原子有質(zhì)子、中子和電子構(gòu)成。由于元素的類(lèi)型是由質(zhì)子的數(shù)量決定的，所以同一元素的不同原子之間可以存在不同的種類(lèi)，這些種類(lèi)被稱(chēng)為同位素。例如，碳有6個(gè)質(zhì)子，原子的平均重量是12.0107。就平均而言，核中還有6個(gè)中子。也可能含有更多的中子，例如7或8個(gè)。核心中有7個(gè)中子的同位素仍然是穩(wěn)定的，但是有8個(gè)中子的碳原子就具有放射性，會(huì)發(fā)生衰變。這個(gè)原子的重量為14 (8個(gè)中子+ 6個(gè)質(zhì)子)，因此被稱(chēng)為 14C (C-14)。這14C的半衰期為5700 (+- 30)年，意味著50%的14C將在大約5.700年內(nèi)衰變?yōu)榈?4N）。

因?yàn)?4C是一種不穩(wěn)定的同位素，所以在自然界中不會(huì)大量的存在。然而，在9至15公里高度的大氣中，宇宙輻射與現(xiàn)有的氮原子相互作用，將14N持續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)?4C。再加上14c持續(xù)衰變回到14N，這樣就會(huì)導(dǎo)致14C濃度與穩(wěn)定12C濃度之間的自然平衡。每萬(wàn)億12C原子大約有一個(gè)14C原子。

?碳14衰變和生成的物理學(xué):①表示14N和宇宙輻射產(chǎn)生14C, ②表示14C的放射性衰變，③表示不同同位素的近似濃度。

與碳14的衰變速率相比，大氣中的氣體粒子反應(yīng)得速度相對(duì)較快。因此，如果一個(gè)重量為14的碳原子與一個(gè)氧原子反應(yīng)生成二氧化碳，然后被一個(gè)有機(jī)體吸收，那么我們就可以假設(shè)這個(gè)有機(jī)體體內(nèi)的14C和12C的平衡與大氣中的一樣。在有機(jī)體的整個(gè)生命周期中，它們都在與環(huán)境交換碳，其平衡就幾乎等同于大氣的平衡。

當(dāng)有機(jī)體死亡時(shí)，它就停止與環(huán)境交換碳原子。只有14C的衰變還在繼續(xù)發(fā)生。假設(shè)你在地下深處發(fā)現(xiàn)了一塊未知年代的木頭。你可以測(cè)量碳14原子的放射性輻射。如果你發(fā)現(xiàn)這種輻射只有大氣中14C濃度的一半，那么你就可以推斷這塊木頭已經(jīng)有5.700年的歷史了。請(qǐng)注意，你測(cè)量的年齡是有機(jī)體停止與環(huán)境交換碳的年齡!所以這也是有機(jī)體死亡的時(shí)間。