福島核事故11年，輻射已在海洋生物體內積累！核廢排放在即，人類還有機會嗎？

2022-09-09 10:28 · 生物探索

隨著生態系統循環，科學家們相繼在空氣、雨水、海洋生物、野生動物、植物等物體中檢測到福島放射性物質。目前人類可以防控病毒，但在不久的將來無孔不入的核污染怎麼防？

摘要：2011年3月，日本大地震和海嘯破壞了福島第一核電站（The Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant，FDNPP），且事故產生的放射性廢水一直排入太平洋。大多數放射性物質在事故發生后立即泄漏到大氣中，其中80%最終沉積到太平洋中。隨著生態系統循環，科學家們相繼在空氣、雨水、海洋生物、野生動物、植物等物體中檢測到福島放射性物質。目前人類可以防控病毒，但在不久的將來無孔不入的核污染怎麼防？

日本暗排核廢水入太平洋，生態循環下輻射大量生物

向海洋排放不是處理核廢水的的唯一選擇，但卻是最廉價的辦法。切爾諾貝利選擇了本國代價最高，世界影響最小的措施，而日本選擇了最具成本效益的措施。事實上，核污水能否排放，關鍵取決於污水中的放射性元素濃度是否符合排放限值要求。但是，核污水處理一直是一項世界性難題，水體排放也是大部分核電站的選擇。

法國核能安全研究所指出：在2011年3月21日至7月中旬期間，約有2.7×1016 Bq的銫-137被排放到太平洋，其中約有82%的銫-137在2011年4月8日之前已被排放。2013年，迫於國內外壓力，東京電力首次承認福島放射性污水已泄漏進太平洋：東電已在未公示的情況下，於2011年4月5日向太平洋排放1.15萬噸低放射性核廢水，該水量是法定排放量的100倍；1個月後，再次向太平洋中排放約30萬噸核廢水。日本核能政策大臣指出：法國阿格每年排放的氚相當於福島氚總量的14倍左右，如果反對福島排放氚，那麼就是對福島的歧視。

 東電錶示2022年夏季左右，核廢水將用盡FDNPP水箱容量，東電不得不向太平洋排放核廢水。2021年8月26日，日本內閣通過了一項法案：從2023年開始，在隨後的30年內在離岸1公里處排放經過處理的100萬噸福島核事故污染水進入太平洋，以緩解核廢水儲存壓力。核廢水中存在超過60种放射性核素，超過70%的水箱中的水需要進行二次處理才能達到排放標準。雖然日本政府表示，核廢水處理已達排放標準，甚至可以直飲，但日本政府公布的重點污染區輻射清理結果與國際機構調查結果不符：近85%官方指定的「特殊凈化區」仍然受到放射性污染。

圖片 大量放射性核素被海洋生物吸入會影響海洋生物鏈，最終累積至食物鏈頂端的人類，對海洋漁業和人類健康產生不利影響（圖1）。研究表明福島事故以來FDNPP周圍的生物群受到了影響：在蔬菜、水果、農作物和動物飼料的表面發現了放射性核素，這些核素均通過大氣乾濕沉降或降水到達物體表面；中度和重度污染區昆蟲畸形明顯，染色體畸變率高；日本患有甲狀腺疾病的青少年與放射性核素之間有潛在相關性；福島核素可以由太平洋藍鰭金槍魚等大型洄遊海洋動物從日本運輸到南太平洋和北太平洋等遙遠地區；海洋物種的數量隨著與FDNPP距離的減小而顯著減少，繁殖能力處於極低水平；福島地區野豬體內積累大量放射性銫-137。

圖1 福島放射性核素在生態系統中的運輸途徑（圖源：[1]）

福島附近海域海膽體內已累積大量放射性銫-137

2022年8月15日，東京海洋科技大學和日本福島縣漁業廳研究團隊在PLOS ONE發表題為「Contamination of sea urchin Mesocentrotus nudus by radiocesium released during the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident」的研究成果（圖4）[3]。研究結果表明在福島附近海域海膽中的放射性銫-137來自海洋環境（如水、沉積物）和食物（如海帶、海藻）的直接污染。海膽中的銫-137生態半衰期比之前報道的還要長。

 圖4 研究成果（圖源：[3]）

放射性銫含量高的水從FDNPP向南流動，污染了福島縣南部海岸和近海地區的許多海洋生物群和海底沉積物。許多研究人員觀察到各種海洋生物的放射性銫污染，包括魚類、無脊椎動物和藻類。有研究表明底棲無脊椎動物對放射性銫的吸收取決於對特定物種的攝食習慣，與周圍環境和沉積物受到的污染無關。本研究的目的是確定初級消費者海膽的銫-137污染的機制。

為了估計海膽中銫-137的生物半衰期（The biological half-life，Tbio）和生態半衰期（The ecological half-life，Teco）以及污染機制，研究人員從福島縣的四個地點收集了海膽樣本（圖5），並進行實驗室飼養，調查海膽體內銫-137活性濃度的變化情況，以明確FDNPP事故後放射性銫-137是如何轉移到初級消費者的。

