Source apportionment and health risk assessment of heavy metals in farmland soils based on the APCS-MLR receptor model and Monte Carlo simulation

हमारे पैरों के नीचे की मिट्टी को केवल धूल के रूप में नहीं, बल्कि एक विशाल, शांत स्पंज के रूप में कल्पना करें जो ऊपर की दुनिया से सब कुछ सोख लेता है। कभी-कभी, यह स्पंज सहायक पोषक तत्वों को सोखता है, लेकिन अन्य समय में, यह अदृश्य, जहरीले "भूतों" को फंसा लेता है जिन्हें भारी धातुएं (heavy metals) कहा जाता है। ये वे डरावने भूत नहीं हैं जो रात में डराते हैं; ये लेड (सीसा), आर्सेनिक और मरकरी (पारा) जैसे रासायनिक तत्व हैं जो सदियों तक बने रह सकते हैं। यदि ये भूत उस भोजन में पहुँच जाते हैं जिसे हम खाते हैं या उस धूल में जिसे हम सांस के साथ अंदर लेते हैं, तो वे हमें बीमार कर सकते हैं। वैज्ञानिक एक पेचीदा रहस्य सुलझाने की कोशिश कर रहे हैं: ये भूत कहाँ से आए? क्या वे बारिश के साथ आसमान से गिरे, पहाड़ों से बहकर आए, या इंसानों ने उन्हें वहाँ छोड़ा? और इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि वे हमारे लिए, विशेष रूप से बच्चों के लिए जो छोटे और अधिक संवेदनशील होते हैं, कितने खतरनाक हैं? इस उत्तर को खोजने के लिए, शोधकर्ता विशेष उपकरणों का उपयोग करते हैं। एक उपकरण जासूसी आवर्धक लेंस (magnifying glass) की तरह है जो मिश्रित सुरागों को अलग करता है ताकि देखा जा सके कि किसने क्या किया (जिसे सोर्स अपोर्शनमेंट कहा जाता है)। दूसरा एक क्रिस्टल बॉल की तरह है जो भविष्य की भविष्यवाणी नहीं करता, बल्कि लाखों "क्या होगा अगर" वाले परिदृश्यों का अनुकरण (simulate) करता है ताकि यह अनुमान लगाया जा सके कि स्वास्थ्य समस्या होने की कितनी संभावना है (जिसे मोंटे कार्लो सिमुलेशन कहा जाता है)। इसे समझने से हमें यह तय करने में मदद मिलती है कि हमें घबराने की जरूरत है, या बस सावधान रहने की।

इस अध्ययन में, वैज्ञानिकों की एक टीम ने एक विशिष्ट दलहन क्षेत्र में जासूसी करने का निर्णय लिया, जो चीन के इनर मंगोलिया में हेताओ प्लेन (Hetao Plain) के नाम से जाना जाता है। उन्होंने 741 टॉपसॉयल (ऊपरी मिट्टी) के नमूने एकत्र किए—यानी, उन्होंने यह देखने के लिए 741 अलग-अलग जगहों से मिट्टी का एक बड़ा स्कूप लिया कि वहां किस तरह के भारी धातु वाले भूत छिपे हुए हैं। वे आठ विशिष्ट संदिग्धों की तलाश कर रहे थे: आर्सेनिक (As), कैडमियम (Cd), क्रोमियम (Cr), कॉपर (Cu), मरकरी (Hg), निकेल (Ni), लेड (Pb), और जिंक (Zn)।

सबसे पहले, उन्होंने "अपराध स्थल" की जांच की कि धातुएं कहाँ छिपी हुई थीं। उन्होंने पाया कि हालांकि इन धातुओं की औसत मात्रा राष्ट्रीय सुरक्षा नियमों को तोड़ने के लिए पर्याप्त नहीं थी, फिर भी मिट्टी हर जगह एक जैसी नहीं थी। यह लुका-छिपी के खेल की तरह था जहाँ कुछ स्थानों पर अन्य स्थानों की तुलना में बहुत अधिक "भूत" मौजूद थे। उन्होंने देखा कि वुलियांगसू झील (Wuliangsu Lake) नामक एक बड़ी झील के पास के क्षेत्रों में आर्सेनिक, लेड और कैडमियम जैसी धातुओं का भार विशेष रूप से अधिक था। ऐसा लगता है कि झील एक बाथटब के नीचे स्थित एक विशाल सिंक की तरह कार्य करती है, जो उन धातुओं को पकड़ लेती है जो पहाड़ों और खेतों से बहकर आते हैं, जिससे वे पास की मिट्टी में जमा हो जाते हैं। उन्होंने शहरों और व्यस्त सड़कों के पास भी कुछ "हॉटस्पॉट्स" पाए, जो यह सुझाव देते हैं कि मानवीय गतिविधियाँ जैसे ड्राइविंग और उद्योग अपने निशान छोड़ रहे हैं।

इसके बाद, वैज्ञानिकों ने अपने जासूसी उपकरण, APCS-MLR मॉडल का उपयोग किया, ताकि यह पता लगाया जा सके कि इस गड़बड़ी के लिए कौन जिम्मेदार था। कल्पना कीजिए कि आपके पास तीन अलग-अलग फलों का एक स्मूदी है, और आप जानना चाहते हैं कि कप में प्रत्येक फल की कितनी मात्रा है। यह मॉडल सामग्री को अलग करने के लिए गणित का उपयोग करता है। उन्होंने तीन मुख्य "दोषी" पाए:

