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地下水震撼

-- 全球淡水資源遭受污染的故事

/ 鄭先祐

 

科學家已經發現深埋在我們腳底下的世界,對在地上生活的生命是必要的基礎。古代神話刻畫地底下是受到詛咒和死亡之地。現在隨著地下水源污染的擴散,這些神話將會成為悲慘的事實。

 

對美國新移民而言,「密西西比河」 (Mississippi River)之所以神秘,部份原因就是因為它很巨大。於任何一刻,平均約有21,000億公升的水在河床上流動。倘若你能潛入約35英呎深而躺在河底向上仰望,你可能就會對位在上面的河水,感到敬畏。然而,有一個很重要的數據,你可能會猜錯。河流水量僅有1%經過「密西西比河」流体系進入「墨西哥彎」(Gulf of Mexico)。其餘的99%則是滲入土壤,鎖在廣大的岩石和沙石層中。

如此的差別可有很顯著的結果。乾淨水源的供應已經被認識到於未來25年間,將可能成為危害所有人類生存安全的最關鍵因素。而且,在河川之下,或在我們腳下的地下水之命運,是不同於在「地表」(surface)的水。不同於一般人的相信,新的研究結果顯示「地下水是最易受威脅傷害的」。同時,「密西西比河」的地面和地下水量的比率並不是「獨特的」,全球淡水資源有97%是貯存於地下水岩層。

文明的早期,「地表水」是唯一的淡水來源。當時全球人口還不到目前的千分之一,人口聚集在河川平原,且河水都相當乾淨。我們可能仍然認為「地表水」是淡水的主要來源。所以我們很容易誤認污染問題主要就發生在「地表水」,認為河川和溪流的污染才會危害我們的健康,以及洪水和水生傳染病才是人類的主要殺手。然而,於近百年來,全球人口成長4倍,且河川水源愈來愈受污染和耗減,人們依靠抽取地下水的量急速攀升,因此我們已經有可怕的重大發現。相對於一般的印象,至少山泉和井水(地下水)是乾淨的,我們發現這些水也已經遭受廣泛的污染。而且,不同於河川,地下水的污染往往是無法回復的(irreversible)。

另一個潛在影響因素就是:相對於地表水,地下水的自然更新週期是非常的緩慢。雖然有些地下水岩層自然補注相當快速,但地下水源自然更新週期平均是1,400年,而河川卻只要20年。所以我們這一代抽取的地下水,將須要好幾個世代去補注。抽取上來的水或許可以快速蒸發進入大氣,再形成雨水回到地面(大部份的雨水是落入海洋),但仍須要數百年才能進入地下水層,補注已經被抽取出的水量。而且,因為地下水在地層間的流動,如同冰河的緩慢,地下水層間的污染將會持續的累積。河川可將污染衝刷進入海洋,但地下水層如同污染槽,長年的累積,因此將會逐漸減少可供應人類使用的乾淨水量。

於水資源危機的認知上,一般最大的錯誤觀念或許就是,假設我們站立的大地和地下都是堅固的、不會改變的和穩定的。正如氣候變遷的來臨,警醒我們面對在我們頭上的空氣已經成為於巨大轉變中多種力量角逐的競技場;水資源的危機也已經讓我們瞭解到(雖然可能是緩慢的)地下水是整個水循環體系的一部份,介於大地、地表水、天空和海洋之間。就在前幾年,「Columbia」大學的科學家「Wallace Broecker」為顯現人類的活動已經影響到大氣,就提出警告「大氣體系是一隻生氣的野獸,而我們正用樹枝在戳牠。」同樣的警告,也適用到我們腳下的體系。假若我們持續的挖洞,要它吞食我們的廢棄物,並要索淡水回報,我們可能是在玩弄一個沒有人想要的惡果。

 

地下水的價值

於人類歷史中,地下水的取用往往是在乾旱,且地表水也短缺的地區。從埃及至伊朗,古老中東文明是運用渠道從山區引水進入城市,這項技術可讓人口離開河川向外擴展。隨著人口的增加和農耕地的擴張,挖井取水的技術分別於「支那」 (China)、印度(India)和歐洲(Europe)產生。「水」因而成為有價值的資源,有些文化亦因而發展出相關地下水的精緻神話,認為找尋水源者具有特殊能力。於中古歐洲,人們稱呼這些可以找尋到地下水者為「水巫」(water witches)或是「dowsers」(以卜杖尋地下水源者)。人們相信這些人具有神秘的力量。

於20世紀的後半,水資源的需求攀升肇致現代化的「dowsers」成為一個全球的主要工業。現今全球各大洲的主要地下水岩層都有被抽取使用,全球有超過15億人口的主要飲水是來自地下水源(參閱表1)。於「支那」東部的地下水源供應近1億6千萬人口的生活飲水。整個亞洲,有近三分之一的飲水是依靠地下水源。於發展中的有些大城市,如:雅加達(Jakarta)、達卡(Dhaka)和墨西哥市(Mexico City),生活飲用水幾乎都是依靠地下水源。於鄉村地區,在自來水系統未能延伸到的地區,地下水通常就是唯一的水源。於美國的鄉村,有超過95%人口的飲水就是地下水。

