在全球氣候變化加劇背景下，準確評估人工放射性核素的遷移、轉(zhuǎn)化行為，及其對生態(tài)系統(tǒng)的輻射安全影響，揭示人工放射性核素對氣候系統(tǒng)的響應(yīng)變得至關(guān)重要。我國南海不僅受全球大氣核武器試驗沉降的廣泛影響，美國太平洋核試驗場釋放的放射性物質(zhì)可以通過洋流系統(tǒng)經(jīng)呂宋海峽持續(xù)不斷進入南海。與此同時，南海與西太暖池緊密相連，因此極易受厄爾尼諾和極端天氣等事件的影響。但南海放射性核素的研究主要局限于水平和分布變化，氣候系統(tǒng)的調(diào)控機制研究尚未見報道。

近日，中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所侯小琳研究員團隊在南海西沙珊瑚中钚同位素對氣候變化的響應(yīng)研究上取得突破性新進展。以高分辨率環(huán)境記錄載體-珊瑚為研究對象，借助研究團隊開發(fā)的超低水平钚同位素的超靈敏分析技術(shù)，通過準確分析珊瑚年分辨率的239,240Pu水平及其變化，重建年分辨率表層海水的239,240Pu的變化，首次闡明了太平洋核試驗場釋放的親顆粒放射性污染物在南海的遷移規(guī)律及其與氣候因子的耦合機制。

研究顯示，南海采樣點處72-84%的239,240Pu來自于美國太平洋核試驗場的釋放，通過北赤道暖流-黑潮，經(jīng)由呂宋海峽傳輸進入南海。盡管目前整體濃度水平較低無明顯輻射風(fēng)險，但1980年之后出現(xiàn)明顯變化。與西太開放海域相比，西沙珊瑚中239,240Pu呈現(xiàn)濃度逐漸升高而240Pu/239Pu比值降低的特征。這主要是由于源于西南季風(fēng)驅(qū)動的南海陸架區(qū)季節(jié)性上升流，將次表層特征海水持續(xù)不斷帶入表層生態(tài)系統(tǒng)所致。除此之外，1983,1988,1997年等典型厄爾尼諾年，珊瑚骨骼中239,240Pu濃度異常升高。主要是由于氣候變暖引起珊瑚白化，共生蟲黃藻攜帶較高含量的钚同位素被大量排出，經(jīng)快速生物地球化學(xué)循環(huán)后沉積于珊瑚骨骼表面，明顯區(qū)別于正常年份钚通過珊瑚代謝途徑緩慢進入珊瑚骨骼的路徑。

本研究不僅為南海放射性污染物跨境傳輸和遷移研究提供了年分辨率標尺，而且首次證實氣候異常事件可以通過改變生物地球化學(xué)過程，加劇放射性核素在生態(tài)系統(tǒng)中的傳輸速率和累積效應(yīng)。在全球變化與潛在核污染雙重威脅疊加背景下，該研究對構(gòu)建南海生態(tài)屏障具有重要預(yù)警價值。

上述成果發(fā)表在Environmental Science & Technology期刊上，文章第一作者為趙雪副研究員，通訊作者為侯小琳研究員。研究得到了國家自然科學(xué)基金（22306184，41991252，22341603），中國科學(xué)院（132B61ZYLH20230013, ZDBSSSW-DQC003），黃土科學(xué)國家重點實驗室（SKLLQGPY2409）等多項項目的支持。

Xue Zhao, Xiaolin Hou, Weijian Zhou, Hong Yan, Hanfeng Wen, Huan Jiang, Liangcheng Tan. Variation of 239,240Pu in Coral and Its Response to the Climate System in South China Sea. Environ. Sci. Technol. https://doi.org/10.1021/acs.est.5c02025.

圖1 西沙珊瑚中239,240Pu的年際變化及其與氣候系統(tǒng)的耦合關(guān)系