2. 海水中の人工放射能:東電福島第一原子力発電所
事故後の太平洋における137Csの観測結果





海洋環境における人工放射性核種は1945年以前には全く存在しなかったものである。太平洋における人工放射性核種の起源の大部分は1960年代前半までの大気圏核実験によるものである。これらの人工放射性核種が数十年という期間に海洋環境においてどのように振る舞うかについて、気象研究所では長期にわたり研究を実施してきた。本章では、東電福島第一原子力発電所事故後の太平洋における137Csの観測結果を事故前の観測結果と併せて報告する。



1)観測の概要

2011年3月11日に東電福島第一原子力発電所事故が発生し、人工放射性物質が環境中に放出された[7, 8]。この事故に由来する人工放射性物質の海洋への輸送経路で確認されたおもな経路は、人工放射性物質が大気中へ放出された後海洋へ降下する経路および海洋への直接漏洩の経路の二つである。海洋に入った後はそれらが海水とともに動くことによってその分布は変化していった。

2011年4月から2012年3月にかけて東電福島第一原子力発電所事故による放射性セシウム同位体(134Csと137Cs)の広がりを知るため北太平洋全域で観測を実施した。試料採取地点を図1に示す。コンテナ船や自動車輸送船のような篤志船に依頼した場合は表面水のみの採取であり、試料量は通常2リットルとしている。観測船/研究船の場合は海洋内部への広がりを把握するために鉛直方向にも採取し、試料の量は10-20リットルである[9, 10]。

図1 採取地点(2011年3月から2012年3月)



2)事故前の状況

東電福島第一原子力発電所事故以前でも太平洋全域において過去の大気圏核実験起源の137Csが検出されていた。図2に示すように、西部北太平洋表層での137Cs濃度は1960年代では10-100 Bq m-3であり、その後ゆっくり減少してきており、東電福島第一原子力発電所事故前の2000年代では 1-2 Bq m-3 程度であった[3-6]。また太平洋全域では、2000年代での太平洋表層での137Csの平面分布は、西部北太平洋中緯度域に極大を示し、北太平洋亜寒帯域で極小を示す分布であった。これらは、大規模核実験による降下のパターンと海洋内部の海盆規模の輸送により形成されたと考えることができる。

図2 西部北太平洋における事故前までの表層での137Cs 濃度変動



3)事故後の放射性セシウムの表層輸送過程

東電福島第一原子力発電所事故に由来する放射性セシウムの海洋での長期広域の挙動については気象研究所の観測に基づく研究及び他の研究者らの研究[11-18]によって明らかにされてきた。それらの結果あきらかになった東電福島第一原子力発電所事故に由来する放射性セシウムの北太平洋での分布と輸送経路は、以下のように纏めることができる。

東電福島第一原子力発電所は沿岸に立地しており、事故サイト近傍の海洋では北向きあるいは南向きの沿岸に沿う流れが卓越していることから、海洋へ直接漏洩した人工放射性物質は拡散ではなくその沿岸の流れの様相にしたがって輸送されたと考えられる。また、沿岸から沖合に視点を移すと、事故サイトの沖合である本州東方沖は、日本のはるか南からフィリッピン-沖縄沿いに北上してくる黒潮とアリューシャン列島から千島列島沿いに南下してくる親潮が出会い、さらに黒潮続流につながる東向きの流れが卓越している海域である。事故時には、沿岸では南向きの流れが卓越していたので、東電福島第一原子力発電所事故起源の人工放射性物質は、まず南に輸送され、その後東に輸送されることになった。

また、東電福島第一原子力発電所から大気に放出された放射性セシウムが日本から主に東や北東方向へ大気経由で輸送された結果を反映し、事故直後の2011年4-6月で図3に示すように西部北太平洋高緯度域で濃度が高い。また日本海側や日本の北および南では濃度が低い。また、北太平洋のところどころに大気経由で輸送されたものが局所的に降下してできたと考えられる周辺より高濃度となっている領域が北緯40度と北緯50度の間日付変更線付近や西経140度から150度付近に見えた。

図3 134Cs activity in the surface water during the period from Apr. 2011 to Jun. 2011 for the North Pacific Ocean (upper) and close to Japan (lower). Positions of Argo floats on 15 May 2011 are marked “A - G”. [Source reference 10 Figure 1]



図4 134Cs activity in the surface water during the period from Jul. 2011 to Sep. 2011 for the North Pacific Ocean (upper) and close to Japan (lower). Positions of Argo floats on 15 Aug. 2011 are marked “A - G”. [Source reference 10 Figure 2]

図5 134Cs activity in the surface water during the period from Oct. 2011 to Dec. 2011 for the North Pacific Ocean (upper) and close to Japan (lower). Positions of Argo floats on 15 Nov. 2011 are marked “A - G”. [Source reference 10 Figure 3]



