2017年北太平洋副极地及过渡区域中源自福岛的放射性铯

《Journal of Environmental Radioactivity》：Fukushima-derived radiocesium in the subarctic and transition areas of the North Pacific in 2017

　　

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  2017年，在北大西洋北部海域的亚北极/过渡区域测量了放射性铯。
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  2017年，一半的福岛放射性铯仍留在亚北极/过渡区域。
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  尚未观察到福岛放射性铯向亚热带区域的输送。
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  福岛放射性铯可能通过亚表层被输送到热带区域。

引言

2011年3月11日的东日本大地震及随后引发的海啸损坏了福岛第一核电站（FNPP1），导致放射性铯同位素（¹³⁴Cs和¹³⁷Cs）及其他放射性核素被释放到北太平洋（Buesseler等人，2017）。从FNPP1释放到北太平洋的¹³⁴Cs和¹³⁷Cs的总活度大致相当（Buesseler等人，2011）。由于¹³⁷Cs的长半衰期（30.17年），主要源于20世纪50年代和60年代核武器大气层测试所释放的¹³⁷Cs（弹道¹³⁷Cs）在FNPP1事故前夕的2000年代和2010年代仍可在北太平洋中检测到（约2 Bq m^?3）（Aoyama，2018）。FNPP1事故发生后，在北太平洋中测得的¹³⁷Cs活度浓度代表了来自弹道来源和FNPP1来源的联合贡献。相比之下，现有的弹道¹³⁴Cs的活度浓度可以忽略不计，由于其较短的半衰期（2.06年），到FNPP1事故发生时已衰减到无法检测的水平。因此，¹³⁴Cs可以作为FNPP1来源放射性铯的不成问题的示踪剂。

事故后大约一年内北太平洋的放射性铯测量数据以及基于这些数据的模型模拟，使得FNPP1来源的¹³⁴Cs（或¹³⁷Cs）向北太平洋释放的总量估算在12–18 PBq或10¹⁵ Bq的范围（Takata和Kumamoto，2022）。这一总释放量有两个主要来源：3–5 PBq是由于污染水泄漏直接从FNPP1排放的，9–12 PBq则被释放到大气中，主要沉积在北太平洋的西北部区域（Buesseler等人，2017）。随后，事故后几年内的盆地规模观测提供了FNPP1来源的¹³⁴Cs在北太平洋中存量的直接估算。具体来说，2014年在亚北极区域和亚北极与亚热带之间的过渡区域（图1a）的总存量计算为约12 PBq（Kumamoto等人，2022），而2013年在西部亚热带区域则独立计算为约4 PBq（Kaeriyama等人，2023）。因此，2013/2014年观测到的16（12 + 4）PBq总存量与估算的12–18 PBq总释放量相符（Takata和Kumamoto，2022）。

FNPP1事故后十年间的盆地规模观测揭示了FNPP1来源的¹³⁴Cs在北太平洋及其邻近海域的输送。约35–40°N的黑潮延伸流（KEC），又称黑潮锋，大致将亚热带区域（南部）和亚北极/过渡区域（北部）分隔开。FNPP1事故后不久，亚热带区域KEC南部的大气沉积¹³⁴Cs随着冬季冷却导致的表层水下沉，被输送到200至400米深的亚表层。这些下沉的水体在北太平洋中被称为亚热带模态水（STMW）（Masuzawa，1969；Suga和Hanawa，1995）。随后，STMW来源的¹³⁴Cs在事故后几年内沿着STMW的反气旋环流传播到西部亚热带区域的亚表层（Kumamoto等人，2014；Kaeriyama等人，2014；Yoshida等人，2015）。2020年代初期西部亚热带区域STMW来源的¹³⁴Cs分布估算的¹³⁴Cs总存量约为7 PBq（Kumamoto等人，2025, 2026）。与2013年（约4 PBq）相比，2020年代初期的这一更大存量表明2013年的存量被低估了（Kaeriyama等人，2023）。

