科学家已经发现深埋在我们脚底下的世界,对在地上生活的生命是必要的基础。古代神话刻画地底下是受到诅咒和死亡之地。现在随着地下水源污染的扩散,这些神话将会成为悲惨的事实。

对美国新移民而言,「密西西比河」 (Mississippi River)之所以神秘,部份原因就是因为它很巨大。於任何一刻,平均约有21,000亿公升的水在河床上流动。倘若你能潜入约35英尺深而躺在河底向上仰望,你可能就会对位在上面的河水,感到敬畏。然而,有一个很重要的数据,你可能会猜错。河流水量仅有1%经过「密西西比河」流体系进入「墨西哥弯」(Gulf of Mexico)。其余的99%则是渗入土壤,锁在广大的岩石和沙石层中。

如此的差别可有很显着的结果。乾净水源的供应已经被认识到於未来25年间,将可能成为危害所有人类生存安全的最关键因素。而且,在河川之下,或在我们脚下的地下水之命运,是不同於在「地表」(surface)的水。不同於一般人的相信,新的研究结果显示「地下水是最易受威胁伤害的」。同时,「密西西比河」的地面和地下水量的比率并不是「独特的」,全球淡水资源有97%是贮存於地下水岩层。

文明的早期,「地表水」是唯一的淡水来源。当时全球人口还不到目前的千分之一,人口聚集在河川平原,且河水都相当乾净。我们可能仍然认为「地表水」是淡水的主要来源。所以我们很容易误认污染问题主要就发生在「地表水」,认为河川和溪流的污染才会危害我们的健康,以及洪水和水生传染病才是人类的主要杀手。然而,於近百年来,全球人口成长4倍,且河川水源愈来愈受污染和耗减,人们依靠抽取地下水的量急速攀升,因此我们已经有可怕的重大发现。相对於一般的印象,至少山泉和井水(地下水)是乾净的,我们发现这些水也已经遭受广泛的污染。而且,不同於河川,地下水的污染往往是无法回复的(irreversible)。

另一个潜在影响因素就是:相对於地表水,地下水的自然更新周期是非常的缓慢。虽然有些地下水岩层自然补注相当快速,但地下水源自然更新周期平均是1,400年,而河川却只要20年。所以我们这一代抽取的地下水,将须要好几个世代去补注。抽取上来的水或许可以快速蒸发进入大气,再形成雨水回到地面(大部份的雨水是落入海洋),但仍须要数百年才能进入地下水层,补注已经被抽取出的水量。而且,因为地下水在地层间的流动,如同冰河的缓慢,地下水层间的污染将会持续的累积。河川可将污染冲刷进入海洋,但地下水层如同污染槽,长年的累积,因此将会逐渐减少可供应人类使用的乾净水量。

於水资源危机的认知上,一般最大的错误观念或许就是,假设我们站立的大地和地下都是坚固的、不会改变的和稳定的。正如气候变迁的来临,警醒我们面对在我们头上的空气已经成为於巨大转变中多种力量角逐的竞技场;水资源的危机也已经让我们了解到(虽然可能是缓慢的)地下水是整个水循环体系的一部份,介於大地、地表水、天空和海洋之间。就在前几年,「Columbia」大学的科学家「Wallace Broecker」为显现人类的活动已经影响到大气,就提出警告「大气体系是一只生气的野兽,而我们正用树枝在戳牠。」同样的警告,也适用到我们脚下的体系。假若我们持续的挖洞,要它吞食我们的废弃物,并要索淡水回报,我们可能是在玩弄一个没有人想要的恶果。

地下水的价值

於人类历史中,地下水的取用往往是在乾旱,且地表水也短缺的地区。从埃及至伊朗,古老中东文明是运用渠道从山区引水进入城市,这项技术可让人口离开河川向外扩展。随着人口的增加和农耕地的扩张,挖井取水的技术分别於「支那」 (China)、印度(India)和欧洲(Europe)产生。「水」因而成为有价值的资源,有些文化亦因而发展出相关地下水的精致神话,认为找寻水源者具有特殊能力。於中古欧洲,人们称呼这些可以找寻到地下水者为「水巫」(water witches)或是「dowsers」(以卜杖寻地下水源者)。人们相信这些人具有神秘的力量。

於20世纪的後半,水资源的需求攀升肇致现代化的「dowsers」成为一个全球的主要工业。现今全球各大洲的主要地下水岩层都有被抽取使用,全球有超过15亿人口的主要饮水是来自地下水源(参阅表1)。於「支那」东部的地下水源供应近1亿6千万人口的生活饮水。整个亚洲,有近三分之一的饮水是依靠地下水源。於发展中的有些大城市,如:雅加达(Jakarta)、达卡(Dhaka)和墨西哥市(Mexico City),生活饮用水几乎都是依靠地下水源。於乡村地区,在自来水系统未能延伸到的地区,地下水通常就是唯一的水源。於美国的乡村,有超过95%人口的饮水就是地下水。

