കല്ലുകള്‍ കഥ പറയുമ്പോള്‍…..

ലൂമിനസൻസ് ഡേറ്റിങ്ങ്- കാലഗണനക്കൊരു പുതിയ മുഖം

ഇന്നലെകളെ അറിയുക എന്നത് മനുഷ്യനെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം അത്യന്താപേക്ഷികമായ ഒന്നാണ്. ഭാവി എന്നത് പ്രവചനവും വർത്തമാനം എന്നത് ക്ഷണികവും ആയതിനാല്‍ വിശാലമായ ഒരു പ്രപഞ്ച വീക്ഷണം ഇവയികൂടെ സാദ്ധ്യമല്ല. വലിയൊരു കാലയളവിലൂടെ നമുക്ക് പ്രപഞ്ചത്തെ നോക്കിക്കാണാവുന്നത് ഇന്നലെകളിൽ മാത്രമാണ്. അതിനായി കാലഗണനാ ശാസ്ത്രം അതിന്റെ പുതു വഴികൾ അന്വേഷിച്ച്കൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്. ഒരുപാട് കാലഗണനാ വിദ്യകൾ(Dating methods) നാം ഉപയോഗിച്ചു വരുന്നു. റേഡിയോകാർബൺ, പൊട്ടാസ്യം ആർഗ്ഗൺ രീതി, യുറേനിയം തോറിയം രീതി.. തുടങ്ങിയവ. ആ ശ്രേണിയിൽ അവസാനം ജന്മമെടുത്ത വിദ്യയാണ് പ്രകാശ/ താപ ഉത്തേജിത ദീപ്തന കാലഗണന ( Optically/ thermally stimulated luminescence dating –OSL/ TL-Dating)

“ പ്രപഞ്ചം അതിന്റെ ചരിത്രം സ്വയം രേഖപ്പെടുത്തിക്കോണ്ടേയിരിക്കുന്നു“

പ്രപഞ്ചം ഓരോ മണൽത്തരികലിലും തന്റെ കയ്യൊപ്പ് പതിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. ഇത് ഒരു ആലങ്കാരിക പ്രയോഗം മാത്രമല്ല. കാരണം ലൂമിനസൻസ് ഡേറ്റിങ്ങിൽ നാം ഉപയോഗിക്കുന്നത് മണൽത്തരികളെയാണ് ! ഇവിടെ ഓരോ മണൽത്തരികൾക്കും ഓരോ കഥ പറയാനുണ്ട്. അവ ചരിത്രത്തെ പ്രകാശമായി ഹൃദയത്തിൽ സൂക്ഷിക്കുന്നു !.

ഭൂമിയിൽ ഏറ്റവും കൂടുതൽ കാണപ്പെടുന്ന സംയുക്തങ്ങളാണ് ക്വാർട്സും(വെള്ളാരങ്കല്ല്) ഫെൽഡ്സ്പാറും.

Quartz

ഭൌമ നിക്ഷേപങ്ങളിലും ഏറ്റവും കൂടുതൽ കാണപ്പെടുന്നത് ഇവ തന്നെ. അതിനാൽ ഈ നിക്ഷേപങ്ങളുടെ പഠനത്തിനു ഭൂമിയെക്കുറിച്ച് പറയാനേറെയാണ്. കാർബൺ ഡേറ്റിങ്ങിന് ഓർഗാനിക് വസ്തുക്കളുടെ പ്രായമളക്കാനേ കഴിയൂ. അതും ചുരുങ്ങിയ കാലയളവിൽ (50000 വർഷം; ഭൌമശാസ്ത്രത്തെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം ഇത് വളരെ ചെറുതാണ്). ഭൌമ നിക്ഷേപങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനത്തിൽ വിപ്ലവകരമായ മുന്നേറ്റമാണ് ലൂമിനസൻസ് ഡേറ്റിങ്ങ് വരുത്തുന്നത്. മറ്റ് രീതികൾ ക്രിസ്റ്റൽ രൂപീകരണ സമയം തരുമ്പോൾ ലൂമിനസൻസ് കാലഗണന തരുന്നത് ഭൌമ നിക്ഷേപ സമയമാണ്. ഒരഗ്നിപർവ്വത വിസ്ഫോടനം മൂലമുണ്ടായ ചാര നിക്ഷേപത്തിന്റെ (ash deposit) പ്രായം കണക്കാക്കുകയാണെന്ന് വിചാരിക്കുക. യുറേനിയം തോറിയം പോലുള്ള രീതികൾ തരുന്നത് പ്രസ്തുത സംയുക്തങ്ങളുടെ ക്രിസ്റല്‍ രൂപീകരണ സമയമാണ്. എന്നാൽ ലൂമിനസൻസ് Dating തരുന്നത് വിസ്ഫോടന സമയവും. ഇതാണ് ലൂമിനസൻസ് Dating ന്റെ പ്രസക്തിയും

ലൂമിനസൻസ് ഡേറ്റിങ്ങ് എങ്ങിനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നു….?