自從1950年代開始造成抽取地下水源的暴增,一個主要的原因就是來自農業灌溉用水的需求。於印度,擁有全球最大的農業灌溉面積,全球第三大穀物產區,於1960年的淺井有3,000座,到1990年時就暴增到600萬座。於1950年至1985年間,印度使用「地表水」灌溉的農地面積加倍,同時期使用「地下水」灌溉的農地面積則是暴增為113倍。目前,地下水供應全印度一半以上農地的灌溉用水。於美國,擁有全球第三大農業灌溉面積,有43%的農業灌溉面積是抽取地下水。全球而言,灌溉用水耗用淡水量最大,人類每年抽取自河水和井水的總水量,約有七成是用在灌溉。

 

表1. 全球飲水依靠地下水的地區。資料來源:UNEP、OECD、FAO、U.S.EPA、Australian EPA。
 
地區
飲用地下水的比率(%)
飲用地下水的人口(單位:百萬)
亞洲-太平洋
32
1,000至1,200
歐洲
75
200至500
拉丁美洲
29
150
美國
51
135
澳洲
15
3
非洲
NA
NA
全球  
1,500至2,000

 

其它工業生產耗用水源,比農業用水更快速,更加擴張,且也產生更大的利益誘因。平均而言,工業耗用一噸水可有14,000美元的產品價值,約是農業耗用同量水產值(穀物)的70倍。因此,隨著全球的工業化腳步,大量耗水的需求就從農業轉換到可有較高獲利的工業。全球工業耗水已經達到19%的總供水量,而且將會持續的增加。飲用水的供應不僅受到自然資源的限制,同時也要承受到來自其它更有力的消費需求之競爭壓力。

河川和湖泊的水源逐漸達到極限,許多已經建壩,乾涸,或是污染,人類的生活和生產用水都將愈來愈依靠地下水源。譬如,在台灣,地下水量佔總供應量的比率,就從1983年的21%,加倍上升到1991年的40%。孟加拉(Bangladesh),曾經幾乎只耗用河川水的國家,於1970年代就開挖超過百萬座水井,以取代遭受污染的地表水源。目前,孟加拉國民飲用地下水的人口高達90%。

當我們增加對地下水的依靠時,此資源的供應卻是愈來愈有限。全球各個陸塊,許多主要地下水源被抽取的水量都遠超過自然的補注量。地下水的耗減嚴重的地區包括:印度、支那、美國、北非、和中東。於一般地質狀況,超抽地下水將會造成地層下陷,永久的縮減地下水岩層的貯水空間。譬如,於美國加州「中央山谷」(Central Valley)地區,因地下水岩層下陷,縮減的貯水空間就超過加州所有人造貯水庫總容量的40%。

當工業、農業、和生活競爭用水需求愈加激烈,這往往會讓人遺忘自然生態功能的維持也是需要耗水。不只是雨水,地下水也是補注河川、湖泊和溪流水量的主要來源。「美國地質調查」(U.S. Geological Survey)就發現,於全美國54條受調查的溪流,地下水提供給溪流的水量,平均超過一半。全美國每日有4,920億加倫(gallons)來自地下岩層的水量進入地表水,這個水量約等於密西西比河每日流動的水量。來自地下岩層的水量維持密西西比河、尼羅河、陽子江(長江)、和許多大河整年的基本水位。溼地,鳥類、魚類和其它野生動物的重要棲息地,就是在來自地下水量可以全年持續湧出的地區。地下岩層貯水可補注地表水源外,也可以幫助避免洪水氾濫。當大雨來時,地下岩層可以吸收過量的雨水,避免地表逕流上漲過快,而淹沒附近的田野和村落。於亞洲熱帶地區,熱季節每年可長達9個月,季風雨量可能非常的密集,這項自然調控水量的功能更可顯現出其關鍵性的價值。

許多研究發現人類對水的需求逐漸的增加,水資源已經具有極高的關鍵性價值,甚至比金子和石油都還高。它是全球最有價值的東西。然而,可笑的是,它是我們易於遺忘的東西,也是我們廢棄物最後休息的所在。而且,當然隨著污染的擴散,可用的水源供應量將會愈來愈緊。

 

追蹤影藏的危機

於1940年,二次世界大戰期間,美國國防部於「密蘇里」(Missouri)州近「聖路易斯」(St. Louis)的「Weldon Spring」地區,取得70平方公里的農地。美國軍方將其開闢為全世界最大的TNT炸藥的生產工廠。於這些工廠,每日將甲苯加上硝酸,生產出的炸藥產量最高達每日百萬噸。

生產過程包含純化TNT,清除甲苯加硝酸反應後的「硝化苯類」雜質。多年下來,如此產生數百萬加倫的這些紅色垃圾(廢淤泥)。這些垃圾部份進入廢水處理廠處理,更多部份從處理廠滲出進入溝渠和山谷,且沉入地下水層。於1945年,當美軍離開該地區,軍人焚燒受污染的建築物,但留下染紅的土壤。經過數十年後,現在這個地區仍是個廢墟。

於1980年,美國「環保署」 (Environmental Protection Agency)起動「超級基金」(Superfund)計劃,這是要清理各個遭受有害物污染地區之計劃。「Weldon Spring」就列於此項計劃最高優先處理地區的名單中。軍方工程人員負責此項清理工作。他們原本認為這些受到「硝化苯類」污染的土壤和植物應該都在這個廢墟區域內。然而,當他們檢測地下水值後,令人訝異的,於遠離此污染區的村落,發現在人們飲用的井水都遭受污染。地質學者探測到在此TNT工廠的地下水層有許多污染柱狀沉積,這些污染物於過去的35年間已經透過在石灰石的岩縫,擴散到其它地區的地下水岩層。