自从1950年代开始造成抽取地下水源的暴增,一个主要的原因就是来自农业灌溉用水的需求。於印度,拥有全球最大的农业灌溉面积,全球第三大谷物产区,於1960年的浅井有3,000座,到1990年时就暴增到600万座。於1950年至1985年间,印度使用「地表水」灌溉的农地面积加倍,同时期使用「地下水」灌溉的农地面积则是暴增为113倍。目前,地下水供应全印度一半以上农地的灌溉用水。於美国,拥有全球第三大农业灌溉面积,有43%的农业灌溉面积是抽取地下水。全球而言,灌溉用水耗用淡水量最大,人类每年抽取自河水和井水的总水量,约有七成是用在灌溉。

表1. 全球饮水依靠地下水的地区。资料来源:UNEP、OECD、FAO、U.S.EPA、Australian EPA。

地区

饮用地下水的比率(%)

饮用地下水的人口(单位:百万)

亚洲-太平洋

32

1,000至1,200

欧洲

75

200至500

拉丁美洲

29

150

美国

51

135

澳洲

15

3

非洲

NA

NA

全球

1,500至2,000

其它工业生产耗用水源,比农业用水更快速,更加扩张,且也产生更大的利益诱因。平均而言,工业耗用一吨水可有14,000美元的产品价值,约是农业耗用同量水产值(谷物)的70倍。因此,随着全球的工业化脚步,大量耗水的需求就从农业转换到可有较高获利的工业。全球工业耗水已经达到19%的总供水量,而且将会持续的增加。饮用水的供应不仅受到自然资源的限制,同时也要承受到来自其它更有力的消费需求之竞争压力。

河川和湖泊的水源逐渐达到极限,许多已经建坝,乾涸,或是污染,人类的生活和生产用水都将愈来愈依靠地下水源。譬如,在台湾,地下水量占总供应量的比率,就从1983年的21%,加倍上升到1991年的40%。孟加拉(Bangladesh),曾经几乎只耗用河川水的国家,於1970年代就开挖超过百万座水井,以取代遭受污染的地表水源。目前,孟加拉国民饮用地下水的人口高达90%。

当我们增加对地下水的依靠时,此资源的供应却是愈来愈有限。全球各个陆块,许多主要地下水源被抽取的水量都远超过自然的补注量。地下水的耗减严重的地区包括:印度、支那、美国、北非、和中东。於一般地质状况,超抽地下水将会造成地层下陷,永久的缩减地下水岩层的贮水空间。譬如,於美国加州「中央山谷」(Central Valley)地区,因地下水岩层下陷,缩减的贮水空间就超过加州所有人造贮水库总容量的40%。

当工业、农业、和生活竞争用水需求愈加激烈,这往往会让人遗忘自然生态功能的维持也是需要耗水。不只是雨水,地下水也是补注河川、湖泊和溪流水量的主要来源。「美国地质调查」(U.S. Geological Survey)就发现,於全美国54条受调查的溪流,地下水提供给溪流的水量,平均超过一半。全美国每日有4,920亿加伦(gallons)来自地下岩层的水量进入地表水,这个水量约等於密西西比河每日流动的水量。来自地下岩层的水量维持密西西比河、尼罗河、阳子江(长江)、和许多大河整年的基本水位。湿地,鸟类、鱼类和其它野生动物的重要栖息地,就是在来自地下水量可以全年持续涌出的地区。地下岩层贮水可补注地表水源外,也可以帮助避免洪水泛滥。当大雨来时,地下岩层可以吸收过量的雨水,避免地表迳流上涨过快,而淹没附近的田野和村落。於亚洲热带地区,热季节每年可长达9个月,季风雨量可能非常的密集,这项自然调控水量的功能更可显现出其关键性的价值。

许多研究发现人类对水的需求逐渐的增加,水资源已经具有极高的关键性价值,甚至比金子和石油都还高。它是全球最有价值的东西。然而,可笑的是,它是我们易於遗忘的东西,也是我们废弃物最後休息的所在。而且,当然随着污染的扩散,可用的水源供应量将会愈来愈紧。

追踪隐藏的危机

於1940年,二次世界大战期间,美国国防部於「密苏里」(Missouri)州近「圣路易斯」(St. Louis)的「Weldon Spring」地区,取得70平方公里的农地。美国军方将其开辟为全世界最大的TNT炸药的生产工厂。於这些工厂,每日将甲苯加上硝酸,生产出的炸药产量最高达每日百万吨。

生产过程包含纯化TNT,清除甲苯加硝酸反应後的「硝化苯类」杂质。多年下来,如此产生数百万加伦的这些红色垃圾(废淤泥)。这些垃圾部份进入废水处理厂处理,更多部份从处理厂渗出进入沟渠和山谷,且沉入地下水层。於1945年,当美军离开该地区,军人焚烧受污染的建筑物,但留下染红的土壤。经过数十年後,现在这个地区仍是个废墟。

