1.人工放射性降下物

気象研究所では、大気圏での人工放射性核種の濃度変動の実態とその変動要因を明らかにすべく、米国、旧ソ連等が盛んに大気圏内で核実験を実施していた1954年4月に放射性降下物（いわゆるフォールアウト）の全β観測を開始した。核種分析は1957年に始まり、以降現在に至るまで50年を超えて途切れることなく継続されている。特に気象研究所での観測値は、福島事故以前においても検出限界以下とせず、必ず数値化を行ってきた。この観測時系列データは、地球環境に人工的に汚染物質を付加した場合、汚染物質がどのような環境動態をとるのかを如実に反映しているのと同時に、まだ完全に分析を終えていないが、2011年3月の福島事故によりどのような水準で変動が生じたかを示す貴重な時系列となると考えている。対象は重要核種である⁹⁰Sr、¹³⁷Csである。

人工放射能は主に大気圏内核実験により全球に放出されたため、部分的核実験禁止条約の発効前に行われた米ソの大規模実験の影響を受け1963年6月に最大の降下量となり（⁹⁰Sr 約170Bq/m²、¹³⁷Cs 約550 Bq/m²）、その後、成層圏でのエアロゾル滞留時間、すなわちおよそ１年の半減時間をもって指数関数的に低下した。しかし、1960年代中期から中国核実験の影響で降下量は度々増大し、1980年を最後に大気圏内核実験は中止されたので漸く低下した。さらに、1986年4月の旧ソ連チェルノブイリ原子力発電所の大規模な事故により放射能の降下量が再び増大した。大気圏内核実験とは異なり、チェルノブイリ事故では成層圏に大量に放射能は輸送されなかったため、この影響は長く続かず、1990年代になると⁹⁰Sr、¹³⁷Csの降下量は大きく低下した。このため、試料採取に4m²の大型水盤を用いている気象研究所以外では検出限界以下となって、降下量を容易に数値化できなくなり、気象研究所での観測記録は我が国のみならず、世界で唯一最長の記録となった。1990年代以降、⁹⁰Sr、¹³⁷Csの月間降下量は数～数10 mBq/m²で推移して、「放射性降下物」とは呼べない状況が福島事故発生まで継続した。

人工放射能の地球環境への投入は全地球規模のトレーサー実験に例えることが出来、気象研究所では、投入されてからの期間におけるこの変化を降下物という形態で眺め続けてきた。この20年間あまりの観測で明らかとなったのは、大気中の人工放射性核種の発生源が、再浮遊（一旦地表に沈着したものが、表土粒子と共に再び大気中に浮遊する現象）が主となったことである。再浮遊は、永らく、近傍の畑地などからの表土粒子が主体と信じられてきた。ところが、気象研究所での降下物の¹³⁷Cs/⁹⁰Sr放射能比は、つくばで採取した表土、さらに我が国表土全般の¹³⁷Cs/⁹⁰Sr比と一致せず、再浮遊には近傍以外の起源があることがわかった。すなわち、大規模、かつ長距離を輸送される黄砂などの風送塵（正体は大気中に浮遊した大陸の表土粒子）が微量ながら放射能を運んでいることがわかってきた。2000年代には黄砂現象が激しくなり全国各地で¹³⁷Csが大気降下物試料に検出され話題となった。また、化学輸送モデルによる研究も進展したため、我が国での風送塵仮説に関連する研究が増え、定説となりつつある。

他方、1990年代後半には我が国の核施設における事故や、2000年代半ば以降には北朝鮮による地下核実験が実施されるなど、さまざまな出来事があったが、大気中へ放出された人工放射能の量は我が国の放射能降下量に影響するほど膨大なものではなく、気象研究所の時系列にもその痕跡はうかがえなかった。

このような背景の下に進められた研究、すなわち、本誌に採録した最近の英文論文の内容をまとめると、以下の如くである。

2000年代以降、我が国に影響を及ぼすような大規模な黄砂が頻発している。大陸での発生領域が、従来からのタクラマカン、ゴビ砂漠から、さらに東および北へ拡大していることと関連すると指摘されている。この領域拡大は、アジア大陸におけるダスト放出域が、従来の乾燥地帯から、2000年代に砂漠化が進行した半乾燥－ステップ地帯へ移動しているためと推定できる。ごく微量だが、⁹⁰Sr、¹³⁷Cs等を我が国に運搬している黄砂につき、その発生領域が上記のように変動し、我が国に影響している可能性を調べるため、黄砂発生が近年報告されている地域-モンゴルの東半分の地域で2007年秋に現地調査を実施、表土試料を多数採取した。

