विश्वाचे आर्त - भाग १९ - कार्बन डेटिंग

.
.
काळाचा आवाका महाप्रचंड आहे. पृथ्वी जन्माला आली साडेचार अब्ज वर्षांपूर्वी. या आवाक्याला दोन हातांच्या कवेत सामावून घ्यायचं झालं तर आपला दोन-पाच हजार वर्षांचा ज्ञात, लिखित इतिहास म्हणजे नखाच्या टोकाचा कण हे आपण पहिल्या लेखात पाहिलं. मग प्रश्न असा येतो की त्याआधी जे घडलं ते नक्की कधी घडलं हे कसं शोधून काढायचं? आपल्याला जर एखादा जुना जीवाश्म सापडला तर तो नक्की किती जुना हे कसं ओळखायचं? डायनोसॉर सुमारे साडेसहा कोटी वर्षांपूर्वी नष्ट झाले असं आपण ऐकतो - पण हा आकडा ठरवला? शास्त्रज्ञांना या आकड्यांबद्दल खात्री का वाटते?

हा प्रश्न समजावून घेण्यासाठी आपण एकोणिसाव्या शतकात जाऊ. त्याकाळच्या भूगर्भशास्त्रज्ञांना अनेक ठिकाणी वेगवेगळे भूस्तर दिसलेले होते. एखादा डोंगर उभा कापला तर त्यात वेगवेगळे स्तर दिसतात. शतकानुशतकं किंवा हजारो लाखो वर्षं जातात तसतसे त्या त्या काळातल्या प्राण्यांचे अवशेष, त्या त्या काळातल्या वातावरणाचे आणि हवामानाचे परिणाम तिथे साठून राहिलेले असतात. या थरांमध्ये त्या त्या काळी जमा झालेले घटक असतात. प्रत्येक भूस्तर हा वेगळ्या रंगाचा दिसतो आणि त्यामुळे ओळखू येतो. एका विशिष्ट प्रांतातले भूस्तर तपासून पाहिले तर त्यांच्या रंगांमुळे, जाडीमुळे, आणि क्रमामुळे कुठचा स्तर आधी तयार झाला, आणि कुठचा नंतर तयार झाला हे ओळखता येतं. त्या त्या स्तरातल्या प्राण्यांचे अवशेष तपासून पाहिले की त्यावरून कुठच्या प्रकारचा प्राणी आधी आणि कुठच्या प्रकारचा नंतर तयार झाला हे कळतं. त्यामुळे एकेकाळी आधी अशा प्रकारचे प्राणी दिसत होते, नंतरच्या स्तरात ते दिसत नाहीत - तिथे वेगळे प्राणी दिसतात एवढंच जाणणं शक्य होतं. पण इतक्या माहितीवरूनही उत्क्रांतीची पार्श्वभूमी तयार होत होती. कारण प्रजाती बदलतात - एके काळी जी जीवसृष्टी होती ती पूर्णपणे बदलून आजची नवीन जीवसृष्टी दिसते हाच एक क्रांतीकारी शोध होता. मात्र ते नक्की कुठच्या काळी झाले, किती जुने आहेत याबद्दल खात्रीलायक माहिती नव्हती. एखाद्या रांगेत कोण कोण उभं आहे याची जर आपल्याला क्रमवार यादी मिळाली तर आपल्याला क्रम कळतो. पण रांग किती लांब आहे, प्रत्येक व्यक्तीमध्ये किती अंतर आहे हे कळत नाही - तशी काहीशी स्थिती होती. तरीही प्राथमिक अंदाज करता येत होते. एखादा भूस्तर तयार व्हायला किती काळ जातो यावरून शास्त्रज्ञांनी पृथ्वीचं वय १.६ अब्ज वर्षं इतकं काढलं होतं. आता आपल्याला माहीत आहे की ते वय ४.६ अब्ज वर्षं आहे. पण त्याकाळच्या तोकड्या माहितीनुसार हा अंदाज निदान अब्जांमध्ये तरी येत होता. पृथ्वीची निर्मिती सहा हजार वर्षांपूर्वी झाली म्हणणाऱ्या बायबलपेक्षा प्रचंड वेगळं उत्तर येत होतं. प्रजाती बदलतात, आणि पृथ्वी सहा हजार वर्षांपेक्षा खूपच प्राचीन आहे हे सत्य डार्विनच्या आधीच सिद्ध व्हायला लागलं होतं.

मग इथपासून प्रवास करून पृथ्वीचं वय अचूकपणे काढण्यापर्यंत आपण कसं पोचलो? या प्रश्नाचं उत्तर सोपं नाही. कारण हा प्रवास सुमारे शतकभराच्या संशोधनाचा आहे. हा प्रवास कसा झाला हे सांगण्यापेक्षा हे तंत्र नक्की काय आहे याबद्दल मला इथे माहिती देणं आवश्यक वाटतं.

