தொல்பொருள்களின் காலத்தை தொல்லியல்துறை கண்டுபிடிப்பது எப்படித் தெரியுமா?

கீழடி தொல்பொருள்கள் அமெரிக்காவின், புளோரிடா மாகாணத்தில் , மியாமி நகரில் உள்ள பீட்டா அனாலிசிஸ் நிறுவனத்துக்கு (Beta Analytic Inc), கார்பன் பகுப்பாய்வுக்கு அனுப்பப்பட்டு அதன் முடிவுகள், தற்போது வெளியாகி உள்ளன. அங்கு கதிரியக்கக்கரிமக் காலக்கணிப்பு செய்யப்பட்டு காலம் கணிக்கப்படுகிறது. அது என்ன கதிரியக்கக்கரிமக் காலக்கணிப்பு /கார்பன் டேடிங்

ரேடியோ கார்பன் டேட்டிங் என்றால் என்ன?
ரேடியோ கார்பன் டேட்டிங் என்பது தொல்லியல் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் துறைகளில் விஞ்ஞான பூர்வமாக தொல்பொருளின் / கரிமப் பொருட்களின் வயதினை மெய்ப்பிக்க மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் சோதனை முறையாகும். ரேடியோ அலைகள் மூலம் கரிமப் பொருட்களின் கார்பன் அளவை அறிந்து அதன் மூலம் வயதினை சொல்லும் முறையாகும். இது பற்றி தெரிந்து கொள்ள வேண்டுமென்றால் முதலில் கார்பன் ஐசோடோப்புகள் பற்றிய அடிப்படையினைத் தெரிந்து கொள்ளவேண்டும்.

சமதானி அல்லது ஐசோடொப்பு (Isotope)
ஒரே அணுவெண்ணையும் வேறுபட்ட திணிவெண்ணையும் கொண்ட ஒரே மூலக அணுக்கள் ஐசோடொப்பு அல்லது சமதானி எனப்படும். ஒரு தனிமத்தின் ஓரிடத்தான்களின் அணுக்கருக்களில் ஒரேயளவு எண்ணிக்கையான புரோத்தன்களே (புரோட்டான்) இருக்கும். ஆனால், நியூத்திரன்களின் (நியூட்ரான்) எண்ணிக்கை வேறுபடும். இதனால் ஒரே தனிமத்தின் ஓரிடத்தான்கள் வெவ்வேறு நிறைவெண்களைக் கொண்டவையாக இருக்கின்றன.

சிறப்பியல்புகள்
ஒரே தனிமத்தின் ஐசோடோப்புகள், அவற்றின் நிறை எண்களில் மட்டும் வேறுபடுகின்றன. நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை வேறுபடுவதால், அவற்றின் நிறை எண்களும் வேறுபடுகின்றன. ஒரு தனிமத்தின் ஐசோடோப்புகள் ஒத்த வேதியியல் பண்புகளைப் பெற்றுள்ளன. எனினும், இயற்பியல் பண்புகளில் ஐசோடோப்புகள் சிறிது மாறுபடுகின்றன. ஐசோடோப்புகளைக் கொண்டுள்ள தனிம அணுக்கள், பின்ன அணு நிறைகளைப் பெற்றுள்ளன.

கார்பன் ஐசோடோப்

கார்பன் என்ற தனிமத்திற்கு (element) மூன்று ஐசோடோப் வடிவங்கள் (Isotope forms) உள்ளன. கார்பன் 12 (carbon 12), கார்பன் 13 (carbon 13)  மற்றும் கார்பன் 14 (carbon 14). கார்பன் 12 (C 12) என்பது இயற்கையான நிலையான வடிவமாகும். கார்பன் 14  (C 14) என்பது காஸ்மிக் கதிர்களின் தாக்கத்தால் உருவான நிலையற்ற வடிவமாகும். .   இங்கு குறிப்பிடப்படும் எண்கள் அணுக்களின் எடையாகும் (atomic weight). கார்பன் 12 இல் 6 புரட்டான் (Proton) 6 நியூட்ரான் (Neutron) இருக்கும்; கார்பன் 13 இல் 6 புரட்டான் (Proton) 7 நியூட்ரான்  (Neutron)  இருக்கும்; கார்பன் 13 இல் 6 புரட்டான் (Proton) 8 நியூட்ரான்   (Neutron) இருக்கும். கார்பன் 14 இல் (“C-14”) உபரியாக இருக்கும் 2 நியூட்ரான்கள் கதிர் இயக்கம் உடைய கார்பனாக (Radioactive carbon) மாற்றுகின்றன. எனவே இதற்கு ரேடியோ கார்பன் (Radio Carbon) என்று பெயர்.

