કાર્બન-14 કાળગણના : પૃથ્વીના વયનિર્ધારણ માટેની પદ્ધતિ. તેમાં ભૂસ્તરીય, ભૌતિકશાસ્ત્રીય, ખગોલીય તેમજ કિરણોત્સારી જેવી જુદી જુદી પદ્ધતિઓ ઉપયોગમાં લેવામાં આવેલી છે, પરંતુ ટૂંકી ભૂસ્તરીય કાળગણના માટે કાર્બન-14 (14C) પદ્ધતિ ઉપયોગમાં લેવાય છે. આ પદ્ધતિ પુરાતત્વીય તેમજ ઐતિહાસિક ર્દષ્ટિએ મહત્વના ગણાતા નમૂનાના વય-નિર્ધારણ માટે અખત્યાર કરવામાં આવે છે. કાર્બન-14 એ કિરણોત્સારી પદ્ધતિ છે.
કાર્બનતત્વ 13Cના અલ્પપ્રમાણ ધરાવતા 12Cથી બનેલું છે, પરંતુ આ બેમાંથી એકે કિરણોત્સારી ગુણ ધરાવતું નથી. કાર્બનનો એક સમસ્થાનિક (isotope) 14C છે, જે કિરણોત્સારી છે. કૉસ્મિક કિરણો દ્વારા ઉદભવતી પ્રક્રિયાને કારણે C-14 વાતાવરણમાં સતત રીતે ઉત્પન્ન થયા કરે છે. વાતાવરણના બંધારણમાં રહેલા નાઇટ્રોજન N2 અને ઑક્સિજન O2નાં નાભિકેન્દ્ર પર અથડામણની અસર થવાથી નાભિકેન્દ્રના ખંડનની ક્રિયા બને છે. આ પ્રક્રિયાની આડપેદાશ રૂપે ખૂબ જ ગતિવાળા ન્યૂટ્રૉન બને છે. આ રીતે ઉદ્ભવતા ન્યૂટ્રૉન પૈકીના કેટલાક, નાઇટ્રોજનના પરમાણુઓ સાથે અથડાય છે અને નાઇટ્રોજનનું 14Cમાં રૂપાંતર કરે છે. રૂપાંતરિત 14Cનું નાભિકેન્દ્ર બીટા કણ ગુમાવે છે જેને પરિણામે ફરીથી તેનું નાઇટ્રોજન N2માં રૂપાંતર થાય છે. 14Cનો અર્ધ આયુકાળ (half-life period) 5,730 વર્ષ છે. વૈજ્ઞાનિકોના નિષ્કર્ષ મુજબ વાતાવરણમાં ઉદભવતા 14Cના પ્રમાણમાં છેલ્લાં કેટલાંયે વર્ષોથી નોંધપાત્ર ફેરફાર થયેલો નથી એટલે કે 14Cના ઉત્પાદન અને વિભંજન વચ્ચે સમતુલા જળવાઈ રહેલી છે.
કાળનિર્ધારણની આ પદ્ધતિ દ્વારા ચોક્કસ પરિણામો મેળવવા અમુક ચોકસાઈ રાખવી જરૂરી બને છે. પેટ્રોલ અને કોલસાના દહનને કારણે વાતાવરણમાં રહેલા 14Cનું પ્રમાણ વર્ષોવર્ષ ઘટતું જાય છે. વળી 14C ન્યૂક્લિયર પ્રક્ષેપાસ્ત્રોની કસોટીઓ(testing)ની આડપેદાશ છે. પરિણામે વાતાવરણની 14Cની માત્રામાં એક ટકા જેટલો વધારો થયો છે.
કોઈ પણ નમૂનાની કાળગણના માટે જ્યારે પણ આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરવામાં આવે ત્યારે ધ્યાનમાં લેવાની મહત્ત્વની બાબત એ છે કે નમૂનો ભૂગર્ભજળ દ્વારા ઉ્દભવતા CO2 કે દટાઈ ગયેલાં પ્રાણી કે વનસ્પતિને કારણે અર્વાચીન કાર્બનથી પ્રદૂષિત બનેલો હોવો જોઈએ નહિ. 14C કાળગણનાપદ્ધતિ ખૂબ જ ચોકસાઈવાળી હોવાને કારણે 60,000 વર્ષ જૂના નમૂનાનું વય અલ્પ ક્ષતિ સાથે નક્કી કરી શકાય છે. હિમયુગોના ઉત્તરાર્ધમાં બનેલી ઘટનાઓની કાળ-ગણતરી માટે આ પદ્ધતિ અતિ મહત્વની બની રહે છે.