⁹⁰Srと¹³⁷Csは、ともに降水により沈着しているため、降水量に比例して土壌カラムに存在すると想定できる。また、⁹⁰Srは降水による溶脱が¹³⁷Csに比し早いことから、両核種の表土での比放射能（濃度）と放射能比（¹³⁷Cs/⁹⁰Sr比）は、降水量に依存性があると考えられる。このことを確認するため、モンゴルにおける降水量観測値から年平均降水量マップを作成し、各試料採取地点での平均降水量と表土中の⁹⁰Sr、¹³⁷Cs濃度、¹³⁷Cs/⁹⁰Sr比との関係を調べた。

⁹⁰Sr、¹³⁷Cs濃度、¹³⁷Cs/⁹⁰Sr比のいずれについても、年平均降水量と有意な相関を示し、相対的に湿潤な（乾燥した）領域において、⁹⁰Sr、¹³⁷Cs濃度および¹³⁷Cs/⁹⁰Sr比が高い（低い）傾向にあることがわかった。表土ダストに含まれる⁹⁰Sr、¹³⁷Cs濃度や放射能比は、ダスト発生地域の気候条件のプロキシとして利用できることが示された。また、黄砂発生源の地域的な変動があった場合には、発生するダストのこれらパラメーターに変化が生ずると考えられる。

¹³⁷Csを横軸とし、¹³⁷Cs/⁹⁰Sr比を縦軸としてプロットしたとき、つくばの表土、つくばでの降下物、大陸表土は異なる領域にプロットされることがわかった。つくばでの降下物は、つくば表土と大陸乾燥領域の表土の混合によって表現でき、また1990年代春季の降下物に比し、2000年代春季の降下物は、特に¹³⁷Cs/⁹⁰Sr比が増加する傾向にあり、大陸の相対的に湿潤な領域からの表土の寄与を受けていることが示された。

2000年代以降、我が国に影響を及ぼすような大規模な黄砂は、タクラマカンではなく、ゴビ砂漠やさらに東や北の領域で発生していると考えられるが、このダスト放出領域拡大は、従来の乾燥地帯に加えて、半乾燥－ステップ地帯が砂漠化したことによると結論できた。
本研究のモンゴル表土の分析値は、53 μmの篩を通過する土壌粒子画分から得たものであるため、大気中を実際に数千km輸送され得る数～10 μmというような微少粒径画分の分析値を元に、検証する必要がある。そこで、空気力学的な分離法を用いて得た微小な粒径画分（～10 μm）について分析を進めた結果、微小粒径画分での⁹⁰Sr、¹³⁷Cs濃度値は53 μm画分より上昇するものの、¹³⁷Cs/⁹⁰Sr比は53 μm画分と微小粒径画分のデータはほとんど変化せず、全体的な結論は変わらないことが示された。

2011年3月11日の東日本大震災にともなう東京電力福島第一原子力発電所の事故により、新たに大気環境へ放射性物質が大量に放出され付加された。この大規模な汚染によって、大気環境中での人工放射性核種の濃度水準も大きな影響を受けた。関東地方においても表土の汚染は顕著であり、これまで黄砂のトレーサーとして⁹⁰Sr、¹³⁷Csに着目してきたが、環境における人工放射性物質の分布は大きく変わってしまった。今後の大気降下物の観測データに、関東地方よりも小さな領域スケールでの再浮遊の状況が大きな影響を及ぼしていくのは間違いないことであろう。

〔掲載論文〕
Y. Igarashi1, H. Fujiwara, and D. Jugder, Change of the Asian dust source region deduced from the composition of anthropogenic radionuclides in surface soil in Mongolia, Atmospheric Chemistry and Physics,11, 7069-7080, doi:10.5194/acp-11-7069-2011,2011.

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