這個「Weldon Spring」的故事聽起來似乎是笨拙的清理計畫,又碰到特別易受害的地質結構。但事實上,這方面完全沒有例外。美國各地,以及歐洲、亞洲和拉丁美洲,人類活動產生的大量化學物質和污染物都會滲入地下水層。這當然不是新鮮事,大地下層早就持續承受人類所拋棄的各種東西,我們噴灑的農藥、除草劑,或是我們死後的屍体。然而我們目前產出的廢棄物量實在非常的大量,再加上有害化學物質的混合,這已經產生難以想像的嚴重問題。

這個「Weldon Spring」的事件讓我們學習到,我們不能期待污染會在水中得到自淨,或者等待這些廢棄物何時會再冒出。因為地下水通常移動極度緩慢,每天移動不到一英呎,有些狀況,對地下水層的傷害,可能在數十年後仍未出現。於全球的許多地區,我們僅剛開始發現在30或40年前人類活動所造成的傷害。譬如,一些極度惡劣的地下水污染的事件,現在才發現是在「冷戰」(Cold War)時期的核子測試和武器生產所造成的污染傷害。當污染進入地下水,污染將永續存在。量大,難接近和移動速度緩慢等特質,都讓我們再也無法潔淨地下水。

於這個轉變的危機中,我們對於受害整体狀況的瞭解,仍是相當無知。只有少數國家有監測地下水健康的能力。因為地下水層分佈廣泛,且難以接近,這使得監測費用昂貴。於這個新世紀的開始,甚至是水利專家和衛生官員,對自己國家內的地下水健康狀態,仍是只有概略的印象。雖然如此,就已有的資料,我們仍是可以繪製出全球各地地下水遭受污染的地區(圖1),和其主要的污染威脅之類別(表2)。

 
過濾失敗:農藥進入飲用水

「農藥」(pesticides) 原意就是「殺生劑」。第一個合成的農藥是在1940年代引進到市場,但歷經數十年的廣泛且大量的使用後,我們才瞭解到這些化學物質會傷害「非目標」的生物(「目標」的生物,指的就是害虫),包含人類。有如此時間落差的原因是有些農藥,如「有機氯」(organochlorine),通常需要經過「生物累積」(bioaccumulation)之後才會顯現出傷害。於生物体內的濃度隨著食物鏈向上而增加。所以位在食物鏈上層的掠食者,如肉食性的鳥類,其体內累積的毒素可能會是其生活環境背景值的數千倍以上。但「生物累積」須要時間,所以須要多年才會發現問題。若是傷害到的是生殖体系,化學物質的累積傷害也可能在一個世代間仍無法顯現。

雖然於1960年代,當已經注意到農藥對健康的傷害時,一般人還是認為這些農藥只會在動物和植物間擴散,而不會滲入地下。農藥被認為只會有極少量會滲入土壤上層;就算是滲透到土壤上層,通常也會在其滲入更深的地層前就被自然分解了。土壤,畢竟具有自然過濾的功能,水經過它將可因而純化。工業或農業用的化學物質都被認為可如同自然落葉或灰塵,可以經過土壤而被過濾掉。

但是經過35年後,這些看來是不會錯的想法卻已經被証明為是錯誤的。地下水遭受農藥嚴重污染的案例已經在美國、西歐、拉丁美洲和亞洲南部的農業地區發現。現在我們知道的是農藥不僅會滲入地下水層,而且在這些農藥已經不再使用後仍然殘留。譬如,DDT仍然在美國的水域發現,雖然DDT早在30年前就禁用了。於美國加州「San Joaquin Valley」地區,曾經大量使用於果園的「土壤燻劑」(di-bromo-chloro-propane,簡稱DBCP),雖然於1977年就被禁用,但至今的水源仍然有殘留。「美國地質調查」於此地區檢測過4,507個水井,其中就有三分之一檢測水樣中DBCP含量至少超過目前飲水安全標準的10倍。

在一些地區,有機氯類的農藥仍在使用,風險持續在增加。於東印度的西孟加拉(Bengal)和比哈爾(Bihar)地區,經過半個世紀的噴灑(DDT),「中央污染控制委員會」(Central Pollution Control Board)發現這些地區地下水的DDT含量高達每公升4,500微克,是安全劑量的數千倍。

化學物質滲入地下水層的量受到地面上的使用量、這個地區的地質特性,和此化學物質的特性所影響。譬如,美國中西部的有些地區,雖然地面上農藥仍是大量使用,但因有不透水地層而使這些農藥難以滲入地下水層。相對的,亞利桑州南部、佛羅里達州、緬因州和加州南部,因為是具有裂縫的地層,於地面上大量使用的農藥,就比較容易的滲入地下水層。

農藥通常是多種混用的,因為農業須要運用不同的毒物去摧毀不同的昆蟲、霉菌和植物類(如雜草)。於1993年至1995年間,「美國地質調查」於「國家水質評估」(National Water Quality Assessment)計劃中,全國檢測過的地下水源,其中就有四分之一的地點含有兩種或以上的農藥污染。於「Central Columbia」平原的地下水層,地區橫跨華盛頓州和愛達荷州,就有三分之二的取樣,水中含有多種農藥污染。科學家仍不能完全確定這些化學物質和其衍生物的混合將會有何影響。對仍在使用中的數百種農藥,我們甚至仍然沒有安全標準。美國環保署目前也只有33種農藥的安全標準,對於多種農藥污染地下水的毒性傷害卻仍是一片空白。

