Le 13C et le 14C sont tous deux présents dans la nature. Le premier représente environ 1% de tout le carbone. L’abondance de 14C varie de 0,0000000001% (une partie par billion, un niveau petit mais mesurable) à zéro. Les abondances les plus élevées de 14C se trouvent dans le dioxyde de carbone atmosphérique et dans les produits fabriqués à partir de dioxyde de carbone atmosphérique (par exemple, les plantes). Contrairement au 12C et au 13c, le 14C n’est pas stable. En conséquence, il subit toujours une désintégration radioactive naturelle tandis que les abondances des autres isotopes sont inchangées., Le carbone 14 est le plus abondant dans le dioxyde de carbone atmosphérique car il est constamment produit par les collisions entre les atomes d’azote et les rayons cosmiques aux limites supérieures de l’atmosphère.
la vitesse à laquelle le 14C se désintègre est absolument constante. Étant donné n’importe quel ensemble d’atomes 14C, la moitié d’entre eux se désintègrera en 5700 ans. Étant donné que ce taux est lent par rapport au mouvement du carbone à travers les chaînes alimentaires (des plantes aux animaux en passant par les bactéries), tout le carbone contenu dans la biomasse à la surface de la terre contient des niveaux atmosphériques de 14C., Cependant, dès que le carbone tombe du cycle des processus biologiques – par exemple, par enfouissement dans la boue ou le sol – l’abondance de 14C commence à diminuer. Après 5700 ans, il ne reste que la moitié. Après encore 5700 ans, il ne reste qu’un quart. Ce processus, qui se poursuit jusqu’à ce qu’il ne reste plus de 14C, est à la base de la datation au carbone.
un échantillon dans lequel le 14C n’est plus détectable est dit « mort au radiocarbone. »Les combustibles fossiles fournissent un exemple. Ils sont dérivés de la biomasse qui contenait initialement des niveaux atmosphériques de 14C., Mais la transformation des débris organiques sédimentaires en pétrole ou des plantes ligneuses en charbon est si lente que même les dépôts les plus jeunes sont morts au radiocarbone.
L’abondance de 14C dans une molécule organique fournit donc des informations sur la source de carbone. Si le 14C est présent dans l’atmosphère, la molécule doit provenir d’un produit végétal récent. Le passage de la plante à la molécule peut avoir été indirect ou long, impliquant de multiples processus physiques, chimiques et biologiques. Les niveaux de 14C ne sont affectés de manière significative que par le passage du temps., Si une molécule ne contient pas de 14C détectable, elle doit provenir d’une matière première pétrochimique ou d’une autre source ancienne. Les niveaux intermédiaires de 14C peuvent représenter soit des mélanges de carbone moderne et mort, soit du carbone qui a été fixé dans l’atmosphère il y a moins de 50 000 ans.
les signaux de ce type sont souvent utilisés par les chimistes qui étudient les milieux naturels. Un hydrocarbure trouvé dans les sédiments des plages, par exemple, pourrait provenir d’un déversement de pétrole ou de cires produites par les plantes. Si les analyses isotopiques montrent que l’hydrocarbure contient du 14C à des niveaux atmosphériques, il provient d’une usine., S’il ne contient pas de 14C, il provient d’une marée noire. S’il contient un niveau intermédiaire, il provient d’un mélange des deux sources.
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