表層での137Csの濃度が10 Bq m-3を越える領域は2011年6月には東経160度までしか到達していなかったが、その後海洋表層での輸送により東に移動し、2011年7-9月には図4 に示すように東経165度まで広がっている。2011年10-12月(図5)には東経170度程度まで広がっており、さらにその東側の東経170度から西経170度の領域でも、わずかな表層137Cs濃度の上昇が見出されている。

さらに、2012年1-3月(図6)では表層での137Csの濃度が10 Bq m-3を越える領域は東経180度線(日付変更線)付近まで達していることが観測された。この観測結果から東への移動速度を見積もると、270日間で1800 km移動したことになり、8 cm s-1という推定ができる。海洋物理学の観測から見積もられているこの海域での表層の流速は4-16 cm s-1であることから[19]、得られた速度は放射性セシウムが環境中に放出されたあと海洋表面から海洋に入った後よく溶けて海水と共に輸送されていることを示している。

図6. 134Cs activity in the surface water during the period from Jan. 2012 to Mar. 2012 for the North Pacific Ocean (upper) and close to Japan (lower). Positions of Argo floats on 15 Feb. 2012 are marked “A - G”. [Source reference 10 Figure 4]]



4)海洋内部への輸送

その後、2011年と2012年の間の冬季に冷却により表層を輸送されていた福島事故起源の137Csは、表層からサブダクションによる亜熱帯モード水あるいは中央モード水の生成に伴って海洋内部へ輸送されたことが観測から判っている。図7に示すように2012年6月の時点で、東経165度線北緯40度では海水中蓄積量の80%が200m以深に存在している。

図7 137Cs cross section along 165 oE in June 2012



参考文献

  1. M. Aoyama, (Ed.) 2011, Meteorological Research Institute: Tsukuba.
  2. M.R.I. [cited 2013 June 13]; Available from: http://www.mri-jma.go.jp/Welcome.html.
  3. 青山道夫, 五十嵐康人, and 廣瀬勝己, 科学, 82(4), p. 442-457, 2012.
  4. Inomata, Y., M. Aoyama, and K. Hirose, Journal of Environmental Monitoring, 11(1), p. 116-125, 2009.
  5. Aoyama, M. and K. Hirose, ScientificWorldJournal, 4, p. 200-15, 2004.
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  7. Terada, H., et al., J Environ Radioact, 112, p. 141-54, 2012.
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  11. Honda, M.C., et al., Geochem. J, 46, p. e1-e9, 2012.
  12. Kim, C.-K., et al., Journal of Environmental Radioactivity, 111(0), p. 70-82, 2012.
  13. Inoue, K., et al., Radiation Protection Dosimetry, 2012.
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  16. Kaeriyama, H., et al., Biogeosciences Discussions, 10(2), p. 1993-2012, 2013.
  17. Kumamoto, Y., et al., Appl Radiat Isot, 2013.
  18. Inoue, M., et al., J Environ Radioact, 109, p. 45-51, 2012.
  19. Maximenko, N., et al., Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 26(9), p. 1910-1919, 2009.


[掲載論文]

  1. Aoyama, M., Uematsu, M., Tsumune, D., and Hamajima, Y., 2013. Surface pathway of radioactive plume of TEPCO Fukushima NPP1 released 134Cs and 137Cs. Biogeosciences, 10, 3067?3078, DOI: 10.5194/bg-10-3067-2013.

  2. Tsumune, D., Tsubono, T., Aoyama, M., Uematsu, M., Misumi, K., Maeda, Y., Yoshida, Y., and Hayami, H., 2013. One-year, regional-scale simulation of 137Cs radioactivity in the ocean following the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident. Biogeosciences, 10, 5601-5617.

  3. Povinec, P.P., Aoyama, M., Biddulph, D., Breier, R., Buesseler, K., Chang, C., Golser, R., Hou, X., Je?kovsky, M., and Jull, A., 2013. Cesium, iodine and tritium in NW Pacific waters?a comparison of the Fukushima impact with global fallout. Biogeosciences, 10, 5481-5496.

  4. Aoyama, M., Tsumune, D., Uematsu, M., Kondo, F., and Hamajima, Y., 2012. Temporal variation of 134Cs and 137Cs activities in surface water at stations along the coastline near the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant accident site, Japan. Geochem. J, 46, 321-325.

  5. Honda, M. C., Aono, T., Aoyama, M., Hamajima, Y., Kawakami, H., Kitamura, M., Masumoto, Y., Miyazawa, Y., Takigawa, M., and Saino, T., 2012. Dispersion of artificial caesium-134 and-137 in the western North Pacific one month after the Fukushima accident. Geochem. J, 46, e1-e9.



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