Oceanus Online Archive

» English version 福島の原発事故によって、前代未聞の量の放射能が短期間で海域に流出した。セシウムその他の放射性物質体が断続的に流出することで、海洋生物の食物連鎖はどのように影響を受けたのだろうか。2012年11月の「海洋放射能汚染に関する国際シンポジウム」で、それについての基礎的な資料を提供したのがスコット･ファウラー教授である。彼は、海洋放射線生態学の先駆者として国際原子力機関海洋環境研究所（IAEA-MEL）で30年以上勤務してきた。 食物連鎖は、海洋植物プランクトンから始まる。これは微小な植物であり、その光合成量は陸上の植物全体の光合成量と同程度にもなる。海洋植物プランクトンは周囲の海水から放射性汚染物質を取り込む。そして、植物プランクトンが、より大きな動物プランクトンに摂食され、さらに小型魚類、そしてより大きな生物へと食物連鎖のピラミッドをのぼっていく。それにともない、汚染物質の一部は最終的に海底に堆積するそれら生き物の糞その他からなる「デトリタス粒子」に含まれることになる。デトリタス粒子は堆積物に蓄積し、それに含まれる放射性核種（放射性物質）の一部は、微生物および化学過程を通じて上層の水中へと再び移動する場合もある。 海洋生物にどのくらいの放射能が取り込まれるかには、さまざまな要因がある。もちろん、生物が放射能にさらされる時間の長さは重要である。さらに、生物の大きさと種、関与する放射性核種、水温と塩分、水中の酸素量、生物の成長段階など、多数の要因も重要である。 また、「自然バックグラウンド放射線がもともと海のいたるところにあるのを忘れないことです」と彼は言う。例えば、ポロニウム210とカリウム40は海中で自然発生する放射性核種である。カリウム40は海中に最も豊富に存在する放射性核種であるが、ポロニウム210の方がカリウム40よりも海洋生物内に蓄積しやすい。 ｢魚類その他の海洋生物が受ける放射線量の大半は、ポロニウムによるものです｣。 ファウラーは放射性同位体が海水から海洋生物に吸収されるという第１の経路に関し、1980年代初期の実験において、プルトニウム量には生物の分類群によって非常に大きな差があることを実証した。植物プランクトンは、微小動物プランクトンの約10倍プルトニウムを蓄積し、微小動物プランクトンは、二枚貝の100倍プルトニウムを取り込んでいた。タコとカニのプルトニウム取り込み量は二枚貝の約半分だったが、海底近くに生息する魚類よりも約100倍大きかった また、環境に存在する放射性核種ごとに、各生物で異なる取り込み量が示された、と彼は言う。 放射性同位体が堆積物から海洋生物へ移動する第2の経路は、複雑なものである。ファウラーによると、アメリシウムの取り込み量を測定した実験では、汚染堆積物にさらされた蠕虫は二枚貝より有意に多くの放射性同位体を取り込んだ。ただし、蠕虫も二枚貝も、炭素鉱物を多く含む大西洋の堆積物より、シリカ鉱物を多量に含む太平洋の堆積物からはるかに多くの放射性核種を取り込んだ。 第3の経路である食物は、場合によっては、最も重要な取り込み因子になる。摂取された放射性同位体は消化器を通じて体内に同化されるが、これは体外環境から吸収された場合より、はるかに効率の良い経路である。ファウラーによれば、特に海底近くに生息するヒトデやウニなどの海洋無脊椎動物は、摂取した広範囲な放射性同位体を効率的に吸収する。だが、幸いなことに取り込んだ放射能は排泄され、次第に失われていく。 プランクトンからマグロへ ファウラーの長年の研究仲間であるニコラス･フィッシャー教授は、福島で最も大きく影響をおよぼした同位体に焦点を絞った。フィッシャーはストーニーブルック大学放射性の海洋生物地球化学者で、海洋生物における金属と放射性同位体の行き先を35年間にわたって研究している。その研究対象には放射性廃棄物に伴う放射性核種も含まれている。彼と研究室メンバーは、2011年6月、ウッズホール海洋研究所のシニアサイエンティストである海洋地球化学者ケン･ベッセラー博士が中心となって日本の沖合で行った調査航海に加わった。 試料として採取したプランクトンと魚を分析したところ、一貫してセシウム134とセシウム137が見つかった。福島第一原発事故でセシウムとともに多量に流出した放射性核種であるヨウ素131は、当然のことながら見つからなかった。「ヨウ素131は半減期がわずか8日であるため、事故から2か月後には検出できなくなっていました」とフィッシャーは説明する。 セシウムはまた別の問題である。1960年代の冷戦時代、大気圏内で行われた核実験に端を発するセシウム137は、海とそこに生きるものたちに今なお痕跡を残している。それに比べてセシウム134ははるかに短命であるが、それでも数年は存在し続ける。 