Groundwater Assessment Platform (GAP)

Informationsmanagementsystem zur Grundwasserqualität zu geogenen Schadstoffen

Die Groundwater Assessment Platform (GAP) ist ein von der DEZA unterstütztes Projekt zur Entwicklung eines GIS-basierten Online-Daten- und Informationsportals für Grundwasserfragen mit besonderem Fokus auf geogene Schadstoffe wie Arsen, Fluorid, Eisen, Mangan und Salinität. Diese natürlich vorkommenden Grundwasserschadstoffe führen weltweit bei Hunderten Millionen Menschen zu leichten bis schweren Gesundheitsproblemen. Gapmaps.org bietet hochmoderne globale Risikokarten für Arsen- und Fluoridkontaminationen und ermöglicht Benutzern das Hochladen und Kartieren ihrer Daten sowie die Erstellung eigener Grundwasserqualitätsmodelle. Über GAP-Wiki können Benutzer Dokumente teilen und relevante Themen in einer offenen Umgebung diskutieren. GAP folgt auf das Water Resource Quality (WRQ) -Projekt, das sich mit der Reduzierung der geogenen Grundwasserverschmutzung befasste und das Geogenic Contamination Handbook (Handbuch der geogenen Grundwasserschadstoffe) veröffentlichte.

Geogene Kontamination

Unter geogener Kontamination versteht man natürlich vorkommende erhöhte Konzentrationen bestimmter Elemente im Grundwasser (wie Arsen, Fluorid, Uran, Mangan oder Selen), die sich negativ auf die Gesundheit der Menschen auswirken, die dieses Wasser konsumieren. Eine geogene Kontamination des Grundwassers kann auf geochemische Eigenschaften des Grundwasserleiters zurückzuführen sein, zum Beispiel auf hohe Konzentrationen des Schadstoffs in den Sedimenten, die sich im Grundwasser anreichern. Dabei können Umweltbedingungen wie trockenes Klima oder reduzierende Grundwasserleiter die Auflösung des Schadstoffs begünstigen.

Die am weitesten verbreiteten geogenen Schadstoffe sind Arsen und Fluorid, die die Gesundheit von Hunderten Millionen Menschen weltweit beeinträchtigen.

Fluorid

Fluorid ist das 13. häufigste Element in der Erdkruste (625 mg/kg) und kommt in Spuren in fast allen Grundwässern vor. Nach Schätzungen der UNESCO sind weltweit mehr als 200 Millionen Menschen auf Trinkwasser angewiesen, dessen Fluoridkonzentration über dem aktuellen WHO-Richtwert von 1,5 mg/L liegt. Fluorose, eine Erkrankung die mit erhöhten Fluoridkonzentrationen im Trinkwasser zusammenhängt, ist in vielen Ländern ein ernstes Gesundheitsproblem.

Während eine geringe Fluoridaufnahme Zahnkaries verhindern kann, verursacht eine übermässige Fluoridaufnahme verschiedene Arten von Fluorose; hauptsächlich Zahn- und Skelettfluorose. Weisse Streifen auf den Zähnen, gefolgt von braunen Flecken und in schweren Fällen Brüchigkeit des Zahnschmelzes sind häufige Symptome einer Zahnfluorose. Dies ist nicht nur ein gesundheitliches Problem, sondern hat auch psychische und soziale Auswirkungen, da Menschen sich aufgrund ihrer schlechten Zähne schämen und möglicherweise ausgegrenzt werden. Eine Skelettfluorose verursacht zunächst Schmerzen in verschiedenen Gelenken, schränkt dann die Gelenkbewegung ein und führt zu Steifheit und Verkrüppelung des Skeletts. Neben Zahn- und Skelettfluorose wurden im Zusammenhang mit einer hohen Fluoridaufnahme auch andere Erscheinungsformen wie Nervosität, Depression und Muskelschwäche berichtet.

Weiterführende information

Wo kommt es zu einer Fluorid-Grundwasserbelastung?

Welche Auswirkungen hat Fluorid auf die menschliche Gesundheit?

Internationale Gesellschaft für Fluoridforschung

WHO: Fluorid im Trinkwasser

 

Arsen

Der WHO-Richtwert für Arsen im Trinkwasser wurde auf 10 µg/L festgelegt, in einigen Ländern werden jedoch höhere Werte verwendet (z. B. 50 µg/L in Bangladesch).