對人們直接的衝擊就是飲水,但受污染的地下水再抽取灌溉農地也可能造成傷害。明顯的結果就是造成農產量減少。於1990年,「美國科技評估機構」(U.S. Office of Technology Assessment,現已經廢除)的報告指出「除草劑」(herbicides)滲入淺層地下水將會「修剪」農作物的根系,而使作物成長緩慢。

 

表2. 地下水的一些主要污染威脅。主要資料來源:European Environmental Agency、USGS、和British Geological Survey。
 
威脅 來源 對健康和生態体系的傷害 主要發生地區
農藥 農地、後院、高爾夫球場的逕流水滲入;掩埋場的滲漏 有機氯會對野生動物的生殖和內分泌造成傷害;有機磷和carbamates會傷害神經系統和致癌。 美國、東歐、支那、印度
硝酸鹽(nitrates) 肥料的逕流;畜牧草地;污染處理体系 減少氧量進入腦部,這對嬰兒可能會致死(藍嬰兒症候群);與消化道癌相關;造成水域藻類增生和優養化。 美國的中西部、支那北部平原、西歐、印度北部
石油化學物質 地下儲油槽 苯類和其它一些石油化學物質可能致癌。 美國、英國、前蘇聯的部份地區
氯化有機溶劑 金屬和塑膠的去脂過程;纖維清洗,電子和航空工業 與生殖傷害和一些癌症相關。 美國的西部、東亞的工業區
自然存在;過度抽取地下水和來自肥料的磷而增加溶出量 神經系統和肝臟的傷害;皮膚癌。 孟加拉、印度東部、尼泊爾、台灣
其它重金屬 開礦和金屬廢料;有害廢棄物的垃圾場 造成神經系統和腎臟的傷害;新陳代謝的錯亂 美國、中美洲和南美洲的東北部、東歐
氟化物 自然存在 牙齒問題;造成脊椎和骨骼的傷害 支那北部、印度西部、斯里蘭卡和泰國的部份地區
鹽類 海水入侵;岩石風化 含鹽淡水無法飲用或灌溉 支那和印度的沿海地區、墨西哥和佛羅里達州的墨西哥灣沿海地區、澳洲、菲律賓

 

 

從綠色革命至藍色嬰兒:氮的緩慢運行

自從1950年代早期,全球農業生產就被「陷入」必要施用「氮肥」的陷阱中。當時全球的肥料耗用就突增九倍。但是農作物通常無法完全的吸收如此大量的營養肥料。譬如,於「支那」北部超過140,000平方公里的實驗區,研究結果顯示農作物平均只有吸收施用「氮肥」量的四成而已。於「斯里蘭卡」(Sri Lanka)也得到相類似的結果。這些過量的肥料溶入灌溉用水,最後往往會滲入土壤,而進入地下水層。

除了從農業生產區滲出的過量化學肥料外,還有畜牧業產出的有機廢棄物(糞尿)和都會區的污水。牲畜糞尿因為量大,對溪流的優養化衝擊頗大。於美國,牧養牲畜產生廢棄物的量是全國人口產量的130倍,結果是有數百萬噸的牛和豬糞尿沖刷進入溪流和河川,以及其內含的氮最終進入地下水。於如此髒的負擔下,還要再加上來自都會區的污水,鄉野草地、高爾夫球場和園藝景觀的肥料(與其它相關的污染物)之滲流出。

地下水遭受污染的歷史過程,資料稀少。但許多的研究顯示水中的「硝酸鹽」(nitrates)是隨著肥料用量和人口的增加而增加。譬如於加州的「San Joaquin-Tulare Valley」地區,於1950至1980年代間,地下水「硝酸鹽」含量就增加2.5倍;同時期肥料的施用則是增加6倍。從1940年代至今,丹麥的地下水「硝酸鹽」含量就增加為近3倍。如同農藥問題,地下水遭受多樣過量營養物的污染,也是最近才慢慢的顯現出來,因為「硝酸鹽」於地下運行速度緩慢。當「硝酸鹽」進入飲水將會如何?飲用高濃度(每公升超過10毫克) 的「硝酸鹽」,可能會造成所謂的「嬰兒methemoglobinemia」,或是稱為「藍嬰兒症候群」(blue-baby syndrome) 。因為嬰兒的胃酸較低,消化系統將「硝酸鹽」轉化為「亞硝酸鹽」(nitrites),這將會阻礙嬰兒血液對氧的攜帶能力,因而造成氧氣不足窒息而死亡。自從1945年以來,全球約有3,000個案例,其中有近一半發生在匈牙利(Hungary),該國家內的私有井水的「硝酸鹽」含量特別高。反芻牲畜,如:山羊、棉羊、和牛等,同樣也會如同嬰兒的「methemoglobinemia」(藍嬰兒症候群),因為牠們的消化道也會快速的將「硝酸鹽」轉化為「亞硝酸鹽」。「硝酸鹽」也會肇致消化道癌,雖然流行病學的關連性仍不確定。

於穀物農地,「硝酸鹽」對地下水的污染可能會形成矛盾的影響。過多的「硝酸鹽」會弱化植物的免疫体系,因而使其更易受害虫和疾病的侵蝕。所以當含有「硝酸鹽」的地下水用於灌溉農作物,可能會減少,而不是增加生產量。譬如,施肥過多會造成小麥易於感染「麥蚽f」(wheat rust),對於梨樹則會亦感染「熱萎病」(fire blight)。

