हमें जीवाश्मों की उम्र कैसे पता चलती है?

एक में छिपे दो सवाल

जब कोई पूछता है कि कोई जीवाश्म कितना पुराना है, तो असल में वह दो बातें पूछ रहा होता है।

पहली: क्या यह जीवाश्म उस जीवाश्म से पुराना है या नया? दूसरी: यह कितने साल पुराना है, एक असली संख्या के रूप में?

वैज्ञानिक पहले सवाल का जवाब चट्टानी परतों को पढ़कर देते हैं। दूसरे का जवाब रेडियोधर्मी परमाणुओं को नापकर। दोनों तरीके एक-दूसरे का समर्थन करते हैं, और इनमें से कोई भी अंदाज़ा नहीं है।

परतों को पढ़ना

पुरानी चट्टान नीचे होती है

चट्टानें अक्सर परतों में बनती हैं। रेत, कीचड़ और ज्वालामुखीय राख जमती है, दब जाती है और कठोर हो जाती है। नई परतें पुरानी परतों के ऊपर गिरती हैं।

इसलिए बिना हिली-डुली चट्टान में नीचे की परत ऊपर की परत से पुरानी होती है। इसे अध्यारोपण का नियम (law of superposition) कहते हैं। निकोलस स्टेनो (Nicolas Steno) नाम के एक डेनिश वैज्ञानिक ने इसे 1669 में लिखा था, उस समय से बहुत पहले जब किसी को पता भी नहीं था कि परमाणु क्षय हो सकते हैं।

अध्यारोपण सालों की संख्या नहीं देता। वह क्रम देता है। फिर भी यह ताक़तवर है। इसी कारण से निचली परतों के जीवाश्म पुराने जीवाश्म होते हैं।

सूचक जीवाश्म दूर-दूर की जगहों को जोड़ते हैं

कुछ प्रजातियाँ बड़े इलाके में फैलीं लेकिन समय के सिर्फ़ एक छोटे हिस्से में जीवित रहीं। ये प्रजातियाँ समय के चिह्न का काम करती हैं। भूवैज्ञानिक इन्हें सूचक जीवाश्म (index fossils) कहते हैं।

अमोनाइट (ammonite), यानी स्क्विड और ऑक्टोपस के कुंडली वाले रिश्तेदार, डायनासोरों के युग की उम्र के क्लासिक सूचक जीवाश्म हैं। ट्राइलोबाइट कहीं ज़्यादा पुरानी चट्टान को चिह्नित करते हैं। अगर वही सूचक जीवाश्म वेल्स और मोरक्को दोनों में मिले, तो यह मानने का अच्छा कारण है कि दोनों चट्टानी परतें लगभग एक ही समय बनीं।

सूचक जीवाश्म भूवैज्ञानिकों को महाद्वीपों के आर-पार चट्टानी परतों को मिलाने देते हैं। फिर भी वे सिर्फ़ क्रम और मिलान देते हैं, साल नहीं।

रेडियोधर्मी घड़ियाँ साल बताती हैं

कुछ परमाणु अस्थिर होते हैं। समय के साथ वे किसी दूसरे तत्व में बदल जाते हैं। साधारण चट्टान में कुछ भी इन्हें तेज़ या धीमा नहीं करता: न गर्मी, न दबाव, न रसायन।

यह स्थिर बदलाव एक घड़ी है। इस तरीके को रेडियोमेट्रिक डेटिंग (radiometric dating) कहते हैं।

अर्ध-आयु का मतलब

अर्ध-आयु (half-life) वह समय है जिसमें किसी नमूने के अस्थिर परमाणुओं में से आधे बदल जाते हैं।

100 अस्थिर परमाणुओं से शुरू कीजिए। एक अर्ध-आयु के बाद लगभग 50 बचते हैं। दो के बाद लगभग 25। तीन के बाद लगभग 12 या 13।

जिन परमाणुओं में वे बदलते हैं, वे चट्टान में ही रहते हैं। इसलिए प्रयोगशाला दो चीज़ें नापती है: मूल तत्व कितना बचा है, और नया तत्व कितना जमा हुआ है। दोनों का अनुपात बताता है कि कितनी अर्ध-आयु बीत चुकी हैं।

अलग-अलग तत्वों की अर्ध-आयु बेहद अलग-अलग होती है। यह काम की बात है, क्योंकि इससे वैज्ञानिकों को हर समय-पैमाने के लिए एक घड़ी मिल जाती है।

