Sisältö
Kunkin alkuaineatomin ydin sisältää protoneja, neutroneja ja elektroneja. Vaikka jokaisella elementillä on normaalisti yhtä suuri määrä protoneja ja elektroneja, neutronien lukumäärä voi vaihdella. Kun yhden elementin, kuten hiilen, atomilla on erilainen määrä neutroneja ja siten erilaisia atomimassoja, niitä kutsutaan “isotoopeiksi”. Kuten monissa muissakin muodoissa, hiilellä on yksi hyvin yleinen isotooppi ja useita muita, jotka ovat melko harvinaisia.
Hiili-12
Yleisin hiili-isotooppi on hiili-12. Sen nimi tarkoittaa, että sen ydin sisältää kuusi protonia ja kuusi neutronia, yhteensä 12. Maapallossa hiili-12 muodostaa lähes 99 prosenttia luonnossa esiintyvästä hiilestä. Tutkijat käyttävät atomien massayksiköitä tai amua elementtien massan mittaamiseen. Hiili-12: n amu on täsmälleen 12.000. Tämä luku on vertailustandardi kaikkien muiden isotooppien atomimassan mittaamiseksi.
Muut isotoopit
Kaksi muuta luonnossa esiintyvää hiili-isotooppiä ovat hiili-13, joka sisältää noin yhden prosentin kaikista hiili-isotoopeista, ja hiili-14, jonka osuus on noin kaksi triljoonaosaa luonnossa esiintyvästä hiilestä. Hiili-13: n "13" osoittaa, että isotoopin ydin sisältää seitsemän neutronia kuuden sijasta. Hiili-14 sisältää tietysti kahdeksan neutronia. Tutkijat ovat myös luoneet keinotekoisia hiili-isotooppeja hiilestä 8 hiili-22: een, mutta näiden epävakaiden isotooppien käytännön käytöt ovat rajalliset.
Hiili-13
Elävät organismit ovat mieluummin hiili-12 kuin hiili-13, ja siksi ne absorboivat suhteettoman korkeat hiili-12-pitoisuudet. Siksi tutkijat voivat tutkia hiilen 13 ja hiilen 12 suhdetta jäänydimissä ja puirenkaissa estimoidakseen ilmakehän hiilidioksidin aikaisemmat pitoisuudet. Samoin klimatologit voivat seurata tätä suhdetta merivedessä tutkiakseen valtameren hiilidioksidin imeytymisastetta.
Hiili-14
Toisin kuin hiili-12 ja hiili-13, hiili-14 on radioaktiivinen. Ajan myötä radioaktiiviset isotoopit rappeutuvat ja vapauttavat tietyn määrän säteilyä. Jokainen elävä organismi ottaa hiilidioksidia, joka sisältää pienen määrän hiili-14. Organismin kuollessa hiilen 14 elimistössä hajoaa vähitellen. Koska tutkijat tietävät hiili-14: n hajoamisnopeuden, he voivat tutkia muinaisissa organismeissa olevia hiili-14-tasoja arvioidakseen, milloin he elivät. Tätä tekniikkaa kutsutaan hiilen treffiksi.