宇宙墜毀餘波：南極冰川驚現前所未有的鈽元素

波蘭科學院核物理研究所（IFJ PAN）的科學家們，在南、北半球冰川的鈽同位素累積研究方面有了全新發現。他們透過分析冰川上形成並聚集的塵土（cryoconite），不僅發現了南、北半球同位素濃度的顯著差異，還鑑別出前所未有的異常現象，這些異常可能與諸如「火星 - 96」號太空船墜毀等事件有關。

冰川不僅是山區風景的美麗特色，更是全球淡水儲備的關鍵。然而，由於全球暖化，冰川融化帶來了諸多嚴重威脅，包括海平面上升，以及水力發電所需的關鍵水資源減少。此外，隨著冰川融化，放射性核素和其他汙染物被釋放出來，這些汙染物可能遷移到附近的生態系統中，累積在食物鏈中，潛在地破壞環境平衡。

環境中的放射性元素來自自然過程和人類活動。像鈽這樣的人造放射性核素，主要透過核試驗、反應堆事故，或是含有放射效能源的衛星和太空探測器故障等途徑釋放到環境中。這些物質主要透過大氣傳輸，以稱為塵土（cryoconite）的深色沉積物形式累積在包括冰川在內的不同生態系統中。典型的塵土洞直徑和深度不超過幾十公分，洞底的深色沉積物就是塵土，它包含有機物質和汙染物，如放射性核素、重金屬、農藥、微塑膠或抗生素，可能對當地生態系統構成潛在威脅。

波蘭科學院核物理研究所（IFJ PAN）利用新型質譜分析方法進行了最新研究，為北半球和南半球冰川中的鈽同位素（^238,239,240Pu）建立了資料庫。分析的塵土樣本來自全球九個地區的49座冰川，包括北極、阿爾卑斯山、喜馬拉雅山和南極洲。這些樣本是由一個國際研究團隊在2000 - 2020年期間收集的，研究資金來自國家科學中心的一個專案。

該研究文章的發起者兼第一作者、IFJ PAN的Edyta Łokas博士表示，這是首次如此大規模地分析塵土樣本中的鈽濃度。研究結果提供了有關冰川中鈽同位素累積、分佈和來源的獨特資訊。^{239 + 240}Pu的活度濃度在北半球遠高於南半球，這反映了核武器試驗產生的鈽在南北半球沉積不均。在北半球，斯堪的納維亞和阿爾卑斯山地區的濃度最高。而在²³⁸Pu方面，南北半球未發現相關差異。南半球的塵土在鈽活度和質量比方面具有高度異質性。

在巴塔哥尼亞的探索者冰川的塵土中，首次觀察到文獻中前所未有的²³⁸Pu/^{239 + 240}Pu同位素比值。研究人員推測，²³⁸Pu的過量可能與1996年墜落在智利海岸附近海域的蘇聯太空探測器「火星 - 96」號有關，該探測器攜帶了一個含有²³⁸Pu的發電機，這或許可以解釋附近冰川中該同位素濃度較高的現象。這也是首次在南半球觀察到鈽同位素比值異常的研究結果。

此外，南美冰川的塵土樣本顯示，²⁴⁰Pu/²³⁹Pu質量比與文獻中所記載的有顯著偏差，這可能表明該地區鈽的主要來源與法屬波利尼西亞地區進行的低空核試驗有關。

Edyta Łokas博士指出，他們觀察到的塵土中鈽活度濃度，尤其是在北半球，比用於環境監測的其他環境基質（如地衣、苔蘚、土壤和沉積物）高出數個數量級。同時，這些發現強調了塵土在累積放射性汙染物方面的重要性，這些汙染物可能對周圍的動植物構成潛在威脅，並有助於追蹤這些汙染物的擴散。

IFJ PAN的研究團隊仍在繼續工作。2024年8月，他們與克拉科夫AGH科技大學合作，在挪威的約斯特達爾布林冰蓋展開了進一步的研究，旨在更好地瞭解冰川中汙染物累積的過程及其來源。

參考文獻：Isotopic signature of plutonium accumulated in cryoconite on glaciers worldwide by Edyta Łokas, Giovanni Baccolo, Anna Cwanek, Jakub Buda, Katarzyna Kołtonik, Nozomu Takeuchi, Przemysław Wachniew, Caroline Clason, Krzysztof Zawierucha, Dylan Bodhi Beard, Roberto Ambrosini, Francesca Pittino, Andrea Franzetti, Philip N. Owens, Massimiliano Nastasi, Monica Sisti and Biagio Di Mauro, 8 August 2024, Science of The Total Environment. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2024.175356