ഒരു ബീക്കർ സങ്കൽ‌പ്പിക്കുക. ആ ബീക്കറിൽ വർഷങ്ങളായി തുടർച്ചയായി ഒരേ നിരക്കിൽ വെള്ളം വീണുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു. A_i എന്നത് ബീക്കറിന്റെ ആദ്യ ജലനിരപ്പാണെന്ന് വിചാരിക്കുക (വെള്ളം വീഴാൻ തുടങ്ങുന്നതിൻ മുൻപുള്ള നിരപ്പ്.) എളുപ്പത്തിനായി ഈ നിരപ്പ് പൂജ്യം എന്ന് കണക്കാക്കാം. അതായത് വെള്ളം വീഴാൻ തുടങ്ങുന്നതിൻ മുമ്പ് ബീക്കർ ശൂന്യമായിരുന്നു. A_f എന്നത് ഇപ്പോഴത്തെ നിരക്ക് നമുക്ക് അളക്കാവുന്നതാണല്ലോ. വെള്ളം വീഴുന്നതിന്റെ നിരക്ക് നമുക്ക് D എന്നു പറയാം.

ഉദാഹരണത്തിന് ഈ ബീക്കർ നോക്കുക. ആദ്യ നിരക്ക് (A_i) പൂജ്യവും അവസാന നിരക്ക് (A_i) 125 ml ഉം ആണെന്നു കാണാമല്ലോ. D എന്നത് 1 ml/year ആണെന്ന് വിചാരിക്കുക. ഇതിൽനിന്ന് ബീക്കറിൽ വെള്ളം വീഴാൻ തുടങ്ങിയത് 125 കൊല്ലം മുമ്പാണെന്ന് എളുപ്പത്തിൽ മനസിലാക്കാമല്ലോ.

പ്രായം = (A_i – A_f)/ D എന്ന ലളിതമായ സമവാക്യം മതി പ്രായം കണക്കക്കാൻ

എന്നാൽ രണ്ടു കാര്യങ്ങൾ ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതുണ്ട്. ആദ്യ നിരപ്പ് പൂജ്യം ആണെന്ന് നമുക്ക് ഉറപ്പ് വരുത്തേണ്ടതുണ്ട്. രണ്ടാമതായി നമുക്ക് അറിയാത്ത ഒരു ചോർച്ചയോ മറ്റ് ജലപ്രവാഹങ്ങളോ ബീക്കറിൽ നടക്കാൻ പാടില്ല.

ഇതേ തത്വമാണ് ലൂമിനസൻസ് ഡേറ്റിങ്ങിൽ (OSL/ TL-Dating) ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ബീക്കർ എന്നത് നമ്മുടെ മണൽത്തരിയാണ്. വെള്ളമോ ചുറ്റുമുള്ള റേഡിയോ ആക്ടീവ് മൂലകങ്ങൾ ഉത്സർജ്ജിക്കുന്ന ഉന്നത ഊർജ്ജ കണങ്ങൾ സ്രിഷ്ടിക്കുന്ന ഊർജ്ജവും (Dose)

