清華模擬日本核污水排海：240天到達中國沿海 ，3600天覆蓋整個太平洋
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——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
論文標題：
Discharge of treated Fukushima nuclear accident contaminated water: macroscopic and microscopic simulations
論文地址：
https://academic.oup.com/nsr/article/9/1/nwab209/6442253
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。
模擬結果顯示，從日本排放的污染物在很短的時間內，就迅速影響了一個大范圍的海域。具體來說，在頭120天內，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，我們應該特別關注其對亞洲沿海地區(qū)的影響。但在長期內，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。
另一份研究結論：中國近海水體較淺,污染氚更易進入生物累積過程
論文標題：
Transport and dispersion of tritium from the radioactive water of the Fukushima Daiichi nuclear plant
論文地址：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0025326X2100549X
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。
圖注：紫色的實線箭頭指出了這些核污染水如何通過次表層進入到中國海域。
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，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。