आपण काळ कसा मोजतो? दिवस-रात्र-दिवस या आवर्तनातून आपल्याला एक दिवसाचा काळ मोजता येतो. त्या दिवसाचे लहान भाग करून सूर्याच्या स्थितीवरून आपण साधारण काही तासांचा अंदाज करतो. त्याहून लहान काळ मोजायचा तर त्यासाठी एखादा लंबक साठ वेळा मागेपुढे गेला की एक मिनिट आणि अशी साठ मिनिटं झाली की एक तास म्हणतो. पुन्हापुन्हा होणाऱ्या आवर्तनांतून आपण काळाची मोजणी करतो. मात्र काळात मागे जाण्यासाठी आपल्याला वर्षं, शतकं, सहस्रकं यांनुसार होणारी आवर्तनं तपासून पाहायला लागतात. समजा आपल्याला पाचशे वर्षांपूर्वी नक्की काय झालं याच्या नोंदी तपासून पाहायच्या असतील तर? यासाठी आपल्या मदतीला झाडं येतात.

झाडं अनेक दशकं, अनेक शतकं जगतात. दर वर्षी त्यांच्या खोडाच्या जाडीमध्ये वाढ होते. ती वाढ वर्षभर वेगवेगळ्या प्रकारे होते. त्यामुळे एखादं झाड कापलं तर त्या खोडात वर्तुळं दिसतात. प्रत्येक वर्षासाठी एक वर्तुळ. ही वर्तुळं मोजून आपल्याला हे झाड किती वर्षं जगलं आहे हे मोजता येतं. नुसतं एवढंच नाही, तर त्या वर्तुळांत त्या झाडाच्या वाढीचा इतिहासही दडलेला असतो. चांगल्या हवापाण्याच्या काळात ते जोमाने वाढतं, त्या वर्षासाठी जाड वर्तुळ असतं. तर वाईट हवामानापायी वाढ कमी होते त्यामुळे ही वर्तुळं अरुंद असतात. एखाद्या विशिष्ट ठिकाणी असलेल्या झाडांसाठी हवामानाचा इतिहास समान असल्यामुळे हा वर्तुळांच्या जाडबारीकपणाचा ठसा दोन झाडांमध्ये मिळताजुळता असतो. याचा फायदा घेऊन आपल्याला इतिहासात मागे मागे जाता येतं. म्हणजे समजा एखाद्या ठिकाणी आपल्याला अगदी जुनं सुमारे पाचशे वर्षांपूर्वीचं लाकडी बांधकाम सापडलं. ते नक्की किती जुनं आहे हे आपल्याला माहीत नाही, मग त्याची तारीख कशी ठरवायची? त्यासाठी सध्या जिवंत असलेलं एक झाड घ्यायचं - समजा हे झाड तीनशे वर्षं जगलेलं आहे. त्यावरून आपल्याला त्या भागातला गेल्या तीनशे वर्षांचा हवामानाचा ठसा सापडतो. मग तिथेच आसपास सुमारे अडीचशे वर्षांपूर्वी वठलेलं झाड शोधायचं. ते जर तीनशे वर्षं जगलेलं असेल, तर त्याचा ठसा पन्नास वर्षांसाठी आपल्या सध्या जिवंत असलेल्या झाडाबरोबर जुळवता येतो. म्हणजे या दोन्ही झाडांपासून आपल्याला साडेपाचशे वर्षांचा इतिहास सापडतो. आता आपल्या लाकडी बांधकामातल्या लाकडांमधल्या ठशाकडे बघायचं आणि या साडेपाचशे वर्षांपैकी नक्की कुठे तो ठसा जुळतो हे ताडून पाहायचं. या पद्धतीने अतिशय अचूक तारखा मिळू शकतात. सुमारे चौदा हजार वर्षांपूर्वीच्या तारखा या पद्धतीने शोधून काढण्यात शास्त्रज्ञांना यश मिळालेलं आहे.

पण ही पद्धत त्यापलिकडे फार ताणता येत नाही. आणि तीही काही ठिकाणीच. त्यामुळे पुरातत्वशास्त्रज्ञांना अधिक मोठ्या कालखंडासाठी लागू असणारी आणि अधिक सार्वत्रिक पद्धत हवी होती. तिचा शोध लागला विसाव्या शतकाच्या मध्यात.

