तप्तदीपन (प्रदीपन) कालमापन पद्धती (Thermoluminescence dating)

पुरातत्त्वामध्ये उत्खननात सापडणार्‍या अवशेषांत भाजलेल्या मातीच्या अनेक वस्तू सापडतात. त्यांच्या कालमापनासाठी उपयोगी पडणारी ही भौतिकी-रासायनिक पद्धती आहे. या पद्धतीला औष्णिक दीप्ती कालमापन असेही म्हणतात.

एखादी वस्तू तापविली असता जर त्यामध्ये किरणोत्सर्गी शक्ती असेल, तर उष्णतेमुळे त्या शक्तीचे रूपांतर प्रकाशकणांमध्ये होते. या गुणधर्माचा उपयोग प्राचीन अवशेषांच्या कालमापनामध्ये करून घेतला जातो. मुख्यत: प्राचीन मातीची खापरे, भट्टी, भांडी, मूर्ती यांसारख्या भाजलेल्या अवशेषांचे भूपुरातत्त्वीय कालमापन या पद्धतीने करता येते. जमिनीखाली गाडल्या गेलेल्या या पूर्वी भाजलेल्या वस्तूंच्या बाबतीत अशा प्रदीपनाचे प्रमाण त्या वस्तूतील मूळ किरणोत्सर्गी द्रव्याच्या प्रमाणात असते. मातीतील किरणोत्सर्गी मूलद्रव्यांचे विदलन/आयनीभवन (ionization) होत असल्याने वस्तूमधील त्या मूलद्रव्याचे प्रमाण हे कालाच्या प्रमाणात असते. किरणोत्सर्गामुळे त्या वस्तूच्या भौतिक/रासायनिक गुणधर्मांमध्ये बदल होतात. त्याला किरणोत्सर्गी र्‍हास असेही संबोधले जाते. या हानीचे प्रमाण मोजून प्राचीन अवशेषांचे कालमापन शक्य होते. मातीची वस्तू पूर्वी तापविली जात असताना त्या वेळी मातीतील ठरावीक खनिजातून त्या वस्तूने किरणोत्सर्गी शक्ती शोषून घेतलेली असते. त्यामुळे प्रत्येक मृद् वस्तूमध्ये सूक्ष्म प्रमाणात युरेनियम, थोरियम व पोटॅशियम अशी किरणोत्सर्गी द्रव्ये अशुद्ध स्वरूपात (impurities) असतात. त्यांचे प्रमाण दोन ते तीन दशलक्षांश (2-3 ppm) इतके कमी असते. या घटकांचे विभाजन होताना त्यातून अल्फा, बीटा व गॅमा हे किरण उत्सर्जित (radiate) होतात. खापरातील मूळ खनिजे हे किरण शोषून घेतात, तेव्हा खनिजांचे आयनीभवन होऊन खनिजांतील अणूंच्या मूळ रचनेत फरक होतो आणि त्यातून इलेक्ट्रॉन/वीजके (electron) बाहेर पडतात व त्यामुळे खनिजात अधिक शक्तीच्या जागा निर्माण होतात. नेहमीच्या तापमानात हे इलेक्ट्रॉन तशीच बांधीव परंतु काहीशा अस्थिर स्थितीत असतात. मृद् भांडी जर तीव्र उष्णतामानात पुन्हा तापविली, तर ही अस्थिर परंतु शक्ती साठवणारे इलेक्ट्रॉन प्रकाशकण किंवा फोटॉनच्या स्वरूपात बाहेर फेकले जातात. उष्णतेच्या प्रक्रियेने कोणत्याही पदार्थातील किरणोत्सर्गी शक्तीचे रूपांतर प्रकाशात होते. या प्रक्रियेस तप्तदीपन/प्रदीपन म्हणतात. वस्तू तापविल्यानंतर त्यातील संग्रहित शक्तीचे उपकरणाने मोजता येणार्‍या क्षीण प्रकाशात होणारे उत्सर्जन हा या पद्धतीचा आधार आहे.

