《Regional Studies in Marine Science》：Assessment of natural radionuclides concentration and its hazard indices in Coastal Sediments of Kerala's Coastal Zone, India
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本研究系统评估了喀拉拉海岸从阿齐克卡尔海滩到瓦拉维莱地区23个采样点的沉积物中自然放射性核素（Gross alpha, Gross beta, 21?Po, 21?Pb）的空间分布特征。结果显示，平均Gross alpha和beta活度分别为140.11 Bq/kg和38.78 Bq/kg，其中21?Po达2116.05 Bq/kg，显著高于全球平均水平。通过空间分布分析和多变量统计方法，发现Chavara（S5）和IRE-Chavara（S6）站点存在辐射风险热点，其辐射危害参数如年有效剂量当量（AED）和过量 lifetime癌症风险（ELCR）均超过国际安全阈值。研究为高辐射区环境监测、风险评估及可持续发展策略提供了关键数据支撑。
阿希克·阿布巴卡尔（Ashiq Abubakar）| 拉朱·克里希纳莫尔蒂（Raju Krishnamoorthy）| 奥利穆哈迈德·巴西思（Olimuhammed Basith）| M·贾马尔·穆罕默德·贾法尔（M. Jamal Mohamed Jaffar）| 马尔卡萨加亚姆·普里亚达哈尔希尼（Marckasagayam Priyadharshini）| 穆罕默德·赛亚德·穆斯塔法（Mohamed Saiyad Musthafa）
印度泰米尔纳德邦蒂鲁奇拉帕利（Tiruchirappalli）贾马尔·穆罕默德学院（隶属于巴拉蒂达桑大学，Bharathidasan University）物理系及研究部门
摘要
本研究调查了从阿泽卡尔海滩（Azheekkal Beach）到瓦拉维莱（Vallavilai）沿喀拉拉邦（Kerala）海岸收集的海洋沉积物中天然放射性核素总α粒子（Gross alpha）、总β粒子（Gross beta）、21?Po和21?Pb的空间分布，为长期环境监测提供了基础数据。沉积物样本是在水深10米处使用Van Veen采样器从23个沿岸位置采集的。总α粒子、总β粒子、21?Po和21?Pb的平均活度浓度分别为140.11 Bq/kg、38.78 Bq/kg、2116.05 Bq/kg和5.95 Bq/kg，这些数值普遍高于全球其他沿海地区的报告值。基于测得的21?Po和21?Pb的活度，评估了包括吸收剂量率（ADR）、年有效剂量当量（AEDE）、陆地伽马辐射和超额终身癌症风险（ELCR）在内的放射性危害参数，并将其与国际推荐的安全限值进行了比较。通过主成分分析和皮尔逊相关性等多元统计分析方法，识别了沉积物的放射性特征并对其进行分类。在查瓦拉（Chavara，S5）和IRE-查瓦拉（IRE-Chavara，S6）地区观察到了较高的放射性核素活度及其相关风险指数，超过了全球平均水平，表明这些地区可能存在潜在的放射性健康问题。与以往仅关注有限放射性核素或局部区域的研究不同，本研究提供了覆盖更广泛海岸区域的综合多核素和基于风险的评估，为未来的流行病学研究和沿海环境管理提供了可靠的放射性数据集。
引言
人类不可避免地会暴露于辐射中，主要来自人造和天然放射源。天然背景辐射的主要来源是宇宙辐射和陆地辐射（Abbasi等人，2022；Muhammad和Abbasi，2025；Zakaly等人，2024）。全球人口所接受的大部分内部和外部辐射剂量来自天然辐射（Abbasi等人，2022；Priyadharshini等人，2024）。人类在全球范围内接收到的典型天然辐射剂量中有超过85%来自天然辐射源（Abbasi等人，2026；Maghimaa等人，2025；Ullah等人，2026）。天然放射性水平在不同地点差异很大，受土壤类型、岩石构成和地理位置的影响（Abbasi等人，2020；Mohapatra等人，2015；Priyadharshini等人，2025），这对人类健康、水下生物和陆地生物都有重要影响。由于喀拉拉邦沿海地区富含钍石（monazite），其中含有高浓度的铀（23?U）和钍（232Th）系列放射性核素，该地区被世界公认为高背景辐射区（HBRAs）（Neeraja等人，2022）。在科拉姆-阿泽卡尔（Kollam-Azheekal）带，吸收剂量率范围为65.2至7,099.2 nGy h?1，这些由母岩风化和河流运输产生的天然放射性物质（NORMs）导致的伽马辐射水平远高于全球平均水平（Abbasi和Mirekhtiary，2019；Jha等人，2024）。这种异常现象可归因于该地区的独特地质构造：钍占矿物的9%，而钍石沉积物约占海滩沙子的1%（Abbasi和Mirekhtiary，2020a；Veerasamy等人，2021）。根据最新研究，需要进行全面的放射性评估，以确定这些放射性物质对公共健康的危害，尤其是在使用当地材料进行建筑和渔业的居住区（Paul等人，2022）。
长期暴露于较高的陆地伽马辐射继续引发对其健康影响的严重担忧（Abbasi，2022）。尽管流行病学研究表明背景辐射与癌症发病率之间没有明显关联（Jibiri，2001），但在喀拉拉邦的高背景辐射区（如卡拉纳加帕利（Karanagappally）），镭当量活度（Raeq）和年有效剂量（AED）等危害指标仍经常超过国际安全阈值。例如，科瓦拉姆（Kovalam）的海岸沙子的年有效剂量值为1.2 mSv/y，几乎是全球平均值的3倍。这些结果凸显了喀拉拉邦高背景辐射区的矛盾：尽管长期居住者没有明显的健康问题，但仍存在放射性危险，因此需要持续监测并更新建筑用土的安全规程（Nair等人，2009；Pradhoshini等人，2025）。
