20 世紀(jì)中葉是全球“大加速”時(shí)期，主要表現(xiàn)為人類(lèi)活動(dòng)突變式增強(qiáng)，地球演化速率加大，地球環(huán)境變化顯著，并在地質(zhì)記錄中留下清晰的具有全球同步特性的物理、化學(xué)和生物印記。核活動(dòng)是這一時(shí)期關(guān)鍵標(biāo)志之一，全球大氣核武器試驗(yàn)釋放的放射性钚同位素（239Pu，240Pu），因其釋放時(shí)間與“大加速”時(shí)期高度吻合，及其全球范圍的沉降和長(zhǎng)半衰特性等，被認(rèn)為是標(biāo)定這一時(shí)期最為理想的地層標(biāo)志物。但目前大氣沉降的钚進(jìn)入沉積物的過(guò)程及其在沉積物中的行為和保存機(jī)制仍不清晰，從而影響沉積記錄和標(biāo)志年的準(zhǔn)確性，限制其作為地層標(biāo)志物的廣泛應(yīng)用。

中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所侯小琳研究員團(tuán)隊(duì)，以物源組成簡(jiǎn)單、沉積環(huán)境清晰的四海龍灣及湖光巖瑪珥湖為研究對(duì)象，基于建立的高精度年代學(xué)框架，使用研究團(tuán)隊(duì)建立的環(huán)境超低濃度钚同位素的高精度分析技術(shù)，通過(guò)分析沉積物中年分辨率的239,240Pu水平及其變化，確定239,240Pu作為“大加速”地層標(biāo)志物的關(guān)鍵標(biāo)記年，并重建其在湖水中的清除轉(zhuǎn)移以及沉積后的再遷移過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)1952年10月31日首次大當(dāng)量大氣核武器試驗(yàn)和1961-1962年的全球大氣核武器試驗(yàn)最大時(shí)期釋放的239,240Pu在兩個(gè)瑪珥湖沉積物中均被清晰記錄，前者表現(xiàn)為239,240Pu在1953年首次快速增加，后者表現(xiàn)為1963年的濃度峰值。與此同時(shí)，因低價(jià)態(tài)钚同位素具有更強(qiáng)的親顆粒性以及四海龍灣較高的沙塵通量，使得239,240Pu在還原性四海龍灣瑪珥湖中的清除速率更快、峰更窄。而在氧化性的湖光巖中，受風(fēng)浪擾動(dòng)作用，已沉降的239,240Pu會(huì)部分解析進(jìn)入湖水后重新沉降，造成深層已沉降239,240Pu的向上轉(zhuǎn)移。

本研究首次系統(tǒng)性論證了钚同位素作為人類(lèi)活動(dòng)加劇所致“大加速”的地層標(biāo)志物的可靠性，為我國(guó)四海龍灣瑪珥湖參與人類(lèi)世金釘子國(guó)際比對(duì)工作提供了堅(jiān)實(shí)、可靠和極具競(jìng)爭(zhēng)力的年分辨率年代學(xué)標(biāo)尺。該工作為精準(zhǔn)標(biāo)記人類(lèi)活動(dòng)對(duì)地球系統(tǒng)的影響提供重要理論依據(jù)，為未來(lái)全球變化研究提供重要時(shí)間標(biāo)尺。研究發(fā)現(xiàn)的不同沉積環(huán)境對(duì)钚累積及保存的影響，為理解全球范圍內(nèi)沉積記錄中钚的分布和保存提供新視角。

上述成果發(fā)表在Environmental Science & Technology期刊上，文章第一作者為趙雪副研究員，通訊作者為侯小琳研究員。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委（41991252，22306184，22341603），以及中國(guó)科學(xué)院（132B61ZYLH20230013, XDB40020104, ZDBSSSW-DQC003）多項(xiàng)項(xiàng)目的支持。

Zhao Xue, Hou Xiaolin, Zhou Weijian, et al., 2025. Plutonium marker for the Great Acceleration by intensified human activities. Environ. Sci. Technol.

https://doi.org/10.1021/acs.est.4c11841

圖 1 四海龍灣 (SHLW) 及湖光巖瑪珥湖（ HGY ）沉積 物中 239,240 Pu 的時(shí)間變 化及沉降和保存過(guò)程