喀拉拉海岸海洋潮下带沉积物中的天然放射性特征：生态与人类风险影响

《Marine Pollution Bulletin》：Natural radioactivity profile in marine subtidal sediments along the Kerala coast: Ecological and human risk implications

该研究系统分析了印度喀拉拉邦海岸潮间带沉积物中天然放射性核素（238U、232Th、40K、210Po、210Pb）的分布特征与生态风险，发现科拉姆地区因富含钍富集的独居石和稀土矿物形成显著辐射热点，232Th和210Po活性分别达925.6和32.1 Bq/kg，但整体辐射危害指数在安全阈值内，建议加强高辐射区监测。

　　

Jayaseeli Malar Adaikalam | Mohan Feroz Khan

动物学系，C. Abdul Hakeem学院（隶属于Thiruvalluvar大学，位于Vellore），Melvisharam，632509，Ranipet区，泰米尔纳德邦，印度

摘要

本研究考察了印度喀拉拉邦沿海潮间带（潮滩）沉积物中天然存在的放射性核素（²³⁸U、²³²Th、⁴⁰K、²¹⁰Po和²¹⁰Pb）的分布、行为及其生态影响。活性浓度表现出明显的空间变异性，这受到当地地质条件、沉积物质地、有机物含量以及重矿物组合的影响。Kollam地区（S2区域）被确定为天然放射性的热点区域，该区域以富含钍的独居石为主的多金属砂矿床为主，并伴有锆石、磷灰石和其他含稀土元素的副矿物。独居石对²³²Th的富集起主要作用，而²³⁸U的富集则是次要的，主要体现在锆石和副矿物中的微量掺入以及铀的较高地球化学迁移性。因此，S2区域的²³⁸U活性浓度范围为8.5至421.5 Bq kg^?1，²³²Th的活性浓度范围为2.1–925.6 Bq kg^?1。²¹⁰Po（高达32.1 Bq kg^{?1210Pb（高达18.9 Bq kg?1}

引言

沿海海洋区域是高度动态且资源丰富的系统，它们既是生态缓冲区，也是地下水、碳氢化合物、建筑级砂石和重矿物砂矿等关键地质资源的储存库（IPCC, 2023）。同时，这些环境本质上不稳定，越来越容易受到侵蚀、风暴潮、海平面上升和地质扰动的影响，因此需要采取适应性管理策略，以平衡资源开发与长期的环境和社会安全（Tripathi等人，2013；Cook等人，2018；Abdellah，2019；Aziz等人，2020；Khan等人，2022；Karuppasamy等人，2023；Dizman等人，2024；Bramha等人，2025a）。在沿海地质资源中，富含钛、锆和稀土元素（REE）矿物的重矿物砂矿（如钛铁矿、锆石、独居石和磷灰石）具有特别的经济价值。这些矿床通过波浪和沿岸流体的水动力分选作用在海滩、潮间带和近岸环境中积累（Natarajan等人，2024；Bramha等人，2025b；Saleh等人，2026）。然而，这些砂矿也含有大量的天然放射性物质，主要以铀和钍系放射性核素为主。因此，具有广泛砂矿富集的沿海地区通常表现出较高的天然背景辐射水平，需要加强放射性监测和环境风险评估（UNSCEAR，2008；Ah和Mohamed，2017；Aziz等人，2020；Al-Mur和Gad，2022；Hossain等人，2023）。

因此，了解海洋沉积物中的天然放射性对于评估放射性核素的来源、空间分布及其潜在的生态和人类健康影响至关重要（ICRP，2007；Abdullah等人，2016；Devanesan等人，2020；Ait Bouh等人，2021；Al Shaaibi等人，2021；Behzad等人，2022；Manikanda Bharath等人，2022；Manikanda Bharath等人，2023；Dizman等人，2024）。在潮间带环境中，天然放射性来源于含铀、钍和钾的源岩的风化作用，以及这些元素通过河流和近岸过程转移到沿海区域。放射性核素通过重矿物的选择性沉积、在细颗粒上的吸附以及有机物质的捕获而进入沉积物。铀的迁移性受氧化还原条件的强烈控制，由于钍的溶解度较低，它主要结合在颗粒上，而⁴⁰K的浓度反映了长石和粘土的丰度（Harikrishnan等人，2016；Suliman和Alsafi，2021；IAEA，2023；El-Alfy等人，2023；Bramha等人，2025c）。持续的沉积物重塑通常可以缓解极端的富集现象，而河口捕获、生物吸收和人为干扰则会导致明显的局部变异性。全球范围内，人类和生物的辐射暴露主要来自自然来源，而非人为输入（UNSCEAR，2008；Zhou等人，2020；Al-Mur和Gad，2022；Koppel等人，2022；IAEA，2022；Abbasi等人，2022；Abbasi等人，2023a；Ulyantsev等人，2023；Adaikalam等人，2024）。海洋沉积物既是放射性核素的汇，也是二次来源，通过外部伽马辐射、吸入重新悬浮的颗粒物以及通过食用海产品摄入等方式促进暴露。长期低剂量暴露与沿海人群癌症风险增加和先天性异常有关（Jaikrishan等人，2013；Krishnan等人，2016；Behzad等人，2022）。海洋生物同样容易受到放射性核素的生物积累和营养级传递的影响，可能导致生理压力、生物多样性丧失和渔业生产力下降（Fowler，2011；Carvalho，2018；Abbasi等人，2023b；Uddin等人，2024；Johansen等人，2024；Adaikalam等人，2024；Marcinek等人，2025）。在沿海系统中，²³⁸U系列的短寿命衰变产物（尤其是²¹⁰Po和²¹⁰Pb）特别值得关注，因为它们具有强烈的颗粒反应性，并倾向于在细粒沉积物和海洋生物中积累（Carvalho，2018；Abbasi等人，2023a；Johansen等人，2024；Adaikalam和Khan，2025）。钋-210的放射毒性特别强，由于其高效的生物吸收和高剂量转化因子，通过食用海产品摄入的剂量贡献超过80%（Carvalho，2018；Johansen等人，2024），而²¹⁰Pb则广泛用于重建沉积物积累率和沿海环境中放射性核素通量的地质年代学研究（Cook等人，2018）。

