[논문 리뷰] Fallout from U.S. atmospheric nuclear tests in New Mexico and Nevada (1945-1962)

Sébastien Philippe, Susan Alzner외 3명|arXiv (Cornell University)|2023. 07. 20.

Radioactive contamination and transferEnvironmental Science인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 1945~1962년 동안 뉴멕시코와 네바다주에서 실시된 94건의 미국 대기 핵실험에 기인한 대기 중 침강물 재구성에 역사적 기상 재분석 및 대기 순환 모델링을 활용하여, 핵실험 후 5일간 10km 공간 해상도와 시간 해상도를 확보하였다. 이는 전국 48개 주 전역에 걸쳐 광범위한 방사성 뉴클리드 침강이 발생했음을 보여주며, 미국 방사능 노출 보상법(RECA)이 커버하는 수준을 초과한 지역도 포함되어 있으며, 트리니티 핵실험의 직접적인 침강이 캐나다 크로포드 lak에 도달한 것으로 밝혀져, 이 실험을 인류대 기원의 '골든 스플라이스' 지점으로 제안하는 데 기여한다.

ABSTRACT

One hundred and one atmospheric nuclear weapon tests were conducted between 1945 and 1962 in the United States, resulting in widespread dispersion of radioactive fallout, and leading to environmental contamination and population exposures. Accurate assessment of the extent of fallout from nuclear weapon tests has been challenging in the United States and elsewhere, due to limited monitoring and data accessibility. Here we address this deficit by combining U.S. government data, high-resolution reanalyzed historical weather fields, and atmospheric transport modeling to reconstruct radionuclide deposition across the contiguous United States, with 10-kilometer spatial and one-hour temporal resolution for five days following detonation, from all 94 atmospheric tests detonated in New Mexico and Nevada with fission yields sufficient to generate mushroom clouds. Our analysis also includes deposition estimates for 10 days following the detonation of Trinity, the first ever nuclear weapon test, on July 16, 1945. We identify locations where radionuclide deposition significantly exceeded levels in areas covered by the U.S. Radiation Exposure Compensation Act (RECA). These findings include deposition in all 48 contiguous U.S. states. They provide an opportunity for re-evaluating the public health and environmental implications from atmospheric nuclear testing. Finally, our findings also speak to debates about marking the beginning of the Anthropocene with nuclear weapons fallout. Our deposition estimates indicate that direct fallout from Trinity, a plutonium device, reached Crawford Lake in Canada, the proposed "golden spike" site marking the beginning of the Anthropocene epoch, starting on July 20, 1945.

연구 동기 및 목표

• 제한된 모니터링 및 데이터 접근성으로 인해 기존에 종합적이고 고해상도의 핵실험 침강 데이터가 부족한 데 대비하기 위해.
• 뉴멕시코와 네바다주에서 실시된 94건의 핵실험 중 폭발력이 충분하여 머리카락 구름을 형성할 수 있었던 실험들에 의해 발생한 방사성 뉴클리드 침강을 연방주 전역에서 정량화하기 위해.
• 중요한 침강 노출을 겪은 지역들이 미국 방사능 노출 보상법(RECA)의 적용 범위를 벗어나는지 평가하기 위해.
• 트리니티 핵실험의 영향이 세계적 방사능 침강을 시작시켰는지 평가하고, 특히 캐나다 크로포드 레이크에 제안된 인류대 경계 지점과의 잠재적 연관성을 검토하기 위해.

제안 방법

• 핵실험 당시의 대기 조건 재구성을 위해 미정부 기록과 고해상도 역사적 기상 재분석 데이터(예: ERA5-Land)를 통합.
• 각 핵실험 후 5일간 방사성 뉴클리드의 확산 및 침강을 시뮬레이션하기 위해 대기 순환 모델링을 적용.
• 연방주 전역에서 세부적인 침강 추정치를 도출하기 위해 10킬로미터 공간 해상도와 1시간 시간 해상도를 활용.
• 트리니티 핵실험 데이터(1945년 7월 16일)를 통합하여 10일간의 장거리 이동을 포함한 침강 확산을 모델링.
• 가용한 알려진 침강 패턴 및 역사적 모니터링 데이터와의 비교를 통해 모델 출력값을 검증.
• 각 폭발에서 방사성 뉴클리드의 이동 및 침강을 시뮬레이션하기 위해 라그랑주 입자 확산 모델을 사용.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 1945~1962년 동안 뉴멕시코와 네바다주에서 실시된 94건의 대기 핵실험 후, 연방주 전역에서 방사성 뉴클리드 침강의 공간적·시간적 분포는 어떻게 되었는가?
• RQ2 미국 방사능 노출 보상법(RECA)에서 인정하는 기준을 초과한 침강 수준을 기록한 지역은 어디인가?
• RQ3 1945년 7월 16일 실시된 트리니티 핵실험으로 인해 캐나다 크로포드 레이크에 측정 가능한 방사능 침강이 도달했는가? 이는 인류대 기원 경계 지점으로 제안된 곳이다.
• RQ4 고해상도 침강 재구성은 이전의 대기 핵실험으로 인한 환경적·공중보건적 영향 평가에 비해 어떤 방식으로 향상되었는가?
• RQ5 미국 핵실험의 침강이 직접적인 시험 지역을 초월하여 인구 밀도가 높거나 생태적으로 민감한 지역으로까지 확산되었는가?

주요 결과

• 미국 대기 핵실험으로 인한 방사성 뉴클리드 침강은 전 연방주 48개 주 전역에 도달하여, 이전에 기록된 지역을 초월한 광범위한 환경 오염을 시사한다.
• RECA 적용 범위를 벗어난 중요한 침강 노출 지역이 확인되어, 노출된 인구의 일부가 부족하게 반영되었을 가능성이 있다.
• 1945년 7월 16일에 실시된 트리니티 핵실험의 직접적인 침강이, 인류대 기원의 '골든 스플라이스' 지점으로 제안된 캐나다 크로포드 레이크에 도달했다.
• 침강 추정치에 따르면 트리니티 핵실험의 침강 물질이 1945년 7월 20일 크로포드 레이크에 도착했으며, 이는 인류대 기원의 잠재적 연대 기준점이 될 수 있다.
• 본 연구의 고해상도 모델링(10km, 시간당)은 이전에 보고되지 않은 침강의 공간적 패턴을 드러내었으며, 특히 하류 및 횡류 지역에서 두드러졌다.
• 침강 재구성 결과는 역사적 기상 재분석과 대기 순환 모델링을 조합함으로써, 제한된 역사적 모니터링 데이터 조건에서도 신뢰할 수 있는 고해상도 침강 추정치를 도출할 수 있음을 입증한다.