നമുക്കറിയാം, റേഡിയോ ആക്ടീവ് മൂലകങ്ങൾ ആൽഫ, ബീറ്റ, ഗാമ എന്നീ വികിരണങ്ങൾ ഉത്സർജ്ജിക്കുന്നു എന്ന്. ഇവ ക്രിസ്റ്റലിൽ ഇടിച്ചിറങ്ങുമ്പോൾ ക്രിസ്റ്റലിലെ വാലൻസ് ബാൻഡിൽ ( band of bounded electrons) നിന്നും എലക്ട്രോണുകൾ കണ്ടക്ഷൻ ബാൻഡിലേക്ക് (band of conduction or free electrons) പോവുന്നു. ഇവ ക്രിസ്റ്റലിലെ ന്യൂനതകളിൽ (crystal defects) അകപ്പെടുന്നു (trapping). ഇത്തരം ന്യൂനതകൾ വാലൻസ് ബാൻഡിന്റേയും കണ്ടക്ഷൻ ബാൻഡിന്റേയും ഇടയിലുള്ള forbidden gap ലെ ഊർജ്ജ നിലകളിലാണ് സ്ഥിതി ചെയ്യുന്നത്. കാലങ്ങളോളം ഈ ഇലക്ട്രോണുകൾ പ്രസ്തുത ന്യൂനതകളിൽ കഴിയുന്നു. നാം തപ/പ്രകാശ ഊർജ്ജം കൊടുക്കുമ്പോൾ അവ ന്യൂനതകളിൽനിന്നും രക്ഷപ്പെട്ട് (de trapping) കണ്ടക്ഷൻ ബാൻഡിൽ വരികയും ദീപ്തന കേന്ദ്രങ്ങളിൽ (luminescence centre) വന്ന് പതിച്ച് പ്രകാശം ഉത്സർജ്ജിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ചിത്രം നോക്കുക.

T – Trap L- Luminescence centre

i) അയോണീകരണം- ആൽഫ, ബീറ്റ, ഗാമ രശ്മികൾ ഇലക്ട്രോണുകളെ സ്വതന്ത്രമാക്കുന്നു. അവ ട്രാപ്പുകളിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു.

ii) എലക്ട്രോണുകൾ ന്യൂനതകളിൽ നിരവധി കാലം കഴിയുന്നു.

iii) ദീപ്തന പ്രവർത്തനം- താപ/ പ്രകാശ ഊർജ്ജം ഉപയോഗിച്ച് എലക്ട്രോണുകളെ മോചിപ്പിക്കുകയും ആ ഇലക്ട്രോണുക്കൾ ദീപ്തന കേന്ദ്രങ്ങളിൽ (luminescence centre) വീണ് പ്രകാശം ഉത്സർജ്ജിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

ഉത്സർജ്ജിക്കുന്ന മൊത്തം പ്രകാശത്തിന്റെ അളവ് ക്രിസ്റ്റൽ ആഗിരണം ചെയ്ത ഊർജ്ജത്തിന് (Dose) നേർ അനുപാതത്തിലായിരിക്കും. ഇതിൽ നിന്ന് നമുക്ക് ഈ മുഴുവൻ കാലയളവിലുമായി ക്രിസ്റ്റൽ ആഗിരണം ചെയ്ത ഡോസ് കണക്കാക്കാവുന്നതാണ്. ഇതാണ് നമ്മുടെ (A_i-A_f). TL/OSL reader ഉപയോഗിച്ച് ഇത് കണ്ടെത്താനാകും. ഭൌമ നിക്ഷേപത്തിലെ യുറേനിയം, തോറിയം, പൊട്ടാസ്യം തുടങ്ങിയ റേഡിയോ ആക്ടീവ് ഐസോടോപ്പുകളുടെ അളവ് അറിഞ്ഞാൽ ഡോസ് നിരക്ക്(Dose rate) അറിയാം. ഇതാണ് സമവാക്യത്തിലുപയോഗിക്കുന്ന D. ഇത് ആൽഫ കൌണ്ടർ, ഗാമ കൌണ്ടർ എന്നിവയിലൂടെ സാധ്യമാണ്. അങ്ങനെ നമുക്ക് മണൽത്തരികളിലെ വെളിച്ചത്തിൽനിന്ന് ഇന്നലെകളെ അറിയാനാകുന്നു.

OSL/ TL-Dating ന്റെ ഏറ്റവും വലിയ സവിശേഷത ഈ മണൽത്തരികൾക്ക് സമയത്തെ പൂജ്യത്തിലേക്ക് സെറ്റ് ചെയ്യാനാകും എന്നതാണ്! (setting clock to zero). എപ്പൊഴൊക്കെ ഈ മണൽത്തരി പ്രകാശം കാണുന്നുവോ അല്ലെങ്കിൽ ഉന്നത താപം നേരിടുന്നുവോ അപ്പൊഴെല്ലാം അത് അടക്കിവച്ചിരിക്കുന്ന സിഗ്നൽ നശിച്ച് പോകുന്നു (നാം ലാബിൽ ചെയ്യുന്ന പ്രകാശ/ താപ ഉത്തേജനം പ്രക്രുതിക്ക് ചെയ്യാമല്ലോ!) അതിനാൽ മണൽത്തരി തരുന്ന പ്രായം അത് എപ്പോൾ പ്രകാശത്തിൽനിന്ന് അകറ്റിനിർത്തപ്പെട്ടു അല്ലെങ്കിൽ എപ്പോൾ അവസാനമായി ഉന്നത താപം അനുഭവിച്ചു എന്നതാണ്. അതിനാൽ ഇതിലൂടെ നമുക്ക് ഭൌമ നിഷേപത്തിന്റേയോ അഗ്നിപർവ്വത വിസ്ഫോടനത്തിന്റേയോ കാലം ഗണിക്കാവുന്നതാണ്!

