东南极站附近土壤中天然和人工放射性核素的活动浓度：对人员安全与环境监测的影响

《Marine Pollution Bulletin》：Natural and artificial radionuclide activity concentrations in soils near East Antarctic stations: Implications for personnel safety and environmental monitoring

本研究在东南极Progress、Molodyozhnaya和Bunger三个绿洲区域采集土壤样本，测定天然放射性核素（40K、232Th、226Ra、137Cs）活度浓度，发现其均高于全球平均水平，其中226Ra与232Th呈强正相关。通过计算辐射等效活度、外照射剂量率等指标，发现Progress站周边部分区域风险指数超过1.0，可能对站员健康构成潜在威胁。研究结果为东南极环境放射性监测提供了基础数据。

　　

叶夫根尼·阿巴库莫夫|维亚切斯拉夫·波利亚科夫|奥马里·查利加瓦|英加·齐尼科夫斯卡娅|德米特里·格罗兹多夫

应用生态学系，生物学院，圣彼得堡国立大学，Universitetskaya Embankment 7/9，圣彼得堡，199034，俄罗斯

摘要

使用背景伽马光谱法测量了来自南极东部三个区域（Progress站、Molodyozhnaya站和Bunger Oasis野外站附近）的土壤样本中的天然放射性核素（⁴⁰K、²³²Th、²²⁶Ra）和¹³⁷Cs的浓度。测量结果显示：⁴⁰K的活度浓度为513至1134 Bq/kg，¹³⁷Cs为1.1至5.5 Bq/kg，²³²Th为35至238 Bq/kg，²²⁶Ra为7.5至59 Bq/kg。相关性分析显示²²⁶Ra和²³²Th之间存在强烈的正相关关系。为了评估这些放射性核素对站内人员的影响，计算了关键风险指标，包括镭当量活度、外部剂量率、年有效剂量和额外终身癌症风险。在某些地点，尤其是Progress站附近，内部和外部风险指标的值超过了1.0，表明可能存在对人类健康的辐射风险。除Molodyozhnaya站外，所有地点的吸收剂量率均超过了全球参考值57 nGy/h。尽管这些放射性核素的平均活度浓度与其他南极地区的报告值一致或更低，但与全球土壤平均水平相比，陆地伽马剂量率略有升高。然而，这种增加在总辐射暴露量中可以忽略不计。

引言

南极大陆几乎完全被冰雪覆盖，只有2-5%的土地没有常年积冰（Szufa, 2025a）。尽管地理位置偏远且人类活动较少，但南极环境仍受到局部人为污染或远距离传输的污染物（包括放射性核素）的影响（Bargagli和Rota, 2024；Kim等人, 2024；Pellegrino等人, 2025；Szufa等人, 2020）。关于整个大陆的放射性污染数据仍然很少，尤其是与研究更为广泛的北极地区相比（Dowdall等人, 2007；Lebedeva等人, 2022；Zaborska和Carroll, 2005）。

尽管如此，已有几项研究报道了南极（主要是南极沿海地区）天然和人工放射性核素的分布和迁移情况。研究人员在不同介质中测量了¹³⁷Cs和天然放射性核素的含量，包括土壤、岩石、湖水、冰芯、生物群落、苔藓和地衣（Bakshi等人, 2017；Godoy等人, 1998；Mietelski等人, 2000；Mróz等人, 2018；Nie等人, 2016；Pal等人, 2021）。例如，Navas等人（2017）发现，在南极沿海地区，海滩是¹³⁷Cs的主要积累场所。有研究表明，放射性核素与土壤有机物的同时积累表明鸟类活动对土壤形成有影响。同时，岩成因素也很重要，这已在南极半岛的Livingston岛得到证实（Navas等人, 2005）。

需要注意的是，目前对南极自然环境中放射性核素含量的推断存在局限性，因为数据存在较强的聚集现象（Pourchet等人, 2003）。研究表明¹³⁷Cs主要积聚在土壤表层（Schuller等人, 2002）。在天然放射性核素中，²³²Th是南极Larsemann Hills地区伽马辐射增强的主要来源（Pal等人, 2021）。除了土壤外，冰锥——一种形成于南极冰川表面的矿物和有机矿物结构——也会积累放射性核素，而且其积累量可能显著高于土壤（Owens等人, 2023）。

尽管南极远离过去和现在的放射性核素来源，但这些放射性核素仍会在南极各地的土壤中积累。由于该地区的恶劣环境和土壤形成的特殊性，放射性核素无法从土壤中清除。由于后勤原因，对南极西部土壤的研究比南极东部更为深入。基于以上情况，本研究的目的是测定南极东部三个绿洲土壤中天然放射性核素（⁴⁰K、²³²Th、²²⁶Ra）和¹³⁷Cs的活度浓度，并评估这些放射性核素对人类健康的影响。本研究为监测南极东部的环境放射性提供了基础数据，并评估了辐射暴露对站内人员的潜在健康风险。

研究区域和采样方法

南极东部的土壤样本来自三个主要地点：PR（Progress站附近）、Bn（Bunger Hills附近）和Mol（Molodezhnaya站附近）。这些地点都属于南极沿海地区，与之前在南极亚南极群岛（Navas等人, 2017；Navas等人, 2005；Sanders等人, 2010）进行过更广泛研究的地点不同。该地区的特点是降水量和土壤湿度较低。

结果与讨论

土壤样本中放射性核素的活度浓度见表1，所得结果的描述性统计信息见图2。

⁴⁰K的活度浓度范围为513至1134 Bq/kg，平均值为802 Bq/kg（图2）。所有地点的浓度都是全球平均水平400 Bq/kg的1.3至2.8倍（联合国原子辐射影响科学委员会, 2000）。在三个研究区域中，

结论

本研究首次全面评估了南极东部三个沿海地区（Progress、Molodyozhnaya和Bunger Hills）的土壤放射性生态状况。原初放射性核素⁴⁰K（513–1134 Bq/kg）和²³²Th（35–238 Bq/kg）的活度浓度均超过了全球平均水平，但仍在其他南极地区报告的范围内。相比之下，²²⁶Ra的活度（7.5–59 Bq/kg）超过了全球平均水平

作者贡献声明

叶夫根尼·阿巴库莫夫：撰写、审稿与编辑、原始稿撰写、数据管理、概念构建。维亚切斯拉夫·波利亚科夫：撰写、审稿与编辑、数据管理、概念构建。奥马里·查利加瓦：撰写、审稿与编辑、可视化、研究。英加·齐尼科夫斯卡娅：撰写、审稿与编辑、原始稿撰写、可视化、验证、研究、数据分析。德米特里·格罗兹多夫：撰写、审稿与编辑、研究。

出版同意

不适用。

伦理批准和参与同意

不适用。

资金支持

本研究未获得外部资助。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。