清華模擬日本核污水排海：240天到達(dá)中國(guó)沿海 ，3600天覆蓋整個(gè)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(dāng)天的核污染水排放量預(yù)計(jì)為200至210噸。
據(jù)悉，第一階段排海將持續(xù)17天，合計(jì)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(yuǎn)？為了回答這一問題，清華大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)福島核污水的擴(kuò)散過程進(jìn)行了模擬，并以動(dòng)畫的形式展現(xiàn)了污水中主要放射性物質(zhì)——氚的擴(kuò)散過程。
以上動(dòng)畫模擬過程顯示：在排放后的 240 天，污染物就已經(jīng)到達(dá)我國(guó)東南沿岸海域，然后逐漸向東海和渤海擴(kuò)散。在第 1200 天時(shí)，污染物到達(dá)北美附近，并幾乎覆蓋了整個(gè)北太平洋。到第3600天，幾乎整個(gè)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(guó)家科學(xué)評(píng)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(píng)價(jià)，《國(guó)家科學(xué)評(píng)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(tuán)隊(duì)：240天到達(dá)中國(guó)，1200天覆蓋整個(gè)北太平洋
論文標(biāo)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(xiàng)研究的幾個(gè)作者屬于清華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)，擴(kuò)散機(jī)理的實(shí)驗(yàn)開始于2021年，對(duì)海洋中核污染物的宏觀和微觀擴(kuò)散進(jìn)行了分析。
宏觀擴(kuò)散主要關(guān)注污染物在海洋中的整體分布，而微觀擴(kuò)散則專注于單個(gè)污染物的表現(xiàn)。
在實(shí)驗(yàn)過程中，這兩個(gè)層面的擴(kuò)散都被進(jìn)一步細(xì)分為幾個(gè)子過程。通過單獨(dú)分析這些子過程，并將它們疊加，獲得一個(gè)整體的擴(kuò)散模擬。
論文提到，在子過程的數(shù)學(xué)推導(dǎo)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(xì)呈現(xiàn)了這兩種擴(kuò)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(jì)劃排放到海洋的處理過的水中，氚被認(rèn)為是最主要的污染物。為了深入了解氚在海洋中的擴(kuò)散模式，研究團(tuán)隊(duì)使用了特定的參數(shù)進(jìn)行模擬。
模擬結(jié)果顯示，從日本排放的污染物在很短的時(shí)間內(nèi)，就迅速影響了一個(gè)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(kuò)展到30度緯線和40度經(jīng)線之間。這主要是因?yàn)楹Ａ髟诰暥确较蛏系淖饔酶鼜?qiáng)，導(dǎo)致污染物更快地向這個(gè)方向擴(kuò)散。特別是在北緯35度附近，有一個(gè)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(gè)北太平洋，還抵達(dá)了北美和澳大利亞的海岸。更進(jìn)一步，受赤道洋流的推動(dòng)，這些污染物甚至沿著巴拿馬運(yùn)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(kuò)散到了印度洋。到第3600天，幾乎整個(gè)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(kuò)散，形成了一個(gè)高濃度的污染區(qū)。這意味著，即使污染物的排放點(diǎn)是在一個(gè)相對(duì)局限的區(qū)域，其影響也可能在長(zhǎng)時(shí)間和大范圍內(nèi)顯現(xiàn)出來。
上圖b和圖d詳細(xì)呈現(xiàn)了三個(gè)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(gè)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?yàn)楦u附近有強(qiáng)烈的海流，特別是黑潮和親潮的交匯區(qū)域，導(dǎo)致污染物主要是沿著東西方向，而不是南北方向擴(kuò)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(duì)亞洲沿海地區(qū)的影響。但在長(zhǎng)期內(nèi)，由于北美沿海的污染物濃度會(huì)持續(xù)較高，因此也需要重點(diǎn)考慮其對(duì)北美的影響。
另一份研究結(jié)論：中國(guó)近海水體較淺,污染氚更易進(jìn)入生物累積過程
論文標(biāo)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(tuán)隊(duì)，一份涵蓋多學(xué)科、多國(guó)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(gè)三維全球模型，進(jìn)行了四種不同排放場(chǎng)景（時(shí)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(kuò)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(dá)到了太平洋東北部。10年后，由于水流和擴(kuò)散作用，幾乎整個(gè)北太平洋都受到了污染。
圖注：紫色的實(shí)線箭頭指出了這些核污染水如何通過次表層進(jìn)入到中國(guó)海域。
具體而言到四種持續(xù)排放時(shí)間，論文表示：在短期排放情況下，不論是排放1個(gè)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(gè)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(jìn)一步擴(kuò)張，覆蓋了整個(gè)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(huì)污染整個(gè)南海和印度尼西亞的海域，甚至有可能擴(kuò)散到南半球。同時(shí)，這一核心污染區(qū)也覆蓋了北美的整個(gè)東海岸。更進(jìn)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(dāng)排放時(shí)間延長(zhǎng)至5年或10年時(shí)，污染水體仍然以大致相同的速度向東移動(dòng)，但其濃度較低。這些長(zhǎng)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(kuò)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。