圖5 福島海膽採樣點（圖源：[3]）

結果發現：

01 海膽中銫-137的Tbio為181天

海膽的生長率與銫-137計數顯著相關。海膽體內銫-137排泄率係數為0.00389%/d，Tbio為181天。海膽性腺中銫-137的最高活性濃度為139 Bq/kg-WW，高於日本對食品放射性銫的監管限值100 Bq/kg-WW，但低於Sohtome等人報告的最大值290 Bq/kg-WW。

02 海膽中銫-137的Teco存在空間差異：Yotsukura為181天，Ena為423天

Teco測量結果反映了來自周圍環境（如水、沉積物）和飲食習慣（如海帶、海藻）的放射性銫的直接污染程度。Ena比Yotsukura海岸的海膽中銫-137的Teco多得多，這種差異可由採樣點與FDNPP的不同距離導致。海藻中銫-137的放射濃度在Ena最高，且隨時間變化的趨勢線呈現指數相關性。

03 海膽通過攝取含銫-137的食物獲得銫-137轉移

Ena海膽中銫-137的較快凈化速率可能解釋了海水和沉積物中銫-137活性濃度的持續逐漸下降。因此，Teco的空間差異可能歸因於沉積物中沉積的銫-137，這些銫-137通過食物攝取（例如有機物和海洋植物）轉移至海膽。

此項研究表明海膽中的銫-137濃度反映的是海膽食物中的銫-137濃度，而不是海水的放射性。為了降低福島地區生物體內的放射性物質濃度，必須首先降低生態系統中的放射性物質濃度，包括獵物生物體內的放射性物質濃度。當生態系統中的過量放射物質持續存在時，生物將會一直受到威脅。

清華大學：核廢水將在3年內污染太平洋，上海在劫難逃

2022年1月，清華大學研究團隊在National Science Review發表題為「Discharge of treated Fukushima nuclear accident contaminated water: macroscopic and microscopic simulations」的研究成果（圖2）[2]。研究結果表明如果日本於2023年起向太平洋排放核廢水，那麼放射性氚將在1200天內擴散到整個北太平洋，10年內完全污染太平洋、印度洋、大西洋。

圖2 研究成果（圖源：[2]）

此項研究採用宏觀和微觀兩個分析模型，分別關注污染物的整體分佈和單個污染物的行為，對2023年起排入太平洋的經處理的福島核事故污染水的擴散過程進行了分析。結果發現：

圖3 實驗設計及結果（圖源：[2]）

01 宏觀模擬：10年內核污染遍布太平洋、大西洋、印度洋

在排污初期，污染面積迅速增加，120天內達到緯度30度×經度40度。由於洋流的影響，污染物在緯度方向的擴散速度明顯高於經度方向。高濃度帶狀區域保持在30°N附近。1200天後，污染物分別到達東部和南部的北美和澳大利亞海岸，幾乎覆蓋了整個北太平洋地區。然後，由於赤道洋流，這些污染物沿著巴拿馬運河傳播，並迅速蔓延到南太平洋。在2400天內，隨著擴散到太平洋，一小部分污染物通過澳大利亞北部水域擴散到印度洋。3600天後，這些污染物幾乎佔據了整個太平洋。雖然污染物排放發生在日本島附近，但隨著時間的推移，污染物濃度高的水（黃色和紅色部分）沿北緯35度向東移動。

02 城市分析：30°N附近核污染城市首先為宮崎，隨後為上海和聖地亞哥

在30°N附近的三個受污染沿海城市方面，主要取決於與福島的距離，污染物首先出現在宮崎附近，其次是上海和聖地亞哥。各區域污染物濃度先是快速上升，然後趨於穩定。雖然污染物最後到達聖地亞哥，但其鄰近水域的污染物穩態濃度高於其他兩個城市附近。這種現象是由日本附近的強洋流造成的，大部分污染物不沿陸地邊緣向南北遷移，而是隨北太平洋西風漂移向東擴散。在核廢水排放的早期階段，核污染物對亞洲沿海水域的影響最大。隨後，由於與北美相鄰的沿海水域的污染物濃度高於大多數東亞沿海地區，因此對北美的影響也很嚴重。

03 微觀模擬：北美海域污染程度將大於東亞沿海

由於污染物顆粒的數量有限，微觀模擬中的濃度低於宏觀結果。因為微觀模擬提供了每個污染物顆粒的位置，所以可分析污染物軌跡。與北美相鄰的沿海水域污染物濃度高於東亞大部分沿海地區。

此項研究的模擬結果對於放射性核素長期擴散的定量預測、對排放計劃的合理響應、後續的環境影響實驗以及進一步研究放射性物質的生態敏感性具有重要意義。

極端氣候頻發的當下，即將到來的日本的核廢水排放，勢必會雪上加霜。隨著生態循環，空氣、海洋、地下水、植物、動物和微生物等都在劫難逃核污染。下一個三十年是日本開啟的核廢水排放時代，而人類後代還會有幾個三十年？