Es wurde festgestellt, dass hohe Arsenkonzentrationen im Grundwasser für chronische gesundheitliche Probleme verantwortlich sind, die unter dem Krankheitsbegriff Arsenikose zusammengefasst werden und sich über einen Zeitraum von mehreren Jahren entwickeln. Die Symptome einer Arsenikose reichen von Hauterkrankungen (Melanose, Keratose) bis hin zu Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs und der Beeinträchtigung der neurologischen Entwicklung bei Kindern. Da es bislang keine Heilung für Arsenikose gibt, ist die Bereitstellung von sauberem Wasser zur Vorbeugung dieser Krankheit der entscheidende Ansatz zur Eindämmung.

 

Weiterführende information

Wo kommt es zu einer Arsen-Grundwasserbelastung?

Welche Auswirkungen hat Arsen auf die menschliche Gesundheit?

WHO: Arsen im Trinkwasser

 

Team

Das GAP-Team besteht aus Geowissenschaftlern, Modellierern und Programmierern der Eawag-Abteilungen: Wasserressourcen und Trinkwasser (W+T) und Siedlungshygiene und Wasser für Entwicklung (SANDEC).

GAP-Team

Dr. Michael Berg Abteilungsleiter Tel. +41 58 765 5078 Inviare e-mail

Frühere Mitwirkende

  • Dr. Annette Johnson, Eawag, Projektinitiator
  • Dr. Chris Zurbrügg, Eawag Direktion
  • Dr. Anja Bretzler
  • Dr. Dahyann Araya
  • Jay Matta, SDC / UNHCR
  • Fabian Suter, Eawag
  • Yuya Ling
  • Dr. Manouchehr Amini
  • Dr. Tobias Siegfried, Hydrosolutions
  • Jakob Steiner

Partner

Das GAP-Team ist an Kooperationsprojekten mit Forschern in Brasilien, Burkina Faso, Äthiopien, Indien, Pakistan und Ghana beteiligt.

