Ba vụ thử vũ khí hạt nhân đã được tiến hành vào những năm 1950 tại Quần đảo Montebello – một quần đảo ở Ấn Độ Dương, phía tây bắc nước Úc. Các đồng vị phóng xạ nhân tạo đã phát tán vào vùng nước xung quanh. Mới đây, các nhà khoa học đã đánh giá sự phân bố của các đồng vị phóng xạ nhân tạo và tỉ lệ nguyên tử của plutoni (Pu) trong trầm tích biển khắp Quần đảo Montebello và dọc theo bờ biển Tây Úc (WA). Kết quả cho thấy nồng độ hoạt độ cao nhất trong trầm tích là từ Pu, cao hơn từ 4 đến 4500 lần so với bờ biển WA, trong đó khu vực phía bắc quần đảo có mức cao gấp 4 lần so với phía nam. Dữ liệu cho thấy nguồn gốc chủ yếu của các đồng vị phóng xạ nhân tạo trong trầm tích biển tại Quần đảo Montebello là từ các vụ nổ hạt nhân, trong khi các mẫu trầm tích từ bờ biển Tây Úc còn bị ảnh hưởng thêm bởi phóng xạ toàn cầu và thử nghiệm tại Quần đảo Marshall.
Quần đảo Montebello nằm cách bờ biển phía bắc Tây Úc khoảng 80 km. Quần đảo này là địa điểm diễn ra ba vụ thử vũ khí hạt nhân plutoni (Pu) vào thập niên 1950 do Vương quốc Anh tiến hành. Vụ thử đầu tiên có tên Operation Hurricane, được kích nổ vào ngày 3 tháng 10 năm 1952, cách bờ đảo Trimouille khoảng 600 m, ở độ sâu khoảng 2,5 m dưới mặt nước, trong thân một con tàu neo trong vùng nước sâu khoảng 12 m. Vũ khí này có sức công phá khoảng 25 kiloton, tạo ra một hố lớn trên đáy biển. Hai vụ thử còn lại là Operation Mosaic G1 (ngày 16 tháng 5 năm 1956, khoảng 15 kiloton) và Mosaic G2 (ngày 19 tháng 6 năm 1956, khoảng 100 kiloton). Cả hai đều là các vụ nổ được gắn trên tháp, thực hiện trên đất liền, cách bờ biển từ 60 đến 150 m, gần khu vực biển liền kề.
Hiện nay, quần đảo Montebello và vùng biển xung quanh thuộc Khu bảo tồn biển Quần đảo Montebello (Montebello Island Marine Park – MIMP). MIMP có ý nghĩa sinh thái lớn do là nơi sinh sống của nhiều loài bản địa và/hoặc có nguy cơ tuyệt chủng, với các sinh cảnh giá trị cao được sử dụng làm nơi sinh sản, nuôi dưỡng và trú ngụ trong hành trình di cư của nhiều loài động vật có vú, chim và sinh vật biển khác. Chất lượng nước và trầm tích tại MIMP hiện được mô tả là “hầu như còn nguyên sơ”, và khu vực này đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hệ sinh thái biển khỏe mạnh trong vùng. MIMP cũng đang trở thành điểm đến ngày càng thu hút khách du lịch, đặc biệt là câu cá thể thao và giải trí. Mặc dù các vụ nổ hạt nhân đã diễn ra hơn 70 năm trước và MIMP có giá trị sinh thái, du lịch kép, song chỉ có một vài nghiên cứu xem xét tác động lâu dài của các vụ thử nghiệm này. Một số nghiên cứu gần đây có cung cấp dữ liệu biển hạn chế, bao gồm khảo sát diện rộng về đồng vị phóng xạ trên các đảo và đánh giá liều chiếu xạ đối với rùa biển. Một nghiên cứu khác phát hiện mức cao của các đồng vị phóng xạ transuranic như 238Pu, 239Pu, 240Pu và 241Am trong 11 mẫu trầm tích biển, nhưng tất cả các mẫu đều được lấy gần vị trí nổ (cách xa tối đa 2,9 km) và thiếu dữ liệu về tỷ lệ nguyên tử Pu – điều cần thiết để đánh giá nguồn gốc các đồng vị phóng xạ trong trầm tích.
Mặc dù các nghiên cứu trên kết luận rằng tồn dư phóng xạ nhân tạo trong trầm tích biển vẫn còn cao tại một phần nhỏ của MIMP, nhưng vẫn tồn tại khoảng trống lớn về kiến thức như: phân bố đồng vị phóng xạ trong toàn quần đảo và so sánh với mức nền khu vực. Ngoài ra, còn thiếu dữ liệu về tỷ lệ nguyên tử 240Pu/239Pu và 241Pu/239Pu tại khu vực quần đảo và trầm tích biển khu vực. Dữ liệu trầm tích hiện có ở Quần đảo Montebello cho thấy nồng độ hoạt độ có thể so sánh với các khu thử nghiệm hạt nhân ở Quần đảo Marshall và Polynesia thuộc Pháp – nơi cũng ghi nhận tồn dư phóng xạ dưới đáy biển do các chương trình thử nghiệm vũ khí hạt nhân của mình. Tuy nhiên, tổng khối lượng vụ nổ tại Marshall và Polynesia lớn hơn đáng kể so với Montebello.