பிரபஞ்சத்தில் காஸ்மிக் கதிர்கள் நீக்கமற நிறைந்துள்ளன. அதிவேக நுண்கதிர்கள் மேல் வளிமண்டலத்தின் மீது மோதிக் கொண்டே இருக்கின்றன. அவை  நைட்ரஜன்  அணுக்களின் மீது மோதிச் சிதைவை ஏற்படுத்துகிறது. ஒவ்வொரு அணு சிதையும் பொழுதும் அதிலிருந்து பல்வேறு ஆற்றல் வெளிப்படும் என்பது விதி.

இவ்வாறு அண்டக் கதிர்வீச்சால் (Cosmic rays) பாதிக்கப்பட்ட நைட்ரஜன் 14 ஐசோடோப்பு (Nitrogen 14 Isotope) மூலம் மேல் வளிமண்டலத்தில்  (Upper atmosphere) ரேடியோ கார்பன் உற்பத்தியாகிறது.  இந்த ரேடியோ கார்பன் 14 அணுக்கள்  (Radio carbon 14 atoms) சூரிய வெளிச்சத்தின் உதவியோடு ஒளிச் சேர்க்கை (photosynthesis) மூலம் எல்லா தாவரங்களாலும் உட்கிரகிக்கப்படுகின்றன (absoroption).  இத்தாவரங்களை உண்ணும் அனைத்து உயிரினங்களின் உடல்களிலும் இரசாயன மாற்றம் நிகழ்கிறது. எனவே ரேடியோ கார்பன் டேட் (தேதி) என்பது அந்த உயிரினம் எப்போது உயிரோடு இருந்தது என்ற தகவல்தான். இக்கருத்தினை ரேடியோ கார்பன் டேட்டிங் சோதனைகளை மேற்கொள்ளும் ஒவ்வொரு சந்தர்ப்பத்தின் போதும் மனத்தில் கொள்ளவேண்டும். மேலும் ரேடியோ கார்பன் டேட்டிங் சோதனை மூலம் கற்கள், உலோகங்கள், சுட்டகளிமண் பாண்டங்கள் (Terracota) போன்றவற்றின் வயதினை மெய்ப்பிக்க இயலாது. 

இயற்பியல் அடிப்படை

கரிமத்துக்கு நிலையான, கதிரியக்கமற்ற இரண்டு ஓரிடத்தான்கள் உண்டு (கரிமம்-12 (12C), கரிமம்-13 (13C)). அத்துடன் புவியில் மிகக் குறைந்த அளவிலான கதிரியக்கம் உள்ள கரிமம்-14 (14C) ஓரிடத்தானும் காணப்படுகின்றது. கதிரியக்கம் காரணமாகப் படிப்படியாக அழிகின்ற கரிமம்-14 இன் அரைவாழ்வுக் காலம் 5730 ஆண்டுகளாகும். அண்டக் கதிர்கள், வளிமண்டலத்தில் உள்ள நைதரசன் மீது தாக்கிப் புதிதாகக் கரிமம்-14 அணுக்களை உருவாக்குகின்றன. இவ்வாறு நிகழாவிட்டால், கரிமம்-14 எப்பொழுதோ முற்றாக அழிந்துபோயிருக்கும். கரிமத்துக்கு 14 C என்கிற ஒரு கதிரியக்கமுடைய ஓரிடத் தனிமம் (ஐசோடோப்பு) உள்ளது. வளியிலுள்ள நைதரசனுடன் நியூத்திரன் வினைப்பட்டு கரிமம்-14 ஐத் தோற்றுவிக்கிறது.

இந்த வினைக்குத் தேவையான நியூட்ரான்கள், அண்டக் கதிர்கள் வளிமண்டலத்தை அடையும் போது வளிமூலக்கூறுகளில் வினைப்பட்டு பெறப்படுகிறது. இந்த கதிரியக்கமுடைய கரி 14 உயிர்ப்புள்ள மரம், செடிகொடிகளால் ஏற்றுக்கொள்ளபடுகிறது. இது CO2 நிலையில் ஏற்றுக் கொள்ளப்படுகிறது. தொடக்கத்தில் குறைந்த அளவே இருக்கும் கரி 14 இன் அளவு நாள்கள் செல்லச் செல்ல கூடுகிறது. கதிரியக்கம் காரணமாக இது குறைவு படவும் செய்கிறது. ஒரு நிலையில் கரி 14 இன் அளவு நிலையானதாக, கதிரியக்கச் சமநிலையினை அடைகிறது. இந்த அளவு ஒரு கிராம் கட்டைக் கரியில் 19 Bq-பெக்கரலாக உள்ளது. ஆனால் இந்த மரம் வெட்டப்பட்டோ அல்லது உயிர்ப்பு இழந்த நிலையில் புதிதாக கரி 14 சேராது அல்லது கூடாது. எனவே கரி 14 லின் அளவு, கதிரியக்கம் காரணமாக குறைந்து கொண்டே இருக்கும். கரி 14 இன் அரை வாழ்நாள் 5600 ஆண்டுகளாகும். இதனைப் பயன்படுத்தி பழைய மரத்தின் துண்டிலிருந்து அதன் பழமையினைக் கணக்கிட்டுத் தெரிந்து கொள்ளமுடியும். ஒரு பழைய மரத்துண்டிலிருந்து வினாடிக்கு 14 எண்ணிக்கை கிடைக்கிறது என்றால், அறிந்த வாய்பாட்டிலிருந்து, அந்த மரத்துண்டு சுமார் 2500 ஆண்டுகள் பழமையானது என அறியலாம்.

