En växande hälsokris som drivs av syntetiska kemikalier som kallas per- och polyfluoralkylsubstanser, eller PFAS, i grundvatten har fått stor uppmärksamhet de senaste åren.

De rapporterade nivåerna kan vara "bara toppen av isberget, " eftersom de flesta kemikalierna fortfarande vandrar långsamt ner genom jorden, enligt Bo Guo, University of Arizona biträdande professor i hydrologi och atmosfäriska vetenskaper.

Nästan 3, 000 syntetiska kemikalier tillhör PFAS-klassen. De har använts sedan 1940-talet i livsmedelsförpackningar, vattentåliga tyger, non-stick produkter, pizza lådor, målar, brandsläckningsskum och mer, enligt Naturvårdsverket.

Kemikalierna bryts inte ner i miljön, inte heller i kroppen, och ett växande antal forskningsartiklar har visat att PFAS-kontamination i vattenkällor är utbredd i USA och att exponering är skadlig för hälsan.

"Eftersom PFAS finns i många konsument- och industriprodukter, de kan komma i avloppsvatten. Reningsanläggningar är inte utformade för att behandla dessa föreningar, så dessa kemikalier stannar bara i vattnet för att återanvändas. Det sprutas på fotbollsplaner eller används för att ladda akviferer, till exempel, sa Mark Brusseau, professor i miljövetenskap. "PFAS kan också komma in i biosolids, som appliceras på land som gödningsmedel, så det finns alla dessa källor, vilket innebär att de kunde ha kommit in i miljön vid många olika tidsperioder och upprepade gånger."

För att förstå hur kemikalierna vandrar genom marken mellan markytan och grundvattnet – ett område som kallas vadoszonen – utvecklade forskare från University of Arizona en ny matematisk modell för att simulera de olika komplexa processerna som påverkar transporten och retentionen av dessa kemikalier.

Deras resultat publiceras i tidskriften Vattenresursforskning .

Deras modell visade att majoriteten av PFAS-kemikalierna ackumuleras på platser där luft kommer i kontakt med vattenytan som är instängd i jorden, vilket avsevärt bromsar kemikaliernas nedåtgående marsch till grundvattnet. Forskarna fann att kemikalierna kommer att röra sig ännu långsammare än förväntat genom grovkornig jord än finkornig jord.

"Detta betyder att majoriteten av PFAS fortfarande finns i jorden, och de migrerar långsamt ner på ett sätt som liknar en tickande bomb, sa Guo, studiens huvudförfattare.

Tidigare observationer visade att PFAS-kemikalier rörde sig långsamt genom jorden innan de nådde grundvattnet, men ingen förstod varför. Modellen definierar mekanismerna bakom de extremt långsamma migrationer som ses i fält.

"Detta har stora konsekvenser för att fokusera sanering, Sade Guo. Hittills grundvatten har varit i fokus, men ska vi faktiskt fokusera på marken, vilket är där de flesta PFAS finns och kommer att vara under en lång tid? Eller väntar vi och sanerar grundvattnet i årtionden eller århundraden?"

Modellen kan fungera för alla PFAS-kemikalier, men forskarna simulerade specifikt PFOS, eller perfluoroktansulfonat, som är vanligt förekommande i brandsläckningsskum och är av största vikt.

"Ett av våra mål i framtiden skulle vara att tillämpa modellen på olika platser, " sa, Brusseau, som var medförfattare av studien tillsammans med Guo och Jicai Zeng, en postdoktor i Guos grupp. "Då förhoppningsvis kommer det att vara användbart för beslutsfattare, regulatorer, miljökonsulter för att göra bedömningar."