印度西南部的喀拉拉邦海岸因其地貌多样性和广泛存在的富含重矿物的沉积物，为研究放射性核素的行为提供了极佳的自然实验室（Paul等人，2018；Divya等人，2020；Vineethkumar等人，2020b）。沿岸高背景自然辐射区（HBNRA）的形成反映了原有沿海砂矿床与持续河流供给、水动力分选和来自前寒武纪结晶地层中的重矿物再作用的共同影响，涵盖了当地的沿海岩性和西高止山脉的内陆地区（Sunil等人，2019；Singh，2020；Vineethkumar等人，2021b；Vineethkumar等人，2024）。特别是在Kollam周边的一些沿海区域，岸边沉积物中的活性浓度超过了国际参考水平，这反映了高效的河流沉积物供给和水动力浓缩作用，同时受到矿物砂矿开采及相关工业活动的进一步影响（Derin等人，2012；Singh，2020；Vineethkumar等人，2021a；Natarajan等人，2023；Anitha等人，2020；Pradhoshini等人，2024）。这些现象改变了沉积物的地球化学性质和生物过程，增强了放射性核素的迁移性、生物可利用性和向底栖生物及更高营养级的传递（Holub等人，2024；MacIntosh等人，2022）。尽管对喀拉拉邦沿海的海滩和潮间带沉积物进行了广泛的研究，但潮间带（潮滩）沉积物的研究相对较少。这些环境的特点是有机物含量高、周期性淹没以及强烈的沉积物-水相互作用，这些因素强烈影响了放射性核素的迁移性和生物可利用性（Baba和Nayak，2002；Anas等人，2018；Kumar等人，2018；Ak?zcan等人，2023）。鉴于这些地区靠近人口密集的沿海社区，并且与渔业和水产养殖活动密切相关，娱乐性暴露以及沉积物的处理或再利用（用于建筑、营养和土地复垦），潮滩的放射性安全尤其值得关注，特别是在可能存在化肥工业、矿物加工、石油精炼和海事活动产生的TENORM（有毒、有害和放射性物质）输入的情况下（Okuku等人，2020；Atibu等人，2021；IAEA，2022；Onjefu等人，2022；Deep和Nasnodkar，2023；Bui等人，2023；Shareef和Khan，2024；Adaikalam和Khan，2025）。因此，了解潮间带沉积物中放射性核素的行为对于评估高背景辐射沿海系统的长期生态和人类健康风险至关重要。本研究通过系统地描述印度喀拉拉邦沿海潮间带沉积物中²³⁸U、²³²Th、⁴⁰K、²¹⁰Po和²¹⁰Pb的分布，并评估其对人类和非人类生物的放射性危害，从而为综合沿海管理和放射性防护提供了可靠的基线数据。

部分摘要

研究地点描述和样品采集

喀拉拉邦海岸位于印度西南部，沿阿拉伯海东部延伸约590公里，纬度范围约为8°18′–12°48′ N。该地区以狭窄的大陆架、高能量的波浪气候和强烈的季风驱动的水动力特征为标志，沉积物供应主要由西流的河流主导。沿海区域包括海滩、潮滩、河口和回水区，由于广泛存在的多金属砂矿床，被国际公认为高背景自然辐射区（HBNRA）。

潮间带沉积物中原始放射性核素的分布和行为

喀拉拉邦沿海潮滩沉积物中原始放射性核素（²³⁸U、²³²Th和⁴⁰K）的活性浓度表现出明显的空间变异性，这反映了岩性、沉积物质地、水动力分选和地球化学行为的综合影响（表2）。测量得到的活性浓度范围为²³⁸U 1.2至421.5 Bq kg^?1，²³²Th 2.1–925.6 Bq kg^?1，⁴⁰K 63.2–259.2 Bq kg^?1，平均值依次为²³²Th ⁴⁰K ²³⁸U。这种模式

结论

本研究表明，喀拉拉邦沿海潮滩沉积物中的天然放射性反映了地质来源、沉积物动态和人类活动的复杂相互作用，强调了放射性核素作为宝贵地质资源和潜在自然危害的双重作用。原始放射性核素（²³²Th、²³⁸U和⁴⁰K）及其衰变产物²¹⁰Po和²¹⁰Pb的活性在空间上具有异质性，在南部地区最为明显。

CRediT作者贡献声明

Jayaseeli Malar Adaikalam：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始草稿，验证，方法论，调查，正式分析，概念化。Mohan Feroz Khan：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始草稿，可视化，验证，软件，项目管理，方法论，调查，数据管理，概念化。

伦理声明

作者声明本研究未涉及人类或动物实验，因此不需要伦理批准。这项研究是作者（Jayaseeli Malar Adaikalam）正在进行的未发表的博士研究的一部分。

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Mohan Feroz Khan与C Abdul Hakeem学院存在雇佣关系。如果还有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

我们衷心感谢我们机构的管理层在研究过程中提供的支持和宝贵帮助。我们还要感谢Antony在野外采样工作中的关键支持。本研究未获得任何公共、商业或非营利部门的资助。