તાપદીપ્તિ સમયાંકન : પદાર્થને ગરમ કરવાથી ઉત્સર્જિત થતા વિકિરણને આધારે સમય નક્કી કરવાની પદ્ધતિ. સ્ફટિકમાં અણુ અથવા પરમાણુની ગોઠવણી સંપૂર્ણપણે નિયમિત હોય છે (જુઓ આકૃતિ 1). આવી નિયમિત ગોઠવણીમાં ક્યાંયે અસાતત્ય અથવા અનિયમિતતા હોય તો તેમાં ક્ષતિ (defect) છે એમ કહેવાય. ક્ષતિ બિંદુ પ્રકારની અથવા રેખીય પ્રકારની હોય છે (જુઓ આકૃતિ 2, 3 અને 4).
આકૃતિ 1 આકૃતિ 2 આકૃતિ 3 આકૃતિ 4
કોઈ પણ પરમાણુને બહારથી ઊર્જા મળે છે ત્યારે તે ઉત્તેજિત બને છે. આવા ઉત્તેજિત પરમાણુમાં ઇલેક્ટ્રૉન ધરાવસ્થા(ground state)માં પાછો આવે ત્યારે વિકિરણ ઊર્જાનું ઉત્સર્જન થાય છે. આ વિકિરણને દીપ્તિ (luminescence) કહે છે. કેટલાક પદાર્થો ઉપર આયનીકરણ કરી શકે તેવું વિકિરણ આપાત કરવામાં આવે તો તેમાંથી ઇલેક્ટ્રૉન મુક્ત થાય છે, જે સ્ફટિકની અંદર રહેલી ક્ષતિ વડે પકડાઈ જાય છે. પદાર્થને ગરમ કરવાથી ક્ષતિ વડે પકડાયેલ ઇલેક્ટ્રૉન મુક્ત થાય છે. અને તેની સાથે વિકિરણ ઊર્જાનું ઉત્સર્જન થાય છે. આ રીતે પદાર્થને ગરમ કરવાથી મુક્ત થતા ર્દશ્ય વિકિરણને તાપદીપ્તિ (thermoluminescence) કહે છે.
આણ્વિક પદાર્થોમાં ચાલતા કિરણોત્સાર(radioactivity)ની અસર અણુની રચનામાં થતી હોય છે. તે પૈકી એક અસરને લીધે કિરણોત્સારથી ફેંકાતાં કિરણોના ઇલેક્ટ્રૉનનું બળ ઘટે ત્યારે તે બીજા પદાર્થોની રચનાની જાળ(lattice)માંથી નીકળી શકતા નથી. આવી રીતે બંધનમાં ફસાયેલાં ઇલેક્ટ્રૉન તે પદાર્થ ગરમ થાય ત્યારે તેમાંથી છૂટા પડી જાય છે. આ પ્રક્રિયા સતત ચાલતી હોય છે, તેથી ઘણા પદાર્થો દિવસે ગરમ થાય ત્યારે તેની અંદર બંધાયેલા ઇલેક્ટ્રૉન છૂટા પડી જતા હોય છે અને તેની અસર વરતાતી નથી.
