Kärnan i varje elementär atom innehåller protoner, neutroner och elektroner. Även om varje element normalt har lika många protoner och elektroner, kan antalet neutroner variera. När atomer av ett enda element som kol har olika antal neutroner och därmed olika atommassor kallas de för isotoper. Liksom många andra element har kol en mycket vanlig isotop och flera andra som är ganska sällsynta.

Karbon-12

Den vanligaste kol isotopen är kol-12. Dess namn betyder att dess kärna innehåller sex protoner och sex neutroner, för totalt 12. På jorden står koldioxid -12 för nästan 99 procent av naturligt förekommande kol. Forskare använder atommassanheter, eller amu, för att mäta massan av element. Carbon-12 har en amu på exakt 12.000. Detta nummer är referensstandarden för att mäta atommassan för alla andra isotoper.

Övriga isotoper

De andra två naturligt förekommande kolisotoposerna är kol-13, som omfattar ungefär 1 procent av allt kol isotoper och kol-14, som står för omkring två trilliondelar av naturligt förekommande kol. "13" i kol-13 indikerar att isotopens kärna innehåller sju neutroner i stället för sex. Karbon-14 innehåller naturligtvis åtta neutroner. Forskare har också skapat konstgjorda kolisotoper som sträcker sig från kol-8 till kol-22, men de praktiska användningarna av dessa instabila isotoper är begränsade.

Karbon-13

Levande organismer föredrar kol -12 över kol-13, och absorberar därför disproportionellt höga halter av kol-12. Således kan forskare studera förhållandet mellan kol-13 och kol-12 i iskärnor och trädringar för att uppskatta tidigare koncentrationer av atmosfärisk koldioxid. På samma sätt kan klimatologerna spåra detta förhållande i havsvatten för att studera havets absorptionshastigheter för koldioxid.

Karbon-14

Till skillnad från kol-12 och kol-13 är koldioxid-14 radioaktivt. Med tiden försvinner radioaktiva isotoper och släpper ut en viss mängd strålning. Varje levande organism tar in koldioxid, vilket inkluderar en liten mängd kol-14. Efter att organismen dör, sönderfaller kol-14 i sin kropp gradvis. Eftersom forskare vet hur mycket kol-14 förfallna, kan de undersöka kol-14-nivåerna i gamla organismer för att uppskatta när de bodde. Denna teknik kallas koldatum.