美國蜂蜜殘留核污染，核危害至今長(cháng)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 60 年以上。

20 世紀中葉，五個(gè)國家進(jìn)行了超過(guò) 500 次的核試驗，這些核武器加起來(lái)向大氣釋放的電離輻射遠遠超過(guò)了人類(lèi)歷史上任何其他事件。這些武器大多數是在北半球的幾個(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)生了所有試驗中 75% 以上的能量排放。許多爆炸的威力巨大，數十種放射性裂變產(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(guò)降雨沉積下來(lái)。

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。在全球范圍內核試驗產(chǎn)生的放射性污染無(wú)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(lèi)健康的負面影響直到最近才成為焦點(diǎn)，但在試驗場(chǎng)以外的生態(tài)系統中進(jìn)行的武器試驗所產(chǎn)生的放射性污染的長(cháng)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衰減，但 ¹³⁷Cs 是其中一個(gè)壽命最長(cháng)、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。雖然植物生長(cháng)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-特異性膜轉運蛋白會(huì )從土壤中吸收 ¹³⁷Cs。

¹³⁷Cs 是一種長(cháng)時(shí)間的裂變產(chǎn)物，擁有著(zhù) 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(jìn)入人類(lèi)飲食的途徑，這導致了一項由政府支持的放射性核素監測計劃，該計劃在 20 世紀 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(lái)，美國東部的工廠(chǎng)或美國的食品供應中沒(méi)有記錄 ¹³⁷Cs 是否存在的公開(kāi)研究。

這項研究首次介紹了從美國東部采集的蜂蜜中 ¹³⁷Cs 的測量結果，并利用高分辨率土壤鉀數據集，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(xué)循環(huán)的區域模式。研究發(fā)現，土壤-植物-傳粉者聚焦效應可以將來(lái)自土壤鉀含量低的特定地理區域的蜂蜜中的 ¹³⁷Cs 放大幾個(gè)數量級。

研究結果表明了 ¹³⁷Cs 在距離測試地點(diǎn)數千公里的植被中繼續循環(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(xiàn)和x射線(xiàn)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，但區域性 ¹³⁷Cs 污染產(chǎn)生的環(huán)境殘留可以持續60年以上。

蜂蜜是由世界各地的野生和飼養的傳粉者生產(chǎn)的，由于蜜蜂通過(guò)將花蜜的含水量減少近 5 倍來(lái)生產(chǎn)蜂蜜，因此環(huán)境污染物自然會(huì )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，除了少數例外，蜂蜜中的 ¹³⁷Cs 對人類(lèi)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，并確定現代污染熱點(diǎn)區域。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域，除了懷疑的花型或土壤中的 ¹³⁷Cs 之外，沒(méi)有太多與授粉區域相關(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(lái)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(diǎn)相對較遠，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的高輻射。

如今，該地區土壤中的 ¹³⁷Cs 幾乎全部（ 90% 以上）來(lái)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(méi)有類(lèi)似研究。

因此，當前這個(gè)地區蜂蜜中的 ¹³⁷Cs 幾乎完全是由于超過(guò) 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 世紀沉積到土壤中的 ¹³⁷Cs 在縣范圍內校正至 2019 年測定衰減。b 圖中圓圈大小按對數比例縮放，顯示地圖上蜂蜜中 ¹³⁷Cs 的相對數量級，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，研究結果在 122 個(gè)不同的蜂蜜樣本中發(fā)現了可檢測的 ¹³⁷Cs ，其中有 68 個(gè)樣本來(lái)自北美。這些樣本大多來(lái)自美國東部私人小規模蜂蜜生產(chǎn)商，在那里確定了美國縣級規模的蜂巢位置（ 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 的地理分布與該區域的沉降梯度無(wú)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(lái)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(lái)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)樣品檢測結果在檢測限，而來(lái)自古巴的一個(gè)單獨樣品檢測不到 ¹³⁷Cs 。

近年來(lái)，由于已經(jīng)廢除了關(guān)于核不擴散和軍備控制的幾項長(cháng)期國際協(xié)議，一些領(lǐng)導人開(kāi)始越來(lái)越重視核武器在軍事戰略中的作用。這些事態(tài)發(fā)展可能導致有核能力的九個(gè)國家重新進(jìn)行武器試驗活動(dòng)，并可能鼓勵其他國家開(kāi)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(lái)幾年內可能會(huì )成為滿(mǎn)足當地和軍事需求的燃料來(lái)源。

因此，裂變的產(chǎn)物將來(lái)很可能會(huì )釋放到環(huán)境中。研究表明可以開(kāi)發(fā)模型來(lái)預測區域格局，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(jiàn)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