मैग्नेटाइट कण (Magnetite Particles): तंत्रिका तंत्र को नुकसान पहुँचाने वाले इस प्रदूषक के असली स्रोत

1.1 मैग्नेटाइट क्या है?

मैग्नेटाइट (Magnetite) एक प्रबल चुंबकीय लौह ऑक्साइड है। इसमें लोहा दो रूपों में होता है, Fe2+ और Fe3+। इसका रासायनिक सूत्र है Fe3O4.

वायु प्रदूषण में मैग्नेटाइट छोटे-छोटे कणों के रूप में मौजूद हो सकता है। एक नैनोमीटर मीटर का एक अरबवाँ भाग होता है। हवा में मौजूद मैग्नेटाइट के कई कण इससे भी छोटे होते हैं: 200 नैनोमीटर.

भारत के वायु प्रदूषण संबंधी नियमों में कणों को आकार के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है। PM10 का मतलब 10 माइक्रोमीटर से छोटे कण हैं। एक माइक्रोमीटर, मीटर का दस लाखवाँ भाग होता है। इसलिए 200 नैनोमीटर का कण 0.2 माइक्रोमीटर का होता है। PM10 की 10 माइक्रोमीटर की ऊपरी सीमा 10,000 नैनोमीटर के बराबर है, और 10,000 को 200 से भाग देने पर 50 मिलता है।

1.2 किन स्रोतों से मैग्नेटाइट कण बनते हैं?

प्रदूषण वाला मैग्नेटाइट तब बनता है जब लोहे से भरपूर पदार्थ बहुत गर्म हो जाता है। यह गर्मी जलने या घर्षण से पैदा होती है। परीक्षाओं में तीन स्रोतों का उल्लेख मिलता है।

• वाहनों के ब्रेक। ब्रेक पैड के घर्षण से पैदा होने वाली गर्मी उच्च तापमान पर मैग्नेटाइट नैनोकण बना सकती है।
• वाहनों के इंजन। उच्च तापमान पर ईंधन जलने से मैग्नेटाइट नैनोकण बनते हैं। ये वाहनों के एग्जॉस्ट से निकलने वाले उत्सर्जन में भी होते हैं।
• बिजलीघर। कोयला जलाने वाले बिजलीघर हवा में बड़ी मात्रा में चुंबकीय नैनोकण छोड़ने वाले स्रोतों में शामिल हैं।

पिसे हुए ईंधन से चलने वाले बॉयलर की कोयले की उड़न राख पर किए गए एक प्रयोगशाला अध्ययन में, उसके एक्स-रे पैटर्न में मैग्नेटाइट और मैग्हेमाइट प्रमुख खनिज रूपों के तौर पर पाए गए।

1.3 कौन-से दो विकल्प गलत हैं?

UPSC के 2021 के प्रश्न में पाँच वस्तुएँ दी गई थीं। आधिकारिक उत्तर-कुंजी में चुने गए हैं ब्रेक, इंजन और बिजली संयंत्र। इसमें माइक्रोवेव चूल्हे और टेलीफोन लाइनें शामिल नहीं हैं।

उत्तर-कुंजी में केवल विकल्प का अक्षर दिया गया है, कारण नहीं। अध्ययन प्रदूषण से बने मैग्नेटाइट को दहन और घर्षण से पैदा होने वाली गर्मी से जोड़ते हैं। इसे याद रखने का सूत्र बनाएँ।

2.1 2016 के अध्ययन में क्या किया गया?

लैंकेस्टर विश्वविद्यालय (Lancaster University) की बारबरा माहेर (Barbara Maher) ने टीम का नेतृत्व किया। उनका शोधपत्र प्रकाशित हुआ था PNAS में 2016 में। उन्होंने मस्तिष्क के अगले हिस्से की बाहरी परत (फ्रंटल कॉर्टेक्स) का अध्ययन किया। इसके लिए लिए गए थे मानव मस्तिष्क के 37 नमूने.

• मेक्सिको सिटी (Mexico City): 29 मामले, उम्र 3 से 85 वर्ष।
• मैनचेस्टर, यूके (Manchester, UK): 8 मामले, उम्र 62 से 92 वर्ष।

उन्होंने चुंबकीय परीक्षणों और इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शियों का उपयोग किया। उद्देश्य यह जानना था कि ऊतक में किस तरह के चुंबकीय कण मौजूद थे।

2.2 उन्हें क्या मिला?

