清華新聞網(wǎng)12月2日電 為了緩解日益增長(zhǎng)的核廢水存儲(chǔ)壓力，日本內(nèi)閣會(huì)議于今年四月正式通過(guò)了將福島核廢水排入大海的議案，這一決定引發(fā)了周邊國(guó)家乃至全球?qū)τ谌梭w健康以及生態(tài)環(huán)境等問(wèn)題的擔(dān)憂(yōu)。盡管日本政府表示經(jīng)過(guò)處理后的污水中基本不存在除氚以外的放射性核素，并且氚的濃度也會(huì)降低到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的1/40，但核廢水在排放之后將如何擴(kuò)散、對(duì)周邊國(guó)家乃至整個(gè)太平洋將產(chǎn)生哪些影響等問(wèn)題均有待證實(shí)。此外，日本核廢水排放計(jì)劃將持續(xù)30-40年，在此期間是否會(huì)出現(xiàn)放射性物質(zhì)聚集問(wèn)題也尚未得到確認(rèn)。
為解決這些疑問(wèn)，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院海洋工程研究院張建民院士、胡振中副教授團(tuán)隊(duì)從宏觀(guān)和微觀(guān)兩種不同的角度分別建立了海洋尺度下放射性物質(zhì)的擴(kuò)散模型，并實(shí)現(xiàn)了福島核廢水排放計(jì)劃的長(zhǎng)期模擬。
氚的宏觀(guān)擴(kuò)散模擬結(jié)果
宏觀(guān)模擬結(jié)果表明，核廢水在排放后240天就會(huì)到達(dá)我國(guó)沿岸海域，1200天后將到達(dá)北美沿岸并覆蓋幾乎整個(gè)北太平洋。隨后，污染物一邊在赤道洋流的作用下沿著美洲海岸向南太平洋快速擴(kuò)散，另一邊通過(guò)澳大利亞北部海域向印度洋轉(zhuǎn)移。值得注意的是，盡管污染物的排放位置是在福島附近，但隨著時(shí)間的推移，污染物高濃度區(qū)域?qū)⒀刂?5°N線(xiàn)附近向東延伸，從開(kāi)始的東亞附近海域擴(kuò)散到北美附近海域。在第2400天時(shí)，中國(guó)東南沿岸海域主要呈現(xiàn)濃度較低的淺粉色，而北美西側(cè)海域已經(jīng)基本被濃度較高的紅色覆蓋。
三個(gè)沿海城市及它們附近的污染物濃度變化
研究人員進(jìn)一步選取了日本宮崎、中國(guó)上海和美國(guó)圣迭戈這三個(gè)沿海城市進(jìn)行對(duì)比，從污染物濃度變化曲線(xiàn)圖中可以發(fā)現(xiàn)，在第4000天時(shí)圣迭戈附近的污染物濃度大約為0.01個(gè)單位，這一數(shù)值已經(jīng)是宮崎的三倍左右、上海的40倍左右。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因主要是日本附近強(qiáng)烈的洋流作用，福島處于日本暖流（向北）和千島寒流（向南）交匯的地方，所以大部分污染物不會(huì)沿著陸地邊緣向南北方向遷移，而是隨著北太平洋暖流向東擴(kuò)散。這一結(jié)果也意味著，在核廢水排放的早期，應(yīng)主要考慮它對(duì)亞洲沿岸的影響。但在后期，由于北美沿岸海域的污染物濃度將持續(xù)高于大部分東亞沿岸海域，需要重點(diǎn)關(guān)注北美沿岸海域的受影響情況。
氚的微觀(guān)擴(kuò)散模擬結(jié)果
除宏觀(guān)擴(kuò)散外，研究人員還從微觀(guān)角度進(jìn)行了氚的擴(kuò)散模擬。與宏觀(guān)擴(kuò)散分析注重污染物的整體分布不同，微觀(guān)擴(kuò)散分析更加關(guān)注污染物個(gè)體的行為，也因此它能夠支持污染物的擴(kuò)散路徑分析。例如，對(duì)模擬結(jié)果中到達(dá)沿岸海域的某三個(gè)污染物微粒，以400天為取樣間隔，得到它們的運(yùn)動(dòng)軌跡。基于這些運(yùn)動(dòng)軌跡，可以知道美洲沿岸海域的污染物主要通過(guò)橫跨太平洋到達(dá)。
部分污染微粒的運(yùn)動(dòng)軌跡
值得注意的是，根據(jù)日本的排放計(jì)劃，一單位氚污染物的濃度大約對(duì)應(yīng)0.29Bq/m3，相比于氚在海洋中的背景濃度來(lái)說(shuō)不算大。然而，這項(xiàng)研究對(duì)于污染物長(zhǎng)期擴(kuò)散的預(yù)測(cè)、核廢水排放計(jì)劃的合理應(yīng)對(duì)以及后續(xù)放射性物質(zhì)濃度的監(jiān)測(cè)仍具有重要意義。在該研究的基礎(chǔ)上，還需要通過(guò)進(jìn)一步試驗(yàn)來(lái)探究生態(tài)環(huán)境對(duì)于放射性物質(zhì)的敏感性，確定放射性物質(zhì)濃度增加對(duì)于海洋生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)生活環(huán)境的影響程度，從而最終判斷排放核廢水這一行為對(duì)于整個(gè)海洋和人類(lèi)的影響。
相關(guān)成果以《福島核事故處理水的排放——宏觀(guān)與微觀(guān)模擬》（Discharge of treated Fukushima nuclear accident contaminated water: macroscopic and microscopic simulations）為題發(fā)表在《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》（National Science Review）期刊上。清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院海洋工程研究院2020級(jí)博士生劉毅為論文第一作者，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生胡振中副教授和張建民院士為論文共同通訊作者，論文作者還包括李孫偉助理教授。該研究得到了深圳市規(guī)劃國(guó)土資源委員會(huì)和深圳市海洋智能感知與計(jì)算重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。
論文鏈接：
https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwab209/6442253
供稿：深圳國(guó)際研究生院
編輯：覃霞
審核：呂婷
