De kern van elk elementair atoom bevat protonen, neutronen en elektronen. Hoewel elk element normaal gesproken een gelijk aantal protonen en elektronen heeft, kan het aantal neutronen variëren. Wanneer atomen van een enkel element, zoals koolstof, verschillende aantallen neutronen hebben, en dus verschillende atoommassa's, worden "isotopen" genoemd. Net als veel andere elementen heeft koolstof één veel voorkomende isotoop, en verschillende andere die vrij bijzonder.
Koolstof-12
De meest voorkomende koolstofisotoop is koolstof-12. De naam betekent dat de kern zes protonen en zes neutronen bevat, in totaal 12. Op aarde is koolstof-12 goed voor bijna 99 procent van de natuurlijk voorkomende koolstof. Wetenschappers gebruiken atomaire massa-eenheden, of amu, om de massa van elementen te meten. Carbon-12 heeft een amu van precies 12.000. Dit getal is de referentiestandaard voor het meten van de atomaire massa van alle andere isotopen.
andere isotopen
De andere twee natuurlijk voorkomende koolstofisotopen zijn koolstof-13, dat ongeveer 1 procent omvat van alle koolstofisotopen, en koolstof-14, dat goed is voor ongeveer twee biljoenste van het natuurlijk voorkomende koolstof. De "13" in koolstof-13 geeft aan dat de kern van de isotoop zeven neutronen bevat in plaats van zes. Koolstof-14 bevat natuurlijk acht neutronen. Wetenschappers hebben ook kunstmatige koolstofisotopen gemaakt, variërend van koolstof-8 tot koolstof-22, maar het praktische gebruik van deze onstabiele isotopen is beperkt.
Koolstof-13
Levende organismen hebben een voorkeur voor koolstof-12 boven koolstof-13 en absorberen daarom onevenredig hoge niveaus van koolstof-12. Zo kunnen wetenschappers de verhouding van koolstof-13 tot koolstof-12 in ijskernen en boomringen bestuderen om eerdere concentraties van atmosferische koolstofdioxide te schatten. Evenzo kunnen klimatologen deze verhouding in zeewater volgen om de absorptiesnelheden van de oceaan voor koolstofdioxide te bestuderen.
Koolstof-14
In tegenstelling tot koolstof-12 en koolstof-13 is koolstof-14 radioactief. Na verloop van tijd vervallen radioactieve isotopen en geven een bepaalde hoeveelheid straling af. Elk levend organisme neemt koolstofdioxide op, waaronder een kleine hoeveelheid koolstof-14. Nadat het organisme sterft, vervalt de koolstof-14 in zijn lichaam geleidelijk. Omdat wetenschappers de snelheid kennen waarmee koolstof-14 vervalt, kunnen ze de koolstof-14-niveaus in oude organismen onderzoeken om te schatten wanneer ze leefden. Deze techniek wordt koolstofdatering genoemd.