कार्बन, हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन ही जीवसृष्टीची मूलभूत द्रव्यं आहेत. पैकी कार्बन हा वातावरणात दोन प्रकारांमध्ये सापडतो. बहुतांश कार्बनच्या अणुकेंद्रकामध्ये सहा प्रोटॉन आणि आणि सहा न्यूट्रॉन असतात. मात्र वातावरणातल्या वरच्या थरात येणाऱ्या वैश्विक किरणांमुळे सतत काही कार्बन बदलून कार्बन१४ मध्ये रूपांतरित होतो. कार्बन१४ हा रासायनिकदृष्ट्या कार्बनसारखाच असतो पण त्यात सहा प्रोटॉन व सहा न्यूट्रॉनऐवजी सहा प्रोटॉन आणि आठ न्यूट्रॉन असतात. हे अणूकेंद्रक स्थिर नसतं. अगदी हळू गतीने त्यातले न्यूट्रॉन सोडले जातात आणि त्याचं रूपांतर नेहेमीच्या कार्बनमध्ये होतं. जोपर्यंत एखादा प्राणी, किंवा झाड जिवंत असतात तोपर्यंत श्वसनातून, अन्नातून येणारं कार्बन१४ चं प्रमाण ठराविक असतं. मात्र एकदा त्या प्राण्याचा मृत्यू झाला की बाहेरून कार्बन घेणं बंद होतं. मग जशी शतकं जातात तसतसं कार्बन१४ चं प्रमाण कमी कमी होत जातं. दर ५७३० वर्षांत ते निम्मं होतं. त्यामुळे काही हजार वर्षांपूर्वीचा अवशेष मिळाला तर त्यातल्या कार्बन आणि कार्बन१४ च्या गुणोत्तरावरून त्या अवशेषाचं वय खूप अचूकपणे सांगता येतं. या पद्धतीने सुमारे ५०००० हजार वर्षांपूर्वीच्या जैविक गोष्टींचं वय शोधून काढता येतं.

ही पद्धत अर्थातच झाडांनाही लागू पडत असल्यामुळे झाडांच्या वर्तुळांवरून काढलेली उत्तरं आणि कार्बन डेटिंग पद्धतीने काढलेली उत्तरं या एकमेकांशी दहाएक हजार वर्षांपर्यंत पडताळून पाहाता येतात. त्यांमध्ये उत्कृष्ट ताळा जमल्यामुळे पुढच्या काही दशसहस्रकांसाठी कार्बन डेटिंगवर विश्वास ठेवता येतो. म्हणजे समजा तुमच्याकडे फुटपट्टी आहे - त्यावर केवळ तीस सेंटीमीटर मोजता येतात. माझ्याकडे मीटरपट्टी आहे. आता या दोन्हीवरचे पहिले तीस सेंटीमीटर मिळतेजुळते असतील तर शंभर सेंटिमीटर मोजण्याबाबत खात्री निर्माण होते, तसंच.

कार्बन१४ चा निम्मं प्रमाण होण्याचा कालखंड 'केवळ' ५७३० वर्षांचाच असल्यामुळे फार मागे जाता येत नाही. कारण पन्नास हजार वर्षांत तो हजारेक पटीने घटतो, व मोजण्याइतका शिल्लक राहात नाही. मात्र त्यानंतर शास्त्रज्ञांनी इतरही अशी घड्याळं शोधलेली आहेत. युरेनियमचं रूपांतर थोरियममध्ये होतं. यात युरेनियम निम्मं संपायला ८०००० वर्षं लागतात. त्यामुळे सुमारे काही लाख वर्षांपूर्वीचा कालखंड शोधता येतो. याच्यापलिकडे युरेनियम-शिसं रूपांतरासाठी दोन प्रक्रिया होतात. पैकी एकीचा काळ साडचार अब्ज वर्षांचा असतो तर दुसरीचा सत्तर लाख वर्षांचा असतो. ही पद्धत वापरून दहा लाख ते साडेचार अब्ज वर्षांपर्यंतच्या दगडांच वय नव्व्याण्णव टक्कयाहून अधिक अचूकपणे सांगता येतं. अशाच पद्धती आरगॉन, पोटॅशियम वगैरे इतर मूलद्रव्यं वापरूनही तयार केलेल्या आहेत.

या सर्व पद्धती एकमेकांशी अनेक वेळा पडताळून पाहून झाल्या आहेत. त्यामुळे आता आपल्याला कुठच्या प्रकारचा प्राणी आधी जन्मला आणि कुठचा नंतर इतक्या माहितीवरच न भागवता कुठचा प्राणी कुठच्या काळात जगला हेही सुमारे नव्व्याण्णव टक्के अचूकपणे सांगता येतं. काळाचा आवाका 'खूप खूप मोठ्ठा' अशा धूसर भाषेत न बोलता 'पृथ्वीचं वय साडेचार अब्ज आहे' अशी रेखीव विधानं करता येतात.

मी मराठी लाइव्हमध्ये पूर्वप्रकाशित