1. प्रकृति और खेती: यह सबसे बड़ा स्रोत था, जो मिश्रण का लगभग 39% हिस्सा था। यह उन प्राकृतिक चट्टानों का संयोजन था जिनसे मिट्टी बनी है और उन उर्वरकों या कवकनाशकों (fungicides) का भी था जिनका किसान लंबे समय से उपयोग कर रहे हैं। यह समूह मुख्य रूप से क्रोमियम, निकेल, जिंक और कॉपर के लिए जिम्मेदार था।
2. उद्योग और यातायात: यह समूह लगभग 34% मिश्रण के लिए जिम्मेदार था, विशेष रूप से आर्सेनिक, कैडमियम और लेड के स्तर को बढ़ाने के लिए। यह कारखानों, कोयला जलाने और लेडेड गैस पर चलने वाली कारों के इतिहास की ओर इशारा करता है।
3. स्थानीय स्थान: एक छोटा समूह, लगभग 17%, मुख्य रूप से मरकरी के लिए था। यह बहुत ही विशिष्ट, स्थानीय स्थानों से आता प्रतीत हुआ, जैसे कि कोई एक अकेला कारखाना या कचरे का ढेर, न कि पूरे क्षेत्र से।

लेकिन यह जानना पर्याप्त नहीं था कि किसने यह किया; टीम को यह जानने की आवश्यकता थी कि क्या यह खतरनाक है। उन्होंने एक विशाल सिमुलेशन चलाया, जैसे कि एक वीडियो गेम जहाँ उन्होंने 10,000 अलग-अलग परिदृश्यों को खेला ताकि देखा जा सके कि क्या हो सकता है। उन्होंने तीन समूहों को देखा: वयस्क पुरुष, वयस्क महिलाएँ और बच्चे।

परिणाम अच्छे समाचार और एक गंभीर चेतावनी का मिश्रण थे। "अच्छी" खबर यह है कि अधिकांश लोगों के लिए, गैर-कैंसर कारणों (जैसे मतली महसूस होना या त्वचा पर चकत्ते होना) से बीमार होने का जोखिम कम था और सुरक्षित सीमाओं के भीतर था। हालांकि, "चेतावनी" कैंसर के जोखिमों के बारे में थी, विशेष रूप से आर्सेनिक से। सिमुलेशन ने दिखाया कि बच्चे सबसे अधिक संवेदनशील समूह थे। वास्तव में, अध्ययन क्षेत्र के लगभग 64.86% बच्चों में कैंसर विकसित होने का जोखिम "सुरक्षित" सीमा से अधिक था। वयस्क सुरक्षित थे, लेकिन वे भी पूरी तरह से खतरे से बाहर नहीं थे; लगभग 47% पुरुषों और 38% महिलाओं में जोखिम बहुत अधिक था।

वैज्ञानिकों ने यह भी पता लगाया कि ये धातुएं लोगों तक कैसे पहुँच रही हैं। उन्होंने पाया कि धूल में सांस लेना या त्वचा के संपर्क में आना बड़ी समस्या नहीं थी। इसके बजाय, यह लगभग पूरी तरह से खाने या गलती से मिट्टी निगलने के बारे में था। बच्चों के लिए, जिनकी आदत हाथों को मुंह में डालने की होती है, इस "मौखिक अंतर्ग्रहण" (oral ingestion) मार्ग के कारण कुल जोखिम का 94% से अधिक हिस्सा जिम्मेदार था। यह वैसा ही है जैसे यदि आप जहर से बचने की कोशिश कर रहे हों, लेकिन आप केवल उस हवा की चिंता कर रहे हों जिसमें आप सांस ले रहे हैं, जबकि वास्तविक खतरा उस भोजन में है जिसे आप खा रहे हैं।

अंत में, उन्होंने यह देखने के लिए कि कौन सा कारक सबसे अधिक महत्वपूर्ण है, सोबोल विश्लेषण (Sobol analysis) नामक एक अत्यंत संवेदनशील उपकरण का उपयोग किया। उन्होंने पाया कि मिट्टी में आर्सेनिक की मात्रा जोखिम का सबसे बड़ा चालक (driver) थी। यदि आर्सेनिक बढ़ता है, तो जोखिम नाटकीय रूप से बढ़ जाता है। उन्होंने यह भी देखा कि बच्चों के लिए, उनके शरीर का वजन एक बड़ी भूमिका निभाता था क्योंकि एक छोटे शरीर पर जहर की उतनी ही मात्रा बड़े शरीर की तुलना में अधिक गहरा प्रभाव डालती है।

तो, निष्कर्ष क्या है? इस कृषि क्षेत्र की मिट्टी कोई आपदा क्षेत्र नहीं है, लेकिन यह पूरी तरह से साफ भी नहीं है। मुख्य खतरा आर्सेनिक से आता है, जो मुख्य रूप से औद्योगिक और यातायात प्रदूषण के कारण है, और यह उन बच्चों के लिए एक वास्तविक खतरा है जो खेलते समय थोड़ा मिट्टी निगल सकते हैं। वैज्ञानिक सुझाव देते हैं कि इसे ठीक करने के लिए, हमें आर्सेनिक के स्रोत पर प्रहार करने की आवश्यकता है और अधिक तत्काल रूप से, बच्चों और माता-पिता को हाथ धोने और मिट्टी न खाने के बारे में सावधान रहने के लिए शिक्षित करने की आवश्यकता है, क्योंकि असली खतरा वहीं है।