在亚北极/过渡区域，FNPP1来源的¹³⁴Cs已在表层沿着气旋亚北极环流输送（图1a）。2011年在日本北太平洋沿岸区域观测到高¹³⁴Cs活度浓度（超过10⁷ Bq m^?3）的水体羽流（Kumamoto等人，2019a）。该水体羽流沿着气旋环流的下部，具体而言是KEC，然后沿着约35°N和45°N之间的北太平洋流（NPC）向东输送。羽流核心（约10 Bq m^?3）在2012年夏季到达180°（Kumamoto等人，2016），2014年到达150°W（Kumamoto等人，2022），2016年到达北美大陆（Smith等人，2017）。随后，2017年白令海的表层¹³⁴Cs活度浓度增加（Kumamoto等人，2019b）。这一增加归因于FNPP1来源的¹³⁴Cs从阿拉斯加湾沿着阿拉斯加沿岸流向白令海的输送（Inoue等人，2025）。

如图1a中的表层洋流所示，FNPP1来源的¹³⁴Cs的高活度浓度水体羽流在表层也可能沿着东部北太平洋的反气旋亚热带环流，即加州流，向南输送。这一向南输送得到了模型模拟的支持（Aoyama等人，2018）。然而，由于东部亚热带区域数据稀缺，这尚未被观察到。Kumamoto等人（2022）在2016年（Smith等人，2017）其向北和向南分叉之前，估算了2014年亚北极/过渡区域中FNPP1来源的¹³⁴Cs存量（约12 PBq）。因此，估算2016年后向北输送的总存量使我们能够间接计算向南反向输送的总存量。

我们在2017年夏季，沿标称47°N纬向和145°W经向线在亚北极/过渡区域的站位上，测量了溶解态放射性铯（¹³⁴Cs和¹³⁷Cs）的垂直剖面（图1b）。利用海表数据，我们已经讨论了FNPP1来源的¹³⁴Cs沿着阿拉斯加沿岸流从阿拉斯加湾向白令海的输送（Inoue等人，2025）。在本研究中，利用这些垂直剖面以及先前的研究数据，我们描绘了2017年北太平洋亚北极/过渡区域中FNPP1来源的¹³⁴Cs的三维分布，并讨论了其到2017年的输送过程。此外，我们重构了垂直存量的分布并估算了FNPP1来源的¹³⁴Cs的总存量。2017年亚北极/过渡区域的总存量约为2014年（Kumamoto等人，2022）的一半，表明另一半在2014年至2017年之间已从亚北极/过渡区域输出。我们讨论了关于缺失存量向南输送的具体假设。

部分章节

方法和数据

为测量放射性铯（¹³⁴Cs和¹³⁷Cs），海水样本在2017年6月至8月期间，在"白濑"号研究船KH-17-3航次期间，在北太平洋亚北极/过渡区域的19个站位上采集（图1b）。海水样本使用大型体积采样器（N12-1000，Nichiyu-Giken-Kogyo）采集，该采样器由四个250升PVC采样器、应答器、电动触发器、压力和温度传感器（RBRduo-TD-Ti传感器，RBR）以及电池单元组成。该

表层分布

为了概览FNPP1来源的¹³⁴Cs的传播情况，我们描绘了2017年夏季海表半同步分布图（图1b）。我们使用了KH-17-3航次的数据和先前研究的已发表数据（Aoyama等人，2018；MERI，2018；Inoue等人，2018, 2019, 2025；Kumamoto等人，2019b, 2020；Huang等人，2020；IAEA MARIS，2026a, IAEA MARIS，2026b, IAEA MARIS，2026c, IAEA MARIS，2026d）。在¹³⁴Cs与……之间存在许多离群值

结论

在本研究中，我们利用新数据和先前研究的歷史数据，描绘了2017年北太平洋亚北极/过渡区域中FNPP1来源的放射性铯（¹³⁴Cs和¹³⁷Cs）的三维分布（图1，图2），随后讨论了其到2017年的输送过程（图5）。这些结果接续了先前研究中报告的到2016年的结果（Smith等人，2017；Kumamoto等人，2022）。我们重构了垂直

CRediT作者贡献声明

Yuichiro Kumamoto：撰写初稿、方法论、调查、资金获取、正式分析、数据整理、概念构思。Yasunori Hamajima：方法论。Mutsuo Inoue：方法论。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能会影响本文所报告的工作。

致谢

本研究部分由日本教育、文化、体育、科学和技术省的科学研究特别区域资助计划（KAKENHI）资助，"从福岛第一核电站事故中放射性核素的环境传递的跨学科研究"（#24110004）。图1和图3、图4、图5是使用Ocean Data View软件绘制的（Schlitzer，2026）。

Yuichiro Kumamoto | Yasunori Hamajima | Mutsuo Inoue