セシウムは、海水に豊富に含まれる非放射性セシウム、そして自然発生するカリウムとナトリウムなど、いくつかの可溶性同位体と競合して、生物および粒子に吸収される。海水と比べ、淡水ではカリウムおよびナトリウム同位体がはるかに少ないため、セシウムの取り込み量は海洋生物より淡水生物の方がいちじるしい。 セシウムの化学特性はカリウムと似ており、どちらも最終的には魚類その他の海洋生物で同じ組織、特に筋肉組織に含まれる。 また、魚類はかなり効率的にセシウムを排泄し、1日あたり数%を失う。そのため、魚類は新たな汚染源にさらされなければ、体内のセシウム濃度は時間とともに急速に低下する。 高次捕食生物において特に懸念されるのは、食物連鎖のピラミッドを上にのぼるにつれて放射性核種の濃度が高まることである。これを生態学者は「生物学的濃縮」と呼ぶ。この場合もやはり幸いなことに、「海洋の食物連鎖におけるセシウムの生物学的濃縮はさほどではなく、水銀、農薬のDDT、ポリ塩化ビフェニル（PCB）など多くの有機化合物よりははるかに低いです」とフィッシャーは述べる。 2011年の航海で、フィッシャーとそのチームは採取した全試料についてセシウムを測定した。その試料は主に動物プランクトンで、一部は魚類である。予測にたがわず、試料採取した生物のセシウム濃度は、沿岸に近づくほど高まった。また、放射性の銀110mもすべての動物プランクトン試料で検出された。ただし、すべてのケースでセシウムおよび銀同位体の量は同じ試料中の自然発生カリウム40よりいちじるしく低かった。 「私たちが採取･分析した魚類の放射能では、人が摂取しても問題を生じることはありません」が、同じ海域で水揚げされる他のすべての海洋生物にも同じことが言えるとは限らない、と彼は付け加えた。 通常より高濃度が持続している フィッシャー、ベッセラー、その他多くの科学者が頭を悩ませている問題がある。それは、低量ではあるが有意な濃度の放射能がいまも海中に存在し続けていることである。東京海洋大学の海洋化学学者、神田穣太教授は、福島近海を広範囲にわたって調査し、水深200mより浅い沿岸水域とその海底の堆積物に今なお存在するセシウムの量を算定した。神田の計算では、残留量は全排出量の3%未満で、残りはかなり以前に外洋へ流されている。 それでも、セシウム放射性同位体はこの海域で1m2あたり数十～数百ベクレルと測定されており、これは福島災害以前の濃度よりいちじるしく高い。さらに、より重要な点として、沿海の堆積物および数種の魚類で測定された濃度は周辺海域の濃度より高い。 この高い放射能には、3つの源があると神田は見る。1つは河川からの流出、つまり雨で近くの河川に流された放射性降下物が海に流出したもの、である。2つめは、原子炉建屋の地下から今も少量の汚染水が漏れ続けているのではないか、と神田は示唆する。しかしながら、いまだ魚類の組織で測定され続ける放射性セシウム濃度についての唯一妥当な説明は、魚が食物を通じて継続的に放射性セシウムを摂取していること、である。その疑いは3つめの海底の堆積物に向けられている、と神田は言う。 神田は、「沿海堆積物に合計95テラベクレル（1012ベクレル）のセシウムが存在すると推定し、それがどのようにしてそこにたどり着いたかが問題です」と言う。セシウムは水面でプランクトンに摂取され、糞粒として海底へ沈んでいっている可能性がある。実際、浅水域のプランクトンが高濃度のセシウムを呈することはある。また、河川から流されてきた有機物の小片とともに海底に到達している可能性もある。一方で、汚染水に接触した粘土粒子にセシウムが吸着した可能性もあるが、そのような放射性セシウムは粘土粒子に強く結合するため、海洋生物には取り込まれにくい。 堆積物は複雑なものである。一粒の砂のように見えても、間近で見ると、たいていは鉱物、有機物、および間隙水（粒子間の小さなすき間を満たしている水）の混合物である。これら凝集体への汚染物質取り込みについては、よくわかっていない。ファウラー同様、神田も、「堆積物の組成と特性は場合によって大幅に異なっています」と言う。 このなくならない放射能の謎を解くには、福島沿岸域の海底を徹底して分析する必要がある。「地域の住民は心配しています。いつになったら漁業を再開できるのか知りたがっています。私たち科学者は、それに答えなければなりません」。 この謎を解く鍵は、いつまでセシウムが居座り続け、どのような経路で食物連鎖に取り込まれるかにある。セシウム137の半減期が30年であることを考えると、これからの数十年間、海底堆積物が食物連鎖の汚染源となり続けるおそれがある。

