कार्बन हे मूलद्रव्य सर्व सजीवांच्या शरीरात आढळणाऱ्या जैवरसायनांचा आधारस्तंभ आहे. कार्बनचा अणुक्रमांक आहे सहा. याचा अर्थ कार्बनच्या प्रत्येक अणूच्या केंद्रकात (न्यूक्लियस) सहा प्रोटॉन असतात. बहुतेकदा केंद्रकातील न्युट्रॉन्सची संख्याही ६ असते. पण क्वचित काही अणूंमध्ये ती संख्या सात असते आणि अगदी थोड्या अणूंमध्ये ती आठ असते. पण या सर्व अणूंच्या केंद्रकात प्रोटॉन्स मात्र सहाच असतात. त्यामुळे अणूंच्या यादीत हे तिन्ही प्रकारचे अणू सहाव्या स्थानावरच येतात. म्हणून त्यांना कार्बनचे ‘समस्थानिक’ (आयसोटोप) म्हणतात.
ज्या अणूंमध्ये सहा प्रोटॉन आणि सहा न्युट्रॉन असतात त्या अणूंना (६ +६=१२) कार्बन-१२ म्हणतात, ज्या अणूंमध्ये सात न्युट्रॉन असतात त्या अणूंना (६+ ७=१३) कार्बन-१३ म्हणतात, तर आठ न्युट्रॉन असणाऱ्या अणूंना (६+ ८=१४) कार्बन-१४ म्हणतात. कार्बन-१२ आणि कार्बन-१३ यांचे अणू स्थिर असतात. मात्र कार्बन-१४ चे अणू अस्थिर असल्याने कार्बन-१४ च्या केंद्रकातून बीटा किरणांचे उत्सर्जन होत राहते. म्हणून कार्बन-१४ ला ‘किरणोत्सारी कार्बन’ असेही म्हणतात. कार्बन-१४ च्या अणूचा क्षय होऊन त्याचे रूपांतर नायट्रोजनच्या अणूमध्ये होते.
१९४९ मध्ये विलार्ड लिबी यांनी कार्बन-१४ च्या अणूंचा क्षय कसा होतो यावर संशोधन केले. त्यांनी असे सिद्ध केले की, कार्बन-१४ चे जितके अणू सुरुवातीला असतील, त्यातल्या अर्ध्या अणूंचे रूपांतर नायट्रोजनमध्ये होण्यासाठी पाच हजार ७३० वर्षे लागतात. म्हणून कार्बन-१४ चे ‘अर्धे आयुष्य’ पाच हजार ७३० वर्षे आहे असे म्हणतात. दर पाच हजार ७३० वर्षांनी उरलेल्या अणूंपैकी अर्धे अणू रूपांतरित होत होत सुमारे ७० हजार वर्षांनी कार्बन-१४ च्या सर्व अणूंचे नायट्रोजनच्या अणूंमध्ये रूपांतर होते. या संशोधनाबद्दल लिबी यांना १९६० मध्ये नोबेल पारितोषिक देऊन गौरवण्यात आले होते.
पृथ्वीच्या उच्चस्तरीय वातावरणात नायट्रोजनबरोबर होणाऱ्या वैश्विक किरणांच्या अंतर्क्रियेमुळे कार्बन-१४ ची निर्मिती होते. प्रकाशसंश्लेषणाच्या प्रक्रियेत वनस्पती कार्बन-१२ बरोबर कार्बन-१४ही शोषून घेतात. वनस्पतीजन्य पदार्थ आहारात आल्याने सर्व प्राण्यांच्या आणि मानवाच्या शरीरात कार्बन-१४ चा प्रवेश होतो. श्वसनाद्वारेही सजीवांच्या शरीरात कार्बन-१४ चा प्रवेश होतो. मृत्यूनंतर मात्र सजीवांच्या शरीरातली कार्बन घेण्याची क्रिया थांबते आणि जो कार्बन-१४ शरीरात आहे त्याचा किरणोत्सारामुळे क्षय होऊ लागतो.
पुरातत्त्वविज्ञानाचे उत्खनन सुरू असेल, तिथल्या जैव अवशेषांमध्ये कार्बन-१४ आणि कार्बन-१२ यांचे प्रमाण किती आहे, आणि वातावरणात ते सामान्यत: किती असते, यावरून किती काळापूर्वी तो जैव अवशेष जिवंत होता याचे गणित मांडून कालमापन करतात. या मापनासाठी अद्यायावत् उपकरणे वापरतात. ७०,००० वर्षांपर्यंतच्या प्राचीन कालमापनासाठी ही पद्धत फार उपयुक्त आहे.
– अरविंद आवटी
मराठी विज्ञान परिषद
ईमेल : office@mavipa.org
संकेतस्थळ : http://www.mavipa.org