கார்பன் டேடிங் கண்டுபிடித்தவர்

வில்லியர்ட் ஃபிராங்க் லிபி (Willard Frank Libby )என்ற ரசாயனத்துறை பேராசிரியர் 1949 ம் ஆண்டு கரிமத் தொல்பொருட்களின் (organic artifacts) வயதை மெய்ப்பிக்க ரேடியோ கார்பன் டேட்டிங் சோதனை முறையைக் கண்டறிந்தார். இந்தச் சோதனை முறை கண்டுபிடித்து 11 ஆண்டுகள் கழிந்த பிறகே மற்ற எல்லா விஞ்ஞானிகளும் ஏற்றுக் கொண்டார்கள். இக்கண்டுபிடிப்புக்காக வில்லியர்ட் லிபிக்கு1960 ஆம் ஆண்டு நோபல் பரிசு வழங்கப்பட்டது. தற்போது ரேடியோ கார்பன் டேட்டிங் சோதனை முறை படிப்படியாக மேம்படுத்தப்பட்டு வருகிறது.  குரோனிங்கென் பல்கலைக்கழகத்தைச் (University of Groningen) சேர்ந்த ஹெசெல் டி விரீஸ் (Hessel de Vries) என்பார் கண்டுபிடிக்கும் முறைகளையும் பல்வேறு துறைகளில் அதன் பயன்பாட்டையும் மேலும் முன்னெடுத்துச் சென்றார்.

எனவே வாழும் ஒவ்வொரு உயிரின் (every living thing) உடலிலும் ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு ரேடியோ கார்பன் உள்ளது. இந்த உயிரினம் இறந்துவிட்டால் ரேடியோ கார்பன் அளவு இவற்றின் வழக்கமான அழுகிக் கெடும் அமைப்பிற்கேற்ப (regular pattern of decay) குறைந்து கொண்டு வரும். இதனை அரை ஆயுள் ஐசோடோப்பு (half-life of the isotope) என்றழைக்கிறார்கள்.

கார்பன் 14 இன் அரை ஆயுள் அணுவின் கதிரியக்க ஐசோடோப்பு (Carbon-14’s half of the atoms of a radioactive isotope) சிதைவுற எடுத்துக்கொள்ளும் காலம் எவ்வளவு தெரியுமா? 5370 ஆண்டுகள்! இது மிக நீண்ட காலம் அல்லவா? எளிதாகப் புரிகிற வகையில் சொல்ல வேண்டுமானால், நிலையற்ற கார்பன் (C 14) காலப்போக்கில் ஆற்றலை ஏதேனும் ஒரு வகையில் வெளியேற்றி தன் இயல்பு நிலைக்குத் திரும்பினால் தான் சமநிலை விதி (equilibrium) முற்றுப்பெறும். அதாவது கதிரியக்கம் மூலமாகத் தன் ஆற்றலை வெளியேற்றி மெல்ல இயல்பு நிலைக்குத் திரும்பி விடும்.

ரேடியோ கார்பன் டேட்டிங் எவ்வளவு துல்லியமானது (Precision)
ரேடியோ கார்பன் டேட்டிங் சோதனை துல்லியமான தேதியைத் (precise date) தருகிறது என்பதுதான். எடுத்துக்காட்டாக கி.மு. 490. ஆனால் நடைமுறையில் கார்பன் டேட்டிங் சோதனை ஒரு குறிப்பிட்ட மாதிரிக்கு தொடர் தேதிகளையே (range of dates) தர இயலும். எடுத்துக்காட்டாக கி.மு. 200 முதல் 600 வரை. துல்லியமான தேதி இந்தத் தேதித் தொடரில் ஏதோ ஒரு இடத்தில் உள்ளது. கணக்கிடப்படும் தேதித் தொடர் (range of dates) எவ்வளவு குறுகியது (narrow) (கி.மு. 400 முதல் 500 வரை) என்பது தான் இங்கு துல்லியத்தின் அளவுகோல் (yardstick) எனலாம். 