પરંતુ પકવેલી માટીની ઈંટો, રમકડાં, વાસણો જેવા પદાર્થોને વધારે તપાવવાથી તેની જાળમાં બંધાયેલા ઇલેક્ટ્રૉન છૂટા પડે છે. એક વખત માટીના પદાર્થો ગરમ થયા બાદ તે ઠંડા પડ્યા હોય એટલે તેની અંદરના અણુની જાળમાં ઇલેક્ટ્રૉન ફસાઈને રોકાઈ જવાની પ્રક્રિયા શરૂ થાય છે. આ પ્રક્રિયા ઘણો વખત ચાલુ રહે ત્યારે તેમાં વધુ ઇલેક્ટ્રૉન ભેગા થયેલા હોય છે, તેથી પકવેલી માટીની વસ્તુ નવી હોય ત્યારે તેમાં ઓછા ઇલેક્ટ્રૉન હોય છે અને તે જૂની થાય તેમ તે ઇલેક્ટ્રૉનની સંખ્યા વધારે હોય છે. જ્યારે આવા પદાર્થોને ગરમ કરવામાં આવે ત્યારે તેમાં ફસાયેલાં ઇલેક્ટ્રૉન બહાર નીકળે છે. તેથી તેને ગરમ કર્યા પછી ઓછી સંખ્યામાં ઇલેક્ટ્રૉન જલદી નીકળી જાય છે. અને વધારે ઇલેક્ટ્રૉનને નીકળતાં વધુ સમય લાગે છે. આથી બહાર નીકળતા ઇલેક્ટ્રૉનની પ્રભારેખા(spectral line)માં ફેર પડે છે. આ ફેરફારનું કારણ તેની જાળમાં ફસાયેલા ઇલેક્ટ્રૉનની સંખ્યા છે. તેની નૈસર્ગિક પ્રક્રિયામાં ગયેલો સમય દર્શાવવાની ક્ષમતા રાખે છે. તેથી તે પદાર્થ ક્યારે ગરમ થયો હશે તેની ખબર પડે છે. તેથી જે કાલમાન નક્કી થાય છે તે તાપદીપ્તિ કે ઘર્મપ્રભા સમયાંકન કહેવાય છે. ઘર્મપ્રભા માપવા માટેના પહેલા પ્રયોગો ભૂસ્તરના પદાર્થો પર થયા અને ત્યાર બાદ આ સમયાંકનની પદ્ધતિ પુરાવસ્તુવિદ્યામાં થવાની શક્યતા 1953થી વિચારાઈ પણ તેનો અમલ 1970થી ક્રમશ: શરૂ થયો. ઇંગ્લૅન્ડમાં ઑક્સફર્ડની પ્રયોગશાળામાં, ભારતમાં અમદાવાદની ફિઝિક્લ રિસર્ચ લૅબોરેટરીમાં તથા બીજા દેશોમાં આ પ્રયોગો થાય છે.
આ પ્રયોગો પ્રમાણમાં મુશ્કેલ છે અને તેનાં પરિણામોમાં 14C જેટલી વિશ્વસનીયતા હજુ પ્રાપ્ત થઈ નથી; પરંતુ આ પ્રક્રિયા ઘણા વધારે પદાર્થોમાં થતી હોવાથી તેનો ઉપયોગ વધવાની શક્યતા છે.
ઘર્મપ્રભાથી કાલમાન નક્કી કરવા માટેની ત્રિરાશિમાં, ઘર્મપ્રભાનો કાળ અને જે તે પદાર્થમાં થતી પ્રક્રિયાના કાળનો યોગ કરવામાં આવે છે. તે માટે પ્રક્રિયાના કાળનો નિર્ણય કરવામાં ઘણી સાવધાની રાખવી પડે છે, કારણ કે જે વસ્તુનો કાળનિર્ણય કરવાનો હોય તેના પરની ઘર્મપ્રભાની પ્રક્રિયા સ્થાનિક હોય છે. તેથી તેની અંદરનાં દ્રવ્યો તેમજ તેની આજુબાજુનાં દ્રવ્યોની ઘણી અસરો થતી હોય છે, તે તમામની ગણતરી કરવી પડે છે. તેમાં જો કંઈ ભૂલ થઈ હોય તો તેથી ખોટાં અનુમાનો થાય છે. આવાં અનેક કારણોસર કાલમાન નક્કી કરવા માટેના નમૂનાઓ વ્યવસ્થિત રીતે ભેગા કરવા પડે છે. તેની સાથે તેની આજુબાજુના પદાર્થો પણ ભેગા કરવાની આવશ્યકતા ઊભી થાય છે.
ઘર્મપ્રભામાં વપરાતાં કિરણોના પ્રકારોમાં પણ ભેદ હોય છે; તેથી ઘર્મપ્રભાની ભાતમાં ફેરફાર થતા હોય છે. વળી શરૂઆતમાં ઘર્મપ્રભાનો વેગ વધુ હોય છે, તથા જે પદાર્થની અંદરની જાળ પૂરી ભરાઈ ગઈ હોય તે પણ કાલમાનમાં વિઘ્નરૂપ હોય છે. આવાં ઘણાં કારણોર્થી ઘર્મપ્રભાકાલમાન બરાબર થતું નથી, તે બાબતો પર ધ્યાન ન આપ્યું હોય તો જૂના પદાર્થો પ્રમાણમાં નવા, અને નવા પદાર્થો પ્રમાણમાં જૂના ગણવાની ભૂલો થતી હોય છે.