ウッズホール海洋研究所の海洋化学者ケン･ベッセラーは、福島原発災害から数週間で調査航海を実施し、各分野･機関の科学者とともに、福島原発から放出された放射性物質が海中および海洋生物に含まれていないか調べた (写真提供：ケン･コステル、WHOI) » English Version 2011年3月に起きた東京電力福島第一原子力発電所からの放射性同位体の流出は、事故による放射性物質の海洋への流出として史上最大の量を記録している。その大部分は、原子炉から流出した放射性物質であるヨウ素131、セシウム134、セシウム137である。2012年11月、東京で2日間行われた「海洋放射能汚染に関する国際シンポジウム：海洋へ与える福島原発事故の影響を探る」において、ケン･ベッセラー博士が報告した。 ベッセラーによると、これらの物質はどれも長期的な健康上の問題を生じさせるが、ヨウ素131の半減期はわずか8日であるため、数週間で実質的に環境から消失するはずである。半減期がそれぞれ2年および30年であるセシウム134とセシウム137は、今後数年間から数十年間にわたって海水に残留する。 現在、海に存在するセシウムの大半は、米国、フランス、およびイギリスが1950〜1960年代に大気中で行った核兵器実験の名残である。それより量は少ないが、1986年のチェルノブイリ原子力発電所事故からのもの、そしてイギリスのセラフィールド核処理施設からアイリッシュ海に投棄された長期に渡る低放射能レベルの廃棄物など特定の放出源からのものもある。 ただし、気象庁気象研究所の青山道夫主任研究官らの記録によると、日本の沖合における福島原発事故以前のセシウム137レベルは1m2あたり約2ベクレルで、世界でも最低レベルであったことがわかっている（1ベクレルは、毎秒1回の放射性崩壊イベントに等しい）。この背景に照らすと、2011年4月初めに測定された濃度はとくに警戒すべきものだった。福島原発の排水口付近の海水からは、1m2あたり最高6,000万ベクレルの濃度が報告されており、海生動物の生殖と健康に十分悪影響を及ぼす値であった。 福島に起源を持つセシウムの大半は、原子炉を冷却するため放水された数百万リットルの水が流出水または地下水として、海に流れ込んだものである。同発電所の建屋浸水で起こった大規模な漏水も、海へのセシウム流出源となった。4月初めに漏水が止められた後は、沿岸付近のセシウム濃度が劇的に低下した、と彼は言う。しかし、まったくなくなったわけではなかった。 ｢海洋混合による希釈により、濃度は短期間で十分バックグラウンドレベルまで低下するはずです｡しかし、私たちが得たすべてのデータによると、現場周辺の測定値は今も1m2あたり最高1,000ベクレルと高いままです｣。 ベッセラーは、その数値が環境にどれだけ影響を与えるかについての確認を急いだ。「1,000ベクレルといっても、セシウムの場合は大きな数字ではありません。たとえば米国環境保護庁が飲用水に定めている基準値より低いものです」。日本近海のセシウムがそのレベルであれば、海洋生物と人が被ばくしても安全だと彼は強調する。 ｢われわれは、直接的な被ばくより食物連鎖に取り込まれる可能性を心配しなければなりません｣。もう1つの問題は、いまだ高レベルにある放射性セシウムである。「数値が横ばいになり、事故前より高レベルにとどまっているということは、福島原発から小規模ながらまだセシウムの流出が続いているということです」。 放射能の経路と速度 沿岸から離れた外洋では、まず風で海へ運ばれた大気からの放射性降下物による放射能が検出された。その風によって放射性降下物の80%以上が海域へ向かったため、陸上での放射能被ばくは限定された。 事故からわずか数週間後、海洋研究開発機構（JAMSTEC）の本多牧生博士らによる調査航海により、福島から約1,900km離れた海域で、低レベルのセシウム137とセシウム134両方が検出された。これだけの短期間に海流で運ばれてくるにはあまりに遠い場所である。セシウム134は海中で自然に存在せず、半減期がわずか2年である。本多は、「この比較的短命なセシウム134同位体が検出されたことは、汚染が福島原発から来たものだという決定的な証拠です。核兵器実験あるいは福島原発事故以前の他の発生源から来たセシウム134は、すでに消失して長い期間が経っているはずだからです」と報告している。 2011年6月、ベッセラーは調査船カイミカイ･オ･カナロア号での調査航海を手配し、福島原発から流出した放射性物質の移流拡散状況を、外洋水をはじめ海洋生物などについて広範囲に調査した。600kmの沖合で調査を開始し、機能停止した原発から30km以内の海域へと向かった調査チームは、ジグザグに航路をとり、1,000mの深海から海水試料を採取、植物プランクトン、動物プランクトン、および小型魚類といった試料も採取した。また、漂流ブイも20個放流した。