这种放射性物质正在环游世界，还从印度半岛降落在青藏高原
在所有会衰变的碘同位素中，有一个特殊的成员——碘-129。与它的兄弟姐妹不同，碘-129的半衰期长达惊人的1570万年，这使得它能够在自然环境中长期存留。正因如此，碘-129一方面成为研究地球环境系统的重要放射性示踪剂，另一方面也不可避免地带来了放射性污染的隐忧。
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从宇宙演化到核能利用，从地质断代到生物医疗，同位素的身影无处不在。
同位素是同一种元素中，原子核内质子数相同、中子数不同的原子，一般用元素名+质量数（质子数和中子数之和）表示。同位素表面上具有相同的化学成分，却因中子数的差异而表现出截然不同的物理性质。在此后的多篇文章中，我们将一同探索同位素的奥秘。
今天，我们的同位素主角是——碘-129。
碘，元素周期表的53号，位于第五周期第Ⅶ主族。提到碘，可能大多数人想到的都是消毒用的碘酒或调味用的碘盐。事实上，这些药品或食物中所含的碘主要是稳定同位素——碘-127。
碘元素
（图片来源：Fandom）
碘的同位素家族相当庞大，拥有37名成员，其中仅有碘-127具有天然稳定性，而其余同位素大多极不稳定，往往在形成后迅速发生衰变，寿命只有可怜的几秒到几分钟。
不过，在所有会衰变的碘同位素中，有一个特殊的成员——碘-129。与它的兄弟姐妹不同，碘-129的半衰期长达惊人的1570万年，这使得它能够在自然环境中长期存留。正因如此，碘-129一方面成为研究地球环境系统的重要放射性示踪剂，另一方面也不可避免地带来了放射性污染的隐忧。
注：放射性半衰期是放射性核素的原子核数量衰变至其初始数量一半所需要的时间。
碘-129
碘-129（右）比碘-127（左）多两个中子
红球：质子 紫球：中子 外圈蓝色球：电子
（图片来源：wikipedia）
碘-129从何而来？
在地球上，自然产生的碘-129主要有两个来源：
其一是宇宙。超新星爆发等剧烈的天文事件会合成多种放射性核素，包括碘-129。这些核素散布在宇宙中，经过亿万年的旅程，随宇宙尘埃来到了地球。此外，高能宇宙射线与地球大气中的氙发生核反应，也可以生成碘-129。
其二是地球自身。地壳中，铀、钍等放射性元素的裂变反应会产生碘-129。然而，这些反应中碘-129的产额极低，比如铀-235的裂变反应产物中，碘-129的占比只有0.7%。
因此，地球上的天然碘-129非常稀少，在地球表层环境中循环的总量只有大约250千克，仅仅相当于3-4个成人的体重。
然而，随着20世纪中期人类核能技术的发展，地球环境中碘-129的来源和总量发生了根本性改变。一方面，大气层核武器试验向环境释放了大量人工放射性核素；另一方面，民用核能迅速发展，核电站发电、乏燃料后处理和核事故等过程大大增加了碘-129的排放量。
注：乏燃料指使用过的核燃料，通常是由核电站的核反应堆产生。乏燃料无法继续维持核反应，但仍然具有放射性，需要进行妥善处置。
据估计，地球表层环境中人为产生的碘-129已经超过9000千克，远远超出自然产生的量。这些碘-129一部分以气态或溶解态形式参与到全球物质循环中，还有相当数量的碘-129以固化废物形式被地质处置长期封存，以降低其环境迁移风险。
碘-129的主要来源、排放量及其占比
碘-129的放射性
作为放射性核素，碘-129的放射性会对人体健康构成潜在风险。世界卫生组织国际癌症研究机构已将碘-129列为Ⅰ类致癌物，高剂量的碘-129辐射可能损伤人体甲状腺细胞，增加罹患甲状腺癌的风险。
然而，需要注意的是，碘-129的半衰期极长，这意味着单位时间产生的辐射剂量极低，辐射强度较弱。而且辐射以释放低能β粒子为主，穿透能力弱，对人体的直接影响相对较小。全球绝大多数人通过环境接触到的碘-129所产生的年有效辐射剂量不足0.001mSv，甚至远远小于坐一次飞机所受到的辐射剂量（0.02mSv）。
注：希沃特（简写为Sv）是衡量电离辐射对生物体健康影响的国际单位（1Sv=1000mSv）。公众有效年平均剂量限值为1mSv（不包括天然本底辐射剂量的附加照射量）。
常见放射性剂量比较（图片来源于网络）
尽管当前环境中的碘-129水平通常处于安全范围，但人为活动或意外事件可能显著提高其浓度，2011年日本福岛核事故便是最典型的例子。科学家在事故后发现，福岛沿海海水样品中的碘-129浓度升高了近两个数量级；在距离福岛东南方向200公里的筑波地区采集的气溶胶样品中，碘-129水平也比事故前升高了数百倍。随着全球核工业的快速发展，环境中碘-129的含量呈现上升趋势，可能带来长期的潜在辐射风险，因此碘-129是核安全监测中的关键核素之一。
