રેડિયો-ઍક્ટિવ કાલગણના (radio active dating) : રેડિયો-ઍક્ટિવ ન્યૂક્લાઇડોની મદદ વડે કોઈ પણ પ્રાચીન ખડક કે વનસ્પતિની ઉંમર નક્કી કરવાની પદ્ધતિ. યુરેનિયમ, રેડિયમ જેવાં ભારે તત્વો રેડિયો-ઍક્ટિવ હોય છે, અર્થાત્ આપમેળે તેમાંથી વિકિરણો નીકળે છે. આ પ્રક્રિયામાં એક તત્વનું બીજા તત્વમાં રૂપાંતરણ થાય છે. દરેક રેડિયો-ઍક્ટિવ તત્વને પોતાનો અર્ધજીવનકાળ અથવા અર્ધઆયુષ્ય (half life) હોય છે. અર્ધજીવનકાળ એટલે એટલો સમય-અંતરાલ જે દરમિયાન રેડિયો-ઍક્ટિવ તત્વના કુલ જથ્થામાંથી અર્ધા જથ્થાનું રૂપાંતરણ થઈ નવું તત્વ બને છે. કાલગણના પદ્ધતિને રેડિયો-ઍક્ટિવ તત્વની અર્ધઆયુષ્ય નક્કી કરવાની રીત કરતાં વિરુદ્ધ પ્રકારની ગણી શકાય. એટલે કે જો પ્રાચીન અવશેષ(sample, residue)માં રહેલા રેડિયો-ઍક્ટિવ તત્વના અર્ધઆયુષ્યની જાણ હોય તો રેડિયો-ન્યૂક્લાઇડોનું પ્રમાણ અથવા તેમના જનિત તત્વનું પ્રમાણ માપીને અવશેષની ઉંમર નક્કી કરી શકાય છે.
આ માટે નીચેનું સૂત્ર ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે :
જ્યાં t = અવશેષની ઉંમર
N1 (N2) = શરૂઆત (અંત) વખતે રેડિયો-ન્યૂક્લાઇડોની સંખ્યા
λ = ક્ષય અચળાંક (decay constant)
રેડિયો-ઍક્ટિવિટીની મદદ વડે ઉંમર નક્કી કરવાની રીત ઉપયોગમાં લેતાં મૂળભૂત રીતે ધારવામાં આવે છે કે રેડિયો-ન્યૂક્લાઇડોના જથ્થામાં થયેલો ફેરફાર પદાર્થની કુદરતી ક્ષય-પ્રક્રિયાના કારણે જ થયેલો છે. પુરાતન ખડકોની ઉંમર નક્કી કરવા માટે નીચેના મુદ્દાઓ ધ્યાનમાં લેવાય છે :
1. ખડકના જન્મસમયથી રેડિયો-ઍક્ટિવ તત્વના પ્રમાણમાં થયેલો ફેરફાર માત્ર કુદરતી રેડિયો-ઍક્ટિવ ક્ષય-પ્રક્રિયાને આભારી છે.
2. જનક (parent) તત્વની બધી જ રેડિયો-ઍક્ટિવ નીપજો (products) ખડકમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે.
3. જનકતત્વની રેડિયો-ઍક્ટિવ ક્ષય-પ્રક્રિયા પૂરેપૂરી જાણીતી હોય એ જરૂરી છે.
4. ખડકની ઉત્પત્તિ વખતે જનકતત્વ અને જનિત તત્વોના જથ્થા વચ્ચે પ્રમાણનું પૂરતું અંતર હોય એ જરૂરી છે.
રેડિયો-ઍક્ટિવ ડેટિંગની ઘણી રીતો જાણીતી છે. અવશેષમાં જે પ્રકારનું રેડિયો-ઍક્ટિવ તત્વ હાજર હોય તેને અનુરૂપ રીત અજમાવી પદાર્થની ઉંમર નક્કી કરાય છે.
ડેટિંગની એક રીત કુદરતી યુરેનિયમ અને કુદરતી થોરિયમની ક્ષય પ્રક્રિયા પર આધારિત છે. જો ખડકમાં હીલિયમનું પ્રમાણ જોવા મળે કે જે 238Uના ક્ષયના પરિણામે આવ્યું હોય, તો આ પદ્ધતિ વપરાય છે. U–238નો એક ન્યૂક્લિયસ સ્થાયી Pb–206 (સીસા) સુધી પહોંચે ત્યારે 8 હીલિયમ પરમાણુઓ અસ્તિત્વમાં આવે છે; કારણ કે આ આખી પ્રક્રિયામાં 8 α-કણો નીપજે છે. આથી હીલિયમ અને U–238નું પ્રમાણ ખડકમાં મળવાથી ખડકની ઉંમર જાણી શકાય છે.
જો ખડકમાં U–238 અને Th–232 બંને હાજર હોય તો ખડકની ઉંમર જાણવા માટે Pb–206 અને Pb–208ના જથ્થાનો ગુણોત્તર ગણવામાં આવે છે, જે અનુક્રમે U–238 અને Th–232ના અંતિમ જનિતો છે. આ વખતે જોકે સીસા(Pb)ના આ સમસ્થાનિકો ખડકની ઉત્પત્તિ સમયે વિપુલ પ્રમાણમાં હાજર ન હોય તે જરૂરી છે.
