來源：大數(shù)據(jù)文摘 《國家科學評論》  “Marine Pollution Bulletin”
         
        
       
      
     
    
    

     

      

       

        

         
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本文為你分享清華大學模擬日本核污水排海放射性物質(zhì)的擴散過程。
        
       
      
     
    

8月24日消息，日本福島第一核電站核污染水排放入海，當天的核污染水排放量預計為200至210噸。

據(jù)悉，第一階段排海將持續(xù)17天，合計排放約7800立方米核污染水。

那么，福島核污水離我們到底有多遠？為了回答這一問題，清華大學的研究團隊對福島核污水的擴散過程進行了模擬，并以動畫的形式展現(xiàn)了污水中主要放射性物質(zhì)——氚的擴散過程。

以上動畫模擬過程顯示：在排放后的 240 天，污染物就已經(jīng)到達我國東南沿岸海域，然后逐漸向東海和渤海擴散。在第 1200 天時，污染物到達北美附近，并幾乎覆蓋了整個北太平洋。到第3600天，幾乎整個太平洋都受到了這些污染物的影響。

目前，相關(guān)論文已經(jīng)發(fā)表在《國家科學評論》（National Science Review）期刊上，題目為：《福島核事故處理水的排放——宏觀與微觀模擬》（Discharge of treated Fukushima nuclear accident contaminated water: macroscopic and microscopic simulations）。

據(jù)2021年科睿唯安的評價，《國家科學評論》影響因子是17.275，排名保持在全球綜合性期刊第三名，僅次于Nature和Science。

清華團隊：240天到達中國，1200天覆蓋整個北太平洋

這項研究的幾個作者屬于清華大學研究團隊，擴散機理的實驗開始于2021年，對海洋中核污染物的宏觀和微觀擴散進行了分析。

宏觀擴散主要關(guān)注污染物在海洋中的整體分布，而微觀擴散則專注于單個污染物的表現(xiàn)。

在實驗過程中，這兩個層面的擴散都被進一步細分為幾個子過程。通過單獨分析這些子過程，并將它們疊加，獲得一個整體的擴散模擬。

論文提到，在子過程的數(shù)學推導中，研究采用了菲克定律和愛因斯坦的均方位移理論。

如上圖，詳細呈現(xiàn)了這兩種擴散（宏觀和微觀）分析的子過程，以及它們之間的相互關(guān)系。

在日本計劃排放到海洋的處理過的水中，氚被認為是最主要的污染物。為了深入了解氚在海洋中的擴散模式，研究團隊使用了特定的參數(shù)進行模擬。

模擬結(jié)果顯示，從日本排放的污染物在很短的時間內(nèi)，就迅速影響了一個大范圍的海域。具體來說，在頭120天內(nèi)，受影響的海域就已經(jīng)擴展到30度緯線和40度經(jīng)線之間。這主要是因為海流在緯度方向上的作用更強，導致污染物更快地向這個方向擴散。特別是在北緯35度附近，有一個高濃度的污染帶。

但這還只是開始。經(jīng)過1200天，這些污染物不僅覆蓋了整個北太平洋，還抵達了北美和澳大利亞的海岸。更進一步，受赤道洋流的推動，這些污染物甚至沿著巴拿馬運河快速傳播到了南太平洋。2400天后，部分污染物通過澳大利亞北部的海域，擴散到了印度洋。到第3600天，幾乎整個太平洋都受到了這些污染物的影響。

After 3600 days, the pollutants occupy almost the entire Pacifi Ocean.

最值得注意的是，雖然這些污染物最初是在日本附近的海域排放的，但它們最終沿著北緯35度線向東擴散，形成了一個高濃度的污染區(qū)。這意味著，即使污染物的排放點是在一個相對局限的區(qū)域，其影響也可能在長時間和大范圍內(nèi)顯現(xiàn)出來。

上圖b和圖d詳細呈現(xiàn)了三個北緯30度附近的沿海城市——宮崎、上海和圣地亞哥——及其周邊海域在4000天里面臨的污染物濃度變化。這些城市受到影響的先后順序主要取決于它們與福島的距離：首先是宮崎，然后是上海，最后是圣地亞哥。每個城市附近的海域的污染物濃度最開始都快速上升，但后來逐漸穩(wěn)定下來。

值得注意的是，盡管圣地亞哥是最后受到影響的，但其周邊海域的穩(wěn)定污染物濃度卻是最高的。這主要是因為福島附近有強烈的海流，特別是黑潮和親潮的交匯區(qū)域，導致污染物主要是沿著東西方向，而不是南北方向擴散。

論文提到，在核污水開始排放的初期，我們應(yīng)該特別關(guān)注其對亞洲沿海地區(qū)的影響。但在長期內(nèi)，由于北美沿海的污染物濃度會持續(xù)較高，因此也需要重點考慮其對北美的影響。

另一份研究結(jié)論：中國近海水體較淺,污染氚更易進入生物累積過程

除了清華團隊，一份涵蓋多學科、多國家的合作論文，也揭示了核污水排海的影響。

他們建立了一個三維全球模型，進行了四種不同排放場景（時間）的模擬，探討了此次排放氚在海洋中的傳播路徑。

模型顯示：第1年里，主要的氚污染從日本沿海迅速沿著黑潮擴散出去。隨后，這些受污染的水逐漸傳播，通過北太平洋洋流在4到5年內(nèi)達到了太平洋東北部。10年后，由于水流和擴散作用，幾乎整個北太平洋都受到了污染。

此外，這篇論文還討論了核污水排放對中國影響：

入侵路徑：污染的水體主要通過呂宋海峽（Luzon Strait）和琉球群島海峽（Strait of Ryukyu Islands）進入中國海域。

擴散時間：通過呂宋海峽,短期釋放場景下(1個月或1年),高濃度核心可在3年內(nèi)到達中國近海；通過琉球海峽,不同釋放場景下,高濃度氚均可在3年內(nèi)到達中國近海。

生物積累：由于沿海水域的淺水結(jié)構(gòu)，更容易發(fā)生生物積累過程，從而導致對生物影響加劇。

具體而言到四種持續(xù)排放時間，論文表示：在短期排放情況下，不論是排放1個月還是1年，潛在受污染的區(qū)域和其濃度基本一致。在1年內(nèi)，高濃度的污染區(qū)（濃度超過0.1 Bq/m3）從日本東海岸延伸至東經(jīng)175°，然后以大約每年15°的速度繼續(xù)東移。到了第5年，這個高濃度氚污染的核心區(qū)已經(jīng)觸及北美洲的海岸。

隨后，這些受污染的海域進一步擴張，覆蓋了整個北太平洋，包括東海、南海的北部和菲律賓周邊海域。十年后，具有超過0.001 Bq/m3氚濃度的水域不僅會污染整個南海和印度尼西亞的海域，甚至有可能擴散到南半球。同時，這一核心污染區(qū)也覆蓋了北美的整個東海岸。更進一步，這些受污染的水域還可能通過印度尼西亞水道流入印度洋。

當排放時間延長至5年或10年時，污染水體仍然以大致相同的速度向東移動，但其濃度較低。這些長期排放情境下的受污染區(qū)域與短期排放情境下的幾乎一樣，只是分布模式有所不同。在5年排放完成后，氚濃度超過0.1 Bq/m3的核心污染區(qū)主要集中在日本的東海岸，但也擴散到了北太平洋的東端。而10年排放完畢后，北太平洋的污染幾乎均勻分布。