পৃথিবীর বয়স কীভাবে নির্ণয় করা হয়

পৃথিবীর বয়স কত? খুব পুরোনো প্রশ্ন। কিন্তু উত্তর পেতে বিজ্ঞানীদের বিংশ শতাব্দী পর্যন্ত অপেক্ষা করতে হয়েছে। তার আগে বিজ্ঞানী-দার্শনিকেরা ছিলেন দ্বিধাবিভক্ত। কারও মতে, পৃথিবী আদি ও অনন্ত, এর কোনো সৃষ্টি বা ধ্বংস নেই। কিন্তু বিরোধীরা বলেছেন অন্য কথা। তাঁদের মতে, পৃথিবী একটা নির্দিষ্ট সময়ে সৃষ্টি হয়েছে এবং একসময় তা ধ্বংসও হয়ে যাবে। কিন্তু নিউক্লিয়ার ফিজিকস পৃথিবীর বয়স গুনে দিয়েছে ৫০০ কোটি বছর। এটা সম্ভব হয়েছে ইউরেনিয়ামের কারণে। মানে ইউরেনিয়ামের তেজস্ক্রিয় ধর্ম ব্যবহার করা হয়েছে পৃথিবীর বয়স বের করতে।

Visit afsport.lat for more information.

শুধু পৃথিবীর বয়স নয়, লাখ লাখ বছরের পুরোনো কাঠ, হাজার হাজার বছর আগে মৃত প্রাণীর কঙ্কাল, প্রত্নতাত্ত্বিক নিদর্শন ইত্যাদির বয়স বের করতে মৌলের তেজস্ক্রিয় ধর্মই রেখেছে ভূমিকা। পৃথিবীর কথায় আগে আসা যাক। পৃথিবীর সঠিক বয়স বের করা কঠিন হতো, যদি না ইউরেনিয়ামের অর্ধায়ু ৪৫০ কোটি বছর না হতো। হ্যাঁ, ইউরেনিয়াম ২৩৮-এর অর্ধায়ু ৪৫০ কোটি বছর।

মোটা দাগে সব ইউরেনিয়াম পরমাণুই একসময় রশ্মি বিকিরণ করে সিসায় পরিণত হয়। ইউরেনিয়াম আর সিসার মাঝখানে মধ্যবর্তী কিছু তেজস্ক্রিয় মৌল পাওয়া যায়। তবে সেটা হিসাবে না নিলেও ক্ষতি নেই।

ইউরেনিয়ামের নিউক্লিয়াসগুলো ক্রমাগত রশ্মি বিকিরণ করে সিসায় রূপান্তরিত হয়। সিসা অতেজস্ক্রিয় স্থিতিশীল মৌলিক পদার্থ। অন্যদিকে ইউরেনিয়ামের অর্ধায়ু ৪৫০ কোটি বছর। অর্থাৎ এক খণ্ড বিশুদ্ধ ইউরেনিয়াম আকরিকে প্রাথমিক পর্যায়ে যে পরিমাণ ইউরেনিয়াম পরমাণু থাকে, ৪৫০ কোটি বছর পর ওই আকরিকে তার অর্ধেক অক্ষত পরমাণু পাওয়া যাবে। বাকি অর্ধেক পরমাণু তেজস্ক্রিয় ক্ষয়ের ফলে রূপান্তরিত হবে সিসার পরমাণুতে।

কলার তেজস্ক্রিয়তা

নিউক্লিয়ার ফিজিকস পৃথিবীর বয়স গুনে দিয়েছে ৫০০ কোটি বছর। এটা সম্ভব হয়েছে ইউরেনিয়ামের কারণে। মানে ইউরেনিয়ামের তেজস্ক্রিয় ধর্ম ব্যবহার করা হয়েছে পৃথিবীর বয়স বের করতে।

সূর্যের জন্মের পরপরই এর থেকে ছিটকে আসা পদার্থ কিংবা মহাজাগতিক পদার্থ দিয়ে সৌরজগতের গ্রহ-নক্ষত্র, উপগ্রহ, বামন গ্রহ, অর্থাৎ সৌর পরিবারের সব সদস্যের জন্ম হয়। জন্ম হয় পৃথিবীরও। প্রথমে পৃথিবী ছিল একটা জ্বলন্ত অগ্নিগোলক। কালের বিবর্তনে তাপ বিকিরণ করতে করতে একসময় কঠিন অবস্থায় আসে। তৈরি হয় শিলাপাথর, ভূত্বক, পাহাড়-পর্বত। পুরোনো শিলাগুলো আজও অক্ষত আছে ভূত্বকে, খনিতে।