कार्बन-14: हाल की, कभी जीवित रही चीज़ों की घड़ी

कार्बन-14 वह घड़ी है जिसके बारे में ज़्यादातर लोगों ने सुना है, और यही सबसे ज़्यादा ग़लत समझी जाने वाली भी है।

जीव हवा और भोजन से कार्बन लेते हैं। उस कार्बन का एक बहुत छोटा हिस्सा कार्बन-14 होता है। जब तक जीव जीवित रहता है, वह अपना भंडार भरता रहता है। जब वह मरता है, भरना रुक जाता है, और उसके पास पहले से मौजूद कार्बन-14 घटने लगता है।

कार्बन-14 की अर्ध-आयु लगभग 5,730 साल है। लगभग 50,000 साल बाद इतना कम बचता है कि उसे नापना अविश्वसनीय हो जाता है।

इससे कार्बन डेटिंग की दो कठोर सीमाएँ बनती हैं।

• यह सिर्फ़ उसी सामग्री पर काम करती है जो कभी जीवित थी: लकड़ी, हड्डी, कोयला (चारकोल), कपड़ा, सीप, बीज।
• यह सिर्फ़ लगभग 50,000 साल पीछे तक काम करती है।

“डायनासोर की कार्बन डेटिंग” एक ग़लती क्यों है

लोग कभी-कभी विकास के बारे में यह कहकर बहस करते हैं कि डायनासोरों के लिए कार्बन डेटिंग अविश्वसनीय है। यह सच है, और कोई वैज्ञानिक इससे असहमत नहीं है। डायनासोरों पर कार्बन डेटिंग कभी इस्तेमाल ही नहीं की जाती।

पक्षियों के अलावा बाकी डायनासोर लगभग 6.6 करोड़ साल पहले विलुप्त हुए। यह कार्बन-14 की एक हज़ार से ज़्यादा अर्ध-आयु से भी ज़्यादा है। नापने के लिए कुछ बचेगा ही नहीं।

डायनासोर के जीवाश्म की उम्र चट्टानी परतों और कहीं ज़्यादा धीमी घड़ियों से आँकी जाती है। कार्बन-14 ग़लत औज़ार है, ठीक वैसे ही जैसे रसोई का फ़ुटा किसी दूसरे शहर की दूरी नापने के लिए ग़लत औज़ार है।

गहरे समय की घड़ियाँ

करोड़ों और अरबों सालों के लिए वैज्ञानिक ऐसे तत्व इस्तेमाल करते हैं जो कहीं ज़्यादा धीमे क्षय होते हैं।

पोटैशियम-आर्गन। पोटैशियम-40 आर्गन-40 में क्षय होता है, जिसकी अर्ध-आयु लगभग 1.25 अरब साल है। आर्गन एक गैस है, और वह गर्म लावा से निकल जाती है। जब लावा ठंडा होकर चट्टान बन जाता है, तो आर्गन उसके अंदर फँस जाती है। इसलिए यह घड़ी उसी क्षण शुरू होती है जब चट्टान ठंडी होती है।

इस तरीके के एक परिष्कृत रूप ने, जिसे आर्गन-आर्गन डेटिंग कहते हैं, प्रसिद्ध Australopithecus afarensis कंकाल, जिसे लूसी (Lucy) उपनाम दिया गया और जो 1974 में इथियोपिया के हदार में मिला, के आसपास की ज्वालामुखीय परतों की उम्र आँकी। उन परतों ने उसे लगभग 32 लाख साल पुराना ठहराया।

यूरेनियम-लेड। यूरेनियम-238 कई क़दमों की एक श्रृंखला से लेड-206 में क्षय होता है। उसकी अर्ध-आयु लगभग 4.5 अरब साल है। दूसरा प्रकार, यूरेनियम-235, लेड-207 में क्षय होता है जिसकी अर्ध-आयु लगभग 70.4 करोड़ साल है।

एक ही क्रिस्टल में दो यूरेनियम घड़ियों का होना वरदान है। हर एक दूसरी की जाँच कर सकती है।

ज़िरकॉन: वह क्रिस्टल जो अपना रिकॉर्ड खुद रखता है

यूरेनियम-लेड डेटिंग ज़िरकॉन (zircon) नाम के एक सख़्त छोटे खनिज में सबसे अच्छा काम करती है।

जब ज़िरकॉन का क्रिस्टल ठंडे होते मैग्मा में बढ़ता है, तो उसकी बनावट यूरेनियम परमाणुओं को स्वीकार करती है लेकिन लेड को सख़्ती से ठुकरा देती है। इसलिए ताज़ा ज़िरकॉन यूरेनियम के साथ शुरू होता है और उसमें लगभग कोई लेड नहीं होता। बाद में उसके अंदर जो भी लेड मिलता है, वह क्षय का उत्पाद ही होगा।

