冰川积累了大量来自核事故和武器试验的放射性核素沉降物——有时其放射性浓度达到了核禁区及试验场以外所见的最高。美国著名记者迈克尔 · 艾伦（Michael Allen）深入探讨了这个意想不到的情况以及冰川融化带来的相关风险。

想到冰川，脑海里便浮现出广阔、原始的冰层，覆盖着北极和南极的大片土地。虽说99%的冰川都集中于地球的两极地区，但在几乎每块大陆的山脉中，我们都发现了冰川，它们覆盖地球陆地表面的近10%。冰川冰也是这个星球上最大的淡水库——拥有全世界近69%的淡水。

尽管从外观看，它们如同未受污染的银白冰之河，但实际上，冰川内含许多有机沉积物，例如灰尘和微生物。不仅如此，科学家还发现，冰川含有有毒的核原料，且含量令人担忧。现在我们对于冰川融化带来的风险，又加深了一层认知和忧虑。

加拿大北不列颠哥伦比亚大学的环境科学家菲利普 · 欧文斯（Philip Owens）如此说道：“学界专家已评估过一些冰川，其中一部分，尤其是欧洲阿尔卑斯山等地区的冰川，放射性核素沉降物的浓度与我们在乌克兰切尔诺贝利和日本福岛等灾区记录的一样高。”

灰尘、 污垢、 微生物

近距离观察，会发现冰川并非完全白色。由于沉积物，它们通常呈灰色，看着脏兮兮的，甚至有些地方显黑色——这些细小的黑色沉积物被称为冰晶石，形成于冰川表面，由灰尘、污垢、煤烟、碎石和矿物颗粒等组成。冰晶石可以起源于各种地方：可以是当地环境，例如风化的岩石和冰川附近裸露的地面；也可以是遥远之地，例如沙漠、干旱地、野火甚至内燃机。

这些物质通过风、雨、大气环流以及人类和动物活动等多种过程被带到冰川上。冰晶石颜色深，因此会在阳光下升温并融化冰，形成充满水的洼地。这些坑洼又成为存放更多物质的“容器”，导致更大规模的冰晶石堆形成。

冰晶石也充满有机物质，例如藻类、真菌、细菌和其他微生物。当它们在沉积物上聚集、生长和繁殖时，就会开始形成相当一部分低温石块。有机物还会产生黏性生物膜，帮助微生物与沉积物黏附以及相互黏附形成群落，从而帮助冰晶石集合体进一步生长。

岩石、灰尘、污垢和微生物，这些还不是冰晶石的全部。研究表明，冰晶石充满了各种各样的人为污染物，包括重金属、农药、微塑料和抗生素。与天然的成分一样，这些污染物也被水洼和黏性生物膜捕获，并与沉积物中的灰尘和矿物质结合。

欧洲阿尔卑斯山福尔尼冰川中的冰晶石坑洞。瑞士保罗谢尔研究所的乔瓦尼·巴科洛（Giovanni Baccolo）在此地进行了采样。冰晶石的颜色取决于构成它的有机物的浓度：颜色越深，有机物越丰富

影响深远的放射性沉降物

近年来，人们深刻地认识到，冰晶石通常富含另一种意想不到的污染物——“放射性核素沉降物”（FRNs）形式的核材料。测试发现，这些人造放射性核素在冰晶石中的浓度远超在其他陆地环境下的浓度，一部分沉降物甚至有着在核禁区与试验场以外发现的最强放射性。

人们早已知道冰川表面放射性水平异常之高。近年来，科学家一直在更深入细致地探索此问题。英国杜伦大学的冰川学家卡罗琳 · 克拉森（Caroline Clason）表示，冰晶石中的放射性浓度有时“比我们在其他地区其他类型的环境基质（如沉积物和土壤、地衣和苔藓）中发现的放射性浓度高两个甚至三个数量级”。

2017年，克拉森和同事发现，来自瑞典伊斯法尔冰川（位于北极圈内）的冰晶石，其放射性核素含量比在冰川周围山谷处收集的物质高出百倍。放射性同位素铯-137浓度最高达4 500Bq/kg，平均水平则约为3 000Bq/kg。克拉森表示：“冰川表面的物质已经积累了如此高的放射性，比我们在同地其他环境下发现的高得多，这真是令人难以置信。”

2018年，挪威冰川的冰晶石被发现具备更高的放射性。波兰科学院核物理研究所地球科学家艾蒂塔 · 洛卡斯（Edyta Rokas）领导的团队从布莱森冰川的12个冰晶石洞里采集样本并作分析。结果表明，铯-137的浓度最高达25 000 Bq/kg，平均水平约为18 000 Bq/kg。土壤和沉积物中铯-137的含量通常在0.5~600 Bq/kg之间。

