在亚马逊高塔观测站，对土壤气体中以及不同高度层中的222Rn进行了长期测量

《Journal of Environmental Radioactivity》：Long-term measurements of 222Rn in soil gas and at different height levels in Amazon Amazon tall tower observatory

通过五年土壤气测数据分析，发现湿度对亚马逊雨林地区222Rn活度浓度具有显著影响，其在18米、40米和80米高度呈现递减趋势，干季浓度更高。研究测定了土壤pH、有机质、密度等参数与222Rn活度的相关性。

　　

P.S.C. 西尔瓦 | B. 塔皮兹 | M.F. 马杜阿尔 | O.S. 拉基斯 | J.O.W.V. 布斯蒂略斯 | S. 博蒂亚 | S.E. 特伦博雷 | R.H. 马克斯 | H.M.S.M.D. 利尼亚雷斯 | F.A.G. 西尔瓦 | C.G.G. 巴尔博萨 | M. 加奇基夫斯基 | S. 布尔图伊斯 | A. 科坎昆库 | H. 哈德

能源与核研究所以及巴西国家核能委员会（IPEN/CNEN - SP）：巴西圣保罗Linu Prestes教授大道2242号，邮编05508-000

摘要

作为放射性惰性气体从土壤中释放出来的²²²Rn具有作为温室气体示踪剂的潜力。在大气中，它会经历依赖于气候因素的传输和混合过程。因此，研究影响热点地区氡扩散的因素可以增进我们对大气气体行为驱动力的理解。本研究展示了在亚马逊高塔观测站（ATTO）原始区域，对地面以上不同高度（18米、40米和80米）的土壤气体进行了五年测量所得的数据，以确定与氡活性浓度相关的重要土壤参数。结果表明，在干燥和湿润时期，湿度显著影响氡的活性浓度。土壤中的平均²²⁶Ra活性浓度为28.3 ± 2.1 Bq/kg。在表层土壤中，²²²Rn的浓度在地面为152至470 Bq/m³，在18米高度为1.2至10.3 Bq/m³，在40米高度为0.37至8.6 Bq/m³，在80米高度为1.0至5.0 Bq/m³。日变化显示清晨时活性浓度较高，而月变化则显示在干燥时期活性浓度较高。

引言

氡（Rn）是一种惰性惰性气体。三种氡同位素因其在自然衰变系列中的持续产生而具有环境意义：²²²Rn来自²³⁸U系列（半衰期3.823天），²¹⁹Rn来自²³⁵U系列（半衰期3.983秒），²²⁰Rn来自²³²Th系列（半衰期55.83秒）（Baskaran, 2016）。当吸入室内或室外时，氡同位素及其短寿命衰变产物构成了最大的自然辐射暴露源（Belete和Anteneh, 2021）。因此，大多数与氡相关的研究都集中在其对人类潜在的放射健康影响上（Al-Zoughool和Krewski, 2009; Skubacz等人, 2019; Sukanya等人, 2022; Ismail等人, 2023; Akuo-ko等人, 2024）。

土壤是氡持续释放到大气中的主要来源，这源于镭同位素的衰变。新形成的氡原子会扩散到充满空气的孔隙中，并最终通过矿物颗粒逸出到空气中。氡从土壤转移到大气的速率称为呼出率（Sharma等人, 2024）。多种物理因素影响氡从土壤转移到大气的过程，这些因素包括土壤中母同位素的含量、孔隙度、含水量、温度和压力梯度（?elikovi?等人, 2022）。一旦释放到空气中，氡会经历由气象条件驱动的大气传输和混合过程（Hirsch, 2007），尤其是²²²Rn同位素，因其相对较长的半衰期为3.8天。