彙整全球地下水研究的過程,我們發現「硝酸鹽」的污染是廣泛分佈的,但於人口密度高,且高度糧食生產力的地區將會更加嚴重。於支那北部的北京、天津、以及河北和山東等地區,於調查地點的取樣中,就有一半以上的地下水「硝酸鹽」含量超過每公升50毫克 。於有些地區,濃度更高達每公升300毫克。自從這項調查於1995年進行後,雖然更多農地轉變為住宅和工業的發展,但是隨著肥料施用,以及人口對糧食需求的增加,地下水「硝酸鹽」濃度仍持續在上升。

其它地區的研究報告,也是得到同樣的結論。「美國地質調查」發現於美國農業和都會區的抽樣調查,約有15%的淺層地下水「硝酸鹽」含量超過每公升10毫克。「英國地質調查」(the British Geological Survey)發現於「斯里蘭卡」 的取樣有79%的井水「硝酸鹽」含量超過標準。於墨西哥的Yucatan半島,有56%的井水取樣,含量超過每公升45毫克。於「羅馬尼亞」和前蘇聯的「Moldavia」地區,有35%的取樣點的「硝酸鹽」含量超過每公升50毫克。

 
從汽油槽到飲水瓶:石油化學的蔓生性

於美國各地開車,我們將會經過許多的加油站,其數量比學校或教堂還要多。當開車進入加油站時,我們可能不會意識到車子是停在一個對地下水源有最廣泛威脅的地下儲油槽之上。這些儲油槽有許多是興建於20年或30年前,早就已經超過其預定的使用年限,槽體已經袘k且有些汽油持續滲出進入地下。因為這些是在地下,挖出來再重建將是昂貴的,所以通常是讓其滲流持續多年。

石油和其相關化學物質,如苯類、甲苯、和汽油添加物,如MTBE,這些都是於美國地下水中最常見的污染物質。這些有許多是可能會致癌的化學物質。於1998年,美國「環保署」發現全美國超過100,000個商業用私人擁有的儲油槽已經有滲漏,其中近18,000個是已經污染地下水。於德州,254個郡中有223個郡發現有儲油槽滲漏,且已經造成潛藏的災難,根據美國「環保署」的報告,「這已經影響,或可能影響,幾乎是全州每個主要和次要的地下水源。」家庭用的儲油槽,加熱保溫用的,也有同樣的問題。雖然家庭用的儲油槽並不受如同商業用的管理和檢驗,但是美國「環保署」指出:「這些毫無疑問的也是在滲漏。」美國以外的地區,全球各地普遍存在的儲油槽,更是鮮少檢驗,但從一些測試報告顯示滲漏情況於工業化國家同樣是普遍存在。於1993年,石油王國「Shell」公司的報告指出,其在英國的1,100座加油站,其中有三分之一已經有滲漏而污染到土壤和地下水。另一個例子是發生在「哈薩克」(Kazakh)東部的「Senuoakatubsk」城鎮,於當地的空軍機場之下的地下水源收集到6,460噸的煤油,這些已經嚴重的威脅到當地的供水。

普遍存在的石油化學物質如同遍佈全球的惡果,這些危機已經是靜悄悄的在成長中,因為其肇致起因至產生惡果間,有很大的時間落差。一座地下儲油槽可能須要歷經多年後才會袘k,因此它可能在採購者和興建者轉換職位前仍不會滲漏。甚至當它開始滲漏後,可能仍須要許多年才會污染到地下水,而且還要再經過許多年才會被發現其對當地人們健康的影響。到那時候,已經是數十年後了。所以我們目前關心到的儲油槽滲漏的問題,可能都是在半個世紀前所興建的。於當時,儲油槽可以為5,300萬輛汽車加油,而現存的則已經可為近十倍量的汽車加油。

 

沉殿轉至溶質:自然物質冒出的威脅

於1990年代初期,近印度「西孟加拉」(West Bengal)的村落開始有些人發生皮膚潰瘍,且無法復原的症狀。「Calcutta’s Jadavpur」大學的研究者「Dipankar Chakraborti」即認識到這些症狀應該是慢性「砷」(arsenic)中毒的初期癥候。這些症狀會慢慢加重至潰爛腐敗,轉變成皮膚癌,傷害到臟腑,而最後病死。隨後幾個月,「Chakraborti」開始接到從其它醫生和醫院寄來的信件,提到有許多的病患都有相類似的症狀。至1995年前,這已經很清楚了,整個村落都面臨中毒的危機,毒害的來源是來是飲用水井,這提供全村落九成以上的人之飲水。

專家估計目前,飲水的「砷」中毒於「孟加拉」已經威脅到2,000至6,000萬人的健康,約是全國的一半人口;另外於「西孟加拉」則另有600至3,000萬人受威脅。該地區約有100萬座水井可能已經受到重金屬污染,含量超過「WHO」飲水標準(每公升0.01毫克)的5倍至100倍。

這些「砷」是如何進入地下水源?於1970年代早期,孟加拉國家的飲用水仍是來自河川和池塘。然而,因為擔心水媒傳染疾病的風險,WHO和國際援助機構發起鑿井開源的計劃,讓孟加拉國民可以普遍飲用地下水。然而,這些國際機構對琲e地下水層的土壤含有豐富的「砷」,並不瞭解,而且也沒有在開挖前檢驗土壤沉積物。因為慢性「砷」毒害須要15年的累積才會顯現,流行狀況往往要等到普遍受害後才出現。