於1980年,美国「环保署」 (Environmental Protection Agency)起动「超级基金」(Superfund)计划,这是要清理各个遭受有害物污染地区之计划。「Weldon Spring」就列於此项计划最高优先处理地区的名单中。军方工程人员负责此项清理工作。他们原本认为这些受到「硝化苯类」污染的土壤和植物应该都在这个废墟区域内。然而,当他们检测地下水值後,令人讶异的,於远离此污染区的村落,发现在人们饮用的井水都遭受污染。地质学者探测到在此TNT工厂的地下水层有许多污染柱状沉积,这些污染物於过去的35年间已经透过在石灰石的岩缝,扩散到其它地区的地下水岩层。

这个「Weldon Spring」的故事听起来似乎是笨拙的清理计画,又碰到特别易受害的地质结构。但事实上,这方面完全没有例外。美国各地,以及欧洲、亚洲和拉丁美洲,人类活动产生的大量化学物质和污染物都会渗入地下水层。这当然不是新鲜事,大地下层早就持续承受人类所抛弃的各种东西,我们喷洒的农药、除草剂,或是我们死後的屍体。然而我们目前产出的废弃物量实在非常的大量,再加上有害化学物质的混合,这已经产生难以想像的严重问题。

这个「Weldon Spring」的事件让我们学习到,我们不能期待污染会在水中得到自净,或者等待这些废弃物何时会再冒出。因为地下水通常移动极度缓慢,每天移动不到一英尺,有些状况,对地下水层的伤害,可能在数十年後仍未出现。於全球的许多地区,我们仅刚开始发现在30或40年前人类活动所造成的伤害。譬如,一些极度恶劣的地下水污染的事件,现在才发现是在「冷战」(Cold War)时期的核子测试和武器生产所造成的污染伤害。当污染进入地下水,污染将永续存在。量大,难接近和移动速度缓慢等特质,都让我们再也无法洁净地下水。

於这个转变的危机中,我们对於受害整体状况的了解,仍是相当无知。只有少数国家有监测地下水健康的能力。因为地下水层分布广泛,且难以接近,这使得监测费用昂贵。於这个新世纪的开始,甚至是水利专家和卫生官员,对自己国家内的地下水健康状态,仍是只有概略的印象。虽然如此,就已有的资料,我们仍是可以绘制出全球各地地下水遭受污染的地区(图1),和其主要的污染威胁之类别(表2)。

过滤失败:农药进入饮用水

「农药」(pesticides)? 原意就是「杀生剂」。第一个合成的农药是在1940年代引进到市场,但历经数十年的广泛且大量的使用後,我们才了解到这些化学物质会伤害「非目标」的生物(「目标」的生物,指的就是害虫),包含人类。有如此时间落差的原因是有些农药,如「有机氯」(organochlorine),通常需要经过「生物累积」(bioaccumulation)之後才会显现出伤害。於生物体内的浓度随着食物链向上而增加。所以位在食物链上层的掠食者,如肉食性的鸟类,其体内累积的毒素可能会是其生活环境背景值的数千倍以上。但「生物累积」须要时间,所以须要多年才会发现问题。若是伤害到的是生殖体系,化学物质的累积伤害也可能在一个世代间仍无法显现。

虽然於1960年代,当已经注意到农药对健康的伤害时,一般人还是认为这些农药只会在动物和植物间扩散,而不会渗入地下。农药被认为只会有极少量会渗入土壤上层;就算是渗透到土壤上层,通常也会在其渗入更深的地层前就被自然分解了。土壤,毕竟具有自然过滤的功能,水经过它将可因而纯化。工业或农业用的化学物质都被认为可如同自然落叶或灰尘,可以经过土壤而被过滤掉。

但是经过35年後,这些看来是不会错的想法却已经被证明为是错误的。地下水遭受农药严重污染的案例已经在美国、西欧、拉丁美洲和亚洲南部的农业地区发现。现在我们知道的是农药不仅会渗入地下水层,而且在这些农药已经不再使用後仍然残留。譬如,DDT仍然在美国的水域发现,虽然DDT早在30年前就禁用了。於美国加州「San Joaquin Valley」地区,曾经大量使用於果园的「土壤燻剂」(di-bromo-chloro-propane,简称DBCP),虽然於1977年就被禁用,但至今的水源仍然有残留。「美国地质调查」於此地区检测过4,507个水井,其中就有三分之一检测水样中DBCP含量至少超过目前饮水安全标准的10倍。

在一些地区,有机氯类的农药仍在使用,风险持续在增加。於东印度的西孟加拉(Bengal)和比哈尔(Bihar)地区,经过半个世纪的喷洒(DDT),「中央污染控制委员会」(Central Pollution Control Board)发现这些地区地下水的DDT含量高达每公升4,500微克,是安全剂量的数千倍。

化学物质渗入地下水层的量受到地面上的使用量、这个地区的地质特性,和此化学物质的特性所影响。譬如,美国中西部的有些地区,虽然地面上农药仍是大量使用,但因有不透水地层而使这些农药难以渗入地下水层。相对的,亚利桑州南部、佛罗里达州、缅因州和加州南部,因为是具有裂缝的地层,於地面上大量使用的农药,就比较容易的渗入地下水层。