બીજી રેડિયો-ઍક્ટિવ ડેટિંગ પ્રણાલીઓ છે, જેમાં પોટૅશિયમ-આર્ગન કે જેમાં 40Kનો ક્ષય ઇલેક્ટ્રૉન પ્રગ્રહણ (electron capture) વડે થઈ 40Ar નીપજે છે. આ પ્રક્રિયાનું અર્ધઆયુષ્ય 1.27 × 1010 વર્ષ છે. ઉપરાંત રૂબિડિયમ-સ્ટ્રૉન્શિયમ જેમાં ઇલેક્ટ્રૉન પ્રગ્રહણ વડે Rb–87નો ક્ષય થઈ Sr–87 નીપજે છે, આ પ્રક્રિયામાં અર્ધઆયુષ્ય 4.7 × 1010 વર્ષ છે. ડેટિંગની એક મહત્વની રીત ‘રેડિયો-કાર્બન ડેટિંગ’ તરીકે ઓળખાય છે.
રેડિયો–કાર્બન ડેટિંગ : આ પદ્ધતિ વડે રેડિયો-કાર્બન ધરાવતાં પ્રાચીન તત્વોની ઉંમર જાણી શકાય છે. 1940ના દશકમાં અમેરિકન વિજ્ઞાની લીબ્બીએ આ તકનિક વિકસાવી હતી.
રેડિયો-કાર્બન C–14 એ કાર્બનનો સમસ્થાનિક છે, જે સામાન્ય C–12 કાર્બન કરતાં ભારે છે. પૃથ્વીના વાતાવરણમાં બ્રહ્માંડનાં કિરણો(cosmic rays)ની અસરથી ન્યૂટ્રૉનની નાઇટ્રોજન સાથે ન્યૂક્લિયર પ્રક્રિયા થતાં રેડિયો-કાર્બન બને છે :
વનસ્પતિ CO2 ગ્રહણ કરે છે, આથી C–14 પણ વનસ્પતિમાં શોષાય છે. મનુષ્યો અને પશુઓમાં મુખ્યત્વે વનસ્પતિના ખોરાક દ્વારા C–14 પ્રવેશે છે. આમ દરેક જીવંત પદાર્થમાં રેડિયો-કાર્બન અસ્તિત્વ ધરાવે છે. રેડિયો-કાર્બનનું અર્ધઆયુષ્ય 5,700 વર્ષ છે. જીવંત પદાર્થમાં રેડિયો-કાર્બનનો ક્ષય અત્યંત ધીમો થાય છે; પણ પદાર્થ જ્યાં સુધી જીવે છે ત્યાં સુધી રેડિયો-કાર્બનનો જથ્થો વધતો જાય છે, કારણ કે જીવંત પદાર્થ હવા કે ખોરાક દ્વારા રેડિયો-કાર્બન શોષે છે. પદાર્થમાં અસ્તિત્વ ધરાવતો રેડિયો-કાર્બનનો જથ્થો અચળ દરે ઘટે છે. દર 5,700 વર્ષો બાદ પદાર્થમાં રેડિયો-કાર્બનનું પ્રમાણ અડધું જોવા મળે છે. પૃથ્વીના વાતાવરણમાં C–14નો જથ્થો અચળ માની શકાય. બ્રહ્માંડ કિરણો દ્વારા થતો C–14નો વધારો, C–14ના ક્ષય વડે સંતુલિત થાય છે. આમ હજારો વર્ષ પૂર્વે CO2ના જથ્થામાં રહેલું C–14નું પ્રમાણ અચળ છે તેમ ગણી શકાય. આથી હજારો વર્ષ પૂર્વેના ઝાડના અવશેષમાં રહેલ C–14નું પ્રમાણ જાણી ઝાડની ઉંમર નક્કી કરી શકાય.
આ માટે એક પદ્ધતિ પ્રમાણે પદાર્થના ટુકડાને બાળીને CO2 મેળવવામાં આવે છે. તેને શુદ્ધ કરી તેમાં C–14નું પ્રમાણ રેડિયેશન કાઉન્ટર વડે જાણવામાં આવે છે.
બીજી પદ્ધતિમાં કણોના પ્રવેગક(accelerator)નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જેમાં દળના આધારે રેડિયો-કાર્બનને અલગ પાડી તેનું પ્રમાણ જાણવામાં આવે છે.
જો પદાર્થમાં C–14 રેડિયો-ઍક્ટિવિટીનું પ્રમાણ હાલ પૃથ્વી પરના કાર્બન કરતાં અડધું જાણવામાં આવે તો તે પદાર્થ કે વૃક્ષની ઉંમર 5700 ± 30 વર્ષ જેટલી ગણી શકાય. જોકે પ્રાચીન અવશેષમાં પૃથ્વીનું પાણી કે જે કાર્બોનેટ ધરાવતું હોય, અથવા બીજી કોઈ રીતે કાર્બન તત્ત્વો તેમાં પ્રવેશેલાં હોય તો પદાર્થની ઉંમર જાણવામાં ભૂલ આવી શકે છે.
અંતમાં બે બાબતોનો ઉલ્લેખ કરવો જરૂરી છે. રેડિયો-ઍક્ટિવ કાલગણના પદ્ધતિથી પુરાણા ખડકો કે અવશેષોની ઉંમર જાણી શકાય છે. તેની સાથે પૃથ્વીની ઉંમરનો પણ અંદાજ આવી શકે છે; કારણ કે પૃથ્વીની ઉંમર સ્વાભાવિક રીતે જ પૃથ્વી પરના સૌથી પુરાણા અવશેષ કરતાં પણ વધુ હોવી જોઈએ. વળી એ પણ જાણવું જરૂરી છે કે આ કાલગણના પદ્ધતિ ઓછી ઉંમર ધરાવતા અવશેષો માટે વાપરી શકાય નહિ.
ચેતન ગી. લીંબચિયા