পুরোনো শিলার ভেতরে মিলেছে ইউরেনিয়ামের আকরিক। সেসব আকরিক পর্যবেক্ষণ করলে একটা ব্যাপার সব নমুনাতেই পাওয়া যাবে। এসব আকরিকে যে পরিমাণ তেজস্ক্রিয় ইউরেনিয়াম আছে, সমপরিমাণে আছে স্থিতিশীল লেড বা সিসা। এর মানে কী? পরীক্ষা করে দেখা গেছে, এসব সিসার জন্ম ইউরেনিয়ামের তেজস্ক্রিয়তা ক্ষয়ের ফলেই। তার মানে কী দাঁড়াল? প্রতিটা ইউরেনিয়াম আকরিকে যেহেতু ইউরেনিয়াম আর সিসার পরিমাণ সমান সমান, তাই আপনি নিশ্চিত বলতে পারেন, একসময় এই সিসার পুরোটাই ইউরেনিয়াম ছিল। শুরুর সেই ইউরেনিয়ামের অর্ধেক ক্ষয়প্রাপ্ত হয়ে সিসায় পরিণত হয়েছে, বাকি অর্ধেক রয়েছে অক্ষত অবস্থায়। তাদের ভাঙন অবশ্য অব্যাহত। তাই আপনি এখন নিশ্চিন্তে বলতে পারেন, ইউরেনিয়ামের এই আকরিকগুলো আসলে অর্ধায়ুতে অবস্থান করছে।

প্রতি সেকেন্ডে তেজস্ক্রিয় রশ্মি বিকিরণের হার থেকে ইউরেনিয়ামের অর্ধায়ুর হিসাবটা সহজেই বের করে ফেলা যায়। আর সেটা ৪৫০ কোটি বছর। তার মানে এই আকরিকগুলো ৪৫০ কোটি বছর আগে সৃষ্টি হয়েছিল। আকরিকগুলো আবার পাওয়া গেছে প্রাচীনতম শিলার ভেতরে। তাই একটা হিসাব এখন সহজ। পৃথিবীর বয়স প্রায় ৪৫০ কোটি বছর। আবার সূর্যের আলোর বর্ণালি বিশ্লেষণ করে, ভর পরিমাপ করে এর ভেতরকার নিউক্লিয়ার বিক্রিয়ার খবর বের করা যায়। সেখান থেকেই জানা যায়, সূর্যের বয়স মোটামুটি ৫০০ কোটি বছর। আমাদের পৃথিবীর বয়স সূর্যের চেয়ে বেশি হবে না, আবার ৪৫০ কোটি বছরের কম হবে না। তাই আপনি বলতেই পারেন, পৃথিবীর বয়স ৪৫০-এর বেশি, কিন্তু ৫০০ কোটির কম। সেটা কত কম?

কিছু মৌল তেজস্ক্রিয় হয় কেন

প্রথমে পৃথিবী ছিল একটা জ্বলন্ত অগ্নিগোলক। কালের বিবর্তনে তাপ বিকিরণ করতে করতে একসময় কঠিন অবস্থায় আসে। তৈরি হয় শিলাপাথর, ভূত্বক, পাহাড়-পর্বত।

বিজ্ঞানীদের হিসাব অনুযায়ী পৃথিবীর জন্ম আজ থেকে ৪৫৪ কোটি বছর আগে। জন্মের পর কঠিন শিলা ও ইউরেনিয়ামের আকরিকগুলো তৈরি হতে কয়েক কোটি বছর লেগে গেছে। বিজ্ঞানীরা এই যে পৃথিবীর বয়স বলে দিচ্ছেন ঘড়ি-ক্যালেন্ডার ধরে, এটা সম্ভবই হতো না, যদি না তেজস্ক্রিয়তা সম্পর্কে আমাদের কোনো জ্ঞান না থাকত।

