美國蜂蜜殘留核污染，核危害至今長達(dá)60年

2021 年 3 月，《自然 · 通訊》（Nature  Communication）發(fā)表的一項(xiàng)研究顯示核武器試驗(yàn)產(chǎn)生的環(huán)境污染殘留可以持續(xù) 60 年以上。

20 世紀(jì)中葉，五個(gè)國家進(jìn)行了超過 500 次的核試驗(yàn)，這些核武器加起來向大氣釋放的電離輻射遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人類歷史上任何其他事件。這些武器大多數(shù)是在北半球的幾個(gè)地方引爆的，太平洋上的馬紹爾群島（美國）和新澤姆利亞（前蘇聯(lián)）產(chǎn)生了所有試驗(yàn)中 75% 以上的能量排放。許多爆炸的威力巨大，數(shù)十種放射性裂變產(chǎn)物（例如¹³⁷Cs、⁹⁰Sr、¹³¹I）在一年之間被注入到平流層并分布到了全球各地，然后主要通過降雨沉積下來。

1963 年，《禁止核試驗(yàn)條約》有效地限制了大氣試驗(yàn)，除了 20 世紀(jì) 60 年代和 70 年代發(fā)生在中國和非洲的幾十次較小的爆炸外。在全球范圍內(nèi)核試驗(yàn)產(chǎn)生的放射性污染無處不在，在每一個(gè)大陸甚至深海溝渠中都可以檢測到。

全球核沉降物對人類健康的負(fù)面影響直到最近才成為焦點(diǎn)，但在試驗(yàn)場以外的生態(tài)系統(tǒng)中進(jìn)行的武器試驗(yàn)所產(chǎn)生的放射性污染的長期生物地球化學(xué)和生態(tài)后果尚不確定。

雖然核武器爆炸產(chǎn)生的大部分輻射在最初幾天內(nèi)衰減，但 ¹³⁷Cs 是其中一個(gè)壽命最長、含量更豐富的裂變產(chǎn)物，它的放射性半衰期為 30.2 年。最近的研究表明，即使是少量的 ¹³⁷Cs 也能殺死生物體，破壞重要的生態(tài)系統(tǒng)。雖然植物生長中不需要 Cs，但是由于 Cs 的離子電荷和半徑與植物的必需元素K相似，所以植物中的K-特異性膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白會從土壤中吸收 ¹³⁷Cs。

¹³⁷Cs 是一種長時(shí)間的裂變產(chǎn)物，擁有著 30 年的放射性半衰期。在 20 世紀(jì)中期的大氣核武器試驗(yàn)中擴(kuò)散到全球。

幾十年前，人們就預(yù)測了 ¹³⁷Cs 從土壤到植物以及進(jìn)入人類飲食的途徑，這導(dǎo)致了一項(xiàng)由政府支持的放射性核素監(jiān)測計(jì)劃，該計(jì)劃在 20 世紀(jì) 50 年代末至 80 年代對牛奶進(jìn)行了廣泛的檢測。然而，自 1988 年以來，美國東部的工廠或美國的食品供應(yīng)中沒有記錄 ¹³⁷Cs 是否存在的公開研究。

這項(xiàng)研究首次介紹了從美國東部采集的蜂蜜中 ¹³⁷Cs 的測量結(jié)果，并利用高分辨率土壤鉀數(shù)據(jù)集，使我們能夠顯示這種危險(xiǎn)放射性核素沉積 50 多年后生物地球化學(xué)循環(huán)的區(qū)域模式。研究發(fā)現(xiàn)，土壤-植物-傳粉者聚焦效應(yīng)可以將來自土壤鉀含量低的特定地理區(qū)域的蜂蜜中的 ¹³⁷Cs 放大幾個(gè)數(shù)量級。

研究結(jié)果表明了 ¹³⁷Cs 在距離測試地點(diǎn)數(shù)千公里的植被中繼續(xù)循環(huán)，因?yàn)樗M鉀，因此蜜蜂放大了蜂蜜中的放射性核素。在一些案例中，¹³⁷Cs 的存在使蜂蜜中伽馬射線和x射線的電離輻射增加了一倍以上，這表明盡管 ¹³⁷Cs 具有放射性半衰期，但區(qū)域性 ¹³⁷Cs 污染產(chǎn)生的環(huán)境殘留可以持續(xù)60年以上。

蜂蜜是由世界各地的野生和飼養(yǎng)的傳粉者生產(chǎn)的，由于蜜蜂通過將花蜜的含水量減少近 5 倍來生產(chǎn)蜂蜜，因此環(huán)境污染物自然會集中在蜂蜜中。1986 年切爾諾貝利核電站事故發(fā)生后的幾年里，幾位研究人員記錄了受事故影響的歐洲國家蜂蜜和花粉中 ¹³⁷Cs 的存在。