农药通常是多种混用的,因为农业须要运用不同的毒物去摧毁不同的昆虫、霉菌和植物类(如杂草)。於1993年至1995年间,「美国地质调查」於「国家水质评估」(National Water Quality Assessment)计划中,全国检测过的地下水源,其中就有四分之一的地点含有两种或以上的农药污染。於「Central Columbia」平原的地下水层,地区横跨华盛顿州和爱达荷州,就有三分之二的取样,水中含有多种农药污染。科学家仍不能完全确定这些化学物质和其衍生物的混合将会有何影响。对仍在使用中的数百种农药,我们甚至仍然没有安全标准。美国环保署目前也只有33种农药的安全标准,对於多种农药污染地下水的毒性伤害却仍是一片空白。

对人们直接的冲击就是饮水,但受污染的地下水再抽取灌溉农地也可能造成伤害。明显的结果就是造成农产量减少。於1990年,「美国科技评估机构」(U.S. Office of Technology Assessment,现已经废除)的报告指出「除草剂」(herbicides)渗入浅层地下水将会「修剪」农作物的根系,而使作物成长缓慢。

表2. 地下水的一些主要污染威胁。主要资料来源:European Environmental Agency、USGS、和British Geological Survey。

威胁

来源

对健康和生态体系的伤害

主要发生地区

农药

农地、後院、高尔夫球场的迳流水渗入;掩埋场的渗漏

有机氯会对野生动物的生殖和内分泌造成伤害;有机磷和carbamates会伤害神经系统和致癌。

美国、东欧、支那、印度

硝酸盐(nitrates)

肥料的迳流;畜牧草地;污染处理体系

减少氧量进入脑部,这对婴儿可能会致死(蓝婴儿症候群);与消化道癌相关;造成水域藻类增生和优养化。

美国的中西部、支那北部平原、西欧、印度北部

石油化学物质

地下储油槽

苯类和其它一些石油化学物质可能致癌。

美国、英国、前苏联的部份地区

氯化有机溶剂

金属和塑胶的去脂过程;纤维清洗,电子和航空工业

与生殖伤害和一些癌症相关。

美国的西部、东亚的工业区

砷

自然存在;过度抽取地下水和来自肥料的磷而增加溶出量

神经系统和肝脏的伤害;皮肤癌。

孟加拉、印度东部、尼泊尔、台湾

其它重金属

开矿和金属废料;有害废弃物的垃圾场

造成神经系统和肾脏的伤害;新陈代谢的错乱

美国、中美洲和南美洲的东北部、东欧

氟化物

自然存在

牙齿问题;造成脊椎和骨骼的伤害

支那北部、印度西部、斯里兰卡和泰国的部份地区

盐类

海水入侵;岩石风化

含盐淡水无法饮用或灌溉

支那和印度的沿海地区、墨西哥和佛罗里达州的墨西哥湾沿海地区、澳洲、菲律宾

从绿色革命至蓝色婴儿:氮的缓慢运行

自从1950年代早期,全球农业生产就被「陷入」必要施用「氮肥」的陷阱中。当时全球的肥料耗用就突增九倍。但是农作物通常无法完全的吸收如此大量的营养肥料。譬如,於「支那」北部超过140,000平方公里的实验区,研究结果显示农作物平均只有吸收施用「氮肥」量的四成而已。於「斯里兰卡」(Sri Lanka)也得到相类似的结果。这些过量的肥料溶入灌溉用水,最後往往会渗入土壤,而进入地下水层。

除了从农业生产区渗出的过量化学肥料外,还有畜牧业产出的有机废弃物(粪尿)和都会区的污水。牲畜粪尿因为量大,对溪流的优养化冲击颇大。於美国,牧养牲畜产生废弃物的量是全国人口产量的130倍,结果是有数百万吨的牛和猪粪尿冲刷进入溪流和河川,以及其内含的氮最终进入地下水。於如此脏的负担下,还要再加上来自都会区的污水,乡野草地、高尔夫球场和园艺景观的肥料(与其它相关的污染物)之渗流出。

地下水遭受污染的历史过程,资料稀少。但许多的研究显示水中的「硝酸盐」(nitrates)是随着肥料用量和人口的增加而增加。譬如於加州的「San Joaquin-Tulare Valley」地区,於1950至1980年代间,地下水「硝酸盐」含量就增加2.5倍;同时期肥料的施用则是增加6倍。从1940年代至今,丹麦的地下水「硝酸盐」含量就增加为近3倍。如同农药问题,地下水遭受多样过量营养物的污染,也是最近才慢慢的显现出来,因为「硝酸盐」於地下运行速度缓慢。当「硝酸盐」进入饮水将会如何?饮用高浓度(每公升超过10毫克) 的「硝酸盐」,可能会造成所谓的「婴儿methemoglobinemia」,或是称为「蓝婴儿症候群」(blue-baby syndrome) 。因为婴儿的胃酸较低,消化系统将「硝酸盐」转化为「亚硝酸盐」(nitrites),这将会阻碍婴儿血液对氧的携带能力,因而造成氧气不足窒息而死亡。自从1945年以来,全球约有3,000个案例,其中有近一半发生在匈牙利(Hungary),该国家内的私有井水的「硝酸盐」含量特别高。反刍牲畜,如:山羊、棉羊、和牛等,同样也会如同婴儿的「methemoglobinemia」(蓝婴儿症候群),因为牠们的消化道也会快速的将「硝酸盐」转化为「亚硝酸盐」。「硝酸盐」也会肇致消化道癌,虽然流行病学的关连性仍不确定。