उन्हें मिले बड़ी मात्रा में मैग्नेटाइट के नैनोकण। कई कणों में ऊँचे तापमान पर बनने के लक्षण थे। लेखकों के अनुसार, इससे संकेत मिलता है कि उनका स्रोत शरीर के बाहर था, भीतर नहीं।

ये कण अक्सर अन्य संक्रमण धातुओं के नैनोकणों के साथ मिले। इनका आकार गोल था और सतहें पिघलकर जुड़ी हुई थीं। यह लोहे वाले स्रोत में गर्म होने के बाद ठंडे होते क्रिस्टलों के बनने से मेल खाता है।

2.3 इतने छोटे कण मस्तिष्क में कैसे पहुँचते हैं?

शोधपत्र के अनुसार, लगभग 200 नैनोमीटर से छोटे मैग्नेटाइट कण सीधे मस्तिष्क में प्रवेश कर सकते हैं, जिसके लिए वे रास्ता लेते हैं घ्राण बल्ब (olfactory bulb)का। यह मस्तिष्क का वह हिस्सा है जिसे गंध की तंत्रिका से संकेत मिलते हैं।

2025 की एक समीक्षा इसमें एक सामान्य बात जोड़ती है। साँस के साथ नाक में पहुँचे नैनोकण घ्राण तंत्रिका और त्रिशाखी तंत्रिका के रास्ते आगे जा सकते हैं। इस रास्ते से वे रक्त-मस्तिष्क अवरोध को पूरी तरह पार किए बिना मस्तिष्क तक पहुँच जाते हैं। समीक्षा के अनुसार, कृंतकों पर हुए अध्ययनों में ऐसा देखा गया है।

3.1 शरीर के अपने मैग्नेटाइट का आकार कैसा होता है?

मस्तिष्क में मैग्नेटाइट मिलने की पहली सूचना 2016 के अध्ययन से 20 वर्ष से भी पहले दी गई थी। इसके क्रिस्टल कोणीय होते हैं और इनके फलक स्पष्ट होते हैं। इन्हें कहते हैं सु-विकसित क्रिस्टल (euhedral), जैसे घन-अष्टफलकीय या प्रिज्म जैसे रूप।

माना जाता है कि ये क्रिस्टल जैविक प्रक्रियाओं से बनते हैं। शोधपत्र के अनुसार, ऐसा संभवतः उस प्रोटीन के केंद्रीय भाग में होता है जिसे कहते हैं फेरिटिन (ferritin), जो लोहे का भंडारण करता है। ये केंद्रीय भाग लगभग 8 नैनोमीटर चौड़े होते हैं।

3.2 प्रदूषण से बने मैग्नेटाइट का आकार कैसा होता है?

प्रदूषण से बना मैग्नेटाइट अलग दिखता है। 2016 के नमूनों में इसका आकार था गोल, यहाँ तक कि पूरी तरह गोलाकार। इसकी सतहें पिघलकर जुड़ी हुई दिखती थीं।

लेखक इन आकारों को गर्म किए गए लोहे वाले पदार्थ के ठंडा होने पर क्रिस्टल बनने की प्रक्रिया से जोड़ते हैं। उनके कणों का आकार 10 से 150 नैनोमीटर के बीच था। सबसे लंबे व्यास की माध्यिका 18 नैनोमीटर थी।

कोणीय क्रिस्टल भी दिखे, लेकिन उनकी संख्या तुलनात्मक रूप से बहुत कम थी। शोधपत्र के अनुसार, वे शरीर के भीतर ही बने थे।

3.3 इसके साथ और कौन-सी धातुएँ पाई जाती हैं?

उन्हीं नमूनों में अन्य संक्रमण धातुओं के नैनोकण भी थे। शोधपत्र में इनके नाम दिए गए हैं: प्लैटिनम, निकेल और कोबाल्ट, और संभवतः ताँबा।

लेखकों ने प्लैटिनम के उत्सर्जन को वाहनों में उत्प्रेरक परिवर्तकों (catalytic converters) के बढ़ते उपयोग से जोड़ा है। उत्प्रेरक परिवर्तक वाहन की निकास प्रणाली में लगा प्रदूषण नियंत्रित करने वाला उपकरण है।

4.1 क्या बात पहले से स्पष्ट है?

2016 का निष्कर्ष कायम है। मानव मस्तिष्क के ऊतकों में प्रदूषण से आने वाले प्रकार के गोल मैग्नेटाइट कण मौजूद थे।

2021 के एक अध्ययन में मैनचेस्टर ब्रेन बैंक (Manchester Brain Bank) के ऊतकों का उपयोग किया गया। सभी बुज़ुर्ग व्यक्तियों के मस्तिष्क में ऐसी धातुएँ थीं जो शरीर की सामान्य प्रक्रियाओं का हिस्सा नहीं होतीं, जैसे सीसा और सीरियम। लेखकों के अनुसार, इससे संकेत मिलता है कि पर्यावरण के कण हर व्यक्ति के मस्तिष्क में प्रवेश करते हैं।

4.2 किन बातों का जवाब अभी बाकी है?

