Die Analyse des stabilen Isotopenverhältnisses verwendet Isotope bestimmter natürlich vorkommender Elemente. Ein Isotop ist ein Atom des gleichen chemischen Elements, das die gleiche Anzahl an Protonen, aber eine unterschiedliche Anzahl an Neutronen hat. Isotope desselben Elements haben leicht unterschiedliche Massen. Für die Analyse des stabilen Isotopenverhältnisses werden nur stabile, dh nicht radioaktive Isotope verwendet.
Stabile Isotope sind von Natur aus reichlich vorhanden, aber physikalische Prozesse, die ein Isotop gegenüber einem anderen bevorzugen, führen zu einer Anreicherung eines Isotops im Vergleich zu einem anderen. In Gegenwart von Sauerstoff und Wasserstoff verdunsten die leichteren Isotope leichter, und bei Regen sammeln sich die schwereren zuerst an. Bei Pflanzen und Tieren wird diese Anreicherung oder Verarmung eines Isotops relativ zu einem anderen gemessen. Prüfmuster werden auf Übereinstimmung beispielsweise mit Referenzmustern bekannter Herkunft bewertet.
Aus Knochen lassen sich Informationen darüber entnehmen, wo Menschen aufgewachsen sind und was sie konsumiert haben. Archäologen verwenden die Isotopenanalyse, um Bevölkerungsbewegungen und Ernährungsmuster anhand chemischer Spuren in antiken menschlichen Überresten zu bestimmen. Die Stabilisotopenanalyse, die Untersuchung von Elementen in archäologischen Materialien, liefert Informationen über Klima, Ernährung und die geografische Herkunft von Knochen und anderen Materialien.
Bei der stabilen Isotopenanalyse werden Isotope verschiedener Elemente betrachtet, also Atome mit überschüssigen oder fehlenden Neutronen. Im Gegensatz zu instabilen Isotopen wie Kohlenstoff-14, die mit der Zeit zerfallen, zerfallen stabile Isotope nie. Es gibt mehr als 250 bekannte stabile Isotope, und 82 der ersten 80 Elemente des Periodensystems haben sie. Sowohl organische als auch anorganische Verbindungen enthalten diese Isotope, und ihre Verhältnisse zueinander sind wie eine Art Signatur. Kohlenstoffisotope helfen bei der Datierung antiker Objekte.
Isotopenspuren sind für Forscher äußerst nützlich. Pflanzen beispielsweise nehmen aus der Atmosphäre stabile Kohlenstoff-12- und Kohlenstoff-13-Isotope auf, die in einem konstanten Verhältnis zueinander stehen. Dieses Verhältnis wird über den Boden und das aufgenommene Wasser an die Pflanzen weitergegeben. Während der Photosynthese verändern die Wassermenge, das Sonnenlicht und andere Faktoren das Kohlenstoffisotopenverhältnis der Pflanzen.
Die Kategorien des Kohlenstoffverhältnisses für die Pflanzenphotosynthese sagen Forschern etwas darüber aus, wo Pflanzen gepflanzt werden und welchen Umweltbedingungen sie standhalten. Im Gegensatz dazu zeigt die Analyse der Kohlenstoffmenge in Tierzähnen und -knochen das Verhältnis der Kohlenstoffisotope, die in den von ihnen verzehrten Pflanzen gefunden werden.
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