Isotop karbon

Karbon (₆C) memiliki 15 isotop yang diketahui, dimulai dari ⁸C hingga ²²C, di mana ¹²C dan ¹³C adalah isotop stabil. Radioisotop yang berumur paling panjang adalah ¹⁴C, dengan waktu paruh 5,70(3)×10³ tahun. ¹⁴C juga merupakan satu-satunya radioisotop karbon yang ditemukan di alam—jumlah renik terbentuk secara kosmogenik melalui reaksi ¹⁴N + n → ¹⁴C + ¹H. Radioisotop buatan yang paling stabil adalah ¹¹C, yang memiliki waktu paruh 20,3402(53) menit. Semua radioisotop lain memiliki waktu paruh di bawah 20 detik, paling banyak kurang dari 200 milidetik. Isotop yang paling tidak stabil adalah ⁸C, dengan waktu paruh 3,5(1.4)×10⁻²¹ detik.

Daftar isotop

Karbon-11

Karbon-11 atau ¹¹C adalah isotop radioaktif karbon yang meluruh menjadi boron-11. Peluruhan ini terjadi terutama karena emisi positron, dengan sekitar 0,19–0,23% peluruhan terjadi karena penangkapan elektron.Waktu paruhnya adalah 20,3402(53) menit.

¹¹C → ¹¹B + e⁺ + ν_e + 0,96 MeV

¹¹C + e⁻ → ¹¹B + ν_e + 1,98 MeV

Ia dihasilkan dari nitrogen dalam siklotron oleh reaksi

¹⁴N + p → ¹¹C + ⁴He

Karbon-11 umumnya digunakan sebagai radioisotop untuk pelabelan radioaktif molekul dalam tomografi emisi positron. Di antara banyak molekul yang digunakan dalam konteks ini adalah radioligan [¹¹C]DASB dan [¹¹C]Cimbi-5.

Isotop alami

Ada tiga isotop karbon yang terbentuk secara alami: 12, 13, dan 14. ¹²C dan ¹³C adalah isotop stabil, terjadi dalam proporsi alami sekitar 93:1. ¹⁴C diproduksi oleh neutron termal dari radiasi kosmik di atmosfer bagian atas, dan diangkut ke Bumi untuk diserap oleh bahan biologis hidup. Secara isotop, ¹⁴C merupakan bagian yang dapat diabaikan; tetapi, karena bersifat radioaktif dengan waktu paruh 5,70(3)×10³ tahun, ia dapat dideteksi secara radiometrik. Karena jaringan mati tidak menyerap ¹⁴C, jumlah ¹⁴C adalah salah satu metode yang digunakan dalam bidang arkeologi untuk penanggalan radiometrik bahan biologis.

Paleoklimatologi

¹²C dan ¹³C diukur sebagai rasio isotop δ¹³C dalam foraminifera bentik dan digunakan sebagai proksi untuk siklus nutrien dan pertukaran udara–laut CO₂ (ventilasi) yang bergantung pada suhu. Tumbuhan merasa lebih mudah menggunakan isotop yang lebih ringan (¹²C) ketika mereka mengubah sinar matahari dan karbon dioksida menjadi makanan. Jadi, misalnya, plankton (organisme yang mengapung bebas) dalam jumlah besar menyerap sejumlah besar ¹²C dari lautan. Awalnya, ¹²C sebagian besar dimasukkan ke dalam air laut dari atmosfer. Jika lautan tempat plankton hidup berlapis (artinya ada lapisan air hangat di dekat bagian atas, dan air yang lebih dingin di bagian bawah), maka air permukaan tidak banyak bercampur dengan perairan yang lebih dalam, sehingga ketika plankton mati, ia tenggelam dan menghilangkan ¹²C dari permukaan, meninggalkan lapisan permukaan yang relatif kaya ¹³C. Di mana air dingin naik dari kedalaman (seperti di Atlantik Utara), air itu membawa ¹²C kembali dengannya. Jadi, ketika lautan kurang berlapis daripada hari ini, ada lebih banyak ¹²C dalam kerangka spesies yang tinggal di permukaan. Indikator lain dari iklim masa lalu termasuk keberadaan spesies tropis, cincin pertumbuhan karang, dll.

Melacak sumber makanan dan diet

Jumlah isotop yang berbeda dapat diukur dengan spektrometri massa dan dibandingkan dengan referensi standar; hasilnya (misalnya delta dari ¹³C = δ¹³C) dinyatakan sebagai bagian per seribu (‰):

${\displaystyle \delta {\ce {^{13}C}}=\left({\frac {\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{\text{sampel}}}{\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{\text{standar}}}}-1\right)\times 1000}$ ‰

Isotop karbon stabil dalam karbon dioksida digunakan secara berbeda oleh tanaman selama fotosintesis. Rerumputan di daerah beriklim sedang (barli, beras, gandum, gandum hitam dan oat, ditambah bunga matahari, kentang, tomat, kacang tanah, kapas, bit gula, dan sebagian besar pohon dan kacang/buahnya, mawar dan Poa pratensis) mengikuti jalur fotosintesis C3 yang akan menghasilkan nilai δ¹³C rata-rata sekitar −26,5‰. Rumput di daerah beriklim panas gersang (khususnya jagung, tetapi juga milet, sorgum, tebu dan Digitaria) mengikuti jalur fotosintesis C4 yang menghasilkan nilai δ¹³C rata-rata sekitar −12,5‰.

Oleh karena itu, memakan tanaman yang berbeda ini akan mempengaruhi nilai δ¹³C dalam jaringan tubuh konsumen. Jika hewan (atau manusia) hanya memakan tumbuhan C3, nilai δ¹³C mereka akan berkisar dari −18,5 hingga −22,0‰ pada kolagen tulang mereka dan −14,5‰ pada hidroksiapatit pada gigi dan tulang mereka.

Sebaliknya, pengumpan C4 akan memiliki kolagen tulang dengan nilai −7,5‰ dan nilai hidroksiapatit −0,5‰.

Dalam studi kasus yang sebenarnya, pemakan milet dan jagung dapat dengan mudah dibedakan dari pemakan beras dan gandum. Mempelajari bagaimana preferensi makanan ini didistribusikan secara geografis melalui waktu dapat menerangi jalur migrasi orang dan jalur penyebaran tanaman pertanian yang berbeda. Namun, kelompok manusia sering mencampurkan tanaman C3 dan C4 (secara historis, Tiongkok utara hidup dari gandum dan milet), atau mencampur kelompok tumbuhan dan hewan bersama-sama (misalnya, Tiongkok tenggara hidup dari beras dan ikan).

Lihat pula

• Penanggalan radiokarbon
• Isotop kosmogenik
• Isotop-isotop alami
• Jejak isotopik