प्रदीपन कालमापनाचे महत्त्वाचे प्रकार :

औष्णिक प्रदीपन पद्धती (Thermoluminescence, TL) : प्राचीन काळी भाजलेल्या वस्तूमध्ये साठवल्या गेलेल्या किरणोत्सर्गी एककांचे रूपांतर प्रकाश एककांमध्ये करता येते. ती वस्तू तयार होण्याच्या वेळी तिने मिळविलेला अप्रकट प्रकाश हा त्या वस्तूच्या वयाच्या समप्रमाणात असतो. कालमापन करताना त्या प्रकाशाचे उत्सर्जन होण्यासाठी औष्णिक ऊर्जेचा वापर केल्यास त्या पद्धतीला औष्णिक प्रदीपन म्हणतात.

प्रकाशउद्दीपित प्रदीपन पद्धती (Optically Stimulated Luminescence, OSL) : कालमापन करताना वस्तूमध्ये संचयित अप्रकट प्रकाशाचे उत्सर्जन होण्यासाठी (निळ्या किंवा हिरव्या रंगाच्या) प्रकाशीय किरणांचा वापर केल्यास त्या पद्धतीला प्रकाशउद्दीपित प्रदीपन पद्धती असे म्हणतात.

खापर जितके जुने, तितकी तप्तदीपन शक्ती जास्त असते. खनिजात अडकलेल्या इलेक्ट्रॉनांच्या (trapped electrons) समप्रमाणात तप्तदीपन शक्ती असल्याने त्या प्रकाशाकणांची तीव्रता मोजून खापराचा काळ ठरविता येतो. प्रकाशाची तीव्रता ही प्रकाशगुणकनलिका (photomultiplier tube) या उपकरणाने मोजली जाते.

मानवी संस्कृती, उत्क्रांतीशी निगडित असलेल्या महत्त्वाच्या पुरातत्त्वीय अवशेषांच्या कालमापनासाठी त्याचा उपयोग होतो. अमेरिकेतील विस्कॉन्सिन विद्यापीठातील फॅरिंग्टन डॅनियल्स यांनी १९५३ मध्ये ही पद्धती सुचविली. पुढे जी. केनेडी व एल. नॉफ यांनी १९६० मध्ये ती पुरातत्त्वासाठी उपयोगी पडू शकेल, हे दाखवून दिले. आइटकिन यांनी १९६४ मध्ये अधिक संशोधनातून प्राचीन संस्कृतीशी निगडित मातीच्या कलावस्तू, खापरे आणि इतर नमुन्यांच्या कालमापनासाठी ही शास्त्रशुद्ध पद्धती प्रस्थापित केली.

उत्तर भारतातील गंगेच्या खोर्‍यात सापडलेल्या गेरू रंगाच्या खापरांचे (ochre coloured pottery) ऑक्सफर्ड विद्यापीठातील प्रयोगशाळेत तप्तदीपन पद्धतीने कालमापन केले. त्यावरून या खापरांचा काळ इ. स. पू. २००० ते १४०० वर्षे असा निश्चित केला. तुर्कस्तानातील मातीची काही भांडी आणि मूर्ती एका व्यक्तीने यूरोप आणि अमेरिकेतील संग्रहालयांना भरमसाठ किंमतीला विकल्या. त्या सुमारे आठ हजार वर्षांपूर्वीच्या असाव्यात, असे पुरातत्त्वज्ञांचे मत होते. परंतु, तप्तदीपन पद्धतीने त्या अगदी अलीकडे तयार केलेल्या असून बनावट आहेत, हे सिद्ध झाले. म्हणून बनावट मृण्मूर्तींचा किंवा खापरांचा काळ या पद्धतीनुसार काढता येऊन ती खरोखर प्राचीन आहेत किंवा नाहीत, हे खात्रीपूर्वक कळू शकते.

संदर्भ :