文:范煜坤 科学顾问:侯小琳 熊晓虎
说起碘元素(I),大家可能最为熟知的就是 “碘盐”了。碘是人体必需的微量元素,是合成甲状腺素的原料,人体中三分之二的碘元素存在于甲状腺中,有“智力元素”之称。人体储存的碘仅能维持2-3个月的需要,且完全依赖自然环境供应,当人体停止碘摄入2-3个月后,如果未能及时补充碘,就会发生碘缺乏。碘对调节人体机能具有重要作用,碘含量的过高和过低都会有害身体健康。早在八十年代,人们的认知是缺碘是一种普遍现象,容易造成甲状腺肿大和克汀病。为了应对广泛的缺碘问题,世界卫生组织呼吁全民食盐加碘,国务院于1994年发布了《食盐加碘消除碘缺乏危害管理条例》,我国于1995年开始在食用盐中加碘,形成了市面上的加碘盐。碘对人体健康之重要,可见一斑。
市面上的某款加碘盐
我国人民广泛缺碘的根本原因在于碘元素在自然界含量稀少。碘是元素周期表里53号元素,主要以溶于水的化合物形式存在,人们摄入的碘绝大部分来自于食物,少量来源于饮用水和空气。除了海水和一些海产品外,大陆上一般的岩石、土壤、空气和水的碘含量都较低,常见的食物中碘含量远远不能达到人体的正常需求。我国曾是世界上碘缺乏病最严重的国家之一,大部分地区外环境(水、土壤等)几乎都缺碘。
甲状腺肿分布图
但随着我国社会发展以及国民营养水平的提高,各类高含碘的海产品获取也不再是难事,有些地区食盐加碘反而造成了当地居民碘摄入过量,因此国家对碘盐使用的控制也逐渐放开,食盐中加碘量在国家几次调整中逐渐变低,碘盐这个名词也逐渐淡出百姓的生活,慢慢形成了加碘盐和非加碘盐并存的现象。
市面上的某款未加碘盐
而实际上,是否食用加碘盐,目前需要按地区和个体差异来科学看待。比如,患有自身免疫性甲状腺疾病(常见有甲亢、甲状腺炎等)患者,因治疗需要遵照医嘱可不食用或少食用碘盐。生活在高水碘地区且尚未改水的居民,他们每天从饮水和食物中已经得到了较高剂量的碘,这部分人也不宜食用碘盐。我国在河北、山东、山西、河南等9个省份存在水源性高碘地区,受影响人口约为3100万人,这部分人也需要食用无碘盐。
除了对人体健康具有极其重要的影响之外,作为地壳中的微量元素,碘在环境研究领域亦有着不可小觑的作用。
我们常说的碘是指碘元素的稳定同位素,即质量数为127的碘(127I)(碘有原子质量从115到142的28种同位素,它们质子数相同,但中子数不同,除127I外,其他同位素都具有放射性)。但是,与它仅有区区几个中子之差的兄弟129I已在人类的科学世界大放异彩。129I是碘家族中唯一的天然长寿命放射性同位素,半衰期长达1570万年(每隔1570万年,129I才会衰变为原来的一半),以至于它的衰变在人类历史的时间尺度上可以忽略不计。与其他宇宙成因核素(14C、10Be等)的产生途径相似,129I主要来自于大气上层的氙(Xe,拼音:[xiān])和宇宙射线的反应,另外,地壳中铀(U)的裂变反应也是天然129I的一个主要生成途径。
话说什么都是天然的好,绿色环保。可是,在地球表面,由人类核活动产生的129I(>6000 kg)却硬生生的挤掉了天然成因的份额(263 kg),一举夺得了地表环境中129I来源的霸主地位。核活动可追溯到上世纪40年代,以前苏联、美国、英国、法国、中国为代表的主要有核国家进行了上千次的核武器试验(包括地上和地下),直到1963年各国签署了《部分禁止核试验条约》(主要禁止非地下核试验),核试验向大气中释放129I才告一段落。同时,一些核事故造成的核设施燃料泄漏也会向环境释放一定量的129I,例如众所周知的发生于1986年的切尔诺贝利(Chernobyl)核事故,以及2011年邻国日本由于地震引发海啸所致的福岛(Fukushima)核事故等。
随着核能的发展,核电站等设施中核燃料“燃烧”后要对未“烧”完的乏燃料进行回收再利用,并且要对核废物进行妥善处置,因此,核燃料后处理厂就这样诞生了。核燃料后处理厂进行分离时,少量废物分别通过气态和液态的形式排放到环境中去,这其中就包括了129I。坐落在英国的Sellafield和法国La Hague的是世界上两个最大的核燃料后处理厂,其中超过90%的人工129I都是来自它们。
由于核活动释放的129I使世界各地环境水平碘含量升高了1-6个数量级不等,同时由于其来源较为单一,129I便成为了示踪现代环境过程的一个利器。例如,通过研究海水中的129I浓度分布发现,在英法东北部的北海沿岸表层海水中的129I浓度明显高于离岸海水,说明从英吉利海峡进入北海的海水主要以沿岸流为主。再比如,基于“流域汇集作用下河流入海淡水中的129I浓度显著高于海水”的原理,通过分析我国渤海、黄海、东海表层海水的129I空间分布,清晰的勾勒出我国海域的水团运动情形。
好了,关于129I的“身世”以及在环境示踪方面的“本领”就先简单介绍这么多吧。其他“才华”在后续的故事中将会一一施展,感兴趣的童鞋请耐心关注哦!
129I/127I比值揭示北海表层海水运动特征
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