切尔诺贝利的核污染

人造放射性核素铯-137和铯-134是核反应堆和某些核武器中铀-235的裂变产物。挪威和瑞典冰川上的大部分铯同位素源于切尔诺贝利核事故，但也有少量来自20世纪中叶开展的数百次大气核试验的放射性沉降物。

切尔诺贝利事件发生于1986年4月26日，是核能发电史上最严重、最臭名昭著的灾难。当时位于苏联境内的切尔诺贝利核电站4号反应堆正在进行低功率测试，但不幸地引发了爆炸和火灾，反应堆大楼被摧毁，大量放射性物质，包括钚、碘、锶和铯的同位素都被释放，其中大部分落在核电站附近以及如今乌克兰、白俄罗斯和俄罗斯的大片地区，而大气环流、风以及风暴把它们分散至北半球的大部分地区。

天气模式将切尔诺贝利事件的大量放射性沉降物送入斯堪的纳维亚半岛。据估计，挪威已接收了核电站释放的铯-137和铯-134总量的约6%。东南风携运这些同位素抵达挪威，而核灾难发生后几天里的降雨帮助它们沉积下来。

然后，铯进入食物链，被植物、地衣和真菌吸收，继而被驯鹿和羊等食草动物吃下。灾难发生后的几年里，挪威和瑞典居民食用的肉、奶和奶酪（来自驯鹿和羊）中，铯同位素浓度远超政府设定的限值。目前这些食品仍然定期接受测试。

由上至下的a、b、c三幅图分别显示瑞典伊斯法尔冰川的人为和天然的放射性核素活动以及冰晶石碳和氮含量的空间差异。14个采样点分别位于圆圈中心

洛卡斯与同事在挪威冰川的冰晶石沉积物中发现的放射性核素的各种来源。放射性核素有的是天然来源，有的是人为核裂变的结果。由于冰晶石长期暴露于大气尘埃里，加之某些嗜寒生物和有机物的存在，冰川中这些放射性核素的含量不断增加。测试发现了天然放射性核素铅-210，它的半衰期为22.3年，在大气中通过氡（氡-222）放射性衰变形成。核事故和武器试验等人为来源产生了铯（铯-137）、钚（钚-238、钚-239、钚-240）和镅（镅-241），并最终全部进入冰川系统。这些元素通过不同的过程从大气中转移出来，存在于冰川的不同部分，例如冰川表面、冰川外缘、冰川内部和冰川底部

切尔诺贝利核事故对奥地利阿尔卑斯山地区也造成了严重影响。灾难发生后几天内出现强降雨，导致某些区域污染程度非常高。2009年对奥地利北部哈尔施塔特冰川和施拉德明冰川进行的一项调查发现，冰晶石中铯-137的浓度范围为1 700~140 000 Bq/kg。

风、 雨、 火

关于冰晶石积聚放射性核素并变得如此具有放射性，原因大概是这样的：一方面，放射性物质通过风和全球环流输送到大气，然后通过降水由大气抵达地面（降水能特别有效地收集颗粒物并将其沉降到地面）；另一方面，在有冰川的山区和极地地区，雨、雪、雾的量一般都很大。

森林火灾和沙尘暴等事件产生的大量干燥物质也会造访冰川区域。这些灰尘、烟灰以及其他类似物质通过大气循环传播，而当传播过程开始后，它们也会彼此结合，并“收编”大气里的其他物质——包括放射性核素等污染物——直到结合体因太重而落到地面。

放射性核素连同其他污染物进入冰川环境后，会通过水文过程转移。在相对温暖的时节，冰川流域的积雪和冰都会融化成水。水流会带走储存于冰雪中的放射性核素等污染物。当水流经冰川上的孔道或坑洞时，它会被其中的冰晶石过滤；冰晶石内充满诸如淤泥和黏土的物质，已知这些物质能结合放射性核素、金属以及其他人为的颗粒物等。

有机清除剂

冰晶石的生物成分似乎也增强了它收集、积累放射性核素的能力。事实上，根据地球科学家洛卡斯的解释，冰晶石所含有机物（如藻类、真菌和细菌）的比例算是比较高的，而它的放射性核素浓度还要比前者高出很多。

挪威布莱森冰川上的冰晶石放射性水平特别高，有机物含量也很高。针对其他冰川的研究发现，冰晶石含有5%~15%的生物物质，而在布莱森冰川的沉积物里，有机物比例高达约30%——科学家表示，这可能是其放射性核素浓度高的部分原因。

洛卡斯表示，冰晶石保留和浓缩放射性核素的能力似乎“与微生物分泌的细胞外物质的金属结合特性有关”。她解释称，这些黏性生物膜固定住了金属和其他可能有毒的材料，以防止它们进入微生物的细胞。