આવા અંતરાયો પર કાબૂ મેળવીને આ કાલમાન પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરવાથી આશરે દશેક લાખ વર્ષ સુધીના પદાર્થોનું સમયાંકન શક્ય બને છે:
આ પદ્ધતિમાં ક્વાર્ટ્ઝ, ઝિર્કોન, ફેલ્ડસ્પાર જેવાં કુદરતી તત્ત્વોનો આશ્રય લેવામાં આવે છે. તે નૈસર્ગિક પરિસ્થિતિમાં ઘણા પ્રમાણમાં રહેલાં હોવાથી માટીનાં વાસણોની માફક પથ્થરનાં ઓજારો, ઊડતી ધૂળથી થતા ટીંબાઓ, વગેરેનું સમયાંકન કરવામાં આવે છે. તેને માટેનાં યંત્રો અને પદ્ધતિ વિકસાવવામાં આવ્યાં છે અને તેમાં સુધારો થતો જાય છે.
આ સુધારાને પરિણામે ઇલેક્ટ્રૉનની ધરી પરની પ્રચક્રણગતિ (spin resonance) તથા સૂર્યના પ્રકાશથી (પદાર્થમાં થતા ફેરફારો આદિથી પણ) (optical dating) સમયાંકન કરવાની પદ્ધતિઓ વિકસાવવામાં આવી છે. તેથી પદાર્થનો નાશ કર્યા સિવાય પણ આશરે દશેક લાખ વર્ષ સુધીના ભૂસ્તરના અને પુરાવસ્તુના નમૂનાનું સમયાંકન શક્ય બન્યું છે. તેથી પદાર્થ સચવાય છે અને તેનો કાલનિર્ણય થાય છે.
ભારતમાં ઘર્મપ્રભાકાલમાનનો ઉપયોગ ઘણી જગ્યાએ થયો છે. તે પૈકી કેટલીક વિગતો અત્રે રજૂ કરી છે. નર્મદા નદી પરના દહેગામના કાંકરા પરથી કાર્બન 14નો સમય 22452 550 વર્ષનો ગણાયો હતો તેની ઘર્મપ્રભા (thermo luminescence) 22890 1830 વર્ષની ગણવામાં આવી છે. તે પરથી આ બંને ગણતરીનાં કાલમાનમાં કંઈક સમાનતા હોવાથી તેનું મહત્વ સમજી શકાય.
તે જ પ્રમાણે હુલાસની કાર્બન 14 અને ઘર્મપ્રભા-કાલગણનામાં પણ સામ્ય છે. તેની સરખામણીમાં કુમારન્હલ્લીના મહાશ્મ નમૂનાઓ ઘર્મપ્રભા વધુ પ્રાચીન દર્શાવે છે. તેવી પરિસ્થિતિ અલ્લાહાબાદ પાસેના મહાગારની છે. ત્યાં કાર્બન 14ની 1400 150 વર્ષની કાલગણના સામે ઘર્મપ્રભા 4234 અને 3604 વર્ષ જેવી કાલગણના દર્શાવે છે, તે નોંધવાની જરૂર છે.
તેવી રીતે બીજી પદ્ધતિથી વિચારેલાં સમયાંકન કરતાં આધુનિક સમયાંકન મણિપુરના વાંગુના થરોમાં દેખાય છે, તેથી સ્થાનિક નમૂના એકત્ર કરતાં ગરબડ થઈ હોય એવું સૂચન થાય છે.
આમ કાલમાનની આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ આજે ઘણી સાવધાનીપૂર્વક કરવાની આવશ્યકતા છે. તેની પદ્ધતિમાં વખત જતાં વધુ વ્યવસ્થા થવાનો સંભવ છે; પરંતુ કુદરતની નૈસર્ગિક પરિસ્થિતિના અનેક ભેદ-પ્રભેદોને લીધે તેનાં પરિણામોમાં અન્ય પદ્ધતિથી ફેર પડે ત્યારે કાલનિર્ણયમાં ઘણી સાવધાનીપૂર્વક કામ લેવું પડે છે.
ર. ના. મહેતા