このブイは海流とともに移動して人工衛星経由で各々の位置がわかるようになっている。 先述の日本人科学者たちと同様、ベッセラーのチームも採取した海水から高濃度のセシウム137とセシウム134を検出した。ただし、その濃度は試料採取した海域によって大きく異なり、関与する海流が複雑であることが示された。太平洋を東へ向かう強大な黒潮の流れはその中で最も決定的な影響を及ぼす。 ｢黒潮に到達して最初に気づいたのは、セシウム134の存在を検出できなかったことです｣とベッセラーは言う。科学者たちは、黒潮の流れは放射性物質で汚染された水が黒潮を横切り南に広がることを妨げる役割を果たし、また、黒潮より南へは大気からの放射性物質もほとんど運ばれず降下していないことを確かめる事ができた。 彼によると、沿岸に近づくほど測定される放射能レベルは高まった。これは予測通りだったが、意外なことに、それらの高レベルは福島近海ではなく、それよりかなり南の茨城沖で見られた。一見異常なこの値は、大きな「環流」すなわち渦が、汚染物質を閉じ込めて沿岸に沿って南へ運んだ結果であることが漂流ブイのデータから示された。 時間とともに、漂流ブイは、その海域における複雑な流れを明らかにし、より広大な海域へ放射性物質が運ばれる経路と速度を特定する助けとなった。漂流ブイの放流から1年後、ブイの大部分は黒潮北側に位置し、北太平洋の中央部まで到達したことが、ウッズホール海洋研究所の海洋学者スティーブ・ジェーンにより示された。これらのデータ、そして青山の計画したプロジェクトによって民間のボランティア観測協力船が採取した表面水試料により、海中に混合したセシウムが、1日あたり約7kmの速度で東へ流れていることが示された。その速度から、1年後には測定可能なセシウムが少量ながらアメリカ西海岸沖に現れる、とベッセラーは言う。 海のモデル化 海に試験紙を浸して簡単に放射能を測定するわけにも、定期調査航海もままならずという状況下で、放射性物質の継続的な拡散を測定できない科学者たちが福島原発の放射能の行く先を予測するためには、海洋数値モデルに頼らざるをえない。海洋研究開発機構の升本順夫博士は、海流力学に関する最高の知見を組み入れた数値モデルであっても、北太平洋の日本沖の複雑な沿岸海流をモデル化する作業は困難を極めると、東京の「フクシマと海」シンポジウムで語った。 特に、福島沖の海水は、千葉沖合まで北上して東へ曲がる黒潮と、北の海から南下してくる低温で低塩分の親潮に挟まれている。これら2大海流が北西太平洋で衝突する場所では、海水がダイナミックに混合されて豊かな漁場が生まれる。また、この海域では100〜1,000km規模の渦と、複雑で小規模な影響も生じるが、これらすべてを大規模シミュレーションに考慮しなければならない。「これら沖合の現象に沿岸域の現象を加味し、さらにそれら2つの相互作用も考慮する必要があります」。 この難題に取り組むため、海洋研究開発機構グループは、モデルを入れ子状にしたシステムを開発した。一部のモデルは広域をカバーして細部の精度を犠牲にし、他は限定された領域を重視して細部を詳細に再現する。 JCOPE（日本近海の海洋変動予測システム）と呼ばれるその基本モデルは、全球規模の海洋シミュレータである。JCOPE2は北西太平洋域のみカバーする領域モデルで、温度と塩分に関する観測データを組み入れて現実の海流に近づけている。その領域モデルに組み込まれて精度を上げているのが、潮汐効果をシミュレートする沿海モデル、JCOPETである。 升本は、これら各拡散モデルの精度、および日本その他の研究機関で現在利用されている他のいくつかのモデルの精度が、計算開始前に入力される実際の測定値に大きく依存することを強調した。 ｢観測データは時間･空間的に極めて制限されており、どのモデルが最良かは判断できません」と升本は述べる。特に、海洋に流入した放射性物質の量については依然不確かな点が多いため、その判断は難しい。 ベッセラーは、セシウム137総流出量の推定値を見直し、「15〜30PBq（ペタベクレル、1015Bq）に収束し始めています」と述べた。これはチェルノブイリ事故で海洋に流出した量と比べてわずかに多い程度である（なお、チェルノブイリ事故で環境に流出した総量は、85 PBqとはるかに多かった）。 大気降下物として放出したセシウム137に関する推定値の大半は、10〜15PBqの範囲に収まる。ベッセラーによる直接の放出量に関する推定値は3〜15PBqで、より不確かである。また、これら総量推定値は、ストロンチウム90など、存在量はセシウムよりはるかに少ないが、影響が心配されている他の放射性同位体の放出量を考慮していない。ストロンチウム90は魚の骨に蓄積されて食卓に上る可能性があるが、現在も原発から漏れ続けている汚染水から除去されてはいない。…