别府湾海洋沉积物中^129I的同位素组成：评估其作为人类世（Anthropocene）标志物的可行性

《Journal of Environmental Radioactivity》：Isotopic composition of 129I in marine sediments from Beppu Bay: assessing its feasibility as an Anthropocene marker

碘-129与碘-127比例在贝普湖湾沉积物中的时空分布及其作为人类世地质标记的潜力研究。通过分析90厘米沉积物核心，发现自1950年代起129I/127I比值显著上升，与全球核活动一致，并在1973年火山喷发、1957和1983年极端天气事件中呈现局部峰值，证实该比值能有效反映人类活动对海洋环境的影响。

　　本研究聚焦于人类活动对地球环境带来的深远影响，并探讨了放射性同位素碘-129（¹²⁹I）作为界定人类世（Anthropocene）的重要标志物的潜力。人类世是一个地质时代，其核心特征在于人类活动对自然环境产生了显著且长期的改变。自工业革命以来，随着经济和人口的迅速增长，人类活动对陆地和水生生态系统、水循环以及大气成分的影响日益加剧。例如，到2025年4月，全球大气中的二氧化碳浓度已达到约430 ppm，比工业化前的水平高出50%以上。这些变化引发了科学界对正式确认人类世为地质时代的重要讨论。

在界定人类世的过程中，建立一个全球边界层型剖面（Global Boundary Stratotype Section and Point, GSSP）或“黄金钉”是关键步骤。GSSP是通过地质材料中保留的环境变化同步信号来定义的，如岩石、冰川冰或海洋沉积物。除了正式候选地点外，辅助参考剖面对于验证潜在的地质标志物在不同沉积环境中的适用性同样重要。日本的别府湾（Beppu Bay）因其保存了每年形成的层状沉积物，并记录了多种人类活动信号，被广泛认为是界定人类世边界的重要辅助参考地点。

别府湾是一个地质构造稳定、半封闭的海洋盆地，其沉积物在缺氧的底水条件下持续积累，形成了自全新世中期（约7300年前）以来的连续层状沉积序列。这些沉积物记录了至少2800年的沉积历史，为研究人类活动对环境的影响提供了宝贵的时间窗口。别府湾的沉积速率相对较高（0.3–1.2厘米/年），加上良好的沉积物保存状态，使得该地区能够提供从年到亚年的高时间分辨率记录，适用于多种地质标志物的分析。

近年来，别府湾的沉积记录中发现了多个与20世纪中叶“大加速”时期全球同步的标志物，包括人类活动产生的放射性核素（如¹³⁷Cs、²³⁶U和^239+240Pu）、新型工业材料（如微塑料、多氯联苯、有机氯农药等）以及相关生态变化，如富营养化、缺氧和浮游生物群落的突然变化。这些信号为研究人类世提供了重要的证据，也凸显了别府湾作为辅助参考剖面的科学价值。

碘-129作为人类活动的产物，主要来源于核武器试验、核燃料再处理（NFR）以及核事故。在1945年至1980年间，大气中的核武器试验释放了约50–135千克的碘-129，形成了全球范围内的放射性沉降。自20世纪60年代起，法国的拉海格（La Hague）和英国的塞拉菲尔德（Sellafield）等核燃料再处理设施成为碘-129的主要来源，每年向海洋和大气环境中排放数千千克的碘-129。尽管切尔诺贝利（1986）和福岛（2011）等核事故也对环境中的碘-129有所贡献，但其影响远小于核燃料再处理活动。

碘-129的特性使其成为研究人类世的潜在标志物。它具有较长的半衰期（15.7百万年），并且在核燃料再处理过程中持续释放。然而，碘-129具有高溶解性和挥发性，这使得它在水体中的迁移能力较强，可能导致其在沉积物中的保留能力有限。因此，碘-129的适用性受到其物理化学性质的限制。相比之下，其他放射性核素（如钚同位素）因其较强的颗粒反应性，更容易在沉积物中被有效保留。尽管如此，碘-129在某些沉积环境中的保留情况仍然显示出其作为人类世标志物的潜力。

本研究对别府湾沉积物中的碘-129和碘-127浓度进行了系统分析，并测量了碘-129与碘-127的原子比。研究结果表明，别府湾沉积物中的碘-129/碘-127比值在1950年代显著上升，与全球核活动的开始时间一致。这一变化趋势与东亚其他地区的记录相符，进一步支持了碘-129作为人类世标志物的适用性。此外，研究还发现了一些与当地火山活动和极端天气事件相关的短期碘-129/碘-127比值升高现象，表明碘-129不仅能够记录全球范围内的核活动，还能反映特定区域的环境变化。