ज़िरकॉन बेहद कठोर और रासायनिक रूप से अड़ियल भी है। क्रिस्टल मौसम की मार, दब जाने और नई चट्टान में दोबारा समा जाने से बचे रहते हैं। पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया की जैक हिल्स (Jack Hills) के ज़िरकॉन कणों की उम्र लगभग 4.4 अरब साल आँकी गई है, जो उन्हें पृथ्वी के सबसे पुराने जाने-माने टुकड़े बनाती है।

हम चट्टान की उम्र क्यों आँकते हैं, जीवाश्म की नहीं

यह वह हिस्सा है जो ज़्यादातर लोगों को चौंकाता है। वैज्ञानिक आम तौर पर जीवाश्म की खुद उम्र नहीं आँकते।

जीवाश्म अक्सर बलुआ पत्थर या कीचड़-पत्थर में मिलता है। वे चट्टानें कहीं और की पुरानी चट्टानों से घिसकर आए कणों से बनी होती हैं। रेत के कण की उम्र आँकने से पता चलता है कि वह कण पहली बार कब क्रिस्टल बना, कहीं दूर और बहुत पहले, यह नहीं कि जानवर कब मरा।

ज्वालामुखीय चट्टान अलग होती है। लावा का बहाव या ज्वालामुखीय राख की परत सब कुछ पिघला देती है और फिर एक ही घटना में ठंडी होती है। घड़ी तभी शुरू होती है।

इसलिए मानक तरीका घेरेबंदी (bracketing) है। जीवाश्म के नीचे उम्र आँकी हुई एक ज्वालामुखीय परत ढूँढिए और ऊपर एक और उम्र आँकी हुई ज्वालामुखीय परत। जीवाश्म निचली परत से नया और ऊपरी परत से पुराना होना चाहिए। अगर नीचे की राख 37.6 करोड़ साल पुरानी है और ऊपर की राख 374 मिलियन (37.4 करोड़) साल पुरानी, तो बीच का जीवाश्म लगभग 37.5 करोड़ साल पुराना है।

इसी से Tiktaalik roseae खोजने वाली टीम को पता चला कि आर्कटिक की किन चट्टानों में खुदाई करनी है, और इसी से मछली के जीवाश्म को “37.5 करोड़ साल” जैसी संख्या मिलती है। जीवाश्म सबूत उस कहानी का बाकी हिस्सा बताता है।

पृथ्वी की उम्र

पृथ्वी लगभग 4.54 अरब साल पुरानी है।

यह संख्या मुख्य रूप से पृथ्वी की चट्टानों से नहीं आती, और इसका अच्छा कारण है। पृथ्वी अपनी ही सतह को दोबारा इस्तेमाल करती रहती है। प्लेटों की गति, पर्वत-निर्माण और अपरदन पुरानी चट्टानों को नष्ट कर देते हैं। अब तक मिली सबसे पुरानी चट्टानें, उत्तरी कनाडा की अकास्ता नाइस (Acasta Gneiss), लगभग 4.03 अरब साल पुरानी हैं, और जैक हिल्स के ज़िरकॉन उसे लगभग 4.4 अरब साल तक पीछे ले जाते हैं। ये भूपर्पटी की न्यूनतम उम्र हैं, ग्रह की उम्र नहीं।

उल्कापिंड इस समस्या को हल करते हैं। ज़्यादातर उल्कापिंड सौर मंडल के बाकी हिस्से के साथ ही बने थे, और फिर कभी नहीं पिघले। वैज्ञानिकों ने उल्कापिंड की सामग्री में लेड को नापा, जिसमें एरिज़ोना के कैन्यन डायब्लो (Canyon Diablo) का लौह उल्कापिंड भी शामिल है। उत्तर लगभग 4.54 अरब साल आया, जिसमें अनिश्चितता लगभग एक प्रतिशत से भी कम थी।

पृथ्वी और उल्कापिंड सामग्री के एक ही बादल से लगभग एक ही समय पर बने, इसलिए वह उम्र पृथ्वी पर भी लागू होती है।

वे आपसी जाँचें जो डेटिंग को भरोसेमंद बनाती हैं

जिस घड़ी की जाँच न हो सके वह सिर्फ़ एक दावा है। रेडियोमेट्रिक डेटिंग की जाँच कई स्वतंत्र तरीकों से की जा सकती है।