於谷物农地,「硝酸盐」对地下水的污染可能会形成矛盾的影响。过多的「硝酸盐」会弱化植物的免疫体系,因而使其更易受害虫和疾病的侵蚀。所以当含有「硝酸盐」的地下水用於灌溉农作物,可能会减少,而不是增加生产量。譬如,施肥过多会造成小麦易於感染「麦锈病」(wheat rust),对於梨树则会亦感染「热萎病」(fire blight)。

汇整全球地下水研究的过程,我们发现「硝酸盐」的污染是广泛分布的,但於人口密度高,且高度粮食生产力的地区将会更加严重。於支那北部的北京、天津、以及河北和山东等地区,於调查地点的取样中,就有一半以上的地下水「硝酸盐」含量超过每公升50毫克。於有些地区,浓度更高达每公升300毫克。自从这项调查於1995年进行後,虽然更多农地转变为住宅和工业的发展,但是随着肥料施用,以及人口对粮食需求的增加,地下水「硝酸盐」浓度仍持续在上升。

其它地区的研究报告,也是得到同样的结论。「美国地质调查」发现於美国农业和都会区的抽样调查,约有15%的浅层地下水「硝酸盐」含量超过每公升10毫克。「英国地质调查」(the British Geological Survey)发现於「斯里兰卡」 的取样有79%的井水「硝酸盐」含量超过标准。於墨西哥的Yucatan半岛,有56%的井水取样,含量超过每公升45毫克。於「罗马尼亚」和前苏联的「Moldavia」地区,有35%的取样点的「硝酸盐」含量超过每公升50毫克。

从汽油槽到饮水瓶:石油化学的蔓生性

於美国各地开车,我们将会经过许多的加油站,其数量比学校或教堂还要多。当开车进入加油站时,我们可能不会意识到车子是停在一个对地下水源有最广泛威胁的地下储油槽之上。这些储油槽有许多是兴建於20年或30年前,早就已经超过其预定的使用年限,槽体已经锈蚀且有些汽油持续渗出进入地下。因为这些是在地下,挖出来再重建将是昂贵的,所以通常是让其渗流持续多年。

石油和其相关化学物质,如苯类、甲苯、和汽油添加物,如MTBE,这些都是於美国地下水中最常见的污染物质。这些有许多是可能会致癌的化学物质。於1998年,美国「环保署」发现全美国超过100,000个商业用私人拥有的储油槽已经有渗漏,其中近18,000个是已经污染地下水。於德州,254个郡中有223个郡发现有储油槽渗漏,且已经造成潜藏的灾难,根据美国「环保署」的报告,「这已经影响,或可能影响,几乎是全州每个主要和次要的地下水源。」家庭用的储油槽,加热保温用的,也有同样的问题。虽然家庭用的储油槽并不受如同商业用的管理和检验,但是美国「环保署」指出:「这些毫无疑问的也是在渗漏。」美国以外的地区,全球各地普遍存在的储油槽,更是鲜少检验,但从一些测试报告显示渗漏情况於工业化国家同样是普遍存在。於1993年,石油王国「Shell」公司的报告指出,其在英国的1,100座加油站,其中有三分之一已经有渗漏而污染到土壤和地下水。另一个例子是发生在「哈萨克」(Kazakh)东部的「Senuoakatubsk」城镇,於当地的空军机场之下的地下水源收集到6,460吨的煤油,这些已经严重的威胁到当地的供水。

普遍存在的石油化学物质如同遍布全球的恶果,这些危机已经是静悄悄的在成长中,因为其肇致起因至产生恶果间,有很大的时间落差。一座地下储油槽可能须要历经多年後才会锈蚀,因此它可能在采购者和兴建者转换职位前仍不会渗漏。甚至当它开始渗漏後,可能仍须要许多年才会污染到地下水,而且还要再经过许多年才会被发现其对当地人们健康的影响。到那时候,已经是数十年後了。所以我们目前关心到的储油槽渗漏的问题,可能都是在半个世纪前所兴建的。於当时,储油槽可以为5,300万辆汽车加油,而现存的则已经可为近十倍量的汽车加油。

沉殿转至溶质:自然物质冒出的威胁

於1990年代初期,近印度「西孟加拉」(West Bengal)的村落开始有些人发生皮肤溃疡,且无法复原的症状。「Calcutta’s Jadavpur」大学的研究者「Dipankar Chakraborti」即认识到这些症状应该是慢性「砷」(arsenic)中毒的初期症候。这些症状会慢慢加重至溃烂腐败,转变成皮肤癌,伤害到脏腑,而最後病死。随後几个月,「Chakraborti」开始接到从其它医生和医院寄来的信件,提到有许多的病患都有相类似的症状。至1995年前,这已经很清楚了,整个村落都面临中毒的危机,毒害的来源是来是饮用水井,这提供全村落九成以上的人之饮水。

