清華大學團隊模擬日本核污水排海：240天到達我國沿海

8月22日，日本政府宣布定于24日開始將核污水排入海洋，這一極不負責的決定引發(fā)了周邊國家乃至全球對于人體健康以及生態(tài)環(huán)境等問題的擔憂。中方對此提出嚴正交涉，并指出，日方強推核污染水排海，無疑是在拿全球海洋環(huán)境和全人類健康當賭注。

盡管日本政府表示經(jīng)過處理后的污水中基本不存在除氚以外的放射性核素，并且氚的濃度也會降低到相關標準的1/40，但核污水在排放之后將如何擴散、對周邊國家乃至整個太平洋將產(chǎn)生哪些影響等問題均有待證實。此外，日本核污水排放計劃將持續(xù)30-40年，在此期間是否會出現(xiàn)放射性物質聚集問題也尚未得到確認。

早在2021年，清華大學深圳國際研究生院海洋工程研究院張建民院士、胡振中副教授團隊從宏觀和微觀兩種不同的角度分別建立了海洋尺度下放射性物質的擴散模型，并實現(xiàn)了福島核污水排放計劃的長期模擬。其中，宏觀模擬結果表明，核污水在排放后240天就會到達我國沿岸海域，1200天后將到達北美沿岸并覆蓋幾乎整個北太平洋。

氚的宏觀擴散模擬結果

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散，另一邊通過澳大利亞北部海域向印度洋轉移。值得注意的是，盡管污染物的排放位置是在福島附近，但隨著時間的推移，污染物高濃度區(qū)域將沿著35°N線附近向東延伸，從開始的東亞附近海域擴散到北美附近海域。在第2400天時，中國東南沿岸海域主要呈現(xiàn)濃度較低的淺粉色，而北美西側海域已經(jīng)基本被濃度較高的紅色覆蓋。

三個沿海城市及它們附近的污染物濃度變化

研究人員進一步選取了日本宮崎、中國上海和美國圣迭戈這三個沿海城市進行對比，從污染物濃度變化曲線圖中可以發(fā)現(xiàn)，在第4000天時圣迭戈附近的污染物濃度大約為0.01個單位，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散。這一結果也意味著，在核污水排放的早期，應主要考慮它對亞洲沿岸的影響。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，需要重點關注北美沿岸海域的受影響情況。

氚的微觀擴散模擬結果

除宏觀擴散外，研究人員還從微觀角度進行了氚的擴散模擬。與宏觀擴散分析注重污染物的整體分布不同，微觀擴散分析更加關注污染物個體的行為，也因此它能夠支持污染物的擴散路徑分析。例如，對模擬結果中到達沿岸海域的某三個污染物微粒，以400天為取樣間隔，得到它們的運動軌跡?；谶@些運動軌跡，可以知道美洲沿岸海域的污染物主要通過橫跨太平洋到達。

部分污染微粒的運動軌跡

值得注意的是，根據(jù)日本的排放計劃，一單位氚污染物的濃度大約對應0.29Bq/m3，相比于氚在海洋中的背景濃度來說不算大。然而，這項研究對于污染物長期擴散的預測、核污水排放計劃的合理應對以及后續(xù)放射性物質濃度的監(jiān)測仍具有重要意義。在該研究的基礎上，還需要通過進一步試驗來探究生態(tài)環(huán)境對于放射性物質的敏感性，確定放射性物質濃度增加對于海洋生態(tài)環(huán)境和人類生活環(huán)境的影響程度，從而最終判斷排放核污水這一行為對于整個海洋和人類的影響。

相關成果以《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）為題發(fā)表在《國家科學評論》（National Science Review）期刊上。清華大學深圳國際研究生院海洋工程研究院2020級博士生劉毅為論文第一作者，清華大學深圳國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)劃國土資源委員會和深圳市海洋智能感知與計算重點實驗室的支持。