पुरातत्त्वात किरणोत्सर्गाच्या तत्त्वावर आधारित वापरली जाणारी कालमापन पद्धत. विश्वात अतिउच्च ऊर्जा (०.१ ते १० गिगा इलेक्ट्रॉन व्होल्ट) असणारे वैश्विक किरण (Cosmic Rays) आहेत. हे किरण म्हणजे मुख्यतः भार असलेले प्रोटॉन आणि हायड्रोजनची केंद्रके असतात. आकाशगंगेतून येणाऱ्या या किरणांमुळे पृथ्वीच्या वातावरणातील मूलद्रव्यावर आदळल्यावर अनेक न्युक्लाइड (Nuclide) तयार होतात. ही न्युक्लाइड वैश्विक किरणांमुळे निर्माण होत असल्याने त्यांना वैश्विक किरणजन्य न्युक्लाइड असे म्हणतात. काही किरण आपल्या सूर्यापासूनही आलेले असतात; तथापि या तुलनेने कमी ऊर्जा (१०० मेगा इलेक्ट्रॉनव्होल्ट पेक्षा कमी) असलेल्या किरणामुळे फक्त वातावरणाच्या वरच्या थरात न्युक्लाइड तयार होतात.
कार्बन-१४ या वातावरणातील वैश्विक किरणजन्य न्युक्लाइडचा वापर करणारी कालमापन पद्धत विलार्ड लिबी (१९०८–१९८०) यांनी १९४९ मध्ये विकसित केली होती. १९५५ मध्ये आर. डेव्हिस आणि ओ. ए. शेफर यांचा शोधनिबंध प्रसिद्ध झाला. त्यांनी असे दाखवून दिले की, पृथ्वीच्या पृष्ठभागावरील खडकांमध्येही वैश्विक किरणजन्य न्युक्लाइड तयार होतात आणि त्यांचा भूविज्ञानात वापर करता येईल. आण्विक वस्तू पंक्तिमापीमुळे (Atomic Mass Spectroscopy) १९८० नंतर अत्यल्प प्रमाणातील न्युक्लाइड शोधणे शक्य झाले. त्यानंतर पृथ्वीच्या पृष्ठभागावरील खडकांमध्ये तयार होणाऱ्या अशा न्युक्लाइडचा भूविज्ञानात आणि पुरातत्त्वातील अतिप्राचीन काळाच्या अवशेषांच्या कालमापनासाठी उपयोग करणे सुरू झाले. यामधील हेलियम-३ व निऑन-२१ ही वैश्विक किरणजन्य न्युक्लाइड स्थिर आहेत; परंतु काही किरणोत्सारी आहेत. त्यांची अर्धायुष्ये (Half Life) कार्बन-१४ (५७३० वर्षे), बेरिलियम-१० (१,३८,९००० वर्षे), ॲल्युमिनियम-२६ (७,०८,००० वर्षे) व क्लोरीन-३६ (३,०१,००० वर्षे) अशी निरनिराळी आहेत. यांमधील दीर्घ अर्धायुष्य असलेल्या न्युक्लाइडचा उपयोग भूविज्ञानात आणि पुरातत्त्वातील अतिप्राचीन काळाच्या अवशेषांच्या कालमापनासाठी होतो. यात पृथ्वीच्या पृष्ठभागावरील न्युक्लाइडचे मापन होत असल्याने या पद्धतीला पृथ्वीनिगडित वैश्विक किरणजन्य न्युक्लाइड कालमापन (TCN-Terrestrial Cosmogenic Nuclide Dating) असेही म्हटले जाते. या पद्धतीने १ लाख ते ५० लाख वर्षपूर्व एवढ्या विस्तृत काळाचे मापन होत असल्याने ती पुराश्मयुगीन व मानवी उत्क्रांतीशी संबंधित जीवाश्मांच्या कालमापनासाठी उपयोगी पडते.
वैश्विक किरणजन्य न्युक्लाइड कालमापनाचे तत्त्व साधेसरळ आहे. अवकाशातून येणारे वैश्विक किरण वातावरणाच्या थरांमधील मूलद्रव्यांच्या केंद्रकांवर आदळतात आणि त्यातून निर्माण झालेले अतिउच्च ऊर्जा असणारे न्यूट्रॉन व काही प्रमाणात म्युऑन (muon) या कणांचा पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर वर्षाव होतो. न्यूट्रॉनची ऊर्जा खडकाच्या उघड्या पृष्ठभागापासून तीन मीटर खोलीनंतर जवळजवळ संपुष्टात येते. वर्षाव होणाऱ्या या कणांमुळे विशिष्ट खनिजांमधील (उदा., क्वार्ट्झ) केंद्रक फुटतात. या प्रक्रियेला समुत्खंडन (spallation) असे म्हणतात. या प्रक्रियेमुळे नवीन म्हणजेच वैश्विक किरणजन्य न्युक्लाइड तयार होतात. उदा., उच्चऊर्जा न्यूट्रॉनमुळे ऑक्सिजन व नायट्रोजनची केंद्रके फुटून बेरिलियम-१० (10Be) हे न्युक्लाइड तयार होते. जोपर्यंत खडक उघडे आहेत, तोवर ही प्रक्रिया चालत राहून खडकांमध्ये ही किरणजन्य न्युक्लाइडे साठत जातात; तथापि खडकाचा उघडा पृष्ठभाग झाकला गेला (प्राचीन काळातील थर निक्षेपामुळे गाडला जाणे) की, त्यातील बेरिलियम-१० (10Be) व ॲल्युमिनियम-२६ (26Al) यांची निर्मिती थांबते व त्यांचा किरणोत्सारी ऱ्हास होत राहतो. या ऱ्हासाचे गणन करून खडक शेवटचा कधी उघडा पडला होता त्याचा काळ ठरवता येतो.