2016 के लेखकों ने केवल इतना कहा था कि इन कणों के संपर्क को खतरे के रूप में “जाँचने की ज़रूरत हो सकती है”। उन्होंने बताया कि पहले के शोध में मस्तिष्क के मैग्नेटाइट और अल्ज़ाइमर रोग के बीच संबंध मिलने की बात कही गई थी।

2021 के अध्ययन ने इसी संबंध की जाँच की। इसमें मापे गए 147 नमूने , जो 80 से 98 वर्ष की आयु के लोगों के मस्तिष्क के ऊतकों से लिए गए थे।

मैग्नेटाइट और मैग्हेमाइट की मात्रा अलग-अलग लोगों और मस्तिष्क के अलग-अलग हिस्सों में भिन्न थी। लेखकों को कोई सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण अंतर नहीं मिला , जब अल्ज़ाइमर वाले और बिना अल्ज़ाइमर वाले मामलों की तुलना की गई।

4.3 मस्तिष्क के कैंसर के बारे में क्या पता है?

साइंटिफिक रिपोर्ट्स (Scientific Reports) में प्रकाशित 2024 के एक अध्ययन में निगरानी की गई 1.29 मिलियन लोगों की, जो मॉन्ट्रियल (Montreal) और टोरंटो (Toronto) में रहते थे। इसमें कैनेडियन सेंसस हेल्थ एंड एनवायरनमेंट कोहोर्ट (Canadian Census Health and Environment Cohort) का उपयोग किया गया। लगभग 1,300 लोगों में ग्लायोमा नाम का घातक मस्तिष्क ट्यूमर था।

टीम ने बाहरी हवा के PM2.5 नमूनों में चुंबकीय संकेत मापा और उसे मैग्नेटाइट नैनोकणों के संकेतक के रूप में इस्तेमाल किया। इसका मस्तिष्क ट्यूमर के नए मामले होने से संबंध नहीं मिला (हैज़र्ड अनुपात 0.998)। लेखकों का कहना है कि और शोध की ज़रूरत है।

5.1 2021 के प्रश्न में क्या पूछा गया था?

सिविल सेवा प्रारंभिक परीक्षा 2021 में मैग्नेटाइट के बारे में पूछा गया था प्रश्न 25 में, जो सामान्य अध्ययन प्रश्नपत्र I का हिस्सा था। प्रश्न के मुख्य कथन में इन कणों के बारे में कहा गया था कि “इनसे तंत्रिका-क्षय संबंधी समस्याएँ होने का संदेह है”। इसमें पाँच संभावित स्रोत दिए गए थे।

• UPSC CSP 2021, Q25 UPSC CSP 2021 GS Paper I, Q25। आधिकारिक प्रश्नपत्र: प्रश्नपत्र, सीरीज़ A। आधिकारिक उत्तर-कुंजी: विकल्प (b), केवल 1, 2 और 4.

चार विकल्प थे:

• (a) केवल 1, 2, 3 और 5
• (b) केवल 1, 2 और 4
• (c) केवल 3, 4 और 5
• (d) 1, 2, 3, 4 और 5

5.2 ऐसे प्रश्न पर कैसे विचार करना चाहिए?

• देखें कि क्या उस वस्तु में जलना या घर्षण तेज गर्मी में होता है।
• ब्रेक, इंजन और बिजली संयंत्र—तीनों में ऐसा होता है। उत्तर कुंजी इन्हीं को चुनती है।
• अपना तर्क लगाकर उत्तर कुंजी के उत्तर का दायरा न बढ़ाएँ। इन तीन स्रोतों को आधिकारिक उत्तर के रूप में याद रखें।

और क्या पूछा जा सकता है? मैग्नेटाइट क्या है, कण मस्तिष्क तक कैसे पहुँचते हैं और Euro 7 किन उत्सर्जनों की सीमा तय करता है—इन पर प्रश्न आ सकते हैं।

6.1 Euro 7 क्या नियंत्रित करता है?

Euro 7 यूरोपीय संघ का वाहन उत्सर्जन नियम है। यह 24 अप्रैल 2024 का विनियम (EU) 2024/1257 है। इसमें निकास पाइप से होने वाला उत्सर्जन, बैटरी का टिकाऊपन और निकास पाइप के अलावा अन्य स्रोतों से होने वाला उत्सर्जन शामिल है।

यह नियम वाहन के ब्रेक तंत्र से निकलने वाले कणों को “ब्रेक कण उत्सर्जन” कहता है। यूरोपीय आयोग के अनुसार, Euro 7 दुनिया में पहली बार टायरों और ब्रेक से होने वाले उत्सर्जन को नियंत्रित करेगा।

6.2 ब्रेक से निकलने वाले कणों की सीमाएँ क्या हैं?