ঠিক একই রকম ঘটনা ঘটে পুরোনো ফসিল, সভ্যতা, দালানকোঠা ইত্যাদির বয়স বের করতে গিয়েও। তবে ইউরেনিয়ামের ব্যাপার এখানে অচল। তাই ফসিল, মৃতদেহ, এমনকি সভ্যতার নিদর্শনের বয়স বের করতে গিয়ে কাজে লাগানো হয় কার্বনের তেজস্ক্রিয় ধর্মকে। সাধারণ কার্বন তেজস্ক্রিয় নয়। এর একটা আইসোটোপ আছে। সাধারণ কার্বনকে বলা হয় কার্বন ১২। এর অন্য আইসোটোপটির নাম কার্বন ১৪। ১৪, কারণ, এর নিউক্লিয়াসে দুটো অতিরিক্ত নিউট্রন আছে, সেই নিউট্রন দুটোতেই ভাঙন ধরে।

কার্বন ১৪-এর পারমাণবিক ভর ১৪। আবার নাইট্রোজেনের পারমাণবিক ভর ১৪। পার্থক্য আসলে প্রোটন আর নিউট্রনের সংখ্যাতে। নাইট্রোজেনের নিউক্লিয়াসে ৭টি প্রোটন আর ৭টি নিউট্রন থাকে। অন্যদিকে কার্বন ১৪-তে থাকে ৮টি নিউট্রন আর ৬টি প্রোটন। এখানে মজার একটা ব্যাপার কথা আছে। তেজস্ক্রিয় কার্বন, অর্থাৎ কার্বন ১৪ কিন্তু অনবরত তৈরি হচ্ছে পৃথিবীতে। কীভাবে?

নিউক্লিয়ার বিক্রিয়ার সাহায্যে। সেই বিক্রিয়া ঘটাতে সাহায্য করছে মহাকাশ থেকে আসা নিউট্রন।

মহাকাশ থেকে প্রতিনিয়ত পৃথিবীতে ধেয়ে আসছে কসমিক রে। এসব কসমিক রে-তে নানা রকম কণা থাকে, তরঙ্গ থাকে। এদের মধ্যে একটা বড় উপাদান হলো নিউট্রন। এর সবচেয়ে বড় জোগানদাতা সূর্য নিজে।

তেজস্ক্রিয়তা ও কুরি দম্পতির কারিকুরি

কার্বনের একটা আইসোটোপ আছে। সাধারণ কার্বনকে বলা হয় কার্বন ১২। এর অন্য আইসোটোপটির নাম কার্বন ১৪। ১৪, কারণ, এর নিউক্লিয়াসে দুটো অতিরিক্ত নিউট্রন আছে।

কসমিক রশ্মি থেকে ছুটে আসা নিউট্রন আঘাত করছে বায়ুমন্ডলে। এর ফলে বায়ুমন্ডলের অন্য উপাদানগুলো কী হচ্ছে কে জানে, প্রভাবিত হচ্ছে নাইট্রোজেন গ্যাস। প্রবল বেগে ধেয়ে আসা নিউট্রনগুলো আঘাত করছে নাইট্রোজেনের নিউক্লিয়াসে। ফলে ভাঙন ধরছে নাইট্রোজেনের নিউক্লিয়াসে। আঘাতের ফলে নিউক্লিয়াস থেকে ছিটকে যাচ্ছে একটা করে প্রোটন আর যোগ হচ্ছে মহাকাশ থেকে আসা নিউট্রনটি। সুতরাং নাইট্রোজেন নিউক্লিয়াসে তখন নিউট্রনসংখ্যা হচ্ছে ৮ আর প্রোটনসংখ্যা কমে দাঁড়াচ্ছে ৬। নিউক্লিয়াসে প্রোটনসংখ্যা আসলে একটা মৌলের পারমাণবিক সংখ্যা। আর পারমাণবিক সংখ্যার ওপরই নির্ভর করে পরমাণুর ধর্ম ও বৈশিষ্ট্য। নিউট্রনসংখ্যা যতই হোক, একটা নিউক্লিয়াসে ৬টি প্রোটন থাকা মানে সেটা কার্বনের পরমাণু। নিউট্রনের আঘাতে তাই নাইট্রোজেন নিউক্লিয়াসের যে বদল ঘটছে, এর ফলে কমে যাচ্ছে প্রোটনসংখ্যা। তাই সেটাকে আর তখন নাইট্রোজেন নিউক্লিয়াস বলা যাবে না। সেটা তখন কার্বনের নিউক্লিয়াসের মতো আচরণ করবে। সুতরাং নাইট্রোজেন নিউক্লিয়াস রূপ বদল করে বনে যাবে কার্বনের নিউক্লিয়াসে।