在别府湾沉积物中，碘-127的浓度在0–89厘米深度范围内波动于42.9至101 μg/g之间，其中表层沉积物（0–1厘米）的浓度最高。然而，由于表层沉积物主要由悬浮沉积物组成，其浓度并不能准确反映长期沉积趋势。排除表层后，碘-127的浓度范围为58.9 μg/g，标准差为6.0 μg/g，显示出相对稳定的沉积环境。这一稳定性使得别府湾成为研究人类世标志物的理想地点，因为沉积物中的信号不易受到后期扰动的影响。

研究还发现，在1950年代之前，别府湾沉积物中的碘-129/碘-127比值较低，约为1.16×10^?11至1.11×10^?10。这些比值略高于全球海洋沉积物的基线值（1.2–1.5×10^?12），但与之前的核活动无关。这一现象可能与沉积物中的后期重分配有关，尤其是在缺氧条件下，碘的迁移能力增强，可能导致沉积物中碘的垂直迁移。然而，研究显示，1950年代之前的沉积层中碘-129的总量仅占总沉积物中碘-129的2.2–7.1%，表明后期迁移的程度有限。

在1950年代之后，碘-129/碘-127比值显著上升，这一趋势与全球核活动的开始时间一致。这一变化不仅反映了人类活动对环境的影响，还表明别府湾沉积物能够可靠地记录全球范围内的碘-129沉降。此外，研究还发现了一些与当地火山活动和极端天气事件相关的短期比值升高现象，这些事件可能通过增强沉积物的横向输入，使得碘-129在沉积物中富集。例如，在1957年、1973年和1983年的沉积层中，碘-129/碘-127比值出现了明显的峰值。这些峰值可能与火山喷发或强降雨事件有关，因为这些事件能够促进陆源物质向海洋的迁移，从而在沉积物中富集碘-129。

研究还对比了别府湾与其他东亚地区（如中国胶州湾、菲律宾塔尔湖和日本纪伊珊瑚）的碘-129/碘-127比值变化趋势，发现它们在1950年代后均呈现出上升趋势。这一一致性表明，碘-129作为人类世标志物在不同沉积环境中具有一定的普适性。然而，不同地点的比值变化也受到当地环境条件的影响，例如，胶州湾的碘-127浓度普遍低于别府湾，这可能与其较高的陆源物质比例有关。此外，别府湾的沉积速率较高，有助于保留更精确的沉积信号，而胶州湾和塔尔湖的沉积速率变化较大，可能影响其沉积物中碘-129的记录。

尽管碘-129在某些沉积环境中可能受到后期迁移的影响，但研究结果表明，别府湾沉积物中的碘-129/碘-127比值在1950年代前的层中变化较小，表明其在缺氧条件下具有较好的保存能力。这一发现支持了碘-129作为人类世标志物的适用性，同时也表明，碘-129的沉积记录可以反映人类活动对环境的长期影响。然而，对于某些特定的局部地质事件（如火山喷发和极端天气）对碘-129/碘-127比值的影响机制，仍需进一步研究以更全面地理解碘-129在不同沉积环境中的行为。

本研究的结果表明，碘-129在别府湾沉积物中具有较高的分辨率和良好的年代学记录，能够反映全球和局部的人类活动信号。这些结果支持了碘-129作为人类世标志物在沿海海洋环境中的应用潜力。然而，要更全面地利用碘-129界定人类世，还需要进一步研究其在不同沉积环境中的行为，以及其在不同时间尺度上的适用性。此外，研究还指出，尽管碘-129具有较高的迁移能力，但在缺氧条件下，其在沉积物中的保存情况相对较好，这可能与其与其他放射性核素的性质不同有关。

总的来说，本研究通过对别府湾沉积物中碘-129和碘-127的系统分析，揭示了碘-129在人类世研究中的重要性。碘-129不仅能够记录全球范围内的核活动，还能反映局部环境变化。然而，碘-129的高溶解性和挥发性可能影响其在沉积物中的保存情况，因此需要结合其他标志物和环境条件进行综合分析。未来的研究应进一步探讨碘-129在不同沉积环境中的行为机制，以及其与其他人类活动信号之间的相互作用，以更准确地界定人类世的起始时间。此外，研究还应关注碘-129在不同地理区域中的分布模式，以评估其作为全球性标志物的适用性。