美國蜂蜜殘留核污染，核危害至今長達60年

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

20 世紀中葉，五個國家進行了超過 500 次的核試驗，這些核武器加起來向大氣釋放的電離輻射遠遠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，《禁止核試驗條約》有效地限制了大氣試驗，除了 20 世紀 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)核試驗產(chǎn)生的放射性污染無處不在，在每一個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面影響直到最近才成為焦點，但在試驗場以外的生態(tài)系統(tǒng)中進行的武器試驗所產(chǎn)生的放射性污染的長期生物地球化學和生態(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)運蛋白會從土壤中吸收 ¹³⁷Cs。

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

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

這項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放射性核素沉積 50 多年后生物地球化學循環(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 放大幾個數(shù)量級。

研究結(jié)果表明了 ¹³⁷Cs 在距離測試地點數(shù)千公里的植被中繼續(xù)循環(huán)，因為它模擬鉀，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，并確定現(xiàn)代污染熱點區(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 50 年代至 60 年代的區(qū)域核輻射的混合物。

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

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，而切爾諾貝利或福島對 ¹³⁷Cs 的貢獻很小。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，當前這個地區(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 個不同的蜂蜜樣本中發(fā)現(xiàn)了可檢測的 ¹³⁷Cs ，其中有 68 個樣本來自北美。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行比較，研究分析了 5 種來自美國中部大型商業(yè)活動的蜂蜜，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 個樣品檢測不到，一個樣品檢測結(jié)果在檢測限，而來自古巴的一個單獨樣品檢測不到 ¹³⁷Cs 。

近年來，由于已經(jīng)廢除了關(guān)于核不擴散和軍備控制的幾項長期國際協(xié)議，一些領(lǐng)導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)展可能導致有核能力的九個國家重新進行武器試驗活動，并可能鼓勵其他國家開始自己的試驗計劃。

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?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)模型來預測區(qū)域格局，其中植被對 ¹³⁷Cs 的吸收將得到增強和持久，并且該研究的方法可以指導其他常見裂變產(chǎn)物的生物地球化學的新研究。

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