专家估计目前,饮水的「砷」中毒於「孟加拉」已经威胁到2,000至6,000万人的健康,约是全国的一半人口;另外於「西孟加拉」则另有600至3,000万人受威胁。该地区约有100万座水井可能已经受到重金属污染,含量超过「WHO」饮水标准(每公升0.01毫克)的5倍至100倍。

这些「砷」是如何进入地下水源?於1970年代早期,孟加拉国家的饮用水仍是来自河川和池塘。然而,因为担心水媒传染疾病的风险,WHO和国际援助机构发起凿井开源的计划,让孟加拉国民可以普遍饮用地下水。然而,这些国际机构对恒河地下水层的土壤含有丰富的「砷」,并不了解,而且也没有在开挖前检验土壤沉积物。因为慢性「砷」毒害须要15年的累积才会显现,流行状况往往要等到普遍受害後才出现。

科学家们还在争议到底是什麽化学反应,会让原本附着在土壤中的「砷」分离出来而进入水中。有一个假说是认为开挖水井,空气中的氧进入地下水中,氧化硫化铁沉积物,因而溶出「砷」。印度「科技研究所」(Institute of Technology)的地质学者於1999年十月发表在「Nature」期刊的论文,提出来自肥料的磷盐和有机物的分解,可能扮演重要的角色。这些营养物质促进微生物的增长,因而促使「砷」从沉积物解离出来。

盐份又是另一个自然发生於地下水的污染物,但人类活动往往会促使其更恶化。正常情况,沿岸地下水会流入海洋。但是地下水被过量抽取出来,而造成水流向反过来,海水倒入,进入地下水层。因为海水有很高的盐量,所以只要2%的海水加入淡水,就可以让其不适用於饮用或是灌溉。而且,只要一旦盐化,原本淡水的地下水源就将会长久保有盐份。盐化的地下水源通常是会被废弃,因为处理费用是相当的昂贵。

於「马尼拉」 (Manila),因为超抽地下水,地下水位已经下降50至80公尺,海水则已经倒流进入离岸5公里远,位在城市下的「Guadalupe」地下水层。海水也倒流数公里而入侵至「雅加达」(Jakarta)和「Madras」两座城市,以及美国佛罗里达州的地下水层。海水的入侵对岛屿地区也相当严重,如:「Maldives」和「Cyprus」岛屿,这些住民的饮用水主要仍是地下水。

「氟化物」(Fluoride)是另一个自然污染物,且威胁到数百万亚洲人的健康。於印度西部、支那北部,和泰国与斯里兰卡的部份乾旱地区,地下水岩层自然富有「氟化物」的沉积。「氟化物」是骨骼的重要营养,且有益於维护牙齿健康,但是过量却会瘫痪颈部和背部的脊椎,以及引起牙齿的多种问题。WHO估计於支那北部地区约有7,000万人,以及印度西北部有3,000万人的饮水,「氟化物」含量过高。

一种化学汤

「Ludhiana」是印度的谷仓「Punjab」州的第一大城,拥有超过一百万的居民。它也是重要的工业城,主要有纺织工厂、电子板工业、和金属铸造厂。整个城市的饮用水虽然是完全依靠地下水源,但目前已经受到生活和工业废水的污染而变成不适合饮用。水质检验结果发现有高量的「氰化物」(cyanide)、「镉」(cadmium)、「铅」(lead)和「农药」(pesticides)。印度「中央地下水委员会」(Central Ground Water Board)的资深官员悲叹的说:「Ludhiana市现在只缺少毒药」。

如同「Ludhiana」的市民,全球超过三分之一的人们是在人口密集的城市地区生活和工作,而这些地区只占全球土地面积的2%。随着人力的集中,工厂和各种产业也同样聚集在城市地区。这些地区的地下水位就随着地面上人类活动的量和复杂度的增加而下降。来自养猪场的,或是铜矿开挖的,或是工厂的废水,渗流入城市的地下水中,就如同巫师在调配邪恶的魔汤。

讽刺的是,大部份地区会造成如此污染的原因是来自人们学习到要抛弃废物,由於味道不好或是不雅观,而遗忘了地球是个封闭体系,没有东西可以永久的消失。一般用於处置垃圾和其它废弃物的方法,如掩埋场、污水净化槽、排水沟等,都成为化学污染地下水的来源。於美国,每年约有200万公斤的化学废弃物经过分类分别进入污水净化槽,这已经污染了130万人口的饮用水。於发展中的国家,有许多地区,工厂仍是将其废水倒在地面,等它消失。譬如,於「Santa Cruz」的「Bolivian」城市,其浅层地下水已经吸收混合在其地面上的化学物质,硫化物、硝酸盐、和氯化物。甚至在卫生掩埋场,仍可能污染地下水源。美国「环保署」就发现於缅因州有四分之一的掩埋场已经污染到地下水。

