Sia 13C che 14C sono presenti in natura. Il primo rappresenta circa l ‘ 1% di tutto il carbonio. L’abbondanza di 14C varia da 0.0000000001% (una parte per trilione, un piccolo, ma misurabile, livello) fino a zero. Le più alte abbondanze di 14C si trovano nell’anidride carbonica atmosferica e nei prodotti a base di anidride carbonica atmosferica (ad esempio, piante). A differenza di 12C e 13C, 14C non è stabile. Di conseguenza è sempre in fase di decadimento radioattivo naturale, mentre le abbondanze degli altri isotopi sono invariati., Il carbonio-14 è più abbondante nell’anidride carbonica atmosferica perché viene costantemente prodotto da collisioni tra atomi di azoto e raggi cosmici ai limiti superiori dell’atmosfera.
La velocità con cui 14C decade è assolutamente costante. Dato qualsiasi insieme di atomi 14C, metà di essi decadrà in 5700 anni. Poiché questo tasso è lento rispetto al movimento del carbonio attraverso le catene alimentari (dalle piante agli animali ai batteri), tutto il carbonio nella biomassa sulla superficie terrestre contiene livelli atmosferici di 14C., Tuttavia, non appena il carbonio cade dal ciclo dei processi biologici – ad esempio, attraverso la sepoltura nel fango o nel suolo – l’abbondanza di 14C inizia a diminuire. Dopo 5700 anni rimane solo la metà. Dopo altri 5700 anni ne rimane solo un quarto. Questo processo, che continua fino a quando non rimane 14C, è la base della datazione al carbonio.
Un campione in cui 14C non è più rilevabile è detto “radiocarbonio morto.”I combustibili fossili forniscono un esempio comune. Sono derivati da biomassa che inizialmente conteneva livelli atmosferici di 14C., Ma la trasformazione di detriti organici sedimentari in petrolio o piante legnose in carbone è così lenta che anche i depositi più giovani sono morti al radiocarbonio.
L’abbondanza di 14C in una molecola organica fornisce quindi informazioni sulla fonte del suo carbonio. Se 14C è presente a livelli atmosferici, la molecola deve derivare da un prodotto vegetale recente. Il percorso dalla pianta alla molecola può essere stato indiretto o lungo, coinvolgendo più processi fisici, chimici e biologici. I livelli di 14C sono influenzati in modo significativo solo dal passare del tempo., Se una molecola non contiene 14C rilevabile deve derivare da una materia prima petrolchimica o da qualche altra fonte antica. I livelli intermedi di 14C possono rappresentare miscele di carbonio moderno e morto o carbonio che è stato fissato dall’atmosfera meno di 50.000 anni fa.
Segnali di questo tipo sono spesso usati dai chimici che studiano gli ambienti naturali. Un idrocarburo trovato nei sedimenti della spiaggia, per esempio, potrebbe derivare da una fuoriuscita di petrolio o da cere prodotte dalle piante. Se le analisi isotopiche mostrano che l’idrocarburo contiene 14C a livelli atmosferici, proviene da una pianta., Se non contiene 14C, proviene da una fuoriuscita di petrolio. Se contiene un livello intermedio, proviene da una miscela di entrambe le fonti.
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