Việc nghiên cứu vận chuyển và phạm vi phát tán phóng xạ tại các khu thử hạt nhân là điều cần thiết vì đồng vị phóng xạ có thể lan truyền trong ngắn và dài hạn qua các cơ chế phân tán chính hoặc thứ cấp. Phân tán khí quyển là sự lắng đọng bụi phóng xạ từ đám mây nấm và là cơ chế chính. Các cơ chế thứ cấp trong 70 năm qua chủ yếu do các quá trình hải dương như thủy triều, dòng chảy gió, sóng và các dòng chảy liên quan đến bão nhiệt đới. Việc xem xét những quá trình này là cần thiết khi đánh giá sự lan truyền của trầm tích nhiễm phóng xạ trong Quần đảo Montebello và các hệ sinh thái biển liên kết. Nghiên cứu này mô tả sự phân bố hiện tại của các đồng vị phóng xạ nhân tạo trong trầm tích biển bề mặt tại Quần đảo Montebello và toàn vùng, đóng góp cho đánh giá rủi ro phóng xạ cũng như các nghiên cứu sử dụng Pu làm chỉ thị cho quá trình biển.
Các mẫu đất và nước tại khu vực đảo được đo bằng phổ kế gamma. Nồng độ hoạt động của 137Cs và 241Am được xác định từ các vạch phát xạ 661,65 và 59,5 keV tương ứng bằng phương pháp quang phổ gamma sử dụng CANBERRA SAGe GSW120 kết hợp với bộ làm mát điện Cryo-Pulse® 5 Plus và phần mềm CANBERRA Genie 2000 tại Đại học Edith Cowan. Hiệu chuẩn hiệu suất được thực hiện trên phạm vi năng lượng từ 45 đến 1847 keV bằng Phần mềm hiệu chuẩn LabSOCS. Thời gian đếm dao động từ một đến ba ngày, tùy thuộc vào số liệu thống kê đếm. Xác nhận đếm được hoàn thành bằng cách đo các vật liệu tham chiếu trầm tích của IAEA.
Nhìn chung, nồng độ hoạt động cao nhất của đồng vị 90Sr, 137Cs, Pu và 241Am được thấy ở phía bắc quần đảo, gần ba địa điểm nổ và về phía bắc. Các phần phía bắc và phía nam của quần đảo sau này được chia tách theo vĩ độ của địa điểm nổ cực nam, Chiến dịch Mosaic G2 Nồng độ hoạt động ở phía nam quần đảo giảm dần theo khoảng cách xa các địa điểm nổ, ngoại trừ hai trường hợp, một mẫu được thu thập cách Chiến dịch Mosaic G2 khoảng 26 km về phía nam tại Quần đảo Lowendal và một mẫu khác ở đầu phía nam của Kênh Faraday, cách Chiến dịch Mosaic G2 4,6 km về phía nam.
Nồng độ hoạt độ của 239Pu, 240Pu và 241Am ở khu vực phía bắc quần đảo cao hơn gần 4 và 3 lần so với khu vực phía nam. Sự khác biệt này có thể do nhiều yếu tố phức tạp như tính chất các vụ thử hạt nhân, điều kiện khí tượng, đặc điểm hải dương – địa hình khu vực và sự chuyển tiếp từ đảo ra biển qua xói mòn. Tại thời điểm thử vũ khí, các đám mây phóng xạ lan theo hướng đông bắc. Một phần đám mây của Mosaic G2 đi vào tầng bình lưu, cho phép phát tán phóng xạ theo vĩ độ rộng hơn. Sau mỗi vụ thử, đồng vị phát gamma được phát hiện trên lục địa miền bắc nước Úc, phù hợp với hướng di chuyển của các đám mây phóng xạ.
Nhóm nghiên cứu sử dụng bản đồ mức phóng xạ gamma đo được năm 1962 để ước lượng nơi lắng đọng ban đầu. Các đám mây phóng xạ đã lắng đọng đồng vị nhân tạo tại bờ tây và mũi bắc đảo Trimouille, cũng như các đảo North West, Bluebell và Alpha ở phía bắc. Giả định rằng nếu không có vận chuyển biển lớn thì nồng độ cao nhất sẽ ở gần vị trí nổ và theo hướng đông bắc – điều này phù hợp với thực tế. Tuy nhiên, do môi trường biển tại đây rất động, nên lắng đọng ban đầu không thể là yếu tố duy nhất quyết định phân bố phóng xạ sau 70 năm. Một nghiên cứu trước đó gợi ý rằng gió và nước có thể cuốn Pu, 137Cs và các đồng vị phóng xạ khác từ đất nhiễm bẩn ra biển – điều này đặc biệt đáng chú ý với vùng triều gần các điểm nổ trên bờ (Mosaic G1 và G2). Dù lượng mưa và độ dốc địa hình thấp trong khu vực cho thấy khả năng rửa trôi trầm tích từ đất ra biển là hạn chế, nhưng xói mòn do gió, sóng và bão nhiệt đới vẫn có thể xảy ra.
Bão có thể ảnh hưởng đến vận chuyển trầm tích đáy ở Bắc Úc, bao gồm quần đảo Montebello. Đã có 19 cơn bão đi qua trong phạm vi 50 km từ 1967–2020. Trên thềm lục địa Tây Bắc, vận chuyển trầm tích theo thập kỷ hướng về phía tây nam. Tuy nhiên, tại Montebello, đặc điểm địa hình cho thấy hướng vận chuyển trầm tích đáy theo thập kỷ là về phía tây bắc qua Eo Trung tâm và qua các đảo Alpha, Bluebell, North West. Phía nam đảo Hermite, vận chuyển trầm tích theo hướng tây nam và tây quanh mũi nam quần đảo.
Từ khóa: phóng xạ;
– CMD –