科學家們還在爭議到底是什麼化學反應,會讓原本附著在土壤中的「砷」分離出來而進入水中。有一個假說是認為開挖水井,空氣中的氧進入地下水中,氧化硫化鐵沉積物,因而溶出「砷」。印度「科技研究所」(Institute of Technology)的地質學者於1999年十月發表在「Nature」期刊的論文,提出來自肥料的磷鹽和有機物的分解,可能扮演重要的角色。這些營養物質促進微生物的增長,因而促使「砷」從沉積物解離出來。

鹽份又是另一個自然發生於地下水的污染物,但人類活動往往會促使其更惡化。正常情況,沿岸地下水會流入海洋。但是地下水被過量抽取出來,而造成水流向反過來,海水倒入,進入地下水層。因為海水有很高的鹽量,所以只要2%的海水加入淡水,就可以讓其不適用於飲用或是灌溉。而且,只要一旦鹽化,原本淡水的地下水源就將會長久保有鹽份。鹽化的地下水源通常是會被廢棄,因為處理費用是相當的昂貴。

於「馬尼拉」 (Manila),因為超抽地下水,地下水位已經下降50至80公尺,海水則已經倒流進入離岸5公里遠,位在城市下的「Guadalupe」地下水層。海水也倒流數公里而入侵至「雅加達」(Jakarta)和「Madras」兩座城市,以及美國佛羅里達州的地下水層。海水的入侵對島嶼地區也相當嚴重,如:「Maldives」和「Cyprus」島嶼,這些住民的飲用水主要仍是地下水。

「氟化物」(Fluoride)是另一個自然污染物,且威脅到數百萬亞洲人的健康。於印度西部、支那北部,和泰國與斯里蘭卡的部份乾旱地區,地下水岩層自然富有「氟化物」的沉積。「氟化物」是骨骼的重要營養,且有益於維護牙齒健康,但是過量卻會癱瘓頸部和背部的脊椎,以及引起牙齒的多種問題。WHO估計於支那北部地區約有7,000萬人,以及印度西北部有3,000萬人的飲水,「氟化物」含量過高。

 

一種化學湯

「Ludhiana」是印度的穀倉「Punjab」州的第一大城,擁有超過一百萬的居民。它也是重要的工業城,主要有紡織工廠、電子板工業、和金屬鑄造廠。整個城市的飲用水雖然是完全依靠地下水源,但目前已經受到生活和工業廢水的污染而變成不適合飲用。水質檢驗結果發現有高量的「氰化物」(cyanide)、「鎘」(cadmium)、「鉛」(lead)和「農藥」(pesticides)。印度「中央地下水委員會」(Central Ground Water Board)的資深官員悲嘆的說:「Ludhiana市現在只缺少毒藥」。

如同「Ludhiana」的市民,全球超過三分之一的人們是在人口密集的城市地區生活和工作,而這些地區只佔全球土地面積的2%。隨著人力的集中,工廠和各種產業也同樣聚集在城市地區。這些地區的地下水位就隨著地面上人類活動的量和複雜度的增加而下降。來自養豬場的,或是銅礦開挖的,或是工廠的廢水,滲流入城市的地下水中,就如同巫師在調配邪惡的魔湯。

諷刺的是,大部份地區會造成如此污染的原因是來自人們學習到要拋棄廢物,由於味道不好或是不雅觀,而遺忘了地球是個封閉体系,沒有東西可以永久的消失。一般用於處置垃圾和其它廢棄物的方法,如掩埋場、污水淨化槽、排水溝等,都成為化學污染地下水的來源。於美國,每年約有200萬公斤的化學廢棄物經過分類分別進入污水淨化槽,這已經污染了130萬人口的飲用水。於發展中的國家,有許多地區,工廠仍是將其廢水倒在地面,等它消失。譬如,於「Santa Cruz」的「Bolivian」城市,其淺層地下水已經吸收混合在其地面上的化學物質,硫化物、硝酸鹽、和氯化物。甚至在衛生掩埋場,仍可能污染地下水源。美國「環保署」就發現於緬因州有四分之一的掩埋場已經污染到地下水。

於工業化國家,直接掩埋「有害廢棄物」被認為是風險過高,因而通常就用桶罐裝後再埋入地下。但是這些桶罐,如同汽油槽,終究會出現裂縫。於加州「矽谷」(Silicon Valley),電子工業將其廢棄的溶劑分類注入地下貯存槽,該地區的地下水管理機構發現有85%的貯存槽已經有裂縫滲漏。「矽谷」地區目前已經列入「超級基金」的計劃名單之中。美國有六成的有害廢水,340億公升的溶劑、重金屬、和輻射物質,是直接注入地下。雖然飲水用的地下水層很深,但是在美國的佛羅里達州、德州、俄亥俄州和俄克拉荷馬州的有些廢水是已經滲入飲用的部份地下水層。

支那的「上海」和印度的「Jaipur」,於發展中國家,是兩個高度發展的城市,其地下水源已經不適飲用,而急於找尋新的替代水源。「Santa Cruz」城市也是在找尋乾淨水源。這代表需要開鑿更深的水井。於一些替代水源不易獲得的情況下,就需要用過濾處理的方法來獲取安全的飲水。於重污染區,可能需要數百個不同的過濾裝置。目前,美國中西部的自來水公司,每年就花費4億美元,只是為清除單一種化學物質,「atrazine」,於美國地下水中最常見的農藥污染。若是混合多種化學物質,那要提供乾淨的飲用水,即就更加昂貴了。

 

