炭素の同位体

炭素11は、炭素の放射性同位体である。約99%は陽電子放出してホウ素11に、0.19-0.23%は電子捕獲してやはりホウ素11に崩壊する^[1][2]。半減期は20.38分である。

炭素11は、ポジトロン断層法で分子の放射性ラベリングによく用いられる。

炭素には、炭素12、炭素13、炭素14の3つの天然同位体が存在する。炭素12と炭素13は安定で、天然の存在比は、約99:1である。炭素14は、大気上層で宇宙線からの熱中性子により生成し、地表に下降して生物に吸収される。炭素14の存在比は無視できる程度であるが、半減期5700年の放射性を持つため、放射計で検出することができる。死んだ組織は、それ以上炭素14を吸収しないため、炭素14の存在量は放射年代測定に用いることができる。

¹²Cと¹³Cは海洋循環を説明する温度トレーサーとして使われる。より軽い同位体（¹²C）の方が、植物が光合成するときに吸収されやすいことが分かっており、そのときのプランクトン（浮遊生物）の大発生により大量の¹²Cが海に取り込まれる。もし海水が成層化して海洋循環が滞ると、プランクトンの死滅によって¹²Cが海底に沈降し、表層は比較的多くの¹³Cで満たされる。そして、深い場所から冷水がわき上がる場所（北大西洋）から¹²Cがもたらされる。過去の気候のトレーサーには熱帯種、サンゴの成長環などがある(Flannery 2005)。

植物に含まれる炭素原子の安定同位体、炭素12と炭素13の比率は光合成の種類によって変わる。C₄型光合成を行なう植物はC₃型光合成を行なう植物よりも炭素13の比率が高い。これは植物を食べる草食動物、草食動物を食べる肉食動物にも食物連鎖を通じて影響を与え、化石になっても保持される性質がある。そのため炭素同位体の比率は化石として発見された動物の食生活を推定する情報として科学者に利用される。^[3]

• #でマークされた値は、全てが純粋に実験値から算出されたものではなく、一部体系的な傾向から導き出された推定値を含んでいる。明確なデータが得られていない核スピンに関しては、かっこ書きで表記している。
• 数値の最後にかっこ書きで表記しているのは、その値の誤差を示している。誤差の値は、同位体の構成と標準の原子質量に関しては、IUPACが公表する誤差で表記しており、それ以外の値は、標準偏差を表記している。
• 同位体存在比の正確さと質量数は変化によって制限される。天然存在比の範囲は、通常の地球上のどの場所でも同じはずである。
• すべての核種の原子量の標準として扱われるように¹²Cは特に重要であり、その原子量は12と定義されている。