Kohlenstoffisotops

Kohlenstoff besitzt mehrere Isotope. Die häufigsten stabilen Isotope sind 12C und 13C, das radioaktive Isotop 14C. Ein Isotop hat dieselbe Protonenzahl, aber eine unterschiedliche Neutronenzahl, wodurch sich Masse und Eigenschaften leicht unterscheiden.

12C besteht aus 6 Protonen und 6 Neutronen; 13C aus 6 Protonen und 7 Neutronen; 14C aus 6 Protonen und 8 Neutronen. 12C und 13C sind stabil, 14C ist radioaktiv und zerfällt durch Betaminus in 14N. In der Natur kommen 12C und 13C in Kohlenstoffverbindungen fast unverändert vor, während 14C durch kosmische Strahlung in der oberen Atmosphäre aus Stickstoff-14 entsteht und sich in CO2 einbaut. Pflanzen nehmen das CO2 auf, sodass lebende Organismen Kohlenstoffisotopenverhältnisse teilen. 14C zerfällt mit einer Halbwertszeit von etwa 5730 Jahren.

Die Radiokarbonmethode nutzt das Abklingen von 14C, um Alter von organischem Material bis zu etwa 50.000 Jahre zu bestimmen. Messungen erfolgen oft mit Massenspektrometrie oder beschleunigter Massenspektrometrie (AMS). Stabilere Isotope wie 13C dienen zudem als Tracer in Biologie, Geologie und Klimawissenschaft. Die Bestimmung von Delta-13C-Werten liefert Informationen über Umweltbedingungen, Ernährungsweisen und Karbonflüssigkeitsverteilungen in Ökosystemen.

Die natürliche Verteilung der Isotope variiert durch Fraktionierung bei Photosynthese, Atmung und geologischen Prozessen. Das Verhältnis von 12C zu 13C wird üblicherweise als Delta-13C angegeben und liefert Hinweise auf Lebensweisen, Region und Umwelt. Forschung nutzt auch 12C/13C-Verhältnisse als Referenz in Spektroskopie- und NMR-Analysen.