西北太平洋副热带模态水的铯同位素组成及其示踪的水体运移与混合

The subduction and transport of the North Pacific Subtropical Mode Water is an important way of transferring the heats, O2 and CO2 into the internal area of the ocean and taking them to the low-latitude area, which is the important issue of climatic change. After the Fukushima accident, mode water is of great significance for the transport of the Fukushima derived nuclear wastes. During monitoring of Fukushima’s impact, the applicants found that the mode water is more likely the most effective way of transporting the Fukushima derived nuclear wastes to the sea waters under the jurisdiction of China. So far, It has been 6 years after the accident. However, the leakage of nuclear wastes never stopped. The continuously discharged radio cesium isotopes could be used as ideal traces for the transport and mixing of mode water. This project intend to measure the activities and atom ratios of 134Cs, 135Cs and 137Cs of the western and central mode water of Northwest Pacific, seawater of the Luzon Strait adjacent area and sea water of the East China Sea continental shelf area. Based on the characters of the activities and atom ratios of 134Cs, 135Cs and 137Cs, the transport way and mixing with adjacent seawater body of mode water should be studied in the Northwest Pacific, especially after its arrival to the western boundary, providing the isotopic evidences and research methods from isotopic oceanography perspective, revealing the material transport processes from the Northwest Pacific to the sea areas under the jurisdiction of China, also offering new theoretical foundation for early warning and monitoring works for Fukushima Nuclear Accident of our country.

模态水的潜沉及运移是海表热量，氧气，二氧化碳等向海洋内部传递，并且向低纬度输运的重要途径，是气候变化的重要研究课题。福岛核事故后，模态水在福岛放射性污染物输运方面研究意义突显。申请团队在福岛核事故应对过程中，发现北太平洋副热带模态水的携带输运很有可能是福岛核事故污染物质输入到我国管辖海域的重要路径。迄今，此事故已6年有余，但泄露仍未停止，其不断泄漏入海的放射性铯反而可被用作指示模态水运移与混合的理想示踪剂。本研究拟通过测量西北太平洋西部和中部副热带模态水、吕宋海峡邻近海域及东海陆架边缘海域的铯同位素（134Cs、135Cs和137Cs）组成（活度及原子比值）,研究模态水在西北太平洋特别是到达西边界之后的迁移路径及与周边水体的混合情况，为模态水研究提供同位素证据及同位素海洋学研究手段，揭示西太平洋对我国海域的物质输运过程，亦为我国福岛核事故的预警监测工作提供新的理论依据。

日本福岛核事故释放人工放射性核素进入西北太平洋为我们提供了利用其作为示踪剂研究该区域物质输运的绝佳机会。本项目利用福岛核事故来源的放射性铯同位素研究了西北太平洋副热带模态水的运移与混合及在其作用下的福岛人工放射性污染物质在西北太平洋的迁移输运。研究结果表明福岛核事故发生后15-20PBq的人工放射性铯进入黑潮延伸体以北的亲潮和黑潮过渡区域，其中43-57%在黑潮延伸体、亲潮和北太平洋流等的作用下向东太平洋运移；在南向即向低纬度区域输运方面，黑潮延伸体在表层对其有较大的阻碍作用，但西部模态水和中部模态水的潜沉和运移分别使21-28%和15%-36%的铯同位素自次表层100m-500m深度区间跨越黑潮延伸体并在背景流及中尺度涡旋的作用下向南和西南方向的低纬度海域输运，其中部分放射性铯同位素被输送至西南边缘海域后汇入黑潮，这里面的一部分随黑潮次表层高盐水入侵我国东海和南海东北部海域，其余部分又随黑潮返回至高纬度区域，重复着这种输运模式，其结果是西北太平洋福岛放射性污染物质长期存在于次表层(100m-500m)，2013年下半年开始入侵我国东海和南海区域，并在2014年下半年达到最大。此外，本项目也得到生态环境变化时间及速率参数，包括研究区域福岛来源的放射性铯的环境半衰期为60天左右以及其生态半衰期为158-450天。在研究中还首次解决了福岛核事故释放进入西北太平洋的110mAg总量估算问题，结果显示为~20-26TBq。上述研究对于西北太平洋模态水的运移和扩散提供重要的同位素证据以及同位素示踪支撑，对于揭示西太平洋对我国海域的物质输运过程有重要意义，对于我国应对日本福岛核事故特别是日本2023年夏天即将开始的“库存核污染水海洋排放”的预警监测工作提供理论依据和重要参考。