近日，清華SIGS海洋工程研究院胡振中團隊針對福島核污染水排海風險發(fā)表了新的研究成果。該研究綜合考慮了三方面因素：核素擴散、生物富集和全球海產(chǎn)貿(mào)易，創(chuàng)新性地提出了福島核污染水風險因子（Fukushima Contaminated Water Risk Factor，F(xiàn)CWRF），用以定量評估福島核污染水排海所帶來的綜合風險。在福島核污染水對全球海洋生態(tài)及人類健康構成威脅的背景下，基于整合框架的無量綱因子FCWRF彌合了不同放射性核素風險評估領域之間的障礙，從而為及時有效的全球性應對措施提供了支持。
2023年8月24日，東京電力公司（TEPCO）啟動了福島核污染水的受控排放。經(jīng)多核素去除設備（Advanced Liquid Processing System，ALPS）加工的處理水被稀釋并排入太平洋，氚是其中的主要放射性元素。全球科學界對于此次排放持有不同的觀點，但大多缺乏量化的指標支持。此外，現(xiàn)有文獻中的討論主要存在三方面的不足：一是未能充分考慮ALPS處理水中非氚放射性核素的去向和長期危害；二是用于研究生物影響的食物網(wǎng)模型忽略了生物遷移對核素擴散的影響，且缺乏精確性；三是現(xiàn)有的指標僅涉及海水、沉積物和生物中的放射性核素濃度等因素中的某一種，而未能考慮這些因素的綜合影響。
針對這些不足，該研究提出了一種量化放射性核素釋放相關風險的新方法。放射性核素被認為主要以三種途徑進行傳播：隨洋流擴散，通過生物富集和運動主動遷移，以及通過海產(chǎn)品流通，而FCWRF將這三方面的風險整合為統(tǒng)一的無量綱因子并面向全球發(fā)布時空預測結果。
研究團隊基于TEPCO排放計劃及全球流場數(shù)據(jù)模擬了氚隨海洋洋流的遷移及其衰變。根據(jù)擴散模擬的結果，研究團隊定量研究了太平洋藍鰭金槍魚（Pacific Bluefin Tuna，PBFT）關于137Cs的體內(nèi)富集及生物搬運效果。在此基礎上，研究團隊評估了與全球國家和地區(qū)的海鮮進出口相關的風險，并最終系統(tǒng)性整合上述分析結果，形成了涵蓋全球多國家和地區(qū)的FCWRF時空分布動態(tài)數(shù)據(jù)庫。
研究結果表明，由于福島附近強烈的海洋洋流，排放的污染水主要向東擴散，到第4000天時，較高濃度區(qū)域主要集中于北太平洋。受弱垂向流的約束，放射性核素的垂向擴散有限，到第4000天的滲透率僅達到數(shù)百米。
研究結果表明，PBFT的洄游行為顯著加速了放射性核素的跨洋遷移。自2023年10月起，體內(nèi)富集了放射性核素的PBFT幼魚會經(jīng)過跨洋洄游到達東北太平洋，此過程約需60天，明顯快于洋流驅動擴散所需的190天。這種生物搬運效應將隨PBFT的節(jié)律性洄游而周期性出現(xiàn)，并影響放射性核素引發(fā)風險的時空分布。此外，PBFT體內(nèi)富集的137Cs濃度隨時間整體呈上升趨勢，揭示了福島核污染水排海對于海洋生物的影響。
研究結果表明，福島核污染水排放所造成的潛在風險將通過海產(chǎn)全球性擴散，影響亞洲，歐洲和北美等地區(qū)?；?024年以前的全球海產(chǎn)流通進出口數(shù)據(jù)，研究表明大多數(shù)進口東亞海產(chǎn)的國家和地區(qū)的風險系數(shù)將在排放后200天趨于穩(wěn)定，其中進口量大的地區(qū)面臨的風險顯著偏高。同時，放射性核素擴散到公海及環(huán)太平洋國家和地區(qū)的專屬經(jīng)濟區(qū)（EEZ）會對漁業(yè)造成顯著風險。與隨洋流擴散以及隨生物遷移相比，海產(chǎn)跨國貿(mào)易所帶來的風險傳播更為迅速。
綜合以上因素，以FCWRF為結果的計算結果表明，核污染水排放綜合風險傳播快于洋流驅動的擴散?？珊饬康娘L險會在排放后100天左右出現(xiàn)在東太平洋，并在300天內(nèi)擴散到全球。排放1000天后，由于生物累積、遷移和海產(chǎn)品流通，某些國家和地區(qū)可能面臨的風險值是基準值的數(shù)百甚至數(shù)千倍（基準點選在福島以東，150°E經(jīng)線上的36°N、38°N和40°N處，以排放后360—1800天的增量環(huán)境風險作為基準風險值，因該值從排放后第二年開始趨于穩(wěn)定）。排放后1800天內(nèi)，不同國家和地區(qū)面臨風險的主要來源不同，如美國主要面臨來自海產(chǎn)進口的風險，日本的主要風險來源是環(huán)境，韓國和菲律賓則三者兼具；歐洲和非洲的國家也會面臨潛在風險，海產(chǎn)流通是主要因素。
值得注意的是，F(xiàn)CWRF提供了一個定量的風險計算值，但其取值在什么范圍會帶來對人類身體健康的惡性影響，還有待進一步的深入研究。
相關研究成果以“福島核污染水風險因子：全球影響”（Fukushima Contaminated Water Risk Factor: Global Implications）為題發(fā)表在國際期刊《環(huán)境科學與技術》(Environmental Science and Technology）上。論文通訊作者為清華大學海洋工程研究院水利工程系張建民教授，和我院胡振中副教授。第一作者包括我院博士生劉毅、李一林和閔妍濤。合作者包括我院陳勝利助理教授、博士后李宜鴻、李孫偉副教授、李彬彬副教授及郭宇韜助理教授，我院博士生古錦韜、馮偉杰，SIGS環(huán)境與生態(tài)學院洪朝鵬副教授，浙江大學環(huán)境與資源學院楊武教授、國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心杜金秋博士。
研究團隊還開發(fā)了FCWRF時空分布動態(tài)數(shù)據(jù)庫的可視化網(wǎng)站Fukushima risk，對全球發(fā)布。該網(wǎng)站具備以下功能：1.可視化展示FCWRF全球分布的時空演化過程，易于理解及科普；2.可以通過選擇/輸入坐標和時間，查看模擬范圍內(nèi)任一位置、任一時間點的FCWRF值或擴散模擬結果；3.可以選定模擬范圍內(nèi)任一位置進行跟蹤觀察，生成該處的FCWRF-時間折線圖，便于用戶獲取其所關心的信息；4.可以下載用戶關心的分析結果數(shù)據(jù)。
該項目得到了廣東省基礎與應用基礎研究基金，國家自然科學基金和嶗山實驗室的支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.est.4c08145
內(nèi)容來源于：清華SIGS海洋工程研究院
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