废物倾倒影响下黄海沉积物中210Pb和137Cs的行为特征及其环境指示意义

《Applied Geochemistry》：Behaviours of 210Pb and 137Cs in Yellow Sea Sediments Under the Influence of Waste Dumping

本研究针对黄海海域在废物倾倒活动影响下的沉积物放射性核素累积问题，系统分析了210Pb和137Cs的分布模式与沉积通量。研究发现倾倒区210Pb沉积通量（663.1±588.6 Bq/m2 yr-1）显著高于非倾倒区，证实人类活动对放射性核素迁移的显著影响，为边缘海沉积动力学研究提供重要数据支撑。

　　

在浩瀚的海洋生态系统中，沉积物如同沉默的史官，记录着地球环境的变迁历程。黄海作为西北太平洋重要的半封闭边缘海，不仅承载着长江和黄河等大型河流的陆源输入，还面临着独特的人类活动干扰——韩国政府于1993-2016年间在此设立了特许废物倾倒区。尽管研究表明该区域沉积物中重金属含量明显升高，但废物倾倒对放射性核素累积的影响始终是未解之谜。这一知识空白直接关系到我们对海洋沉积环境演变规律的认知，也影响着沿岸国家的海洋环境管理决策。

正是为了揭开这一谜团，韩国海洋科学技术院的Xiaoyu Chen、Jaeeun Lee等研究人员在《Applied Geochemistry》上发表了创新性研究成果。他们通过对黄海18个站位的沉积物岩心进行系统分析，首次揭示了废物倾倒活动对²¹⁰Pb和¹³⁷Cs在沉积物中行为特征的深刻影响。

研究团队采用了一系列精密的实验技术：通过α能谱法测定²¹⁰Pb活性，利用高纯锗γ能谱仪分析¹³⁷Cs分布；应用恒定初始浓度模型计算沉积速率；通过沉积物粒度分异分析区分泥质区与砂质区的差异；并采用国际原子能机构认证的标准物质进行质量控制，确保数据可靠性。

研究结果呈现出清晰的规律性：

在²¹⁰Pb分布特征方面，研究发现倾倒区及其周边站点（11、14-16号站）表现出异常高的²¹⁰Pb活性，最高达239.2 Bq/kg，显著高于非倾倒区。特别是在泥质沉积区域，倾倒点的²¹⁰Pb沉积通量（663.1±588.6 Bq/m² yr^-1）远超非倾倒点（359.7±373.3 Bq/m² yr^-1），而砂质区域的平均通量仅为121.4±95.4 Bq/m² yr^-1。这种空间分异规律清晰地指示出废物倾倒对²¹⁰Pb累积的增强效应。

在沉积速率估算方面，基于²¹⁰Pb的沉积速率平均值为0.35±0.23 cm/yr，与黄海历史研究结果相符。然而值得注意的是，尽管倾倒区与非倾倒区的沉积速率未见显著差异，但²¹⁰Pb的沉积通量和沉积物库存量却表现出明显区别，这表明废物倾倒主要通过增加核素输入而非改变沉积过程来影响放射性核素的累积。

在¹³⁷Cs行为特征方面，研究发现了截然不同的模式。除16号站外，大多数站点的¹³⁷Cs活性较低（平均0.7±0.9 Bq/kg），且缺乏明显的峰值分布。16号站在9-13厘米深度出现的¹³⁷Cs高值区（4.3±0.1 Bq/kg）可能对应于历史核试验事件，但定年结果存在较大不确定性（1950s-1970s）。这种异常被归因于¹³⁷Cs较弱的颗粒反应性（分布系数K_d为2×10³-4×10³ L/kg）以及在动态沉积环境中易发生再迁移的特性。

通过核素通量对比分析，研究揭示了关键机制：²¹⁰Pb因其强颗粒反应性（K_d达10⁵-10⁷ L/kg）而在沉积物中稳定保存，而¹³⁷Cs则因弱颗粒吸附性和易解吸特性，在黄海高扰动环境中难以形成可靠的地层标记。这种地球化学行为差异解释了为什么废物倾倒对²¹⁰Pb累积产生显著影响，而对¹³⁷Cs的影响相对有限。

这项研究的重要意义在于首次量化了废物倾倒对黄海沉积物中放射性核素累积的增强效应，为边缘海沉积动力学研究提供了新的视角。研究结果不仅证实了人类活动对海洋放射性核素循环的显著干扰，还揭示了不同核素在动态沉积环境中的行为差异，对海岸带环境评估和污染防控具有重要指导价值。特别是在当前海洋开发活动日益频繁的背景下，该研究为理解人类活动与自然过程的交互作用提供了科学依据，对推动海洋可持续发展具有深远意义。