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Le noyau de chaque atome élémental contient des protons, des neutrons et des électrons. Bien que chaque élément ait normalement un nombre égal de protons et d'électrons, le nombre de neutrons peut varier. Lorsque les atomes d'un même élément, tel que le carbone, ont un nombre différent de neutrons, et donc de masses atomiques différentes, ils sont appelés «isotopes». Comme de nombreux autres éléments, le carbone a un isotope très commun et plusieurs autres assez rares.
Carbone 12
L'isotope du carbone le plus commun est le carbone 12. Son nom signifie que son noyau contient six protons et six neutrons, pour un total de 12. Sur Terre, le carbone 12 représente près de 99% du carbone naturel. Les scientifiques utilisent des unités de masse atomique, ou amu, pour mesurer la masse d'éléments. Le carbone 12 a un amu de 12 000 exactement. Ce nombre est la norme de référence pour mesurer la masse atomique de tous les autres isotopes.
Autres isotopes
Les deux autres isotopes naturels du carbone sont le carbone 13, qui représente environ 1% de tous les isotopes du carbone, et le carbone 14, qui représente environ deux trillions de carbone de carbone naturel. Le «13» dans le carbone 13 indique que le noyau de l’isotope contient sept neutrons au lieu de six. Le carbone 14, bien sûr, contient huit neutrons. Les scientifiques ont également créé des isotopes de carbone artificiels allant du carbone 8 au carbone 22, mais les utilisations pratiques de ces isotopes instables sont limitées.
Carbone 13
Les organismes vivants préfèrent le carbone 12 au carbone 13 et absorbent donc des niveaux disproportionnés de carbone 12. Les scientifiques peuvent ainsi étudier le rapport carbone 13 / carbone 12 des carottes de glace et des cernes pour estimer les concentrations passées de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. De même, les climatologues peuvent suivre ce ratio dans l’eau de mer pour étudier les taux d’absorption du dioxyde de carbone dans les océans.
Carbone 14
Contrairement au carbone 12 et au carbone 13, le carbone 14 est radioactif. Au fil du temps, les isotopes radioactifs se désintègrent et libèrent une certaine quantité de rayonnement. Chaque organisme vivant absorbe du dioxyde de carbone, qui contient une petite quantité de carbone 14. Après la mort de l'organisme, le carbone 14 dans son corps se décompose progressivement. Parce que les scientifiques connaissent le taux de désintégration du carbone 14, ils peuvent examiner les niveaux de carbone 14 dans les organismes anciens afin d'estimer leur période de vie. Cette technique s'appelle la datation au carbone.