地球環(huán)境研究所揭示北半球夏季風(fēng)期間放射性碘-129跨緯度逆向輸送機(jī)制

全球氣候變化背景下，大氣污染物的跨境傳輸是環(huán)境科學(xué)研究的熱點(diǎn)，放射性核素的長(zhǎng)距離遷移規(guī)律，更是評(píng)估全球輻射生態(tài)安全的關(guān)鍵。南海北部作為典型季風(fēng)區(qū)，傳統(tǒng)認(rèn)為該區(qū)域放射性碘主要來源于冬季受東亞冬季風(fēng)從中高緯度的輸入影響，而夏季大氣氣團(tuán)以低緯度太平洋向內(nèi)陸輸送為主，其放射性水平較低。然而，中高緯度人為放射性污染物能否在此背景下實(shí)現(xiàn)跨緯度“逆風(fēng)”傳輸，此前尚未有明確答案。

中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所環(huán)境過程示蹤團(tuán)隊(duì)的最新研究，首次闡明了北半球夏季風(fēng)期間，中高緯度核設(shè)施排放的放射性碘-129經(jīng)高空西風(fēng)帶跨緯度輸送至南海北部的機(jī)制，同時(shí)厘清了該海域大氣碘同位素的形態(tài)分布與來源差異。

研究團(tuán)隊(duì)于2022年8-9月在南海北部開展海上采樣，利用自主研發(fā)的分級(jí)采樣裝置，首次獲取了該海域夏季大氣中碘同位素及其形態(tài)的日分辨率數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示，南海北部大氣中碘-129濃度明顯升高，呈現(xiàn)出顯著的人為核活動(dòng)來源特征。HYSPLIT氣團(tuán)后向軌跡模擬、同位素指紋示蹤技術(shù)與軌跡聚類分析表明，高空西風(fēng)帶主導(dǎo)了該長(zhǎng)距離污染物輸送，來自歐洲等中高緯度核燃料后處理設(shè)施的碘-129，經(jīng)高空西風(fēng)帶橫跨歐亞大陸，逆向跨緯度抵達(dá)南海北部海域。這一發(fā)現(xiàn)證實(shí)，高緯度排放的揮發(fā)性放射性核素可通過高空大氣環(huán)流，實(shí)現(xiàn)半球尺度的跨緯度遷移，凸顯了全球放射性物質(zhì)遷移路徑的復(fù)雜性。研究同時(shí)厘清了南海北部大氣中碘同位素的形態(tài)分布及來源差異。穩(wěn)定碘-127主要以氣態(tài)有機(jī)形態(tài)為主，其中氣態(tài)有機(jī)碘-127主要源于陸地煤炭燃燒、工業(yè)生產(chǎn)等人為排放，而顆粒態(tài)和氣態(tài)無機(jī)碘-127則來自海洋海霧、臭氧介導(dǎo)反應(yīng)等海洋過程；放射性碘-129的形態(tài)分布則顯著不同，以顆粒態(tài)和氣態(tài)無機(jī)碘為主，且其在經(jīng)陸地傳輸過程中，存在從無機(jī)形態(tài)向顆粒態(tài)、氣態(tài)有機(jī)形態(tài)轉(zhuǎn)化的明顯趨勢(shì)。此外，研究初步建立了南海北部大氣碘-129/碘-127的區(qū)域基準(zhǔn)比值，證實(shí)南海北部沿岸運(yùn)行的核電站對(duì)該區(qū)域大氣碘-129濃度無顯著貢獻(xiàn)。

圖1 中國(guó)南海夏季大氣碘同位素濃度與形態(tài)分布

圖2 后向軌跡與聚類分析結(jié)果

該研究不僅為區(qū)域核環(huán)境安全評(píng)估提供了重要的基線數(shù)據(jù)，也為完善全球污染物循環(huán)模型、理解大氣污染物的半球尺度傳輸規(guī)律提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)，對(duì)全球放射性物質(zhì)遷移與海洋核環(huán)境安全研究具有重要意義。相關(guān)研究成果發(fā)表于Journal of Hazardous Materials，第一作者為王文凱碩士研究生，通訊作者為張路遠(yuǎn)研究員。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃及中國(guó)科學(xué)院西部之光與未來伙伴計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

Wang Wenkai, Yang Zhigang, Zhang Luyuan*, Fang Sheng, Liang Chunsheng, Zhang Mengting, Zhang Ting, Chen Ning, Wang Yanyun, Hou Xiaolin, Reverse cross-latitude transport of iodine-129 to the northern South China Sea during the prevailing Summer Monsoon. Journal of Hazardous Materials, 2026.

https://dio.org/10.1016/j.jhazmat.2026.141361