कार्बन हे मूलद्रव्य म्हणजे सर्व सजीवांच्या शरीरात आढळणाऱ्या जैवरसायनांचा आधारस्तंभ आहे. कार्बनचा अणुक्रमांक आहे ६. याचा अर्थ कार्बनच्या प्रत्येक अणूच्या केंद्रकात (न्यूक्लियस) ६ प्रोटॉन असतात. बहुतेकदा केंद्रकातील न्युट्रॉन्सची संख्याही ६ असते. पण क्वचित काही अणूंमधे ती संख्या ७ असते, आणि अगदी थोड्या अणूंमधे ती ८ असते. पण या सर्व अणूंच्या केंद्रकात प्रोटॉन्स मात्र ६च असतात. त्यामुळे अणूंच्या यादीत हे तिन्ही प्रकारचे अणू सहाव्या स्थानावरच येतात. म्हणून त्यांना कार्बनचे ‘समस्थानिक’ (आयसोटोप) म्हणतात.
ज्या अणूंमधे ६ प्रोटॉन आणि सहा न्युट्रॉन असतात त्या अणूंना (६+६=१२) कार्बन-१२ म्हणतात, ज्या अणूंमधे ७ न्युट्रॉन असतात त्या अणूंना (६+७=१३) कार्बन-१३ म्हणतात, तर ८ न्युट्रॉन असणाऱ्या अणूंना (६+८=१४) कार्बन-१४ म्हणतात. कार्बन-१२ आणि कार्बन-१३ यांचे अणू स्थिर असतात. मात्र कार्बन-१४चे अणू अस्थिर असल्याने कार्बन-१४च्या केंद्रकातून बीटा किरणांचे उत्सर्जन होत रहाते. म्हणून कार्बन-१४ला ‘किरणोत्सारी कार्बन’ असेही म्हणतात. कार्बन-१४च्या अणूचा क्षय होऊन त्याचे रूपांतर नायट्रोजनच्या अणूमधे होते.
१९४९मधे विलार्ड लिबी यांनी कार्बन-१४च्या अणूंचा क्षय कसा होतो यावर संशोधन केले. त्यांनी असे सिद्ध केले की, कार्बन-१४चे जितके अणू सुरुवातीला असतील, त्यातल्या अर्ध्या अणूंचे रूपांतर नायट्रोजनमधे होण्यासाठी ५,७३० वर्षे लागतात. म्हणून कार्बन-१४ चे ‘अर्धे आयुष्य’ ५,७३० वर्षे आहे असे म्हणतात. दर ५,७३० वर्षांनी उरलेल्या अणूंपैकी अर्धे अणू रूपांतरित होत होत सुमारे ७०,००० वर्षांनी कार्बन-१४च्या सर्व अणूंचे नायट्रोजनच्या अणूंमधे रूपांतर होते. या संशोधनाबद्दल लिबी यांना १९६०मधे नोबेल पारितोषिक देऊन गौरवण्यात आले होते.
पृथ्वीच्या उच्चस्तरीय वातावरणात नायट्रोजनबरोबर होणाऱ्या वैश्विक किरणांच्या अंतर्क्रियेमुळे कार्बन-१४ ची निर्मिती होत असते. प्रकाशसंश्लेषणाच्या प्रक्रियेत वनस्पती कार्बन-१२ बरोबर कार्बन-१४ही शोषून घेतात. वनस्पतीजन्य पदार्थ आहारात आल्याने सर्व प्राण्यांच्या आणि मानवाच्या शरीरात कार्बन-१४चा प्रवेश होतो. श्वसनाद्वारेही सजीवांच्या शरीरात कार्बन-१४चा 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 अवशेषांमधे कार्बन-१४ आणि कार्बन-१२ यांचे प्रमाण किती आहे, आणि वातावरणात ते सामान्यतः किती असते, यावरून किती काळापूर्वी तो जैव अवशेष जिवंत होता याचे गणित मांडून कालमापन करतात. या मापनासाठी अद्ययावत् उपकरणे वापरतात.
७०,००० वर्षांपर्यंतच्या प्राचीन कालमापनासाठी ही पद्धत फार उपयुक्त आहे.
अरविंद आवटी