一個體系,多個受傷

地下水污染的案例,看來似乎是各自獨立的。於支那的北部地區,有許多井水含有「硝酸鹽」的問題,於英國的井水則是含有「苯」。每個案例,似乎都是地區性的問題。但是將這些彙編起來,我們可以看到一個大圖形(圖1)冒出來。雖然只有極少的監測和檢驗,令人憂慮的是我們發現傷害已經相當的廣泛。而且,因為有時間的落差,以及近數十年來化學物質的耗用和廢棄仍是持續高量,可預期的將來應該會有更多的驚嚇出現。

一些大震驚是最近數十年來在化學物質使用和廢棄的地區的污染案例持續攀升。譬如,於印度,「中央污染控制委員會」(Central Pollution Control Board,簡稱:「CPCB」)調查22個主要工業區後,發現每個工業區的地下水都已經不適合飲用。當被問到這些結果如何時,「CPCB」的主席「D.K. Biswas」特別說:「這項結果是令人驚嚇的,而且我個人相信我們將會有更多令人震驚的發現。」

「美國地質調查」的一位環境化學家「Jack Barbash」就指出,我們可能已經不需要那些昂貴的檢驗來警告我們相關地下水的狀況。他說,假若你想知道靠近支那的「上海」或是印度的「Calcutta」城市的地下水狀況,你只要看看在其地面上的情況。譬如,假若你已經在田野噴灑DDT長達20年,那你將可預期可在此地區的地下水發現此化學成份。雖然於目前的「依賴化學」和「廢物產出」的經濟活動如何肇禍仍是尚未完全的顯現,但是「Barbash」和其它科學家已經開始意識到,假若目前的消費和拋棄的情況持續,未來將會有多麼嚴重的惡果。

 

 
改弦易轍

於加州「San Joaquin」谷地的農民於19世紀末,開始抽取當時認為似乎是無止境的地下水資源。至1912年前,地下水位於有些地區已經下降高達400英呎。但是地下水仍是持續的抽用以滿足農業生產的需求。結果,地下水位的下降造成有些地區的地面開始下沉,或是地質學者所稱的「地層下陷」。於這個谷地,有些地區地層下陷高達29英呎。

當「San Joaquin」農民已經無法抽取夠用的地下水,他們開始從北部運用「加州渠道」(California Aqueduct)引水。這些水進入已經壓縮過(因為下陷)的地下水層。然而不夠空間貯放這些外來水量,地下水位隨著不正常的升高,因而溶解出過去不曾泡水的土壤中之鹽份。受到鹽化的地下水,從地底湧升,開始傷害農作物的根系。面對如此現象,農民就在灌溉農地開闢溝渠排除過量的水進入谷地的河流與貯水區。

但農民並不知道這地區的土壤和岩石中還含有豐富的「硒」(selenium),於高劑量時具有毒性。有些「硒」滲入溝渠,而流入這個地區的溼地。直到1980年代中期,生態學者才注意到在「Kesterson」貯水區有數千隻水鳥死亡是因為「硒」中毒。

水文体系是很難處理,「San Joaquin」農民所經歷的就如同「警世寓言」。他們每次應急的解決方法都暫時化解立即的困境,但卻同時因而陷入更長遠且更嚴重的問題。「美國地質調查」的水文專家「Frank Chapelle」就指出:「人類對於地下水体系調控的瞭解,總是在實際發生後才發現。」

全世界至今,人類面對地下水源污染的反應情況都類似「San Joaquin」農民,往好的方向改變但卻都不夠充份。有許多地區,各個政府機構和工業按步的在清理污染,一個化學物質再接另一個,然而這些個別一步又一步的推動,卻沒有累加的效果。譬如,當我們強化掩埋場的地下防水層,雖然可以避免污水直接滲入地下水,但卻造成地表逕流水增加,污水排入附近的農地,再進入地下水層。當我們挖坑道去修補地下油槽的漏洞時,坑道土壤的酸性物質就可能滲流入地下水層。明顯的,我們是需要去控制已經出現的問題,以及保護社區和生態体系免受毒害。但是我們已經瞭解到,地下水的傷害大多是無法回復的,以及地下水污染需要許多年才會呈現出來問題,化學反應通常有「加成效應」,且常有不可預期的反應。看看這些污染對大眾健康的傷害,比較其肇致污染的經濟活動,這將可得到一個關鍵性的觀點,從過濾這些毒物,轉變到起初就不要用它。國際水文學者協會的主席「Andrew Skinner」如此說:「避免才是唯一有效的策略。」

若要如此做,這將不僅是需要個別工廠、加油站、農地、和清理工廠等,更需要整個社會、工業、和農業体系,以及商業的配合。「違反生態法則」的舉動,才是真正污染全球水源的原兇。譬如,高能輸入的農業生產體系,這不僅是以單一作物壓縮「生物多樣性」(biodiversity),而且施用大量農用化學物質蹂躪土地和污染地下水。由於城市擴張成為以汽車為主的体系,這不僅會產生干擾氣候的溫室效應氣体和酸雨,而且增加石油化學物質、重金屬、和廢水處理對土壤和地下水的污染。若想要完全的解決問題,整個体系的重整是必要的基礎。

