核污染阴影下的“野猪悖论”：野猪体内高放射性污染哪来的？

编者按

1986年的切尔诺贝利核事故，永远改变了中欧森林的面貌，也对生物多样性产生的深远的影响，其中一个典型例子就是中欧地区野猪的污染问题，它们身体内的铯-137Cs水平一直持续较高。然而，在没有可靠的源头识别的情况下，这个问题的根源一直不明确。科学家对切尔诺贝利的动物健康状况仍知之甚少，不过，倒是一个悖论困扰了他们多年：为什么野猪的放射性仍然比鹿等其他野生生物物种要高得多？这个悖论，也被称为“野猪悖论”。

图片来源：Environ. Sci. Technol. 2023

长达60年的
铯-137Cs核释放

如今，更精确的测量使奥地利科技大学和汉诺威莱布尼兹大学等地的研究人员得以解开这个“谜团”。“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，一篇刊登在《环境科学与技术》上的一项最新研究指出，核事故或爆炸释放的放射性核素对生态系统健康构成长期威胁，最新的这篇研究解释了为什么巴伐利亚的野猪仍然具有高水平的放射性污染。长达60年的铯-137Cs核武器释放事件，被认为是这一持续污染问题的关键原因。

当前，在气候变化的背景下，核能作为一种低碳能源正经历复兴，以满足人类对能源的需求。然而，核事故或核武器降尘释放的放射性核素对公共健康、社会和经济活动构成潜在威胁，因为一些放射性核素具有持久污染食物链的能力，导致广泛和长期的辐射暴露风险。铯-137（137Cs，半衰期T1/2 = 30.08年）是这种污染的突出例子，因为它在环境中普遍存在。它来源于20世纪中期大气核爆炸降尘（核武器-137Cs）以及核事故，尤其是切尔诺贝利和福岛核事故（反应堆-137Cs）。出于安全监管的考虑，许多国家对一般食品产品中的137Cs水平（例如，欧盟<600 Bq·kg–1和日本：<100 Bq·kg–1）采取了严格的监管限值。然而，尽管常规辐射监测提供了关于137Cs污染水平的重要定量信息，但对污染源的归因仍然知之甚少，因为普遍存在的核武器-137Cs无法与任何反应堆-137Cs区分开来。这一分析难题妨碍了对环境137Cs污染来源的全面了解，而这是定量评估特定137Cs遗产的责任和建立更有针对性的环境修复和保护策略的关键前提。

尽管已经成功地使用放射性锕系元素（例如铀和钚）的同位素标志来区分不同来源之间的贡献，但放射性铯同位素指纹尚未常规用于源头识别。铯-135是一个理想的、具有长寿命（T1/2 = 2.3百万年）的候选同位素，适用于释放后的污染，比快速衰变的134Cs（T1/2 = 2.07年）更合适。此外，135Cs的生成机制可以提供有关污染的核起源的更详细信息，因此可以通过其独特的135Cs/137Cs比值将放射性铯污染归因于其来源。尽管在核物证学和环境追踪研究中，已经可以利用商业三重四极电感耦合等离子体质谱仪（ICP-QQQ-MS）和热离子化质谱仪（TIMS）对135Cs/137Cs进行精确测定，但将其作为核物证指纹的应用仍然远未达到常规水平，因为这需要细致的化学分离和复杂的分析程序。

巴伐利亚（Bavaria）地区位于德国南部，与奥地利接壤，这个地区因切尔诺贝利核事故后的重度137Cs污染而声名狼藉。据德国辐射防护联邦办公室（BfS）的数据，1986年4月，地表土壤中的137Cs库存范围从102到105 Bq·m–2不等。作为137Cs的有效“富集器”，当地的野猪（Sus scrofa）后来也被污染，其肉中的137Cs活度浓度超过了监管限值约1至2个数量级。然而，与大多数森林动物物种不同，它们最初也在体内显示出高水平的137Cs污染，随后随着时间的推移而下降（即生态半衰期较短），但是，自1986年以来，野猪体内的137Cs水平并没有显示出明显的下降趋势。在某些地点和情况下，污染水平的下降甚至比137Cs的物理半衰期还要慢。