নাইট্রোজেন নিউক্লিয়াস কার্বনের নিউক্লিয়াসে পরিণত হবে ঠিকই, কিন্তু এর নিউক্লিয়াসের বাইরে যে ৭টি ইলেকট্রন ছিল, সেটার কী হবে। ৬ ইলেকট্রন যেহেতু ৬টি প্রোটনের আকর্ষণে বাঁধা পড়বে, বাকি ইলেকট্রনটি তখন হয়তো ছিটকে বেরিয়ে যাবে নিউক্লিয়াসের আকর্ষণ থেকে। এভাবেই জন্ম হয় কার্বন ১৪। কিন্তু ঝামেলা একটা রয়েই যায়। কার্বন ৬-এর যে নিউক্লিয়াসের আকার, সেখানে ৬টি প্রোটন আর ৬টি নিউট্রন থাকতে পারে স্বাচ্ছন্দ্যে। কিন্তু বাড়তি দুটি নিউট্রনকে জায়গা দিতে গিয়ে হিমশিম খেয়ে যায়। স্থিতিশীল অবস্থায় থাকতে পারে না নিউক্লিয়াস। তাই অচিরেই ভাঙন ধরে সেই নিউক্লিয়াসে। বিটা রশ্মি বিকিরণ করে একটা নিউট্রন পরিণত হয় প্রোটনে। ফলে বেড়ে যায় একটা প্রোটনের সংখ্যা, নিউট্রন কমে ১টি। আবার আগের অবস্থায় ফিরে আসে নিউক্লিয়াসটি, ৭টি প্রোটন আর ৭টি নিউট্রন নিয়ে সেটা পরিণত হয় পুরোদস্তুর নাইট্রোজেন নিউক্লিয়াসে। তখন আবার বাইরে থেকে একটা মুক্ত ইলেকট্রন ধরে পরিণত হয় আগের চেহারার নাইট্রোজেন পরমাণুতে।

পাইজোবিদ্যুৎ, তেজস্ক্রিয়তা ও পিয়ের কুরি

নিউট্রনসংখ্যা যতই হোক, একটা নিউক্লিয়াসে ৬টি প্রোটন থাকা মানে সেটা কার্বনের পরমাণু। নিউট্রনের আঘাতে তাই নাইট্রোজেন নিউক্লিয়াসের যে বদল ঘটছে, এর ফলে কমে যাচ্ছে প্রোটনসংখ্যা।

কিন্তু পুরো এই প্রক্রিয়া ঘটতে কিছুটা সময় লাগে। ততক্ষণে হয়তো সব কটি না হলেও কিছু তেজস্ক্রিয় কার্বন অক্সিজেনের সঙ্গে রাসায়নিক বন্ধন তৈরি করে। ফলে তৈরি হয় তেজস্ক্রিয় কার্বন ডাই-অক্সাইড। আবার তেজস্ক্রিয় কার্বন ডাই-অক্সাইড থেকেও তেজস্ক্রিয় কার্বন রশ্মি বিকিরণ করে নাইট্রোজেন তৈরি করে ফেলতে পারে। কিন্তু এর আগেই এগুলোর মধ্য থেকে বেশ কিছু তেজস্ক্রিয় কার্বন শুষে নেয় গাছগুলো। সূর্যের আলোকে কাজে লাগিয়ে তৈরি করে নিজেদের খাদ্য। তখন এসব কার্বন আবার অংশ হয় উদ্ভিদদেহের। সেই উদ্ভিদকে আবার খায় তৃণভোজী ও মানুষের মতো সর্বভুক প্রাণীরা। তৃণভোজীদের আবার খায় খাদ্যজালের ওপরের দিকে থাকা মাংসাশী প্রাণীগুলো। এভাবে উদ্ভিদের মাধ্যমে তেজস্ক্রিয় কার্বন ছড়িয়ে পড়ে পৃথিবীর তামাম প্রাণিকুলের মধ্যে। তাই বলে ভাববেন না, উদ্ভিদগুলো শুধু তেজস্ক্রিয় কার্বন ডাই-অক্সাইড দিয়েই নিজেদের খাদ্য তৈরি করে। বরং সাধারণ ও তেজস্ক্রিয়-দুই ধরনের কার্বনই শোষণ করে উদ্ভিদগুলো। আলাদা করে চেনার ক্ষমতা এদের নেই।

