زمین شناسی و سلامت

زمین‌شناسی پزشکی (Medical Geology) علمی میان‌رشته‌ای است که به بررسی ارتباط میان عوامل زمین‌شناختی و سلامت موجودات زنده، به‌ویژه انسان می‌پردازد. هدف اصلی این علم، شناسایی عوامل زمین‌زاد (Geogenic) بیماری‌ها یعنی بیماری‌هایی است که منشأ آن‌ها عناصر یا ترکیبات موجود در خاک، آب و هواست. برخلاف تصور عمومی، زمین‌شناسی پزشکی یک علم درمانی نیست، بلکه مانند یک کارآگاه به دنبال ریشه‌یابی شیوع بیماری‌های خاص در مناطق جغرافیایی معین است.

یکی از ابزارهای کلیدی در این علم، تهیه و تحلیل نقشه‌های پراکندگی ژئوشیمیایی است. زمین‌شناسان با اندازه‌گیری غلظت عناصر در سنگ و خاک و مقایسه آن با مقادیر میانگین، می‌توانند مناطق با احتمال خطر (بی‌هنجاری‌های مثبت یا منفی) را شناسایی کنند. عناصر در پوسته زمین بر اساس غلظت به سه دسته تقسیم می‌شوند:

نکته مهم این است که فسفر و منگنز با وجود نقش حیاتی و اساسی در بدن، در طبقه‌بندی زمین‌شناسی جزو عناصر فرعی محسوب می‌شوند. همچنین برخی عناصر جزئی مانند روی برای عملکرد دستگاه‌های بدن ضروری (اساسی) هستند، در حالی که برخی دیگر مانند آرسنیک تنها سمی و غیرضروری می‌باشند.

آرسنیک (As) یک عنصر غیرضروری، سمی و سرطان‌زا با منشأ زمین‌زاد است. این عنصر در کانی‌هایی مانند اورپیمان (As_۲S_۳)، رالگار (AsS) و پیریت (FeS_۲) یافت می‌شود. هنگامی که سنگ‌های حاوی این کانی‌ها (مانند برخی سنگ‌های آتشفشانی) دچار هوازدگی شده و اکسید یا حل می‌شوند، آرسنیک وارد منابع آب می‌گردد.

قرار گرفتن در معرض غلظت‌های بالای آرسنیک (بی‌هنجاری مثبت) منجر به عوارض شدیدی می‌شود. لکه‌های پوستی، سخت شدن و شاخی شدن کف دست و پا، دیابت و به‌ویژه سرطان پوست از معضلات رایج مسمومیت با این عنصر است. علاوه بر منابع طبیعی، فعالیت‌های انسانی نظیر سوزاندن زغال‌سنگ (به‌ویژه در محیط‌های بسته برای خشک کردن محصولات کشاورزی مانند آنچه در جنوب چین رخ داده) غلظت آرسنیک را در محیط به شدت افزایش می‌دهد.

روی (Zn) یک عنصر جزئی اساسی است که منشأ زمینی داشته و برای رشد و ایمنی بدن حیاتی است. این عنصر به مقدار زیاد در کانی‌های سولفیدی و سنگ‌های آهکی یافت می‌شود. مسیر اصلی ورود روی به بدن انسان از طریق گیاهان است که آن را از خاک جذب کرده‌اند.

نکته بسیار مهم در ژئوشیمی، همراهی همیشگی کادمیم (Cd) با روی است. کادمیم عنصری سمی و سرطان‌زاست که در طبیعت به تنهایی یافت نمی‌شود و همواره با کانسنگ‌های روی و سرب همراه است. به همین دلیل استفاده از کودهای حاوی روی در مزارع می‌تواند منجر به افزایش کادمیم در گیاهان و زنجیره غذایی شود. بیماری ایتای-ایتای (Itai-itai) که نخستین بار در مزارع برنج ژاپن مشاهده شد، ناشی از مسمومیت با کادمیم است. این عنصر به کلیه‌ها آسیب زده و باعث نرمی و تغییر شکل استخوان‌ها به‌ویژه در زنان مسن می‌شود.

جیوه (Hg) و سرب (Pb) از فلزات سنگی بسیار خطرناک هستند که حتی در مقادیر کم نیز برای سلامتی مضر می‌باشند. جیوه در سنگ‌های آتشفشانی، چشمه‌های آب گرم و به‌ویژه معادن طلا تمرکز دارد. در فرآیندهای معدنی سنتی، از جیوه برای استخراج طلا (فرآیند ملغمه کردن) استفاده می‌شود که منجر به آلودگی شدید محیط‌زیست می‌گردد. مسمومیت با جیوه منجر به بیماری میناماتا (Minamata) می‌شود که با علائمی چون آسیب به دستگاه عصبی، گوارشی و ایمنی و تولد نوزادان ناقص همراه است.

سرب از دیرباز در لوله‌کشی، معماری و کشتی‌سازی کاربرد داشته است. کانی اصلی آن گالن (PbS) است که در سنگ‌های آهکی یافت می‌شود. مسمومیت با سرب که به آن پلومبیسم گفته می‌شود، عوارض فاجعه‌باری چون عقب‌افتادگی ذهنی در کودکان، ناباروری و مرده‌زایی را به دنبال دارد.