કાર્બન-14 કાળગણના પદ્ધતિનો મૂળભૂત આધાર 14C સમસ્થાનિકના અર્ધઆયુકાળ પરિમાપન પર રહેલો છે. રેડિયોકાર્બન આયુનિર્ધારણ ઉપલા વાતાવરણના નાઇટ્રોજન પરમાણુઓ ઉપર ન્યૂટ્રૉનના આઘાતોથી કિરણોત્સારી 14Cના ધીમા અને એકધારા ઉત્પાદન પર આધાર રાખે છે. આ ન્યૂટ્રૉન પરમાણુઓ નાઇટ્રોજન પર વિશ્વકિરણોના આઘાત દ્વારા છૂટા પડે છે.
ઉપલા વાતાવરણમાં ઉત્પન્ન થયેલા 14C પરમાણુઓ ઑક્સિજન સાથે સંયોજાઈને 14CO2 ઉત્પન્ન કરે છે, જે ધીરે ધીરે વાતાવરણના નીચલા સ્તરે વિસારિત (diffuse) થાય છે, જ્યાં તે સામાન્ય 12CO2 સાથે ભળી જઈને પ્રકાશસંશ્લેષણ દ્વારા છોડવાઓ વડે શોષાય છે. જ્યારે આ છોડવાઓ પ્રાણીઓ દ્વારા ખવાય છે ત્યારે ખોરાકની શૃંખલામાં 14C દાખલ થાય છે અને અંતે બધાં જ જીવંત પ્રાણીઓમાં સપ્રમાણ રીતે ફેલાઈ જાય છે.
જ્યાં સુધી પ્રાણી અથવા વનસ્પતિ જીવંત રહે ત્યાં સુધી તો આ ગતિશીલ સંતુલન જળવાઈ રહે છે. પરિણામે 14C થી 12C જીવંત પ્રાણીમાં વાતાવરણને સમકક્ષ રહે છે; પરંતુ પ્રાણી અથવા વનસ્પતિ મૃત્યુ પામે ત્યારે એ 14C મેળવતાં ન હોવાથી 14C/12Cનો અનુપાત ધીરે ધીરે ઘટતો જાય છે, કારણ કે 14C b કિરણો છોડીને ઘટતો જાય છે. આનો અર્ધઆયુકાળ 5,730 વર્ષ છે.
વર્તમાન નમૂનાઓમાં 14C/12Cનો અનુપાત શોધી કાઢીને નમૂનો કેટલો જૂનો હશે તેને ભૂવિજ્ઞાનીઓ શોધી કાઢે છે. આ પદ્ધતિમાં જેમ નમૂનો વધુ જૂનો તેમ ક્ષતિવિહીન નથી રહેતો; પરંતુ 1,000થી 20,000 વર્ષ જૂના નમૂનાઓમાં આ પદ્ધતિ સામાન્ય રીતે સ્વીકાર્ય બને છે; તેમ છતાં 60,000 વર્ષ જૂના નમૂનાનું વયનિર્ધારણ પણ આ રીતે કરી શકાય છે.
40Kનો અર્ધઆયુકાળ 1.28 ´ 109 વર્ષ છે અને તેના ક્ષય દ્વારા આર્ગન 40 નિપજાવે છે.
કોઈ પણ નમૂનાનું ચૂર્ણ કરતાં તેમાંથી વછૂટતો 40Ar વાયુ એકઠો કરી તેને નમૂનામાં બાકી રહેલા 40Ar તથા 40K સાથે સરખાવવામાં આવે છે. આ પદ્ધતિથી પૃથ્વીનું વય આશરે 4.5 અબજ વર્ષ નિર્ધારાયું છે.
વ્રિજવિહારી દીનાનાથ દવે
ગિરીશભાઈ પંડ્યા