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蜂蜜里的放射性成分从何而来?

时间:
2021年04月27日 |
作者:
杨心舟 |
来源:
环球科学(huanqiukexue.com)

当你舀上一小勺蜂蜜搅拌成蜂蜜水,或许就能见证几十年前核试验放射性元素在水杯中形成的漩涡……

图片来源:pixabay

当你舀上一小勺蜂蜜搅拌成蜂蜜水,或许就能见证几十年前核试验放射性元素在水杯中形成的漩涡;又或者是咽下涂抹了蜂蜜的面包片后,可以让你的身体与核试验中的辐射元素来一次亲密接触。而这一切,都要从上世纪50年代开始在大气中开展的核爆试验说起。

撰文丨杨心舟

放射性元素激增

在上世纪50-60年代这段时间里,美国在位于新墨西哥州和内华达州的核试验场地上空引爆了数百颗核弹,后续场地转移到了太平洋岛屿,直到1963年整个核试验才告一段落。这意味着在极短的时间里,大量的放射性沉降物被抛射到了大气层中,在风和降雨的作用下,这些物质迅速地扩散到更广的地区。

这种短暂的放射性元素激增模式,已经成为了地质学家甚至是刑侦学家确认年代的工具。上世纪90年代,维也纳大学法医学部的科学家就曾利用碳14破解了高度干尸化无名尸体的死亡年份,他们就是通过比对尸体骨头里脂质的碳14含量和各时间段的碳14水平得出了这一结果——核试验后大气中激增的碳14水平给了他们很好的判断标准。

类似的方式对地质探测同样适用,威廉和玛丽学院的地质学家Jim Kaste就曾试图根据当地地层中精细沉积物的分布来判断工业化进程,“当你取出岩芯,就能看到有一层的放射性元素达到了顶峰,我们就知道这里代表的是1963年。”Kaste表示。

铯137是其中比较常见的放射性元素,它本身并不存在于核弹中,而是经过铀和钚的裂变生成。铯137的半衰期大约为30年,它会逐渐衰变成放射性的钡,最后变成稳定形式的钡元素。此前,已经有研究发现铯137会流入到人类的食物中。早在2018年,美国加利福尼亚州的酒中就检测到了福岛核事故泄露的铯137,例如赤霞珠葡萄酒中铯137的水平较福岛核事故之前升了一倍。

检测食物

Kaste也曾关注过放射性元素与食品关系的问题,他在4年前给自己的学生布置了一个很简答的假期任务:玩到哪买到哪,把吃的带回来。接着,学生们依次将拿回来的水果、坚果和蔬菜等各类食物放到了伽马探测器下检测。理论上,在长达数天的时间里,随着铯137衰变释放出的伽马粒子会在仪器上显示出来。

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放置在伽马探测器中的蜂蜜。(图片来源:Joseph McClain)

实验过程中,前面几个果蔬的样本还算正常,铯137只有非常微弱的痕迹。但是,一瓶蜂蜜在检测器上的反应直接让Kaste感到惊讶,屏幕上显示,这瓶蜂蜜的铯137的含量比其他食物高了非常多,他甚至一度以为检测器坏了,反复测了很多次。

为了找到蜂蜜富含铯137的原因,Kaste带着自己的学生开始在美国东海岸各地开始购买蜂蜜,从市场贩售的到养蜂人原产的,一共买了122份蜂蜜,其中68份显示出了放射性元素的痕迹,并且大多数含有铯137的蜂蜜都来自美国东海岸。这就产生了一个很有意思的问题:为什么离爆炸点更远的美国东部成了放射性沉降物更加富集的地方呢?

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不同地区蜂蜜铯137的含量

四个步骤

答案就在雨里。

在那段疯狂的大气核爆岁月里,许多放射性沉降物被抛射到了平流层,紧接着载满这些物质的云朵开始缓慢地移动,它们慢慢地从干旱的美国西部和大平原区域移动,直到跨过了密西西比河东部,湿度开始增加,水珠越聚越多。它们化作了含有放射性沉降物的雨水落到了地面。

但是,问题没有到此结束。当我们看一看“蜂蜜地图”,就会发现一个区域铯元素的水平并无法和蜂蜜是否含有铯137一一对应。有的区域铯水平很高,但是蜂蜜里却几乎检测不到它的痕迹。

有一种元素的水平反倒能很好地显示该区域的蜂蜜是否含有铯137,这种元素就是钾。钾是植物生长必不可少的元素,如果没有钾元素,植物就会寻找一些替代品。打开元素周期表,就能看到19号元素钾和55号铯元素是在同一族,这意味着元素的外层电子和离子大小特性是相似的。“因此,在土壤中缺钾的地区,植物会选择不断吸收铯元素。”Kaste表示。

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19号元素钾和55号元素铯。(图片来源:pixabay)

当然,植物也没那么傻,它们是能够区分钾和铯的,在两者同时存在的情况下,会优先选择吸收钾。而即使铯元素不如钾稳定,具有放射性,但是为了生存,植物也不得不在缺钾的情况下冒险选择。

这样,放射性的铯元素就可能顺着核试验地区上空,例如新墨西哥州,甚至更远的太平洋和俄罗斯上空一路来到了美国东海岸一株植物的花蜜中,然后被辛勤的蜜蜂带走,一点一点收集起来。最终,又来到了人类的餐桌上。

上面那68份蜂蜜中,铯137的水平都大于0.03贝克勒尔/千克,即大约15ml蜂蜜中有87万个放射性铯原子。其中,佛罗里达州的一份蜂蜜中,铯137的水平达到了19.1贝克勒尔/千克。

虽然结果会让许多人大吃一惊,自己的舌尖竟然还能与核爆试验的原子来次接触。但根据美国FDA的标准,食品的放射性元素水平应该低于1200贝克勒尔/千克,所以哪怕是佛罗里达的那瓶蜂蜜也是符合安全食用标准的。Kaste表示尽管自己做了这项研究,但是并不担心继续食用蜂蜜,自己现在吃的蜂蜜比研究结果出来之前还要吃得多。当然,因为铯元素会不断衰变,Kaste推测上世纪70年代的蜂蜜中含有的放射性铯会更多。

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Kaste和他的蜂蜜样本(全部吃完应该要吃很久吧……)。图片来源:Joseph McClain

其实相比人类,蜜蜂才是更应该关注的对象。最近数十年,美国许多地区的蜜蜂种群都遭到毁灭性打击,有的地区更是一只蜜蜂都不见踪影。至今,大家都认为是杀虫剂的广泛使用将蜜蜂赶尽杀绝了。但是否还有其他的可能?

例如,切尔诺贝利核灾难之后,辐射损伤了附近大黄蜂种群的生育能力。相比之下,随着降雨来到美国的辐射水平可能只有前者的1/1000,但是这一过程对蜜蜂种群的作用却不得而知。现在,我们可以安心地食用蜂蜜,“但了解到我们的环境中发生了这一过程同样非常重要。”犹他大学的地质学家Thure Cerling表示。

原始论文:

https://www.nature.com/articles/s41467-021-22081-8

Bomb 137Cs in modern honey reveals a regional soil control on pollutant cycling by plants


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