同位素是同一元素的不同原子，其原子具有相同数目的质子，但中子数目却不同。自然界中许多元素都有同位素。同位素有的是天然存在的，有的是人工制造的，有的有放射性，有的没有放射性。许多同位素有重要的用途，例如c-12是作为确定原子量标准的原子；两种h原子是制造氢弹的材料；某些气体（如氮气、氧气等）的同位素也能为科学家提供古代环境研究的帮助，可以追踪古代遗迹的线索。今天小编就为大家介绍一下气体同位素在古代环境研究中的作用。
为了瞭解地球在漫长时代的气候变迁历史，除了分析文史记载外，科学家也发展了各种化学分析及统计方法，希望透过生物性或非生物性的地质材料，获知古环境的讯息。在各种地质材料中，海洋生物的化石证据著实成为一个非常重要的纪录来源，除了开放大洋可连续沉积的特性外，沉积在海床上的化石，也较陆地上的地层（无论是陆上沉积或抬升至地表的地层）而言，较不受到构造运动的影响，这些材料中又以具备碳酸钙质壳体的生物化石最为重要。除了可使用肉眼或显微镜观 察组成分层外，若想进一步瞭解其中所含各种元素比例，就得藉助仪器分析，质谱仪在同位素分析化学中便是一个很重要的工具，利用外加磁场的作用，使得不同质 荷比的带电粒子，在飞行过程中，产生路径偏转差异，进而侦测其含量。
现行的元素周期表中的元素，化学性质各自不同，但即使属于同一种元素，当原子核中具有不同数目的中子时，质量数就会存在差异，这些原子称为「同位素」。目前存在自然界中的元素，很多以不同比例的同位素混合而成，原子量则由各自的同位素质量加权平均而得。同位素可分为两类，一为放射性同位素，另一为稳定同位素；当原子核内部的束缚能不足 以维持质子与中子结构时，表现出来的就是一种不安定的状态，原子可能会进行分裂衰变，放出电子、质子或其他高能的粒子，同时也放出能量，具有这种性质的同位素称为「放射性同位素」。在古环境的研究上，放射性同位素则可作为定年之用，如14c、238u－230th 等。另外，当同位素的原子衰变时间远大于侦测极限，而无法得知其半衰期的，相对于放射性同位素属于长时间稳定的，即称为「稳定同位素」，如18o、13c等。
同位素表示法一般有两种形式，一种为显示某元素的两种同位素比例，如大气的氮气中 15n/14n=0.0036765，但想精确测量某一同位素的绝对含量 时，常常面临含量极少而不易测量的情形；因此另一种表示法则是利用待测标本与某种国际通用标准试样的数值比较而得，如δ（‰）=(rx/rstd- 1)*1000，以千分比（‰、permil）为单位，rx表示待测标本的同位素比值，rstd 则为国际通用标准试样的同位素比值。这样的表示法有两个主要的优点：一、解析度较好，且不用计算绝对数值；二、比较好记，且可以随著分析技术进步，修正前人数据资料。
