核污染陰影下的“野豬悖論”：野豬體內(nèi)高放射性污染哪來的？

柏涂hyzvi9113s 2023-09-08 發(fā)布于福建

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編者按

1986年的切爾諾貝利核事故，永遠改變了中歐森林的面貌，也對生物多樣性產(chǎn)生的深遠的影響，其中一個典型例子就是中歐地區(qū)野豬的污染問題，它們身體內(nèi)的銫-137Cs水平一直持續(xù)較高。然而，在沒有可靠的源頭識別的情況下，這個問題的根源一直不明確?？茖W家對切爾諾貝利的動物健康狀況仍知之甚少，不過，倒是一個悖論困擾了他們多年：為什么野豬的放射性仍然比鹿等其他野生生物物種要高得多？這個悖論，也被稱為“野豬悖論”。

圖片來源：Environ. Sci. Technol. 2023

長達60年的

銫-137Cs核釋放

如今，更精確的測量使奧地利科技大學和漢諾威萊布尼茲大學等地的研究人員得以解開這個“謎團”?！昂Ｑ笈c濕地”（OceanWetlands）小編注意到，一篇刊登在《環(huán)境科學與技術(shù)》上的一項最新研究指出，核事故或爆炸釋放的放射性核素對生態(tài)系統(tǒng)健康構(gòu)成長期威脅，最新的這篇研究解釋了為什么巴伐利亞的野豬仍然具有高水平的放射性污染。長達60年的銫-137Cs核武器釋放事件，被認為是這一持續(xù)污染問題的關(guān)鍵原因。

當前，在氣候變化的背景下，核能作為一種低碳能源正經(jīng)歷復興，以滿足人類對能源的需求。然而，核事故或核武器降塵釋放的放射性核素對公共健康、社會和經(jīng)濟活動構(gòu)成潛在威脅，因為一些放射性核素具有持久污染食物鏈的能力，導致廣泛和長期的輻射暴露風險。銫-137（137Cs，半衰期T1/2 = 30.08年）是這種污染的突出例子，因為它在環(huán)境中普遍存在。它來源于20世紀中期大氣核爆炸降塵（核武器-137Cs）以及核事故，尤其是切爾諾貝利和福島核事故（反應堆-137Cs）。出于安全監(jiān)管的考慮，許多國家對一般食品產(chǎn)品中的137Cs水平（例如，歐盟<600 Bq·kg–1和日本：<100 Bq·kg–1）采取了嚴格的監(jiān)管限值。然而，盡管常規(guī)輻射監(jiān)測提供了關(guān)于137Cs污染水平的重要定量信息，但對污染源的歸因仍然知之甚少，因為普遍存在的核武器-137Cs無法與任何反應堆-137Cs區(qū)分開來。這一分析難題妨礙了對環(huán)境137Cs污染來源的全面了解，而這是定量評估特定137Cs遺產(chǎn)的責任和建立更有針對性的環(huán)境修復和保護策略的關(guān)鍵前提。

盡管已經(jīng)成功地使用放射性錒系元素（例如鈾和钚）的同位素標志來區(qū)分不同來源之間的貢獻，但放射性銫同位素指紋尚未常規(guī)用于源頭識別。銫-135是一個理想的、具有長壽命（T1/2 = 2.3百萬年）的候選同位素，適用于釋放后的污染，比快速衰變的134Cs（T1/2 = 2.07年）更合適。此外，135Cs的生成機制可以提供有關(guān)污染的核起源的更詳細信息，因此可以通過其獨特的135Cs/137Cs比值將放射性銫污染歸因于其來源。盡管在核物證學和環(huán)境追蹤研究中，已經(jīng)可以利用商業(yè)三重四極電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-QQQ-MS）和熱離子化質(zhì)譜儀（TIMS）對135Cs/137Cs進行精確測定，但將其作為核物證指紋的應用仍然遠未達到常規(guī)水平，因為這需要細致的化學分離和復雜的分析程序。

巴伐利亞（Bavaria）地區(qū)位于德國南部，與奧地利接壤，這個地區(qū)因切爾諾貝利核事故后的重度137Cs污染而聲名狼藉。據(jù)德國輻射防護聯(lián)邦辦公室（BfS）的數(shù)據(jù)，1986年4月，地表土壤中的137Cs庫存范圍從102到105 Bq·m–2不等。作為137Cs的有效“富集器”，當?shù)氐囊柏i（Sus scrofa）后來也被污染，其肉中的137Cs活度濃度超過了監(jiān)管限值約1至2個數(shù)量級。然而，與大多數(shù)森林動物物種不同，它們最初也在體內(nèi)顯示出高水平的137Cs污染，隨后隨著時間的推移而下降（即生態(tài)半衰期較短），但是，自1986年以來，野豬體內(nèi)的137Cs水平并沒有顯示出明顯的下降趨勢。在某些地點和情況下，污染水平的下降甚至比137Cs的物理半衰期還要慢。