於工业化国家,直接掩埋「有害废弃物」被认为是风险过高,因而通常就用桶罐装後再埋入地下。但是这些桶罐,如同汽油槽,终究会出现裂缝。於加州「矽谷」(Silicon Valley),电子工业将其废弃的溶剂分类注入地下贮存槽,该地区的地下水管理机构发现有85%的贮存槽已经有裂缝渗漏。「矽谷」地区目前已经列入「超级基金」的计划名单之中。美国有六成的有害废水,340亿公升的溶剂、重金属、和辐射物质,是直接注入地下。虽然饮水用的地下水层很深,但是在美国的佛罗里达州、德州、俄亥俄州和俄克拉荷马州的有些废水是已经渗入饮用的部份地下水层。

支那的「上海」和印度的「Jaipur」,於发展中国家,是两个高度发展的城市,其地下水源已经不适饮用,而急於找寻新的替代水源。「Santa Cruz」城市也是在找寻乾净水源。这代表需要开凿更深的水井。於一些替代水源不易获得的情况下,就需要用过滤处理的方法来获取安全的饮水。於重污染区,可能需要数百个不同的过滤装置。目前,美国中西部的自来水公司,每年就花费4亿美元,只是为清除单一种化学物质,「atrazine」,於美国地下水中最常见的农药污染。若是混合多种化学物质,那要提供乾净的饮用水,即就更加昂贵了。

一个体系,多个受伤

地下水污染的案例,看来似乎是各自独立的。於支那的北部地区,有许多井水含有「硝酸盐」的问题,於英国的井水则是含有「苯」。每个案例,似乎都是地区性的问题。但是将这些汇编起来,我们可以看到一个大图形(图1)冒出来。虽然只有极少的监测和检验,令人忧虑的是我们发现伤害已经相当的广泛。而且,因为有时间的落差,以及近数十年来化学物质的耗用和废弃仍是持续高量,可预期的将来应该会有更多的惊吓出现。

一些大震惊是最近数十年来在化学物质使用和废弃的地区的污染案例持续攀升。譬如,於印度,「中央污染控制委员会」(Central Pollution Control Board,简称:「CPCB」)调查22个主要工业区後,发现每个工业区的地下水都已经不适合饮用。当被问到这些结果如何时,「CPCB」的主席「D.K. Biswas」特别说:「这项结果是令人惊吓的,而且我个人相信我们将会有更多令人震惊的发现。」

「美国地质调查」的一位环境化学家「Jack Barbash」就指出,我们可能已经不需要那些昂贵的检验来警告我们相关地下水的状况。他说,假若你想知道靠近支那的「上海」或是印度的「Calcutta」城市的地下水状况,你只要看看在其地面上的情况。譬如,假若你已经在田野喷洒DDT长达20年,那你将可预期可在此地区的地下水发现此化学成份。虽然於目前的「依赖化学」和「废物产出」的经济活动如何肇祸仍是尚未完全的显现,但是「Barbash」和其它科学家已经开始意识到,假若目前的消费和抛弃的情况持续,未来将会有多麽严重的恶果。

改弦易辙

於加州「San Joaquin」谷地的农民於19世纪末,开始抽取当时认为似乎是无止境的地下水资源。至1912年前,地下水位於有些地区已经下降高达400英尺。但是地下水仍是持续的抽用以满足农业生产的需求。结果,地下水位的下降造成有些地区的地面开始下沉,或是地质学者所称的「地层下陷」。於这个谷地,有些地区地层下陷高达29英尺。

当「San Joaquin」农民已经无法抽取够用的地下水,他们开始从北部运用「加州渠道」(California Aqueduct)引水。这些水进入已经压缩过(因为下陷)的地下水层。然而不够空间贮放这些外来水量,地下水位随着不正常的升高,因而溶解出过去不曾泡水的土壤中之盐份。受到盐化的地下水,从地底涌升,开始伤害农作物的根系。面对如此现象,农民就在灌溉农地开辟沟渠排除过量的水进入谷地的河流与贮水区。

但农民并不知道这地区的土壤和岩石中还含有丰富的「硒」(selenium),於高剂量时具有毒性。有些「硒」渗入沟渠,而流入这个地区的湿地。直到1980年代中期,生态学者才注意到在「Kesterson」贮水区有数千只水鸟死亡是因为「硒」中毒。

水文体系是很难处理,「San Joaquin」农民所经历的就如同「警世寓言」。他们每次应急的解决方法都暂时化解立即的困境,但却同时因而陷入更长远且更严重的问题。「美国地质调查」的水文专家「Frank Chapelle」就指出:「人类对於地下水体系调控的了解,总是在实际发生後才发现。」

全世界至今,人类面对地下水源污染的反应情况都类似「San Joaquin」农民,往好的方向改变但却都不够充份。有许多地区,各个政府机构和工业按步的在清理污染,一个化学物质再接另一个,然而这些个别一步又一步的推动,却没有累加的效果。譬如,当我们强化掩埋场的地下防水层,虽然可以避免污水直接渗入地下水,但却造成地表迳流水增加,污水排入附近的农地,再进入地下水层。当我们挖坑道去修补地下油槽的漏洞时,坑道土壤的酸性物质就可能渗流入地下水层。明显的,我们是需要去控制已经出现的问题,以及保护社区和生态体系免受毒害。但是我们已经了解到,地下水的伤害大多是无法回复的,以及地下水污染需要许多年才会呈现出来问题,化学反应通常有「加成效应」,且常有不可预期的反应。看看这些污染对大众健康的伤害,比较其肇致污染的经济活动,这将可得到一个关键性的观点,从过滤这些毒物,转变到起初就不要用它。国际水文学者协会的主席「Andrew Skinner」如此说:「避免才是唯一有效的策略。」