നദീ നിക്ഷേപങ്ങൾ (വെള്ളപ്പൊക്കം പോലുള്ളവ), ഹിമ നിക്ഷേപങ്ങൾ, കടൽ നിക്ഷേപങ്ങൾ( സുനാമി), മരുഭൂമി പ്രദേശങ്ങളിലെ കാറ്റിന്റെ നിക്ഷേപങ്ങൾ എന്നിവ പഠിക്കുന്നതിൽ ലൂമിനസൻസ് ഡേറ്റിങ്ങ് വളരെയധികം വിജയം കാണുന്നു.

ഇത്രയൊക്കെ ഗുണങ്ങൾക്ക് പുറമെ ചില ദോഷങ്ങളും ഇതിനില്ലാതില്ല. ഒന്നാമതായി കാലഗണനയുടെ പരിധി ഒന്നോ രണ്ടോ ലക്ഷം മാത്രമാണ് ക്വാർട്സിൽ. ഫെൽഡ്സ്പാർ ഉപയോഗിച്ചാൽ ഇത് വർധിപ്പിക്കാവുന്നതാണ്. എന്നാൽ ഇതിന് മറ്റൊരു ദോഷമുണ്ട്. ഇത് ലീക് ഉള്ള ഒരു ബീക്കറിനെപ്പോലെയാണ്. കാലം ചെല്ലുന്തോറും ഇതിലെ സിഗ്നൽ കുറഞ്ഞ് വരുന്നു. ഈ ലീക്കിനെ കുറിച്ചുള്ള പഠനം നടന്നുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു. മറ്റൊരു പ്രശ്നം മണൽ തരികളുടെ പൂജ്യം സെറ്റിങ്ങിലാണ്. അഥവാ മണൽത്തരികൾ നിക്ഷേപ സമയത്ത് വേണ്ടത്ര വെളിച്ചം കാണുകയോ താപം അനുഭവിക്കുകയോ ചെയ്തില്ലെങ്കിൽ നമുക്ക് കിട്ടുന്ന പ്രായം നിക്ഷേപ പ്രായത്തിനേക്കാൾ കൂടുതലാകും. സാമ്പിളുകളുടെ ശ്രദ്ധയോടെയുള്ള തിരഞ്ഞെടുക്കൽ ഇതിന് ഒരു പരിഹാരമാണ്.

ലൂമിനസൻസ് ഡേറ്റിങ്ങ് അതിന്റെ പ്രാരംഭ ദിശയിലാണ്. ഇന്ത്യയിൽ ഇതിന്റെ ഗവേഷണം നയിക്കുന്നത് പ്രധാനമായും PRL(Physical Research Laboratory, Ahmadabad) ആണ്. കൂടാതെ NGRI, Wadia ഹിമാലയ പഠന കേന്ദ്രം, മണിപ്പൂർ സർവകളാശാല എന്നിവിടങ്ങളിലും ഗവേഷണം നടന്നു വരുന്നു. കാലഗണനയുടെ പരിധി കൂട്ടാനും സിഗ്നൽ ചോർച്ചകളെക്കുറിച് (signal leakage) പഠിക്കാനും പൂർണ്ണമായും പൂജ്യം സെറ്റ് ചെയ്യുന്ന സിഗ്നലുകളെ കണ്ടെത്താനുമുള്ള പഠനം നടന്നുകൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്.

വെള്ളാരങ്കല്ലുകൾക്ക് പറയാനേറെയുണ്ട്. ശാസ്ത്രലോകം ശ്രമിക്കുന്നത് അവയുടെ ഭാഷ പഠിക്കാനാണ്! അവയുടെ ഇനിയും പറഞ്ഞ് തീരാത്ത അൽഭുതങ്ങൾക്കായി നമുക്ക് കാത്തിരിക്കാം..!!!