這些研究的證明，除了少數(shù)例外，蜂蜜中的 ¹³⁷Cs 對人類的吸收通常是安全的，而且蜂蜜是大氣沉積污染物的有用指標(biāo)，并確定現(xiàn)代污染熱點(diǎn)區(qū)域。此外，以前對蜂蜜中 ¹³⁷Cs 的研究主要集中在相對較小的地理區(qū)域，除了懷疑的花型或土壤中的 ¹³⁷Cs 之外，沒有太多與授粉區(qū)域相關(guān)的地理空間信息，幾乎所有這些都發(fā)生在歐洲，那里 ¹³⁷Cs 的來源是 1986 年切爾諾貝利核輻射和 20 世紀(jì) 50 年代至 60 年代的區(qū)域核輻射的混合物。

20 世紀(jì) 50 年代至 60 年代，北美洲東部盡管距離爆炸地點(diǎn)相對較遠(yuǎn)，但是由于盛行西風(fēng)帶和高降水的因素，仍然受到了不成比例的核武器試驗(yàn)的高輻射。

如今，該地區(qū)土壤中的 ¹³⁷Cs 幾乎全部（ 90% 以上）來源于核武器試驗(yàn)，而切爾諾貝利或福島對 ¹³⁷Cs 的貢獻(xiàn)很小。對于北美蜂蜜中的 ¹³⁷Cs 相關(guān)研究很少，美國東部也沒有類似研究。

因此，當(dāng)前這個(gè)地區(qū)蜂蜜中的 ¹³⁷Cs 幾乎完全是由于超過 55 年以上的植物遺留 ¹³⁷Cs 的生物地球化學(xué)循環(huán)造成的。

a 指的是在地圖上可檢測到蜂蜜中的 ¹³⁷Cs （填充黑圈），并將 20 世紀(jì)沉積到土壤中的 ¹³⁷Cs 在縣范圍內(nèi)校正至 2019 年測定衰減。b 圖中圓圈大小按對數(shù)比例縮放，顯示地圖上蜂蜜中 ¹³⁷Cs 的相對數(shù)量級，單位為 Bq/kg （貝克勒爾=核衰變/秒），縣平均土壤K（鉀）濃度由航空輻射測量確定。

利用低背景伽瑪能譜，研究結(jié)果在 122 個(gè)不同的蜂蜜樣本中發(fā)現(xiàn)了可檢測的 ¹³⁷Cs ，其中有 68 個(gè)樣本來自北美。這些樣本大多來自美國東部私人小規(guī)模蜂蜜生產(chǎn)商，在那里確定了美國縣級規(guī)模的蜂巢位置（ 110 個(gè)樣本），獲得了平均土壤鉀濃度和 ¹³⁷Cs 沉積率。

大氣沉降模型和直接土壤測量表明，美國東北部從武器試驗(yàn)中獲得的 ¹³⁷Cs 略高于美國東南部。令人驚訝的是，蜂蜜中 ¹³⁷Cs 的地理分布與該區(qū)域的沉降梯度無關(guān)，從美國弗吉尼亞州北部采集的 40 份蜂蜜樣本中，只有 12 份可檢測到 ¹³⁷Cs ，但在佛羅里達(dá)州、喬治亞州和南卡羅來納州采集的 39 份蜂蜜樣本中，有 36 份可檢測到 ¹³⁷Cs 。

為了與東海岸的樣本進(jìn)行比較，研究分析了 5 種來自美國中部大型商業(yè)活動(dòng)的蜂蜜，這些蜂箱主要分布在農(nóng)田上。這些蜂蜜的 ¹³⁷Cs 含量非常低，有 4 個(gè)樣品檢測不到，一個(gè)樣品檢測結(jié)果在檢測限，而來自古巴的一個(gè)單獨(dú)樣品檢測不到 ¹³⁷Cs 。

近年來，由于已經(jīng)廢除了關(guān)于核不擴(kuò)散和軍備控制的幾項(xiàng)長期國際協(xié)議，一些領(lǐng)導(dǎo)人開始越來越重視核武器在軍事戰(zhàn)略中的作用。這些事態(tài)發(fā)展可能導(dǎo)致有核能力的九個(gè)國家重新進(jìn)行武器試驗(yàn)活動(dòng)，并可能鼓勵(lì)其他國家開始自己的試驗(yàn)計(jì)劃。

此外，鑒于核能的發(fā)電的效率和產(chǎn)生相對較低的溫室氣體，在未來幾年內(nèi)可能會成為滿足當(dāng)?shù)睾蛙娛滦枨蟮娜剂蟻碓础?/span>

因此，裂變的產(chǎn)物將來很可能會釋放到環(huán)境中。研究表明可以開發(fā)模型來預(yù)測區(qū)域格局，其中植被對 ¹³⁷Cs 的吸收將得到增強(qiáng)和持久，并且該研究的方法可以指導(dǎo)其他常見裂變產(chǎn)物的生物地球化學(xué)的新研究。

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參考：https://www.nature.com/articles/s41467-021-22081-8