通常情况下，食物的辐射暴露会下降得更快，因为铯自切尔诺贝利以来，已经传播得很远，被雨水冲走，或者被压入土壤中，因此不再以最初的数量被植物和动物吸收。然而，在巴伐利亚的野猪猪肉中，辐射水平在将近40年后仍然几乎保持不变，似乎违反了物理定律。

这一现象被称为“野猪悖论”。

野猪悖论：原因分析

那么，可能的原因是什么呢？此前，通常被归因于野猪摄入富含137Cs的地下真菌（例如松露，Elaphomyces）。根据土壤成分，尤其是黏土矿物含量，这些地下真菌是137Cs的下行迁移的关键储库。由于它们是野猪的主要食物之一，尤其是在表面食物稀缺的冬季。然而，由于缺乏令人信服的证据能用来识别137Cs的来源，野猪体内持续污染的起源仍然不清楚。

上图：野猪摄入的不同137Cs来源的概念机制图。红色、橙色和蓝色边界分别代表武器-137Cs、切尔诺贝利-137Cs和无137Cs的来源。来源：该论文。作者标注：此图中的一个图形由Macrovector─Freepik.com设计。两个图形经过改编，来源于马里兰环境科学中心的媒体库。根据Tracey Saxby的创作共享署名-相同方式共享4.0许可证的许可，重新印刷或改编。图片来源：Environ. Sci. Technol. 2023, Felix Stäger, Dorian Zok等人

因此，发表在《环境科学与技术》上的该新研究，对野猪肉样本中的137Cs活动以及135Cs/137Cs比值进行了分析，这些样本采集自2019年至2021年期间的巴伐利亚地区的11个地区。该研究报告了迄今为止最大的135Cs/137Cs环境样本集（n = 48），并进行了与已发表数值的重要比对，验证了135Cs/137Cs用于源头识别的可行性。

通过混合模型，该研究估计了核武器-137Cs和反应堆-137Cs的“贡献”。研究发现，来自60年前核武器降尘的137Cs，在野猪体内占据重要地位。

这一研究结果表明，旧的和新的137Cs来源的叠加可以大大超越任何一个主导的单一来源的影响，从而突显了历史上137Cs的释放对当前环境污染挑战的关键作用。

这项研究揭示了野猪体内137Cs来源的复杂性，其中既包括上个世纪六十年代核武器测试产生的137Cs，也包括1986年切尔诺贝利核事故产生的137Cs，不同地区的野猪污染情况存在差异。这些发现，有助于更好地理解巴伐利亚地区野猪体内137Cs的来源以及污染的形成过程。

全文参看：Disproportionately High Contributions of 60 Year Old Weapons-137Cs Explain the Persistence of Radioactive Contamination in Bavarian Wild Boars
Felix Stäger, Dorian Zok, Anna-Katharina Schiller, Bin Feng*, and Georg Steinhauser*
Publication Date:August 30, 2023
https://doi.org/10.1021/acs.est.3c03565

小tips

135Cs 和 137Cs 都是放射性同位素，属于铯元素的同位素。

135Cs（铯-135）：铯-135是铯元素的一种同位素，其核中包含了135个中子和77个质子。它的半衰期（即放射性衰变的时间）非常长，约为207万年。这使得它成为一种相对稳定的放射性同位素。铯-135主要由核反应堆中产生，在核工业和核能发电中具有重要的应用。它可以通过测量其放射性衰变来用于追踪核事故的来源。

137Cs（铯-137）：铯-137是另一种铯元素的同位素，其核中包含了137个中子和55个质子。它的半衰期相对较短，约为30年。铯-137是核武器测试、核事故（如切尔诺贝利核事故）以及核能发电中的副产品。它的放射性衰变速度较快，因此在短时间内可以释放大量的放射性能量。

这两种同位素都具有放射性，会释放出高能射线，对生物组织和环境造成潜在危害。因此，它们在核安全和环境保护方面都具有重要的意义，需要受到监测和控制。在核事故发生后，测量它们的存在和比例可以帮助确定放射性污染的来源和程度。

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编译 | 芊佳

编辑 | 绿茵

排版 | 绿叶

【参考资料】

Disproportionately High Contributions of 60 Year Old Weapons-137Cs Explain the Persistence of Radioactive Contamination in Bavarian Wild Boars
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.3c03565

https://www.euronews.com/green/2023/09/02/chernobyl-scientists-solve-mystery-of-why-wild-boars-are-more-radioactive-than-other-anima

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