पुरातत्त्वात वैश्विक किरणजन्य न्युक्लाइड कालमापनाची पुरातत्त्वीय संशोधनात काही उदाहरणे पुढीलप्रमाणे आहेत. मानवी उत्क्रांतीच्या संशोधनात दक्षिण आफ्रिकेतील स्टर्कफोंतेन हे अत्यंत महत्त्वाचे स्थळ आहे. येथे चुनखडीच्या खडकांमधील गुहांमध्ये भरपूर प्रमाणात जीवाश्म व दगडांची अवजारे सापडली आहेत. या ठिकाणी सु. वीस वर्षांपूर्वी ’लिटल फूटʼ (StW573) नावाने ओळखला जाणारा ऑस्ट्रॅलोपिथेकस आफ्रिकानस प्राण्याचा जीवाश्म सांगाडा मिळाला. बेरिलियम-ॲल्युमिनियम (10Be/26Al½) वैश्विक किरणजन्य न्युक्लाइड कालमापन पद्धतीमुळे येथील अवशेष अगोदर वाटत होते, त्यापेक्षा किमान दहा लाख वर्षे जुने म्हणजे ३६.७ लक्ष वर्षपूर्व काळातले असल्याचे दिसले.
मध्य आफ्रिकेतील चॅड देशातल्या वाळवंटी भागात मिळालेल्या साहेलालांथ्रोपस टाकाडेन्सिस जीवाश्मांचा वैश्विक किरणजन्य न्युक्लाइड कालमापनाने काळ ७१.२ ते ६८.३ लक्ष वर्षपूर्व (अधिकउणे ३.१लक्ष) असा निश्चित करता आला. तसेच याच देशात मिळालेल्या ॲबेल (केटी 12/एच 1) नावाने प्रसिद्ध असलेल्या ऑस्ट्रॅलोपिथेकस बहरेलगझाली प्रजातीच्या जीवाश्माचा काळ बेरिलियम-ॲल्युमिनियम कालमापन पद्धतीने ३५.८ (अधिक उणे २.७) लक्ष वर्षपूर्व असा आढळला. यामुळे ऑस्ट्रॅलोपिथेकस बहरेलगझाली आणि ऑस्ट्रॅलोपिथेकस आफ्रिकानस हे एकाच काळात अस्तित्वात असल्याचे महत्त्वाचे अनुमान काढता आले.
इजिप्तमधील थेब्ज पर्वतरांगेत मिळालेल्या, चर्टच्या तुकड्यापासून काढलेल्या दोन मध्य पुराश्मयुगीन छिलक्यांचे कालमापन ३,२६,००० व ३,०४,००० वर्षपूर्व असे या पद्धतीने करणे शक्य झाले. मध्य चीनमधील लियुवान (Liuwan) या पुराश्मयुगीन स्थळावरील अवजारे असलेल्या स्तराचे वय बेरिलियम-ॲल्युमिनियम (10Be/26Al) पद्धतीने ६,००,००० वर्षपूर्व असल्याच्या पुरातत्त्वीय अनुमानांना दुजोरा मिळाला. तमिळनाडूत अतिरमपक्कम या पुराश्मयुगीन स्थळावर पुराचुंबकीय पद्धतीने केलेल्या अश्युलियन संस्कृतीच्या कालमापनाला बेरिलियम-ॲल्युमिनियम वैश्विक किरणजन्य न्युक्लाइड कालमापनाची जोड देण्यात आली. अतिरमपक्कममध्ये अश्युलियन संस्कृतीचा कालखंड १७.७ लक्ष ते १०.७ लक्ष वर्षपूर्व असल्याचे सिद्ध झाले. वैश्विक किरणजन्य न्युक्लाइड कालमापनाचे हे भारतातील पहिले उदाहरण आहे.
संदर्भ :
- Dunai, Tibor J. Cosmogenic Nuclides Principles, Concepts and Applications in the Earth Surface Sciences, Cambridge, 2010.
- Granger, D. E.; Gibbon, R. J.; Kuman, K.; Clarke, R. J.; Bruxelles, L. & Caffee, M. W. ‘New cosmogenic burial ages for Sterkfontein Member 2 Australopithecus and Member 5 Oldowanʼ, Nature, 522 (7554) : 85-88, 2015.
- Stuart, F. M. ‘In situ cosmogenic isotopes: Principles and potential for archaeologyʼ, Handbook of Archaeological Sciences (D. R. Brothwell and A. M. Pollard Eds.,), pp. 93–100, New York, 2001.
- Walker, Mike, Quaternary Dating Methods, Chichester, UK : John Wiley, 2005.
समीक्षक : अनुपमा क्षीरसागर