这些独特的性质使得氡成为大气传输模型（ATMs）中研究大气混合和传输过程的强大工具（Chambers等人, 2016; Crova等人, 2021），以及使用氡示踪方法估算温室气体通量（Manohar等人, 2013; Levintal等人, 2020; Liu等人, 2024）。对于所有这些应用，人们普遍认为必须进行长期的^222Rn浓度和通量观测（Levin等人, 2021）。然而，很少有研究专门针对亚马逊地区进行²²²Rn的研究。Trumbore等人（1990）测量了位于巴西马瑙斯25公里处的阿道夫·杜克森林保护区（Adolpho Ducke Forest Reserve）土壤中的²²²Rn排放量。他们得出结论，地上植被夜间产生的CO₂约占总土壤排放量的20%。Martens等人（2004）使用²²²Rn研究了巴西帕拉州塔帕约斯国家森林（Tapajós National Forest）附近热带雨林中森林冠层与大气之间的CO₂传输。他们证明，在夜间平静时段，当基于涡度协方差的NEE测量因大气湍流低而不可靠时，²²²Rn是有效的CO₂净生态系统交换（NEE）示踪剂。Simon等人（2005）使用²²²Rn研究了亚马逊雨林中的微量气体垂直扩散，特别是在贾鲁保护区（Jaru Reserve）和马瑙斯附近的库伊埃拉斯保护区（Cuieiras Reserve）。这项研究证实了该同位素作为研究冠层内气体垂直交换的示踪剂的价值。然而，与本研究不同，这些研究是在较短的时间内进行的。

本研究旨在建立ATTO站点长期²²²Rn浓度和土壤参数的基线数据集。该数据集将支持未来将氡作为示踪剂用于亚马逊地区大气传输和温室气体通量估算的应用。在这方面，本文展示了在80米高的ATTO塔进行五年氡观测的结果，以及在地面和18米、40米高度的Instant塔进行一年的观测结果。此外，还确定了影响²²⁶Ra活性浓度的重要土壤特性：土壤pH值、含水量、有机物含量、点火损失以及体积密度和真实密度。

研究区域

研究区域

ATTO塔是一个位于亚马逊盆地中心的研究站，距离马瑙斯东北方向约150公里（图1）。两座塔上安装了各种测量仪器（Andreae等人, 2015）。最新的塔建于2015年，高325米（坐标S 02°08.752′, W 59°00.335′），这里称为ATTO塔。另一座较旧的塔称为Instant塔，高80米，建于2012年（坐标S 02°08.647′, W 58°59.992′）。

在ATTO站点，一年被划分为

土壤参数

表1显示了测得的湿度、有机物含量和碳酸盐损失，以及H₂O和KCl中的pH值，以及ΔpH值。土壤有机物的形成是由植物凋落物的分解和转化决定的，在亚马逊森林中这些因素变化很大。根据Souza等人（2018）的研究，由于高温和持续的高湿度，亚马逊地区的有机物矿化速率很高。

ATTO土壤的物理和地球化学特性

²²²Rn从土壤中释放的速率取决于²²⁶Ra的活性，以及产生的²²²Rn进入土壤空气孔隙空间的效率。这种效率又取决于调节土壤空气孔隙空间与上层大气之间气体交换的因素，包括土壤结构、土壤湿度和土壤表面温度等。这些因素导致了不同的土壤

结论

本文展示了在80米高的ATTO塔进行五年氡观测的结果，以及在18米和40米高的Instant塔进行一年的观测结果，同时还对土壤的pH值、含水量、有机物含量、点火损失以及体积密度和真实密度进行了表征。测量工作在位于亚马逊盆地中心、距离马瑙斯东北方向约150公里的研究站ATTO塔区域进行。

该地区的土壤以其高有机物含量为特征

CRediT作者贡献声明

P.S.C. 西尔瓦：撰写初稿、资源准备、数据分析、概念构思。B. 塔皮兹：数据分析。M.F. 马杜阿尔：数据管理。O.S. 拉基斯：数据分析。J.O.W.V. 布斯蒂略斯：调查工作。S. 博蒂亚：撰写、审稿与编辑、数据管理。S.E. 特伦博雷：撰写、审稿与编辑、数据管理。R.H. 马克斯：数据分析。H.M.S.M.D. 利尼亚雷斯：数据分析。F.A.G. 西尔瓦：数据分析。M. 加奇基夫斯基：数据分析。S. 布尔图伊斯：数据分析。A. 科坎昆库：

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

作者感谢FAPESP在合同2023/11740-7项下的财政支持，特别感谢Ingeborg Levin（追思），她是最早在ATTO地区开展氡测量的人，并负责HRM探测器的研发。作者还感谢INPA工作人员的所有支持。