জীবন্ত উদ্ভিদ ও প্রাণীদের দেহে খাদ্য হিসেবে অনবরত কার্বন ঢুকে পড়ে। জীবন্ত প্রাণীর দেহের ভেতরেও তেজস্ক্রিয় কার্বন থাকে। কিন্তু অনবরত তেজস্ক্রিয় কার্বনের জোগান থাকে বলে, একটা নির্দিষ্ট অনুপাতের নিচে নামে না এর সংখ্যা। গোটা ব্যাপার এমনভাবে ঘটে, জীবিত যেকোনো প্রাণীর দেহে স্থিতিশীল ও তেজস্ক্রিয় কার্বনের অনুপাত সর্বদা সমান, অর্থাৎ ১:১ থাকে। কিন্তু প্রাণী বা উদ্ভিদের মৃত্যুর পর বন্ধ হয়ে যায় সব রকম কার্বনের জোগান। কার্বন ১২ তো ভাঙে না। তাই উদ্ভিদ বা প্রাণীদেহে কার্বনের পরিমাণ হেরফের হয় না। হ্যাঁ, জীবদেহ পচে যায়। বাকল, চামড়া, মাংস ইত্যাদি পচে মাটিতে মিশে যায়। কিন্তু যেটুকু অক্ষত থাকে কঙ্কাল বা কাঠ হিসেবে, সেটুকুই যথেষ্ট বয়স বের করার জন্য। অক্ষত মৃতদেহে যে অংশই পাওয়া যাক, তাতে কার্বন ১২ ও কার্বন ১৪-এর অনুপাতই বলে দেয় মৃতদেহ ঠিক কত বছর আগে জীবিত ছিল।

ইউরেনিয়াম থেকে কীভাবে বিদ্যুৎ উৎপাদিত হয়

তেজস্ক্রিয় কার্বনের অর্ধায়ু ৫,৭৬০ বছর। অর্থাৎ ৫,৭৬০ বছরে মৃতদেহে মিশে থাকা কার্বন ১৪ ক্ষয় হয়ে অর্ধেকে পরিণত হয়। বাকি অর্ধেক অবশিষ্ট থাকে।

কার্বন ১৪-এর পরমাণুগুলো তেজস্ক্রিয় রশ্মি বিকিরণ করে ক্রমাগত ক্ষয় হতে থাকে। কিন্তু কার্বন ১২-এর পরমাণুগুলোর নিউক্লিয়াস স্থিতিশীল। তাই যেকোনো সময় এদের অনুপাত বের করা কঠিন নয়।

তেজস্ক্রিয় কার্বনের অর্ধায়ু ৫,৭৬০ বছর। অর্থাৎ ৫,৭৬০ বছরে মৃতদেহে মিশে থাকা কার্বন ১৪ ক্ষয় হয়ে অর্ধেকে পরিণত হয়। বাকি অর্ধেক অবশিষ্ট থাকে। তার মানে এই সময় পরে জীবদেহে কার্বন ১২ ও কার্বন ১৪-এর অনুপাত হবে ১: ০.৫ হয়। এভাবে দ্বিতীয় অর্ধায়ু ১১,৫২০ বছর পর অনুপাতটি দাঁড়াবে ১: ০.২৫। তেমনি দুই অর্ধায়ুতেই বয়স বের করা যাবে, তা নয়। কার্বনের অর্ধায়ু আর প্রতি সেকেন্ডে তেজস্ক্রিয় ক্ষয়ের হার যেহেতু বিজ্ঞানীদের জানা, তাই সহজেই ১ হাজার বা ৮ হাজার কিংবা যেকোনো বয়সী মৃতদেহ বা ফসিলের বয়স বের করা কঠিন নয়।

লেখক: সাংবাদিকসূত্র: নেচার*লেখাটি ২০২০ সালে বিজ্ঞানচিন্তায় ডিসেম্বর সংখ্যায় প্রকাশিতমঙ্গলে গিয়ে মানুষ মহাজাগতিক রশ্মির হাত থেকে বাঁচবে কীভাবে

Read full story at source