福岛核事故发生后，周边海域碘-129浓度明显升高
（图片来源：参考文献[1]）
为了有效监测和评估碘-129的环境影响，科学家们采用先进的分析技术。其中，加速器质谱仪是一种高灵敏度的分析设备，能够精确测量样品中碘-129的原子数量，从而准确测量其浓度水平。借助精密仪器，科学家可以有效地追踪碘-129在环境中的分布和变化，并评估其潜在的健康与环境影响，为公众提供科学的评估和保障。
荷兰高压工程公司三百万伏特串列加速器质谱仪（图片来源：中国科学院地球环境研究所，西安加速器质谱中心）
全球“旅行家”
在放射性之外，碘-129的环境行为受到多重特性影响：
化学形态多样
碘在环境中可以以多种化学形态存在，例如在水环境中有碘离子（I⁻）、碘酸根离子（IO₃⁻）以及有机碘化合物等，而在大气中可以与气溶胶颗粒结合，还可以形成气态的无机碘（I2、HI和HOI等）和有机碘（CH3I、CH2I2等）。不同的化学形态具有不同的溶解性、迁移性和生物可利用性，这会影响碘-129在大气、水、土壤和生物体内的行为和传播途径。
高挥发性
碘及其化合物具有高挥发性，容易以气态形式释放到大气中。这使得碘-129可以通过大气环流在全球范围内进行长距离的输送。
高水溶性
碘的某些形态具有较高的水溶性，这使得碘-129能够随着水流进行迁移，进入地表水、地下水和海洋系统。
正因如此，碘-129是一种独特的环境示踪剂，可以用来示踪放射性污染物及其他性质相似污染物的环境扩散和行为。此外，碘-129与核活动主要释放的高放射性毒性的碘-131来源相似、性质相同，可用于重建核活动释放的碘-131水平，评价核活动对生态环境造成的辐射影响。（如果大院er想再了解碘-131，在评论区留下留言吧！）
人类核活动产生的碘-129大部分集中在北半球，如英国的塞拉菲尔德和法国的阿格乏燃料后处理厂每年将碘-129排放到大气和临近的爱尔兰海和北海中，是全球海洋中人为产生的碘-129的主要来源之一。这些碘-129跟着大西洋暖流和挪威沿岸流一路北上，绕着北冰洋的边缘，沿着北冰洋中间的罗蒙诺索夫海岭直达北极。
阿格后处理厂
（图片来源：Orano公司）
在北冰洋中，碘-129有两支队伍分头行进。一支大部队跟随大西洋洋流，分布在水深200-1000米的水域；另一支小部队跟随太平洋洋流，主要在水深0-100m的海洋表层活动。通过追踪碘-129的足迹，科学家能够研究北冰洋的气候变化和洋流运动。
北极表层极地混合层和大西洋水层的环流路径
（图片来源：参考文献[3]）
南半球的碘-129主要来源于大气核武器试验。当核武器在大气中爆炸时，巨大的能量将放射性尘埃和气体喷射到平流层，铀和钚裂变产生的碘-129由此开始了它的全球之旅。在平流层和对流层的季节交换中，碘-129从平流层缓慢移动至对流层，甚至能够降落到人迹罕至的南极。目前，科学家已经在南极的冰雪中发现了高于天然水平的人类核活动信号，并且正在分析南极雪坑中不同年份沉积的碘-129水平。
南极表层雪水中碘-129的大气传输过程
（图片来源：参考文献[4]）
碘-129还能够通过西风带和季风系统进行全球范围的迁移，包括被誉为世界第三极的青藏高原。在青藏高原的北部，青海云杉的树轮就是一种能够灵敏记录区域大气碘含量变化的可靠载体，可用于重建区域放射性沉降历史、追溯放射性物质的来源及传输过程。
青藏高原东北缘2个青海云杉树轮中碘-129和碘-127比值的时间变化与对应的核事件
（图片来源：参考文献[5]）
科学家还发现青藏高原南部地区的碘-129水平比核前时代的放射性水平高3-4个数量级，比同纬度的我国内陆地区的水平高10倍以上。结合排放历史数据和青藏高原的夏季风场分析发现，这些碘-129的主要来源是印度核燃料后处理厂排放经随印度夏季风的远距离跨境传输。虽然目前的放射量水平还不足以影响青藏高原的生态环境安全，但仍应持续关注青藏高原这一敏感生态系统的放射性本底变化，观察和评估全球核活动对偏远地区的累积影响。
印度核燃料后处理厂释放的放射性污染物经南亚夏季风向青藏高原远距离跨界传输
（图片来源：参考文献[6]）
结语
碘-129的半衰期长达千万年，其环境行为受化学形态、大气环流与水循环共同驱动，使其成为兼具科学价值与生态风险的“双面”同位素。一方面，它是研究污染物迁移、洋流运动及核活动历史的独特示踪工具；另一方面，其长期累积可能对敏感生态系统产生难以逆转的影响。
未来，随着核能应用的扩展，人类亟需加强国际合作以完善监测网络，并通过技术创新降低碘-129的排放。同时，深入探究碘-129在食物链中的生物富集机制及低剂量长期暴露的健康效应，也将为核安全管理与环境保护提供更坚实的科学依据。