通常情況下，食物的輻射暴露會下降得更快，因為銫自切爾諾貝利以來，已經(jīng)傳播得很遠，被雨水沖走，或者被壓入土壤中，因此不再以最初的數(shù)量被植物和動物吸收。然而，在巴伐利亞的野豬豬肉中，輻射水平在將近40年后仍然幾乎保持不變，似乎違反了物理定律。

這一現(xiàn)象被稱為“野豬悖論”。

野豬悖論：原因分析

那么，可能的原因是什么呢？此前，通常被歸因于野豬攝入富含137Cs的地下真菌（例如松露，Elaphomyces）。根據(jù)土壤成分，尤其是黏土礦物含量，這些地下真菌是137Cs的下行遷移的關(guān)鍵儲庫。由于它們是野豬的主要食物之一，尤其是在表面食物稀缺的冬季。然而，由于缺乏令人信服的證據(jù)能用來識別137Cs的來源，野豬體內(nèi)持續(xù)污染的起源仍然不清楚。

上圖：野豬攝入的不同137Cs來源的概念機制圖。紅色、橙色和藍色邊界分別代表武器-137Cs、切爾諾貝利-137Cs和無137Cs的來源。來源：該論文。作者標注：此圖中的一個圖形由Macrovector─Freepik.com設(shè)計。兩個圖形經(jīng)過改編，來源于馬里蘭環(huán)境科學中心的媒體庫。根據(jù)Tracey Saxby的創(chuàng)作共享署名-相同方式共享4.0許可證的許可，重新印刷或改編。圖片來源：Environ. Sci. Technol. 2023, Felix St?ger, Dorian Zok等人

因此，發(fā)表在《環(huán)境科學與技術(shù)》上的該新研究，對野豬肉樣本中的137Cs活動以及135Cs/137Cs比值進行了分析，這些樣本采集自2019年至2021年期間的巴伐利亞地區(qū)的11個地區(qū)。該研究報告了迄今為止最大的135Cs/137Cs環(huán)境樣本集（n = 48），并進行了與已發(fā)表數(shù)值的重要比對，驗證了135Cs/137Cs用于源頭識別的可行性。

通過混合模型，該研究估計了核武器-137Cs和反應堆-137Cs的“貢獻”。研究發(fā)現(xiàn)，來自60年前核武器降塵的137Cs，在野豬體內(nèi)占據(jù)重要地位。

這一研究結(jié)果表明，舊的和新的137Cs來源的疊加可以大大超越任何一個主導的單一來源的影響，從而突顯了歷史上137Cs的釋放對當前環(huán)境污染挑戰(zhàn)的關(guān)鍵作用。

這項研究揭示了野豬體內(nèi)137Cs來源的復雜性，其中既包括上個世紀六十年代核武器測試產(chǎn)生的137Cs，也包括1986年切爾諾貝利核事故產(chǎn)生的137Cs，不同地區(qū)的野豬污染情況存在差異。這些發(fā)現(xiàn)，有助于更好地理解巴伐利亞地區(qū)野豬體內(nèi)137Cs的來源以及污染的形成過程。

全文參看：Disproportionately High Contributions of 60 Year Old Weapons-137Cs Explain the Persistence of Radioactive Contamination in Bavarian Wild Boars

Felix St?ger, Dorian Zok, Anna-Katharina Schiller, Bin Feng*, and Georg Steinhauser*

Publication Date:August 30, 2023

https:///10.1021/acs.est.3c03565

小tips

135Cs 和 137Cs 都是放射性同位素，屬于銫元素的同位素。

135Cs（銫-135）：銫-135是銫元素的一種同位素，其核中包含了135個中子和77個質(zhì)子。它的半衰期（即放射性衰變的時間）非常長，約為207萬年。這使得它成為一種相對穩(wěn)定的放射性同位素。銫-135主要由核反應堆中產(chǎn)生，在核工業(yè)和核能發(fā)電中具有重要的應用。它可以通過測量其放射性衰變來用于追蹤核事故的來源。

137Cs（銫-137）：銫-137是另一種銫元素的同位素，其核中包含了137個中子和55個質(zhì)子。它的半衰期相對較短，約為30年。銫-137是核武器測試、核事故（如切爾諾貝利核事故）以及核能發(fā)電中的副產(chǎn)品。它的放射性衰變速度較快，因此在短時間內(nèi)可以釋放大量的放射性能量。

這兩種同位素都具有放射性，會釋放出高能射線，對生物組織和環(huán)境造成潛在危害。因此，它們在核安全和環(huán)境保護方面都具有重要的意義，需要受到監(jiān)測和控制。在核事故發(fā)生后，測量它們的存在和比例可以幫助確定放射性污染的來源和程度。