若要如此做,这将不仅是需要个别工厂、加油站、农地、和清理工厂等,更需要整个社会、工业、和农业体系,以及商业的配合。「违反生态法则」的举动,才是真正污染全球水源的原凶。譬如,高能输入的农业生产体系,这不仅是以单一作物压缩「生物多样性」(biodiversity),而且施用大量农用化学物质蹂躏土地和污染地下水。由於城市扩张成为以汽车为主的体系,这不仅会产生干扰气候的温室效应气体和酸雨,而且增加石油化学物质、重金属、和废水处理对土壤和地下水的污染。若想要完全的解决问题,整个体系的重整是必要的基础。

就以农业工业化来说。於欧洲、美国、支那、和印度的许多地区,农业用药(农药和肥料)的渗流是污染地下水的最主要因素。来自这方面的经验,化解这方面问题的方法就是尽力显着的减少农药和肥料的使用量。於大部份地区,目前的农业耕作是过份浪费。譬如,於「哥伦比亚」(Colombia),栽培花卉的农地每公顷就喷洒高达6,000公升的农药。於巴西(Brazil),每公顷的果园就喷洒近10,000公升的农药。「联合国粮食与农业组织」(U.N. Food and Agricultural Organization)就提出新修正的农业技术,这些化学物质(农药)可以只使用目前量的十分之一,仍会是一样有效。使用农药更有效率,对环境即可以有很大的改善,也可以导引农业全面使用极少的合成农药。最近的研究结果显示在使用很少或无合成化学物质情况下,农地仍是可维持高产量。「宾夕凡尼亚」(Pennsylvania) 州的「罗德尔」(Rodale)研究机构,一项长达10年的研究报告,比较传统有机肥和豆肥l的农作生产体系(没有使用任何合成农药或肥料)与目前高密集农业体系。这三个实验农地都是栽植玉米和大豆。研究者发现传统农耕比较可保持土壤的有机物质和氮肥,也就是土壤的肥沃力;而且「硝酸盐」(这是有害的物质)渗流出量比高密集体系减少六成。虽然有机肥(如同合成肥料)也会有「硝酸盐」的产出,但是轮耕栽植多种豆类和杂草有助於土壤的氮肥之固定。经过10年的统计,这三种农作的玉米和大豆产量,彼此相差少於1%。

於工业部门,建立「封闭环络」(closed-loop)的生产和消费体系,这将可以大辐度减少城市和工厂送到掩埋场、处理厂和贮存厂的废弃物量,如此可以保护地下水免受渗漏的污染。於「田纳西」(Tennessee)、「斐济」(Fiji)、「纳米比尔」(Namibia)和「丹麦」(Denmark),关注环境的发明家已经开始建立「工业共营」(industrial symbiosis)工业园区,於这些园区的每家工厂所产生的废物都将成为另一家工厂的原料。於丹麦「Kalundborg」的工业园区,因而每年减少超过130万吨的废弃物进入掩埋场和处理厂,同时也减少释放135,000吨的碳和硫,而减轻大气污染量。家居生活也可以加入这个「共营」(symbiosis)体系。国际「非政府」(non-governmental)组织的「全球为地球的行动计画」(Global Action Plan for the Earth),於美国和欧洲有观念的消费习性已经让约6万个家庭,减少42%的垃圾量,以及25%的耗水量。

决策者(从政者)逐渐了解到对人类安全的最大威胁已经不是外来的军事攻击而是自己国家的环境和社会之广泛衰败。学家忧虑要如何汇集充份的政治力量,以便推动人们生活习性的根本改变,而可即时转变目前恶化趋势。面对目前蜂拥出现相关「气候变迁」和「生物多样性」的报告,从政主导者似乎一方面已经麻痹到无能了解整体状况,而另一方面则易於拖延或否决行动,因为看来似乎无立即危险。虽然我们对地下水层的伤害,有些地区已经是「无法回复」,但是科学家仍是相信大部份是有可能挽救的。然而,我们不能还停留在目前的「治标」策略上,诸如:清除化学渗漏,更新渗漏的汽油槽,铺设更多的塑胶隔水层在掩埋场之下,或是对养猪场和开矿活动开发更多的罚单,这些都是无法根本的解决问题。若想要即时可以节省耗水量,这就如同要稳定全球气候一样,都须要全球经济根本的重新塑造(restructuring),从资源耗损、依赖石油和煤炭燃料、高能量消耗的工业和农业的经济活动,快速转变为基於再生能源的、「精致」城市的、和「脚步轻」l 的人类之经济活动。对此转变,我们已经是过慢出发了,但是我们渴望这些终究可让我们即早行动。

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