ये सीमाएँ PM10 के लिए मिलीग्राम प्रति किलोमीटर में दी गई हैं। ये M1 और N1 श्रेणियों की कारों और हल्की वैन पर लागू होती हैं। N1 श्रेणी की Class III वैन इसमें शामिल नहीं हैं (तालिका 4 की पादटिप्पणी)।

इसलिए पूरी तरह इलेक्ट्रिक कार पर भी ब्रेक से निकलने वाले कणों की सीमा लागू होती है। अनुच्छेद 18(5) की समीक्षा के अधीन, 2035 से हर प्रकार की कार पर 3 mg/km की अधिक सख्त सीमा लागू होगी। 2030 से 2034 की सीमाएँ अनुच्छेद 18(5) के तहत समीक्षा के बाद तय की जाएँगी।

6.3 Euro 7 कितने छोटे कणों की गिनती करता है?

2011 से, हल्के वाहनों के लिए यूरोपीय संघ के नियम निकास से निकलने वाले 23 नैनोमीटरसे बड़े कणों को नियंत्रित करते आए हैं। Euro 7 में कणों की सीमा 10 नैनोमीटर.

तक के छोटे कणों पर लागू होती है। Euro 7 निकास पाइप या ब्रेक से निकलने वाले कणों की इस गिनती को “PN10” कहता है। इसमें ठोस कणों की संख्या गिनी जाती है, केवल उनका वजन नहीं मापा जाता।

6.4 Euro 7 कब लागू होता है?

• 29 नवंबर 2026से अधिकारियों को नियमों का पालन न करने वाली कारों और हल्की वैन के नए प्रकारों को मंजूरी देने से इनकार करना होगा।
• 29 नवंबर 2027से नियमों का पालन न करने वाले नए वाहनों का पंजीकरण या बिक्री नहीं हो सकेगी।

7.1 भारत's के वायु मानक किन प्रदूषकों को कवर करते हैं?

केंद्रीय प्रदूषण नियंत्रण बोर्ड ने 18 नवंबर 2009 को राष्ट्रीय परिवेशी वायु गुणवत्ता मानक अधिसूचित किए। तालिका में 12 प्रदूषकदिए गए हैं। इसमें कणों के द्रव्यमान की सांद्रता के आधार पर सीमाएँ तय की गई हैं, जिन्हें माइक्रोग्राम प्रति घन मीटर में व्यक्त किया गया है।

• PM10: 60 वार्षिक, 24 घंटे में 100।
• PM2.5: 40 वार्षिक, 24 घंटे में 60।
• ये सीमाएँ औद्योगिक, आवासीय, ग्रामीण और अन्य क्षेत्रों के लिए हैं।

तालिका में मैग्नेटाइट या नैनोकणों की संख्या के लिए कोई प्रविष्टि नहीं है। अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण एजेंसी (US Environmental Protection Agency) भी PM2.5 और PM10 की सीमाएँ माइक्रोग्राम प्रति घन मीटर में सांद्रता के रूप में बताती है।

7.2 मैग्नेटाइट को नियंत्रित करना मुश्किल क्यों है?

• इसके स्तर में बहुत अंतर होता है। रिप्ले और उनके सहयोगियों के अनुसार, शहरों के भीतर बाहर की हवा में मैग्नेटाइट नैनोकणों के स्तर में PM2.5 के द्रव्यमान की तुलना में कहीं अधिक अंतर होता है।
• इसके कई अलग-अलग स्रोत हैं। इनमें वाहनों के एग्जॉस्ट पाइप, ब्रेक का घिसना, उद्योग, कोयले से चलने वाले बिजलीघर और घर के अंदर खुले में आग जलाने जैसे स्रोतों से होने वाला उत्सर्जन शामिल हैं।
• स्वास्थ्य से इसका संबंध अभी स्पष्ट नहीं है, जैसा कि कार्ड 4 में दिखाया गया था।

यूरो 7 (Euro 7) अब ब्रेक से निकलने वाले कणों की सीमा तय करता है और 10 नैनोमीटर तक छोटे कणों को भी गिनता है।

7.3 छोटे सवाल-जवाब