Publikationen

Araya, D.; Podgorski, J.; Berg, M. (2023) Groundwater salinity in the Horn of Africa: spatial prediction modeling and estimated people at risk, Environment International, 176, 107925 (12 pp.), doi:10.1016/j.envint.2023.107925, Institutional Repository
de Meyer, C. M. C.; Wahnfried, I.; Rodriguez Rodriguez, J. M.; Kipfer, R.; García Avelino, P. A.; Carpio Deza, E. A.; Berg, M. (2023) Hotspots of geogenic arsenic and manganese contamination in groundwater of the floodplains in lowland Amazonia (South America), Science of the Total Environment, 860, 160407 (14 pp.), doi:10.1016/j.scitotenv.2022.160407, Institutional Repository
Ling, Y.; Podgorski, J.; Sadiq, M.; Rasheed, H.; Eqani, S. A. M. A. S.; Berg, M. (2022) Monitoring and prediction of high fluoride concentrations in groundwater in Pakistan, Science of the Total Environment, 839, 156058 (9 pp.), doi:10.1016/j.scitotenv.2022.156058, Institutional Repository
Podgorski, J.; Berg, M. (2022) Global analysis and prediction of fluoride in groundwater, Nature Communications, 13(1), 4232 (9 pp.), doi:10.1038/s41467-022-31940-x, Institutional Repository
Araya, D.; Podgorski, J.; Berg, M. (2022) How widespread is fluoride contamination of Ghana's groundwater?, Water Science Policy, (4 pp.), doi:10.53014/OGJS9699, Institutional Repository
Araya, D.; Podgorski, J.; Kumi, M.; Mainoo, P. A.; Berg, M. (2022) Fluoride contamination of groundwater resources in Ghana: country-wide hazard modeling and estimated population at risk, Water Research, 212, 118083 (10 pp.), doi:10.1016/j.watres.2022.118083, Institutional Repository
Podgorski, J.; Araya, D.; Berg, M. (2022) Geogenic manganese and iron in groundwater of Southeast Asia and Bangladesh - machine learning spatial prediction modeling and comparison with arsenic, Science of the Total Environment, 833, 155131 (11 pp.), doi:10.1016/j.scitotenv.2022.155131, Institutional Repository
Alam, M. F.; Villholth, K. G.; Podgorski, J. (2021) Human arsenic exposure risk via crop consumption and global trade from groundwater-irrigated areas, Environmental Research Letters, 16(12), 124013 (18 pp.), doi:10.1088/1748-9326/ac34bb, Institutional Repository
Wu, R.; Podgorski, J.; Berg, M.; Polya, D. A. (2021) Geostatistical model of the spatial distribution of arsenic in groundwaters in Gujarat State, India, Environmental Geochemistry and Health, 43, 2649-2664, doi:10.1007/s10653-020-00655-7, Institutional Repository
Podgorski, J.; Berg, M. (2020) Global threat of arsenic in groundwater, Science, 368(6493), 845-850, doi:10.1126/science.aba1510, Institutional Repository
Wallis, I.; Prommer, H.; Berg, M.; Siade, A. J.; Sun, J.; Kipfer, R. (2020) The river-groundwater interface as a hotspot for arsenic release, Nature Geoscience, 13, 288-295, doi:10.1038/s41561-020-0557-6, Institutional Repository
Stopelli, E.; Duyen, V. T.; Mai, T. T.; Trang, P. T. K.; Viet, P. H.; Lightfoot, A.; Kipfer, R.; Schneider, M.; Eiche, E.; Kontny, A.; Neumann, T.; Glodowska, M.; Patzner, M.; Kappler, A.; Kleindienst, S.; Rathi, B.; Cirpka, O.; Bostick, B.; Prommer, H.; Winkel, L. H. E.; Berg, M. (2020) Spatial and temporal evolution of groundwater arsenic contamination in the Red River delta, Vietnam: interplay of mobilisation and retardation processes, Science of the Total Environment, 717, 137143 (13 pp.), doi:10.1016/j.scitotenv.2020.137143, Institutional Repository
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Bretzler, A.; Stolze, L.; Nikiema, J.; Lalanne, F.; Ghadiri, E.; Brennwald, M. S.; Rolle, M.; Schirmer, M. (2019) Hydrogeochemical and multi-tracer investigations of arsenic-affected aquifers in semi-arid West Africa, Geoscience Frontiers, 10(5), 1685-1699, doi:10.1016/j.gsf.2018.06.004, Institutional Repository
de Meyer, C. M. C.; Rodríguez, J. M.; Carpio, E. A.; García, P. A.; Stengel, C.; Berg, M. (2017) Arsenic, manganese and aluminum contamination in groundwater resources of Western Amazonia (Peru), Science of the Total Environment, 607, 1437-1450, doi:10.1016/j.scitotenv.2017.07.059, Institutional Repository
Bretzler, A.; Berg, M.; Winkel, L.; Amini, M.; Rodriguez-Lado, L.; Sovann, C.; Polya, D. A.; Johnson, A. (2017) Geostatistical modelling of arsenic hazard in groundwater, In: Bhattacharya, P.; Polya, D. A.; Jovanovic, D. (Eds.), Best practice guide on the control of arsenic in drinking water, 153-160, Institutional Repository
Podgorski, J. E.; Eqani, S. A. M. A. S.; Khanam, T.; Ullah, R.; Shen, H.; Berg, M. (2017) Extensive arsenic contamination in high-pH unconfined aquifers in the Indus Valley, Science Advances, 3(8), e1700935 (10 pp.), doi:10.1126/sciadv.1700935, Institutional Repository
Bretzler, A.; Lalanne, F.; Nikiema, J.; Podgorski, J.; Pfenninger, N.; Berg, M.; Schirmer, M. (2017) Groundwater arsenic contamination in Burkina Faso, West Africa: predicting and verifying regions at risk, Science of the Total Environment, 584, 958-970, doi:10.1016/j.scitotenv.2017.01.147, Institutional Repository
Rodríguez-Lado, L.; Sun, G.; Berg, M.; Zhang, Q.; Xue, H.; Zheng, Q.; Johnson, C. A. (2013) Groundwater arsenic contamination throughout China, Science, 341(6148), 866-868, doi:10.1126/science.1237484, Institutional Repository
Winkel, L. H. E.; Trang, P. T. K.; Lan, V. M.; Stengel, C.; Amini, M.; Ha, N. T.; Viet, P. H.; Berg, M. (2011) Arsenic pollution of groundwater in Vietnam exacerbated by deep aquifer exploitation for more than a century, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America PNAS, 108(4), 1246-1251, doi:10.1073/pnas.1011915108, Institutional Repository
Amini, M.; Abbaspour, K. C.; Berg, M.; Winkel, L.; Hug, S. J.; Hoehn, E.; Yang, H.; Johnson, C. A. (2008) Statistical modeling of global geogenic arsenic contamination in groundwater, Environmental Science and Technology, 42(10), 3669-3675, doi:10.1021/es702859e, Institutional Repository
Amini, M.; Mueller, K.; Abbaspour, K. C.; Rosenberg, T.; Afyuni, M.; Møller, K. N.; Sarr, M.; Johnson, C. A. (2008) Statistical modeling of global geogenic fluoride contamination in groundwaters, Environmental Science and Technology, 42(10), 3662-3668, doi:10.1021/es071958y, Institutional Repository
Winkel, L.; Berg, M.; Amini, M.; Hug, S. J.; Johnson, C. A. (2008) Predicting groundwater arsenic contamination in Southeast Asia from surface parameters, Nature Geoscience, 1, 536-542, doi:10.1038/ngeo254, Institutional Repository