Il nucleo di ciascun atomo elementale contiene protoni, neutroni ed elettroni. Sebbene ogni elemento abbia normalmente un numero uguale di protoni ed elettroni, il numero di neutroni può variare. Quando gli atomi di un singolo elemento come il carbonio hanno un diverso numero di neutroni, e quindi diverse masse atomiche, sono chiamati "isotopi". Come molti altri elementi, il carbonio ha un isotopo molto comune, e molti altri che sono piuttosto rari.

Carbon-12

L'isotopo di carbonio più comune è carbonio-12. Il suo nome indica che il suo nucleo contiene sei protoni e sei neutroni, per un totale di 12. Sulla Terra, il carbonio-12 rappresenta quasi il 99 percento del carbonio presente in natura. Gli scienziati usano unità di massa atomiche, o amu, per misurare la massa di elementi. Carbon-12 ha un amu di esattamente 12.000. Questo numero è lo standard di riferimento per misurare la massa atomica di tutti gli altri isotopi.

Altri isotopi

Gli altri due isotopi di carbonio presenti in natura sono carbonio-13, che comprende circa l'1 percento di tutto il carbonio isotopi e carbonio-14, che rappresenta circa due trilioni di carbonio naturale. Il "13" in carbonio-13 indica che il nucleo dell'isotopo contiene sette neutroni invece di sei. Carbon-14, ovviamente, contiene otto neutroni. Gli scienziati hanno anche creato isotopi artificiali di carbonio che vanno dal carbonio-8 al carbonio-22, ma gli usi pratici di questi isotopi instabili sono limitati.

Carbon-13

Gli organismi viventi mostrano una preferenza per il carbonio -12 su carbonio-13 e quindi assorbono livelli sproporzionatamente elevati di carbonio-12. Quindi, gli scienziati possono studiare il rapporto tra carbonio-13 e carbonio-12 nei nuclei di ghiaccio e anelli degli alberi per stimare le concentrazioni passate di anidride carbonica atmosferica. Allo stesso modo, i climatologi possono tracciare questo rapporto nell'acqua di mare per studiare i tassi di assorbimento dell'oceano per il biossido di carbonio.

Carbon-14

A differenza del carbonio-12 e del carbonio-13, il carbonio-14 è radioattivo. Nel corso del tempo, gli isotopi radioattivi decadono e rilasciano una certa quantità di radiazioni. Ogni organismo vivente contiene anidride carbonica, che include una piccola quantità di carbonio-14. Dopo che l'organismo muore, il carbonio-14 nel suo corpo decade gradualmente. Poiché gli scienziati conoscono il tasso di decadimento del carbonio-14, possono esaminare i livelli di carbonio-14 negli organismi antichi per stimare quando hanno vissuto. Questa tecnica è chiamata datazione al carbonio.