سلنیم (Se) یک عنصر جزئی اساسی با خاصیت شگفت‌انگیز ضد‌سرطان است. این عنصر با حضور در ساختار آنزیم‌های خاص، مولکول‌های بسیار واکنش‌گر به نام سوپراکسید (مانند لیتیم سوپراکسید LiO_۲) را از بین می‌برد. سوپراکسیدها با ایجاد بنیان‌های آزاد باعث تخریب DNA و وقوع سرطان می‌شوند. منشأ اصلی سلنیم در خاک است و از طریق جذب توسط گیاهان وارد زنجیره غذایی انسان می‌گردد. این عنصر در کانی‌های سولفیدی و سنگ‌های آتشفشانی نیز فراوان است.

فلوئور (F) عنصر اساسی دیگری است که تعادل آن برای بدن حیاتی است. منشأ اصلی فلوئور آب آشامیدنی است و این عنصر به وفور در کانی‌های رسی و میکای سیاه یافت می‌شود. غلظت مناسب آن از پوسیدگی دندان و پوکی استخوان جلوگیری می‌کند. اما فزونی آن منجر به عوارض بازگشت‌ناپذیری می‌شود:

• فلورسیس دندانی: تخریب مینای دندان و ایجاد لکه‌های تیره (ناشی از غلظت ۲ تا ۸ برابری فلوئور).
• خشکی استخوان: رسوب بیش از حد در بافت‌های استخوانی و غضروفی.

ید (I) یکی از عناصر حیاتی برای عملکرد غده تیروئید است. کمبود ید در رژیم غذایی منجر به بزرگ شدن غیرطبیعی این غده می‌گردد که به آن بیماری گواتر می‌گویند. منبع اصلی ید در طبیعت از دریاها و اقیانوس‌ها نشئت می‌گیرد. به همین دلیل، خاک و آب مناطق ساحلی غنی از ید هستند، اما در مقابل، مناطق کوهستانی دور از دریا با کمبود شدید ید مواجه‌اند.

یکی از نمونه‌های تاریخی مشهور، «کمربند گواتر» در نیمه شمالی ایالات متحده در سده نوزدهم است. در این منطقه پس از عصر یخبندان، حجم زیاد آب ناشی از ذوب یخ‌ها، نمک‌های ید را به اعماق پایین خاک شست وشو داد (فروشست) و گیاهان و دام‌ها دچار کمبود ید شدند که در نهایت منجر به شیوع گسترده گواتر در انسان‌ها و حیوانات گردید.

توفان‌های گرد و غبار و ریزگردها پدیده‌هایی جهانی هستند که اثرات پیچیده‌ای بر اقلیم و سلامت دارند. زمین‌شناسان با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و مطالعه کانی‌های تشکیل‌دهنده غبار، سرچشمه این ریزگردها و مسیر انتقال آن‌ها را تا فواصل دور ردیابی می‌کنند. این ذرات می‌توانند حامل باکتری‌های بیماری‌زا و مواد سمی باشند که منجر به افت شدید کیفیت هوا در مناطق پرجمعیت می‌گردند.

یکی از بیماری‌های تنفسی مرتبط با غبارهای زمین‌زاد، سیلیکوسیس (Silicosis) است که بر اثر استنشاق مداوم ذرات سیلیس ایجاد می‌شود. این بیماری نخستین بار در سده بیستم میان بادیه‌نشینان آفریقا شناسایی شد. اثرات اقلیمی ریزگردها نیز بسیار مهم است:

• اثر سرمایشی: ریزگردها نور خورشید را بازتاب می‌دهند که منجر به کاهش انرژی دریافتی و سرد شدن زمین می‌شود.
• تشکیل باران: این ذرات به عنوان «هسته‌های میعان» یا هسته‌های رشد برای قطرات باران عمل می‌کنند.
• اثر مغذی: انتقال غبار مواد معدنی ضروری را برای رشد جنگل‌های بارانی گرمسیری فراهم می‌کند.

علاوه بر غبار، آتشفشان‌ها نیز گازهای خطرناکی چون رادون و عناصر سمی مانند اورانیوم، سرب و آرسنیک را وارد محیط می‌کنند که در شرایط خاص برای محیط‌زیست تهدیدآمیز هستند.

بسیاری از کانی‌ها به دلیل ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاص خود، کاربرد گسترده‌ای در صنایع پزشکی، داروسازی و آرایشی دارند. کانی‌های گروه رس (Clay)، میکا (Mica) و تالک (Talc) از مهم‌ترینِ این کانی‌ها هستند که همگی در دسته سیلیکات‌ها قرار می‌گیرند. این کانی‌ها بر اساس مقیاس سختی موهس، جزو نرم‌ترین کانی‌ها محسوب می‌شوند که این ویژگی به آن‌ها اجازه می‌دهد به راحتی بر روی پوست پخش شوند.

از نظر دارویی، کانی‌های رسی به دلیل خاصیت جذب‌کنندگی و التیام‌بخشی فوق‌العاده، در ساخت آنتی‌بیوتیک‌ها و قرص‌های مسکن (به‌ویژه برای بهبود زخم معده) استفاده می‌شوند. همچنین کانی‌های میکا و رس به دلیل توانایی بازتاب نور و محافظت در برابر اشعه‌های خورشید، اجزای اصلی تشکیل‌دهنده کرم‌های ضدآفتاب هستند.