Der Kern eines Stickstoffatoms mit der Massezahl 14 - also 7 Neutronen (weiße Kugeln) und 7 Protonen (blaue Kugeln) - nimmt ein Neutron auf. Unter Abgabe eines Protons entsteht aus dem Stickstoffatom das radioaktive Kohlenstoffisotop C-14 mit 8 Neutronen und 6 Protonen - die Massezahl bleibt also gleich. "Herkömmlicher" Kohlenstoff C-12 hat dagegen 6 Neutronen und 6 Protonen - ist also leichter als C-14.

In der Atmosphäre liegt Kohlenstoff im wesentlichen als CO₂ vor. Dabei herrscht ein Gleichgewicht zwischen radioaktivem und "normalen" CO₂, dem es in chemischer Hinsicht völlig gleicht.

Außer C-12, das etwa 99% des gesamten Kohlenstoffvorkommens ausmacht, existiert noch das etwas schwerere Isotop C-13 zu etwa 1%. Dieses ist jedoch nicht radioaktiv. Der Anteil an C-14 im Vergleich zu C-12 kann für den Zeitraum der Menschheitsgeschichte als nahezu konstant betrachtet werden und beträgt ca. 1,2 · 10^-12. Das heißt, das auf eine Billion C-12 Atome etwas mehr als ein C-14 Atom zu stehen kommt.
(Zum Vergleich: Gäbe es 250x mehr Menschen als heute, so wäre bei diesem Verhältnis genau einer anders als alle anderen!
oder: Würde man 5 Einfamilienhäuser randvoll mit feinem Sand füllen, wäre genau ein Sandkorn davon anders!)

Zerfall von C-14

Da es sich beim C-14 ja um ein radioaktives Isotop des Kohlenstoffs handelt, ist dieses nicht stabil. Es zerfällt in das Ausgangselement Stickstoff unter Abgabe eines Elektrons, welches der Umwandlung eines Neutrons in ein Proton und ein Elektron entstammt.
Dabei läuft folgende Reaktion ab:

Das freigewordene Elektron bewirkt β-Strahlung, eine Form radioaktiver Strahlung.
Die Zeitspanne, in der jeweils die Hälfte der ursprüngliche vorhandenen C-14 Atome zerfällt, nennt man Halbwertszeit.
Für C-14 beträgt die charakteristische Halbwertszeit 5730 Jahre.
In der folgenden Animation ist der radioaktive Zerfall von C-14 Atomen (rote Kugeln) in Stickstoffatome (blaue Kugeln) schematisch dargestellt:

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Aufnahme in den Organismus

Das C-14 gelangt in die untere Atmosphäre. Hier wird es in Form von CO₂ von Pflanzen aufgenommen. Durch die Photosynthese wird neben C-12 auch C-14 - jetzt in Form von Stärke - in die Pflanze eingebaut.

Jeder Organismus steht, solange er lebt, durch Stoffwechselvorgänge im ständigen Austausch mit seiner Umwelt: Bei Menschen und Tieren wird Kohlenstoff - also auch C-14 - (z.B. in Form von Kohlenhydraten) durch die Nahrung aufgenommen und durch das Ausatmen (Kohlenstoffdioxid, CO₂) oder Körperausscheidungen wieder abgegeben. Somit stellt sich ein Gleichgewicht zwischen Kohlenstoffaufnahme und Kohlenstoffabgabe ein.

Schema der Entstehung und Verteilung von C-14