就以農業工業化來說。於歐洲、美國、支那、和印度的許多地區,農業用藥(農藥和肥料)的滲流是污染地下水的最主要因素。來自這方面的經驗,化解這方面問題的方法就是盡力顯著的減少農藥和肥料的使用量。於大部份地區,目前的農業耕作是過份浪費。譬如,於「哥倫比亞」(Colombia),栽培花卉的農地每公頃就噴灑高達6,000公升的農藥。於巴西(Brazil),每公頃的果園就噴灑近10,000公升的農藥。「聯合國糧食與農業組織」(U.N. Food and Agricultural Organization)就提出新修正的農業技術,這些化學物質(農藥)可以只使用目前量的十分之一,仍會是一樣有效。使用農藥更有效率,對環境即可以有很大的改善,也可以導引農業全面使用極少的合成農藥。最近的研究結果顯示在使用很少或無合成化學物質情況下,農地仍是可維持高產量。「賓夕凡尼亞」(Pennsylvania) 州的「羅德爾」(Rodale)研究機構,一項長達10年的研究報告,比較傳統有機肥和豆肥的農作生產体系(沒有使用任何合成農藥或肥料)與目前高密集農業体系。這三個實驗農地都是栽植玉米和大豆。研究者發現傳統農耕比較可保持土壤的有機物質和氮肥,也就是土壤的肥沃力;而且「硝酸鹽」(這是有害的物質)滲流出量比高密集体系減少六成。雖然有機肥(如同合成肥料)也會有「硝酸鹽」的產出,但是輪耕栽植多種豆類和雜草有助於土壤的氮肥之固定。經過10年的統計,這三種農作的玉米和大豆產量,彼此相差少於1%。

於工業部門,建立「封閉環絡」(closed-loop)的生產和消費体系,這將可以大輻度減少城市和工廠送到掩埋場、處理廠和貯存廠的廢棄物量,如此可以保護地下水免受滲漏的污染。於「田納西」(Tennessee)、「斐濟」(Fiji)、「納米比爾」(Namibia)和「丹麥」(Denmark),關注環境的發明家已經開始建立「工業共營」(industrial symbiosis)工業園區,於這些園區的每家工廠所產生的廢物都將成為另一家工廠的原料。於丹麥「Kalundborg」的工業園區,因而每年減少超過130萬噸的廢棄物進入掩埋場和處理廠,同時也減少釋放135,000噸的碳和硫,而減輕大氣污染量。家居生活也可以加入這個「共營」(symbiosis)体系。國際「非政府」(non-governmental)組織的「全球為地球的行動計畫」(Global Action Plan for the Earth),於美國和歐洲有觀念的消費習性已經讓約6萬個家庭,減少42%的垃圾量,以及25%的耗水量。

決策者(從政者)逐漸瞭解到對人類安全的最大威脅已經不是外來的軍事攻擊而是自己國家的環境和社會之廣泛衰敗。學家憂慮要如何匯集充份的政治力量,以便推動人們生活習性的根本改變,而可即時轉變目前惡化趨勢。面對目前蜂擁出現相關「氣候變遷」和「生物多樣性」的報告,從政主導者似乎一方面已經麻痺到無能瞭解整体狀況,而另一方面則易於拖延或否決行動,因為看來似乎無立即危險。雖然我們對地下水層的傷害,有些地區已經是「無法回復」,但是科學家仍是相信大部份是有可能挽救的。然而,我們不能還停留在目前的「治標」策略上,諸如:清除化學滲漏,更新滲漏的汽油槽,鋪設更多的塑膠隔水層在掩埋場之下,或是對養豬場和開礦活動開發更多的罰單,這些都是無法根本的解決問題。若想要即時可以節省耗水量,這就如同要穩定全球氣候一樣,都須要全球經濟根本的重新塑造(restructuring),從資源耗損、依賴石油和煤炭燃料、高能量消耗的工業和農業的經濟活動,快速轉變為基於再生能源的、「精緻」城市的、和「腳步輕」 的人類之經濟活動。對此轉變,我們已經是過慢出發了,但是我們渴望這些終究可讓我們即早行動。

 

天堂就在我們的腳下

於人類的歷史,人們一直都在擔心來自天空肇致災變的問題。於冷戰時期,工業國家害怕核彈從天空來的空擊,因而花鉅款去建造警報系統。現在是害怕大氣的氣候變遷,臭氧層破洞造成紫外線量的增加,以及全球溫化所引發的颶風和颱風。然而,同時期全球地下水的污染已經顯現,我們正在逐漸的從地下毒化我們自己。地面下的問題,可能如同地面上所發生的一樣嚴重。

古希臘創造相關地下,或「黑帝斯」(Hades,地底的冥神)的精巧神話故事,是一個陰沉和死亡的地方,完全不同於地面上的豐盛生命力。然而,科學和人類的經驗已經獲得不同的認知。水文學者目前已經知道健康的地下水是地面上生命生活的必要根基,地下水伴演著關鍵的角色,不僅提供飲用水,而且調整河水和濕地水量,以及經由影響雨量和氣候,而滋潤地面上和空中的生命。但諷刺的是,因為我們的忽視行為,現已經將要把古希臘神話變成真實狀況。若要轉變這個趨勢,我們將需要把水文學者所發現的事實存在心上。如同「Henry David Thoreau」於一個半世紀前所說的,「天堂在我們的腳下,也在我們頭上。

  

原文的主要參考資料: British Geological Survey et al., Characterization and Assessment of Groundwater Quality Concerns in Asia-Pacific Region (Oxfordshire, UK; 1996).

European Environmental Agency, Groundwater Quality and Quantity in Europe (Copenhagen: 1999).

Francis H. Chapelle, The Hidden Sea: Ground Water, Springs, and Wells (Tucson, AZ; GeoScience Press, Inc., 1997). 

U.N. Environment Programme. Groundwater: A threatened resource (Nairabi; 1996). 

U.S. Geological Survey, The Quality of Our Nation’s Waters � Nutrients and Pesticides (Reston, VA; 1999).