有机物和放射性核素沉降物之间的这种联系也出现于其他地方。当环境科学家欧文斯分析加拿大不列颠哥伦比亚省卡斯尔克里克冰川的冰晶石样本时，他发现样本中放射性核素浓度与有机物占比之间存在显著正相关关系。生物物质越多，放射性物质也越多。

欧文斯解释称，放射性核素沉降物无处不在。冰川上正在发生的事情是，它们在冰川表面上集中，并集中在非常小的区域内。沉积物的组成材料及其中微生物分泌的细胞外物质可通过多种方式结合污染物。这一切使得冰晶石成为一种高效清除剂，随着时间的推移，落在整个冰川流域的放射性核素都会集中到冰晶石里。

不同的来源和浓度

铯-137并非冰晶石中唯一的放射性核素（但它的浓度往往最高），科学家还检测到其他高浓度的放射性物质，例如镅-241、铋-207和钚同位素。它们并非源于核电灾难，而与大气层核武器试验产生的放射性核素沉降物有关。

来自波兰科学院核物理研究所的洛卡斯正站在遍布冰晶石坑洞的冰川上

勒蓬廷阿尔卑斯山脉的格里斯冰川，阿尔卑斯山的冰晶体石放射性特别高

鉴于上述种种，加之全球大气环流和天气模式的作用，我们可以说，全球各地冰川上的放射性同位素来源与浓度各不相同。举个例子，加拿大地区的冰晶石放射性核素含量很高，不过主要来自核弹试验，因为那里距切尔诺贝利很远。

洛卡斯目前正对来自世界各地的冰晶石进行放射性细节分析。这些样本收集自北极、冰岛、欧洲阿尔卑斯山、南美洲、高加索山脉、不列颠哥伦比亚省和南极洲等地。多国的冰川学家，包括欧文斯和克拉森在内，为此项工作捐赠、收集和测试了样本。

测试发现，阿尔卑斯山和斯堪的纳维亚半岛的样本放射性特别高。洛卡斯则指出，迄今为止发现的放射性水平最低的是冰岛和格陵兰岛的冰川，在这些地区没有发现与切尔诺贝利相关的迹象，只能看到核武器试验所带来的放射性。

此项工作还发现了一些有趣的放射性核素信号。根据洛卡斯的说法，南半球的冰晶石较之北半球，所含钚-238、钚-239、钚-240的比例更高。这是由于1964年核能卫星SNAP-9A发生故障并解体，向大气释放了约1公斤的钚-238——主要落在南半球。

来自智利巴塔哥尼亚探险者冰川的样本也显示出很高的钚-238同位素含量。洛卡斯认为，这可能与1996年俄罗斯火星探测器在南美上空大气层爆炸有关。该探测器载有约200克的钚-238颗粒，虽然难以确知其命运几何，但有理由推测，它们落在了智利和玻利维亚的某地。

我们该担心什么

对于冰川上的放射性物质，我们还不清楚多高的浓度是危险的、值得担忧的，也不确定它是否会造成大范围的环境风险，抑或这只是冰川的局部问题。克拉森表示：“我当然不会想去吃那些冰上的物质，与其他环境沉积物相比，它的放射性确实相当强。但如果离开了冰川流域，这个问题的严重程度就不好说了。”

我们有理由担心，毕竟放射性物质对人体健康有显著负面影响。冰川储存着大量的淡水，全球数十亿人将冰川融水用于农业和饮用水。随着气候变暖，冰川消退，人类可能会与冰川融水里的污染物和沉积物近距离接触。

欧文斯说道：“随着冰川融化，冰晶石与冰川融水的接触越来越多。它们开始直接暴露于外部环境，并可以传递到下游生态系统。”固定在冰川上的沉积物不太可能对生态系统和人类健康造成危害。但随着冰川融化和退缩，越来越多的放射性物质被释放。

克拉森补充道：“目前尚不清楚冰川系统到底存在多少放射性。除了大气中放射性核素的直接沉降，我们在冰晶石里看到的许多放射性物质很可能因多年前沉积的雪和冰融化而来。冰本身就含有大量放射性物质，但我们对此了解不多。”

欧文斯指出，放射性物质一旦进入河流，就可能被稀释，但我们对此并不了解。克拉森认同这一说法：“虽然我们采样的地方浓度很高，但从整体上看，只要这些物质全都被水流带走，或跟随冰川融化沉积至更广阔环境里，它可能会被稀释到寻常浓度——不超过本就存在于我们身边的放射性物质浓度。所以接下来我们要搞清楚的就是，来自冰川的放射性怎样在环境中稀释。”

克拉森希望未来能利用无人机高分辨率影像等技术，对冰川表面的冰晶石数量做更详尽分析。这将使科学家有能力估计冰川上可能存在多少放射性。如此绘制冰川表面冰晶石的图谱，然后将这些信息与冰川融化模型相结合，有助于我们了解沉积物及其所含污染物在未来如何释放。

资料来源 Physics World