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O núcleo de cada átomo elementar contém prótons, nêutrons e elétrons. Embora cada elemento normalmente tenha um número igual de prótons e elétrons, o número de nêutrons pode variar. Quando átomos de um único elemento como o carbono têm números diferentes de nêutrons e, portanto, massas atômicas diferentes, eles são chamados de "isótopos". Como muitos outros elementos, o carbono tem um isótopo muito comum e vários outros que são bastante raros.
Carbono-12
O isótopo de carbono mais comum é o carbono-12. Seu nome significa que seu núcleo contém seis prótons e seis nêutrons, num total de 12. Na Terra, o carbono-12 é responsável por quase 99% do carbono que ocorre naturalmente. Os cientistas usam unidades de massa atômica, ou amu, para medir a massa de elementos. O carbono-12 tem um amu de exatamente 12.000. Este número é o padrão de referência para medir a massa atômica de todos os outros isótopos.
Outros isótopos
Os outros dois isótopos de carbono que ocorrem naturalmente são o carbono-13, que compreende aproximadamente 1 por cento de todos os isótopos de carbono, e o carbono-14, responsável por cerca de dois trilionésimos de carbono que ocorre naturalmente. O "13" no carbono 13 indica que o núcleo do isótopo contém sete nêutrons em vez de seis. O carbono-14, é claro, contém oito nêutrons. Os cientistas também criaram isótopos artificiais de carbono que variam de carbono 8 a carbono 22, mas os usos práticos desses isótopos instáveis são limitados.
Carbono-13
Os organismos vivos mostram uma preferência pelo carbono-12 em relação ao carbono-13 e, portanto, absorvem níveis desproporcionalmente altos de carbono-12. Assim, os cientistas podem estudar a proporção de carbono-13 para carbono-12 em núcleos de gelo e anéis de árvores para estimar concentrações passadas de dióxido de carbono na atmosfera. Da mesma forma, os climatologistas podem rastrear essa proporção na água do mar para estudar as taxas de absorção do oceano por dióxido de carbono.
Carbono-14
Ao contrário do carbono 12 e do carbono 13, o carbono 14 é radioativo. Com o tempo, os isótopos radioativos decaem e liberam uma certa quantidade de radiação. Todo organismo vivo absorve dióxido de carbono, que inclui uma pequena quantidade de carbono-14. Depois que o organismo morre, o carbono-14 em seu corpo decai gradualmente. Como os cientistas sabem a taxa na qual o carbono-14 decai, eles podem examinar os níveis de carbono-14 nos organismos antigos para estimar quando viviam. Essa técnica é chamada de datação por carbono.