அக்சலெரெட்டர் மாஸ் ஸ்பெக்ட்ரோமெட்றி (accelerator mass spectrometry (AMS) என்னும் நவீன ரேடியோ கார்பன் டேட்டிங் சோதனைமுறை ரேடியோ கார்பன் அணுக்களை (radiocarbon atoms ) ஸ்திர கார்பன் அணுக்களிடமிருந்து (stable carbon atoms) பிரித்து எண்ணும் வசதி படைத்த செய்முறையாகும். இம்முறையில் முடிவுகள் துல்லியமானதாகவும் நம்பகத்தன்மை உடையதாகவும் உள்ளது என்கிறார்கள்.

இவ்வாறு அக்சலெரெட்டர் மாஸ் ஸ்பெக்ட்ரோமெட்றி (accelerator mass spectrometry (AMS) சோதனைமுறையில் ரேடியோ கார்பன் அணுக்களின் செறிவு (concentration) ஒரு குறிப்பிட்ட மாதிரியில் அளவிடப்பட்ட (calibration) பிறகு கணித முறைகளைப் (mathematical determination) பயன்படுத்தி தேதியினைத் துல்லியமான அளவீட்டின் (precision of the calibration process) மூலம் நிர்ணயம் செய்ய இயலும் என்கிறார்கள்.

தற்சமயம் இந்திய தொல்லியல் துறையினர் (ஏ.எஸ்.ஐ) (Archaeological Survey of India (ASI) தங்கள் மாதிரிகளை (samples) ஹைதராபாத் மற்றும் அஹமதாபாத்தில் உள்ள தேசிய ஜியோபிசிக்கல் ஆய்வுக்கூடங்களுக்கும் (National Geophysical Research Laboratory) லக்னோவில் உள்ள பீர்பால் சஹானி பாலியோபாட்டனி ஆய்வுக்கூடத்திற்கும் (Birbal Sahni Institute of Palaeobotany (BSIP), அனுப்பி சோதனை முடிவுகளைப் (Test Results) பெறுகிறார்கள். ஒவ்வொரு மாதிரிக்கும் 50 முதல் 60 ஆயிரம் ரூபாய்கள் வரை ஏ.எஸ்.ஐ. செலவிடுகிறதாம். இந்தியாவில் நவீன கருவிகள் இல்லாத காரணத்தால் ஏ.எஸ்.ஐ.  அமெரிக்கா போன்ற வெளிநாட்டு ஆய்வகங்களிலிருந்து, தங்கள் மாதிரிகளின் ஆய்வு முடிவுகளைப் பெற சில வருடங்கள் வரைகூட காத்திருக்க வேண்டியுள்ளதாம். 

இக்குறை விரைவில் நீங்கிவிடும் என்பது தற்போதைய நிலை. காரணம் ஐ.ஐ.டி. காந்திநகர் (Indian Institute of Technology (IIT), Gandhinagar) வளாகத்தில்  அமையவிருக்கும் கார்பன் டேட்டிங் ஆய்வகத்திற்கு (Carbon Dating Laboratory) நிதியளிக்க ஏ.எஸ்.ஐ. சம்மதித்துள்ளதாம். ஏ.எஸ்.ஐ. இன் தேவைக்கேற்ப நவீன வேதியியற் பகுப்பாய்வு ஆய்வகம் (Chemical analysis Laboratory) மற்றும் நவீன கார்பன் டேட்டிங் கருவிகள் (tools) எல்லாம் ஐ.ஐ.டி. காந்திநகர் வளாகத்தில் நிறுவப்படவுள்ளன.

எதிர்காலத்தில் ரேடியோ கார்பன் டேட்டிங் சோதனை முறைகள் மேலும் மேலும் துல்லியமான அளவீடுகளை அளவிடும் வகையில் மேம்படுத்தப்படும். ஏ.எஸ்.ஐ. தங்கள் மாதிரிகளை அறிவியல் பூர்வமாக மெய்ப்பிக்கும் வாய்ப்புகள் குறைந்த செலவில் நிறைந்த வசதிகளுடன் மேம்படுத்தப்படும்.

பீடா நிறுவன கிளை தமிழகத்தில் (BETA ANALYTIC) 
ரேடியோ கார்பன் டேட்டிங் செய்யும் பீடா நிறுவனம் ஆஸ்திரேலியா, பிரேசில்,சீனா, ஜப்பான்,  கொரியா மற்றும் தைவான் போன்ற நாடுகளில் கிளைகளைக் கொண்டுள்ளது. லண்டன் கிங்ஸ் மருத்துவமனையை கொண்டு வரும் முதல்வர் பீடா நிறுவனத்தின் உதவியுடன் சென்னையில் ரேடியோ கார்பன் டேட்டிங் மையத்தை தொடங்க வேண்டும் என்பதே மக்களின் விருப்பம்.