Содержание
Ядро каждого элементарного атома содержит протоны, нейтроны и электроны. Хотя каждый элемент обычно имеет одинаковое количество протонов и электронов, число нейтронов может варьироваться. Когда атомы одного элемента, такого как углерод, имеют разное количество нейтронов и, следовательно, разные атомные массы, их называют «изотопами». Как и многие другие элементы, углерод имеет один очень распространенный изотоп и несколько других, которые встречаются довольно редко.
Углерод-12
Наиболее распространенным изотопом углерода является углерод-12. Его название означает, что его ядро содержит шесть протонов и шесть нейтронов, в общей сложности 12. На Земле углерод-12 составляет почти 99 процентов природного углерода. Ученые используют атомные единицы массы, или amu, для измерения массы элементов. Углерод-12 имеет amu ровно 12.000. Это число является эталоном для измерения атомной массы всех других изотопов.
Другие изотопы
Двумя другими встречающимися в природе изотопами углерода являются углерод-13, который составляет приблизительно 1 процент от всех изотопов углерода, и углерод-14, на долю которого приходится около двух триллионов углеродов природного происхождения. «13» в углероде-13 указывает, что ядро изотопа содержит семь нейтронов вместо шести. Углерод-14, конечно, содержит восемь нейтронов. Ученые также создали искусственные изотопы углерода в диапазоне от углерода-8 до углерода-22, но практическое использование этих нестабильных изотопов ограничено.
Углерод-13
Живые организмы предпочитают углерод-12 перед углеродом-13 и поэтому поглощают непропорционально высокие уровни углерода-12. Таким образом, ученые могут изучить соотношение углерода-13 и углерода-12 в ледяных кернах и кольцах деревьев, чтобы оценить прошлые концентрации углекислого газа в атмосфере. Точно так же климатологи могут отслеживать это соотношение в морской воде для изучения скорости поглощения диоксида углерода в океане.
Углерод-14
В отличие от углерода-12 и углерода-13, углерод-14 радиоактивен. Со временем радиоактивные изотопы распадаются и выделяют определенное количество радиации. Каждый живой организм поглощает углекислый газ, в состав которого входит небольшое количество углерода-14. После того, как организм умирает, углерод-14 в его организме постепенно разлагается. Поскольку ученые знают скорость, с которой распадается углерод-14, они могут исследовать уровни углерода-14 в древних организмах, чтобы оценить, когда они жили. Эта техника называется углеродным датированием.