Περιεχόμενο
Ο πυρήνας κάθε στοιχειακού ατόμου περιέχει πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια. Αν και κάθε στοιχείο έχει κανονικά ίσο αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων, ο αριθμός των νετρονίων μπορεί να ποικίλει. Όταν τα άτομα ενός μόνο στοιχείου, όπως ο άνθρακας, έχουν διαφορετικό αριθμό νετρονίων και συνεπώς διαφορετικές ατομικές μάζες, ονομάζονται "ισότοπα". Όπως και πολλά άλλα στοιχεία, ο άνθρακας έχει ένα πολύ κοινό ισότοπο και πολλά άλλα πολύ σπάνια.
Carbon-12
Το πιο συνηθισμένο ισότοπο άνθρακα είναι ο άνθρακας-12. Το όνομά του δηλώνει ότι ο πυρήνας του περιέχει έξι πρωτόνια και έξι νετρόνια, για συνολικά 12. Στη Γη, ο άνθρακας-12 αντιπροσωπεύει σχεδόν το 99 τοις εκατό του φυσικώς απαντώμενου άνθρακα. Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν μονάδες ατομικής μάζας, ή amu, για να μετρήσουν τη μάζα των στοιχείων. Το Carbon-12 έχει ένα amu ακριβώς 12.000. Ο αριθμός αυτός είναι το πρότυπο αναφοράς για τη μέτρηση της ατομικής μάζας όλων των άλλων ισοτόπων.
Άλλα ισότοπα
Τα άλλα δύο φυσικώς απαντώμενα ισότοπα άνθρακα είναι ο άνθρακας-13, ο οποίος περιλαμβάνει περίπου το 1 τοις εκατό όλων των ισοτόπων άνθρακα και τον άνθρακα-14, ο οποίος αντιπροσωπεύει περίπου τα δύο τρισεκατομμύρια άνθρακα που απαντά στη φύση. Το "13" στον άνθρακα-13 δείχνει ότι ο πυρήνας του ισότοπου περιέχει επτά νετρόνια αντί για έξι. Ο άνθρακας-14, φυσικά, περιέχει οκτώ νετρόνια. Οι επιστήμονες έχουν επίσης δημιουργήσει τεχνητά ισότοπα άνθρακα που κυμαίνονται από άνθρακα-8 έως άνθρακα-22, αλλά οι πρακτικές χρήσεις αυτών των ασταθών ισοτόπων είναι περιορισμένες.
Carbon-13
Οι ζωντανοί οργανισμοί δείχνουν ότι προτιμούν τον άνθρακα-12 πάνω από τον άνθρακα-13 και επομένως απορροφούν δυσανάλογα υψηλά επίπεδα άνθρακα-12. Έτσι, οι επιστήμονες μπορούν να μελετήσουν την αναλογία άνθρακα-13 με άνθρακα-12 σε πυρήνες πάγου και δακτυλίους δέντρου για να εκτιμήσουν τις προηγούμενες συγκεντρώσεις ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα. Ομοίως, οι κλιματολόγοι μπορούν να παρακολουθήσουν αυτή την αναλογία στο θαλασσινό νερό για να μελετήσουν τα ποσοστά απορρόφησης του ωκεανού για το διοξείδιο του άνθρακα.
Carbon-14
Σε αντίθεση με τον άνθρακα-12 και τον άνθρακα-13, ο άνθρακας-14 είναι ραδιενεργός. Με τον καιρό, τα ραδιενεργά ισότοπα αποσυντίθενται και απελευθερώνουν μια ορισμένη ποσότητα ακτινοβολίας. Κάθε ζωντανός οργανισμός παίρνει διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο περιλαμβάνει μια μικρή ποσότητα άνθρακα-14. Αφού ο οργανισμός πεθάνει, ο άνθρακας-14 στο σώμα του βαθμιαία αποσυντίθεται. Επειδή οι επιστήμονες γνωρίζουν το ρυθμό με τον οποίο διασπάται ο άνθρακας-14, μπορούν να εξετάσουν τα επίπεδα άνθρακα-14 στους αρχαίους οργανισμούς για να υπολογίσουν πότε ζούσαν. Αυτή η τεχνική ονομάζεται χρονολόγηση άνθρακα.