地质和人为因素进一步复杂化了放射性的分布（Ramasamy等人，2013）。根据垂直剖面研究，潮汐作用和沉积物分选会影响海滩沙子中232Th和22?Ra的浓度，这些物质的浓度在30至70厘米深度达到峰值（Abbasi等人，2023b；Arriola-Velásquez等人，2019）。此外，无控制的城市化和采矿活动改变了天然放射性核素的分布，使其扩散到农业和居住区（Abbasi，2022；Abbasi和Mirekhtiary，2020b；Paul等人，2022）。例如，由于使用了混合矿物质的建筑材料，蒂鲁（Tiru）煤矿区的土壤样本显示室内伽马剂量率为89.7 nGy/h，高于室外水平。因此，绘制风险热点地图和制定土地使用策略需要空间分辨的研究（Kuemmerle等人，2016）。
最近的研究强调了水文和气候变量对放射性核素迁移的影响（Abbasi等人，2023a；Abbasi等人，2023b）。例如，喀拉拉邦河流流域的季风侵蚀增加了三角洲沉积物中的放射性，使得重矿物更容易被输送到沿海地区（Cheriyan，2017）。尽管水位变化，曼尼普尔（Manipur）的洛克塔克湖（Loktak Lake）的年有效剂量保持稳定，表明季节性变化对伽马剂量率没有影响。这种稳定性表明，长期放射性特征主要受地质组成控制，而非短暂的环境因素（Santhanabharathi等人，2025）。
尽管在高背景辐射地区进行了数十年的研究，但在理解当前放射性核素分布及其在变化中的海岸动态和人为影响方面仍存在显著差距，同时也缺乏针对特定地点的暴露评估和长期环境监测的基线数据。来自科拉姆海岸的最新观察结果强调了更新放射性数据集以反映当前环境条件的必要性（Ramsiya和Visnuprasad，2025a）。因此，本研究旨在提供喀拉拉邦海岸海滩沉积物中天然放射性的综合评估。具体目标是：（i）确定总α粒子和总β粒子的活度浓度；（ii）量化沉积物样本中的21?Po和21?Pb活度；（iii）评估相关的陆地伽马辐射参数，包括AEDE、ELCR和ADR。通过结合放射性测量和空间解释生成一个全面的区域特定放射性基线，本研究旨在支持喀拉拉邦高背景辐射区的未来环境监测、暴露评估和可持续管理策略。
采样地点
采样地点
当前研究沿喀拉拉邦海岸线选择了23个采样站点（S1–S23）的沉积物样本。研究区域包括阿泽卡尔海滩（Azheekkal Beach，纬度9.13185，经度76.46406）和瓦拉维莱（Vallavilai，纬度8.2814656，经度77.1142872）（表1）。采样点的GPS坐标使用GPS追踪器绘制在图1中。
样本采集
沉积物样本使用Van-Veen采样器采集，每个样本的体积为2公斤。
沉积物中的总α粒子和β粒子活度
表2显示了喀拉拉邦海滩站点沉积物中总α粒子和总β粒子的活度浓度。总α粒子的平均活度为5.95 Bq/kg，范围为2.47 ± 0.56至28.05 Bq/kg；总β粒子的平均活度为2116.05 Bq/kg，范围为57.31 ± 5.32至17737.13 Bq/kg。在总α粒子和β粒子活度方面，IRE-查瓦拉（IRE-Chavara）站点的活度最高，而萨穆德拉海滩（Samudra Beach）和阿拉帕德（Alappad）站点的活度较低。
结论
通过测量总α粒子、总β粒子、21?Po和21?Pb的浓度，系统评估了从阿泽卡尔海滩到瓦拉维莱的喀拉拉邦海岸沿线天然放射性核素的分布。放射性核素浓度的空间变异性反映了不同采样地点的沉积物粒度和矿物组成的差异。从21?Po和21?Pb活度得出的放射性危害指数提供了综合信息。
未引用的参考文献
(Abbasi等人，2022a；Abbasi等人，2022b；Cheriyan和Dr.S.，2017；Priyadharshini等人，2024a；Priyadharshini等人，2024b)
CRediT作者贡献声明
马尔卡萨加亚姆·普里亚达哈尔希尼（Marckasagayam Priyadharshini）：软件开发、数据分析。 穆罕默德·赛亚德·穆斯塔法（Mohamed Saiyad Musthafa）：撰写、审稿与编辑、可视化、验证、概念化。 奥利穆哈迈德·巴西思（Olimuhammed Basith）：方法论、数据分析。 M·贾马尔·穆罕默德·贾法尔（M. Jamal Mohamed Jaffar）：撰写、审稿与编辑、监督、资源协调、概念化。 阿希克·阿布巴卡尔（Ashiq Abubakar）：数据分析、概念化。 拉朱·克里希纳莫尔蒂（Raju Krishnamoorthy）：撰写初稿、数据分析、概念化。写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备这项工作时，作者使用了Gemini Advanced、QuillBot和Grammarly工具对文本进行了改写和编辑。使用这些工具后，作者根据需要审阅和修改了内容，并对出版物的内容负全责。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者感谢蒂鲁奇拉帕利（Trichirappalli）贾马尔·穆罕默德学院的领导层提供的鼓励和支持，以及必要的设施。
出版同意
所有作者均同意手稿的内容，并明确同意发表该研究成果。
