到较深的层，从而污染清洁饮用水的来源。
但是农民需要一些经济激励来这样做。今年1月，哥伦比亚大学国际与公共事务学院(Columbia’s School of International and Public Affairs)的博士生李瑞文(Ruiwen Lee)来到这里，对农民进行了调查，以了解水稻作物的经济状况，看看什么会促使农民改变他们的做法。她与当地研究员阿布杜尔·拉希姆(Abdur Rahim)合作完善了这项调查，她回到纽约后，拉希姆接管了这项工作。
寻找漏洞去年1月在法里德普尔的工作结束后，范吉恩带领一个团队前往西南方向靠近印度边境的杰索尔(Jessore)进行另一项实验。测试表明，一些深井——本应挖到安全的含水层水平——已被砷污染。
van Geen与在特拉华大学学习的孟加拉国人Mahfuz Kahn和学生Abir Zaman合作，将一个特殊的摄像机下放到可疑的井中，寻找破裂的管道。安装在测量缆绳上的摄像机还能告诉他们井有多深，以及钻井工人是否钻到了找到清洁水源所需的深度。
然后他们故意在井里加盐;当他们第二天回来时，盐度读数告诉他们淡水是否在某处泄漏——这是一个可能的污染源。
Van Geen最近报告说，在孟加拉国进行测试的水井都经过了适当的钻探，而且测试已经证实，在一些地区的深井中确实有受污染的水。放射性碳年代测定法显示，这里的水比全国其他类似深度的水更年轻——这可能是高砷含量来源的线索。
Van Geen和他的团队已经将试井工作扩展到印度西孟加拉邦。
来自许多其他机构的研究人员也参与了哥伦比亚大学的健康和地球科学研究，包括芝加哥大学、麻省理工学院、特拉华大学、达卡大学和德克萨斯农工大学。哥伦比亚大学的研究人员还在印度东部、缅甸、柬埔寨、越南以及美国缅因州和伊利诺伊州进行相关研究。水文研究和健康研究的资金主要来自国家环境健康科学研究所超级基金研究计划和国家科学基金会。
“我们在1993年第一次了解到水中含有砷，当时我们对砷一无所知，”卡兹·马丁说。“这让我们很震惊。这个项目的出现给了我们深入研究这个问题的机会。”他说，这项研究为孟加拉国政府的行动提供了信息。“它的发现将帮助世界其他地区的人们，”他补充说。
最新消息:据约瑟夫·格拉齐亚诺报道，去年春天尼泊尔地震严重破坏了阿莱哈扎尔诊所的主要建筑之一。没有人受伤，但这栋建筑不得不被遗弃;该诊所目前使用的是临时住所，直到在附近新建的公寓楼内建立新的中心。
本故事最初发表在这里哥伦比亚大学地球研究所的博客。