पेड़ के छल्ले। कई पेड़ हर साल एक छल्ला जोड़ते हैं। छल्लों को सीधे गिना जा सकता है और एक-दूसरे पर चढ़ते तनों, जीवित और मृत, के बीच मिलाया जा सकता है। जंजीर की तरह जोड़ने पर यूरोपीय ओक और पाइन के रिकॉर्ड 10,000 साल से ज़्यादा पीछे तक जाते हैं। जानी हुई छल्ला-संख्या की उम्र वाली लकड़ी की फिर कार्बन डेटिंग की जा सकती है, और दोनों संख्याओं की तुलना हो सकती है।

बर्फ़ के क्रोड (ice cores)। ग्रीनलैंड और अंटार्कटिका में बर्फ़ सालाना चक्रों में गिरती है, और दबी हुई परतों को पेड़ के छल्लों की तरह गिना जा सकता है, धूल, अम्लता और रसायन की मदद से। ग्रीनलैंड के GISP2 क्रोड में दसियों हज़ार परतें गिनी गईं। अंटार्कटिका के क्रोड इससे कहीं ज़्यादा पीछे तक जाते हैं। जानी हुई ऐतिहासिक तारीख़ों वाले ज्वालामुखी विस्फोट बर्फ़ में अम्ल के उछाल के रूप में ठीक वहीं दिखते हैं जहाँ परत-गिनती कहती है कि उन्हें होना चाहिए।

वार्व (varves)। कुछ शांत झीलें गर्मियों में हल्की परत और सर्दियों में गहरी परत जमाती हैं, हर साल एक जोड़ी। इन्हें वार्व कहते हैं। जापान की सुइगेत्सु (Suigetsu) झील की तलछट ऐसी परतों को दसियों हज़ार सालों तक सुरक्षित रखती है, और उनमें फँसे पत्तों के टुकड़ों की कार्बन डेटिंग की गई है। परत-गिनती और रेडियोकार्बन तारीख़ें एक-दूसरे का साथ देती हैं।

अलग-अलग तरीके, अलग-अलग प्रयोगशालाएँ। एक ही चट्टानी इकाई की उम्र अक्सर एक से ज़्यादा तरीकों से, एक से ज़्यादा प्रयोगशालाओं में आँकी जाती है, ऐसे दलों द्वारा जो सबके सामने ग़लत नहीं होना चाहते। पोटैशियम-आर्गन और यूरेनियम-लेड अलग-अलग तत्वों को अलग रसायन और अलग उपकरणों से नापते हैं। जब वे एक ही संख्या पर पहुँचते हैं, तो संयोग एक समझदार व्याख्या नहीं रह जाता।

डेटिंग क्या कर सकती है और क्या नहीं

रेडियोमेट्रिक डेटिंग कोई जादू नहीं है, और ईमानदार वैज्ञानिक यह कहते हैं।

• हर तारीख़ के साथ त्रुटि का दायरा होता है, जैसे “18 लाख साल, घट-बढ़ 50,000 साल”।
• जो चट्टान दोबारा गर्म हुई हो, उसकी घड़ी आंशिक रूप से रीसेट हो सकती है, इसलिए भूवैज्ञानिक इसकी जाँच करते हैं।
• नमूना दूषित हो सकता है, इसलिए प्रयोगशालाएँ ख़ाली नमूनों (blanks) और दोहराव के परीक्षण चलाती हैं।
• ग़लत सामग्री पर ग़लत तरीका ग़लत जवाब देता है, और ठीक इसीलिए कोई डायनासोर की कार्बन डेटिंग नहीं करता।

सीमाएँ जानना तरीके का हिस्सा है, उसकी कमज़ोरी नहीं।

विकास के लिए यह क्यों मायने रखता है

विकास को समय चाहिए, और गहरा समय कोई मान्यता नहीं है। यह एक माप है, जो भौतिकी से लिया गया, गिनी जा सकने वाली सालाना परतों से जाँचा गया, और अलग-अलग महाद्वीपों की प्रयोगशालाओं में दोहराया गया।

एक बार तारीख़ें तय हो जाएँ, तो जीवाश्म रिकॉर्ड पुरानी हड्डियों का ढेर नहीं रहता, एक क्रमबद्ध इतिहास बन जाता है। यह इतिहास कैसा दिखता है, यह देखने के लिए जीवाश्म सबूत पढ़ें। यही कहानी जीवित प्राणियों में कैसे दिखती है, यह देखने के लिए आनुवंशिक सबूत पढ़ें।