新研究揭示核爆碳十四對歷史碳排放重建影響

　　近日，中國科學院廣州地球化學研究所研究員張干團隊與中國林業科學研究院熱帶林業研究所副研究員王旭團隊等合作，在基于樹輪核爆碳十四重建歷史化石源二氧化碳排放研究方面取得新進展。相關成果發表于《通訊-地球與環境》（Communications Earth & Environment）。

　　“我們整合了中國南嶺百年樹輪的核爆碳十四實測數據、和國內外多個站點資料，揭示了20世紀中期核武器試驗所釋放的碳十四在中國及歐洲大陸的空間分布特征，評估了核武器試驗碳十四對化石源二氧化碳排放歷史重建的干擾作用。”論文共同通訊作者張干對《中國科學報》表示。

　　南嶺華南五針松（樹齡>200年）與樹輪樣品。張干、王旭 攝

　　樹木年輪中的碳十四是重建歷史化石源二氧化碳排放的有力工具，但20世紀中期頻繁的核武器試驗釋放大量碳十四，形成“核爆峰值”，增加了基于樹輪碳十四重建結果的不確定性。現有研究多采用緯度帶或半球尺度建立大氣碳十四背景基線，未專門評估核武器試驗碳十四源特性及其跨區域大氣傳輸導致的空間差異。

　　為此，研究團隊在國家自然科學基金等項目資助下，提出“歷史核爆干擾基于樹輪碳十四的化石源二氧化碳排放歷史重建”假設。團隊采集南嶺逾200年樹齡的華南五針松樹輪樣品，測定1921-2020年樹木年輪碳十四豐度，并整合我國青海湟中、北京上甸子等地樹輪碳十四文獻資料及全球公開數據系統分析。結果顯示，1965-1985年間，中國背景站碳十四水平顯著高于同期相應緯度帶參考值和歐洲清潔空氣觀測站點觀測值，且無法用緯度梯度或同期化石源碳排放差異解釋。

　　結合公開的核爆歷史資料，團隊發現這一異常主要受到新疆羅布泊核試驗場（1964-1980年）地面核爆的影響，尤其是低當量核試釋放的碳十四所導致的對流層碳十四豐度強烈擾動。大氣氣流軌跡模擬表明，含核試驗碳十四的氣團可長距離遷移至中國大部分地區，從而導致我國不同地區樹輪樣品中對應年份的碳十四豐度隨與羅布泊的距離增加而遞減，呈現出典型的“源擴散”分布特征。研究團隊還通過系統分析，依次排除了化石源碳排放（1965-1985年間）、核電站、宇生碳十四、海-氣交換和生物源通量等的影響，證實了核試驗的地理位置、當量和類型才是1965–1985年間區域碳十四變化的主導因子。

　　論文第一作者、中國科學院廣州地球化學研究所博士后李靜表示，除我國羅布泊外，前蘇聯在塞米巴拉金斯克、新地島核試驗所排放的碳十四，也可通過大氣傳輸，分別對中國西部及歐洲的碳十四水平造成長距離干擾。塞米巴拉金斯克核試驗影響了2400公里外的青海湟中和4000公里外的湘粵南嶺；新地島核試驗主要影響北歐和中歐地區，導致多個歐洲背景站點記錄到高達110‰的碳十四異常，凸顯出核爆對大陸尺度碳十四分布的重要影響。核試驗釋放的碳十四不僅會在短期內沉降至地面，還可在陸地生態系統的碳循環過程中再釋放，從而大幅延長其在森林生態系統中的停留時間，估測可達5-20年。

　　為量化核爆碳十四干擾對歷史化石源二氧化碳估算的影響，研究團隊評估了不同碳十四背景設置下西安、北京、深圳和衡山的歷史化石源二氧化碳重建偏差，發現若采用歐洲參考站點或同緯度帶基線而非本地實測背景值，最高將導致5.4 ppm的化石源二氧化碳系統性誤差，相當于一個中等城市（如美國印第安納波利斯）的碳排放強度。背景選擇不當不僅會帶來系統偏差，還可能高估城市碳排放增長速率，影響區域碳減排成效和碳中和路徑評估。

　　為提高歷史化石源二氧化碳估算準確性、提升政策參考價值，研究團隊建議優先采用與研究區域匹配的實測碳十四背景，加快構建不同地區專屬性大氣碳十四基線，系統整合核爆碳十四的大陸尺度干擾效應，為全球碳排放評估和氣候政策制定提供更可靠的化石源二氧化碳歷史排放樹輪檔案。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s43247-025-02532-6