2021 年 3 月，《自然 · 通讯》（Nature Communication）发表的一项研究显示核武器试验产生的环境污染残留可以持续 60 年以上。
20 世纪中叶，五个国家进行了超过 500 次的核试验，这些核武器加起来向大气释放的电离辐射远远超过了人类历史上任何其他事件。这些武器大多数是在北半球的几个地方引爆的，太平洋上的马绍尔群岛（美国）和新泽姆利亚（前苏联）产生了所有试验中 75% 以上的能量排放。许多爆炸的威力巨大，数十种放射性裂变产物（例如137Cs、90Sr、131I）在一年之间被注入到平流层并分布到了全球各地，然后主要通过降雨沉积下来。
1963 年，《禁止核试验条约》有效地限制了大气试验，除了 20 世纪 60 年代和 70 年代发生在中国和非洲的几十次较小的爆炸外。在全球范围内核试验产生的放射性污染无处不在，在每一个大陆甚至深海沟渠中都可以检测到。
全球核沉降物对人类健康的负面影响直到最近才成为焦点，但在试验场以外的生态系统中进行的武器试验所产生的放射性污染的长期生物地球化学和生态后果尚不确定。
虽然核武器爆炸产生的大部分辐射在最初几天内衰减，但 137Cs 是其中一个寿命最长、含量更丰富的裂变产物，它的放射性半衰期为 30.2 年。最近的研究表明，即使是少量的 137Cs 也能杀死生物体，破坏重要的生态系统。虽然植物生长中不需要 Cs，但是由于 Cs 的离子电荷和半径与植物的必需元素K相似，所以植物中的K-特异性膜转运蛋白会从土壤中吸收 137Cs。
137Cs 是一种长时间的裂变产物，拥有着 30 年的放射性半衰期。在 20 世纪中期的大气核武器试验中扩散到全球。
几十年前，人们就预测了 137Cs 从土壤到植物以及进入人类饮食的途径，这导致了一项由政府支持的放射性核素监测计划，该计划在 20 世纪 50 年代末至 80 年代对牛奶进行了广泛的检测。然而，自 1988 年以来，美国东部的工厂或美国的食品供应中没有记录 137Cs 是否存在的公开研究。
这项研究首次介绍了从美国东部采集的蜂蜜中 137Cs 的测量结果，并利用高分辨率土壤钾数据集，使我们能够显示这种危险放射性核素沉积 50 多年后生物地球化学循环的区域模式。研究发现，土壤-植物-传粉者聚焦效应可以将来自土壤钾含量低的特定地理区域的蜂蜜中的 137Cs 放大几个数量级。
研究结果表明了 137Cs 在距离测试地点数千公里的植被中继续循环，因为它模拟钾，因此蜜蜂放大了蜂蜜中的放射性核素。在一些案例中，137Cs 的存在使蜂蜜中伽马射线和x射线的电离辐射增加了一倍以上，这表明尽管 137Cs 具有放射性半衰期，但区域性 137Cs 污染产生的环境残留可以持续60年以上。
蜂蜜是由世界各地的野生和饲养的传粉者生产的，由于蜜蜂通过将花蜜的含水量减少近 5 倍来生产蜂蜜，因此环境污染物自然会集中在蜂蜜中。1986 年切尔诺贝利核电站事故发生后的几年里，几位研究人员记录了受事故影响的欧洲国家蜂蜜和花粉中 137Cs 的存在。
这些研究的证明，除了少数例外，蜂蜜中的 137Cs 对人类的吸收通常是安全的，而且蜂蜜是大气沉积污染物的有用指标，并确定现代污染热点区域。此外，以前对蜂蜜中 137Cs 的研究主要集中在相对较小的地理区域，除了怀疑的花型或土壤中的 137Cs 之外，没有太多与授粉区域相关的地理空间信息，几乎所有这些都发生在欧洲，那里 137Cs 的来源是 1986 年切尔诺贝利核辐射和 20 世纪 50 年代至 60 年代的区域核辐射的混合物。
20 世纪 50 年代至 60 年代，北美洲东部尽管距离爆炸地点相对较远，但是由于盛行西风带和高降水的因素，仍然受到了不成比例的核武器试验的高辐射。
如今，该地区土壤中的 137Cs 几乎全部（ 90% 以上）来源于核武器试验，而切尔诺贝利或福岛对 137Cs 的贡献很小。对于北美蜂蜜中的 137Cs 相关研究很少，美国东部也没有类似研究。
因此，当前这个地区蜂蜜中的 137Cs 几乎完全是由于超过 55 年以上的植物遗留 137Cs 的生物地球化学循环造成的。
图 | 美国东部蜂蜜中 137Cs 的测定分布，该地区有传粉者区域的县级信息（n = 110)（来源：Nature Communication）
a指的是在地图上可检测到蜂蜜中的 137Cs （填充黑圈），并将 20 世纪沉积到土壤中的 137Cs 在县范围内校正至 2019 年测定衰减。b图中圆圈大小按对数比例缩放，显示地图上蜂蜜中 137Cs 的相对数量级，单位为 Bq/kg （贝克勒尔=核衰变/秒），县平均土壤K（钾）浓度由航空辐射测量确定。
利用低背景伽玛能谱，研究结果在 122 个不同的蜂蜜样本中发现了可检测的 137Cs ，其中有 68 个样本来自北美。这些样本大多来自美国东部私人小规模蜂蜜生产商，在那里确定了美国县级规模的蜂巢位置（ 110 个样本），获得了平均土壤钾浓度和 137Cs 沉积率。
大气沉降模型和直接土壤测量表明，美国东北部从武器试验中获得的 137Cs 略高于美国东南部。令人惊讶的是，蜂蜜中 137Cs 的地理分布与该区域的沉降梯度无关，从美国弗吉尼亚州北部采集的 40 份蜂蜜样本中，只有 12 份可检测到 137Cs ，但在佛罗里达州、乔治亚州和南卡罗来纳州采集的 39 份蜂蜜样本中，有 36 份可检测到 137Cs 。
为了与东海岸的样本进行比较，研究分析了 5 种来自美国中部大型商业活动的蜂蜜，这些蜂箱主要分布在农田上。这些蜂蜜的 137Cs 含量非常低，有 4 个样品检测不到，一个样品检测结果在检测线，而来自古巴的一个单独样品检测不到 137Cs 。
近年来，由于已经废除了关于核不扩散和军备控制的几项长期国际协议，一些领导人开始越来越重视核武器在军事战略中的作用。这些事态发展可能导致有核能力的九个国家重新进行武器试验活动，并可能鼓励其他国家开始自己的试验计划。
此外，鉴于核能的发电的效率和产生相对较低的温室气体，在未来几年内可能会成为满足当地和军事需求的燃料来源。
因此，裂变的产物将来很可能会释放到环境中。研究表明可以开发模型来预测区域格局，其中植被对 137Cs 的吸收将得到增强和持久，并且该研究的方法可以指导其他常见裂变产物的生物地球化学的新研究。
-End-
参考：https://www.nature.com/articles/s41467-021-22081-8