Il nucleo di ogni atomo elementare 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, essi sono chiamati "isotopi". Come molti altri elementi, il carbonio ha un isotopo molto comune e molti altri che sono abbastanza raro.
carbonio-12
L'isotopo di carbonio più comune è il carbonio-12. Il suo nome significa 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 naturale. Gli scienziati usano le unità di massa atomica, o amu, per misurare la massa degli elementi. Il carbonio-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 il carbonio-13, che comprende circa l'1% di tutti gli isotopi di carbonio e carbonio-14, che rappresenta circa due trilionesimi di naturali carbonio. Il "13" nel carbonio-13 indica che il nucleo dell'isotopo contiene sette neutroni invece di sei. Il carbonio-14, ovviamente, contiene otto neutroni. Gli scienziati hanno anche creato isotopi di carbonio artificiali che vanno dal carbonio-8 al carbonio-22, ma gli usi pratici di questi isotopi instabili sono limitati.
carbonio-13
Gli organismi viventi mostrano una preferenza per il carbonio-12 rispetto al carbonio-13 e quindi assorbono livelli sproporzionatamente elevati di carbonio-12. Pertanto, gli scienziati possono studiare il rapporto tra carbonio-13 e carbonio-12 nelle carote di ghiaccio e negli anelli degli alberi per stimare le passate concentrazioni di anidride carbonica atmosferica. Allo stesso modo, i climatologi possono monitorare questo rapporto nell'acqua di mare per studiare i tassi di assorbimento dell'anidride carbonica nell'oceano.
carbonio-14
A differenza del carbonio-12 e del carbonio-13, il carbonio-14 è radioattivo. Nel tempo, gli isotopi radioattivi decadono e rilasciano una certa quantità di radiazioni. Ogni organismo vivente assorbe 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 la velocità di decadimento del carbonio-14, possono esaminare i livelli di carbonio-14 negli organismi antichi per stimare quando vivevano. Questa tecnica è chiamata datazione al carbonio.