Jádro každého elementárního atomu obsahuje protony, neutrony a elektrony. Ačkoli každý prvek má normálně stejný počet protonů a elektronů, počet neutronů se může lišit. Když atomy jediného prvku, jako je uhlík, mají různý počet neutronů, a tedy různé atomové hmotnosti, jsou se nazývají „izotopy“. Stejně jako mnoho dalších prvků má uhlík jeden velmi běžný izotop a několik dalších, které jsou celkem vzácný.
Uhlík-12
Nejběžnějším izotopem uhlíku je uhlík-12. Jeho název znamená, že jeho jádro obsahuje šest protonů a šest neutronů, tedy celkem 12. Na Zemi představuje uhlík-12 téměř 99 procent přirozeně se vyskytujícího uhlíku. Vědci používají k měření hmotnosti prvků atomové hmotnostní jednotky neboli amu. Uhlík-12 má amu přesně 12 000. Toto číslo je referenčním standardem pro měření atomové hmotnosti všech ostatních izotopů.
Jiné izotopy
Dalšími dvěma přirozeně se vyskytujícími izotopy uhlíku jsou uhlík-13, který obsahuje přibližně 1 procento všech izotopů uhlíku a uhlík-14, který představuje asi dvě bilionty přirozeně se vyskytujících uhlík. „13“ na uhlíku-13 naznačuje, že jádro izotopu obsahuje sedm neutronů místo šesti. Uhlík-14 samozřejmě obsahuje osm neutronů. Vědci také vytvořili umělé izotopy uhlíku v rozmezí od uhlíku-8 do uhlíku-22, ale praktické využití těchto nestabilních izotopů je omezené.
Uhlík-13
Živé organismy dávají přednost uhlíku-12 před uhlíkem-13, a proto absorbují nepřiměřeně vysoké hladiny uhlíku-12. Vědci tak mohou studovat poměr uhlíku-13 k uhlíku-12 v ledových jádrech a letokruzích, aby odhadli minulé koncentrace atmosférického oxidu uhličitého. Podobně mohou klimatologové sledovat tento poměr v mořské vodě ke studiu rychlosti absorpce oxidu uhličitého v oceánu.
Uhlík-14
Na rozdíl od uhlíku-12 a uhlíku-13 je uhlík-14 radioaktivní. V průběhu času se radioaktivní izotopy rozpadají a uvolňují určité množství záření. Každý živý organismus přijímá oxid uhličitý, který obsahuje malé množství uhlíku-14. Poté, co organismus zemře, uhlík-14 v jeho těle se postupně rozpadá. Protože vědci znají rychlost, s jakou se uhlík 14 rozpadá, mohou zkoumat hladiny uhlíku 14 ve starodávných organismech a odhadnout, kdy žili. Tato technika se nazývá uhlíkové datování.
