The Innovation | 如果福岛核废水入海，海洋将无“净土”

导 读

2021年4月，日本政府决定将福岛第一核电站失事处理后的废水约2年后排入太平洋。由于废水中仍含有氚和其它多种放射性核元素，引起人们尤其是周边国家的普遍担忧。福岛核废水入海后，放射性核元素将会被洋流等携带输送至海洋各个角落，其主要的传播路径、方式和时间是怎样的呢？

图1 放射性核元素传播路径示意图

福岛外海的洋流活跃、涡旋频发。此处有北太平洋最强的洋流：“黑潮（Kuroshio，图1）”。黑潮起源于12-15°N的太平洋北赤道流（NEC），它向北流经菲律宾和台湾岛，通过吐噶喇海峡进入日本南侧，最后经由福岛东侧进入开阔大洋。其末端东向强流被重新命名为黑潮延伸体（Kuroshio Extension，图1）。

黑潮极为强盛，在黑潮回流区（recirculation），其流量高达130Sv（1Sv=10⁶m³/s），约为全球河流总流量的100倍。福岛外海还有自堪察加半岛沿千岛群岛南下的“亲潮（Oyashio）”。此外，由于黑潮的摆动、暖的黑潮和冷的亲潮的交融等，福岛外海生成了大量直径从几十公里到几百公里不等的海洋涡旋，这些涡旋能够裹挟水体，且大都向西运动。

总体而言，核废水在太平洋有三条主要的输送路径。在涡旋、黑潮回流和湍流扩散等作用下，放射性核元素将向我国东海输送。涡旋有很强的包裹性，能够将裹挟的核废水以高浓度、低耗散的方式长距离输送（图1，Route 1）。黑潮延伸体区域涡旋还会加强模态水（次表层性质均匀的厚水层）的潜沉。在回流的作用下，含有核元素的模态水亦以低耗散的方式向东海输送。已有数值模拟表明，放射性核元素大约1年将会到达我国东海。在黑潮的东海分支的输送下，通过和陆架环流的相互作用，放射性核元素将进一步北向输送至黄海、日本海等海域。

大部分放射性核元素将被黑潮延伸体和亲潮向东输送。向东输送的过程中，在大尺度副热带环流的作用下，部分放射性核元素将被顺时针输送至黑潮的低纬度段（图1，Route 2）。低纬度的黑潮在北向运动中途经吕宋海峡，部分水体会经由吕宋海峡进入南海。研究表明，在冬季，黑潮水入侵南海更为显著。同时，吕宋海峡附近的中尺度涡旋亦会携带放射性核元素向南海输送。在南海贯穿流的影响下（图1黄色虚线），进入南海的放射性核元素将逐渐污染整个南海。

基于海洋再分析数据估算，向东输送的放射性核元素大约在5年后跨越北太平洋到达北美洲西海岸。此后，放射性核元素将分叉进入向北流动的阿拉斯加海流（Alaska）和向南流动的加利福尼亚海流（California）。南向分支终将会汇入北赤道流等西向流中，并开始一个新的循环（图1，Route 3）。此外，涡旋引起的经向输送，共同将放射性核元素传播至整个太平洋。

太平洋及周边海域是核废水的重污染区，但放射性核元素终将被传播至全球。北赤道流在太平洋西海岸分叉时，其南分支形成南向流动的棉兰老流（Mindanao， 图1）。放射性核元素由此进入太平洋赤道区域和热带印度尼西亚海。在印度尼西亚贯穿流（ITF）的输送下，放射性核元素将从太平洋进入印度洋。南印度洋西边界流（Agulhas流）会将核元素搬运至南印度洋，并且在南非南侧与向东流动的南极绕极流相遇，通过“大洋输送带”，将放射性核元素传播至所有大洋。Agulhas流也会通过甩涡的方式影响整个大西洋。

对复杂多变的海洋系统监测是一个重大挑战。目前，人类很难完全了解放射性核元素的分布和影响。全球变暖使得极端的气候和天气事件频繁出现，这进一步加大了预测洋流和放射性核元素分布的难度。海洋学家和生物学家对核废水对海洋生物和人类造成可能的影响表示强烈担忧，并建议日本政府做出更为谨慎的决定。

总结和展望

福岛外海活跃的环流和涡旋，通过三条主要路径，将放射性核元素输送至太平洋及周边海域。该区域将是核废水的重污染区，但放射性核元素终将被输送至全球大洋。目前，人类并不能精准监测和预测核元素的分布和影响。但是可以肯定，核废水、微塑料等无序排放对人类的影响，最终都由全人类买单。

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原文链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(21)00044-8

本文内容来自Cell Press合作期刊The Innovation第二卷第二期将以NEWS & BUZZ发表的“Accelerated spread of Fukushima’s waste water by ocean circulation” (投稿: 2020-04-23；接收: 2021-04-30；在线刊出: 2021-05-04)。

DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2021.100119

引用格式：Chen G., Wang Q., Chu X. (2021). Accelerated spread of Fukushima’s waste water by ocean circulation. The Innovation. 2(2),100119.

作者简介

陈更新，中国科学院南海海洋研究所研究员，博士生导师，国家优秀青年基金、广东特支百千万工程青年拔尖人才、中科院广州分院优秀青年科学家获得者，中科院青促会会员。主要从事海洋环流和中尺度涡动力研究，已发表学术论文40余篇。

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