「福島第一原子力発電所での事故による放射性物質放出の海洋への影響」についての現状認識の総括
2011年7月11日
出典：http://www.irsn.fr/FR/Actualites_presse/Actualites/Documents/IRSN-NI-Impact_accident_Fukushima_sur_milieu_marin_11072011.pdf
この報告は、5月13日に「福島第一原子力発電所での事故による放射性物質放出の海洋への影響」改訂版を発表した以降に、IRSNが得た新たな情報について、紹介、コメントするものである。
福島第一原発事故後、おびただしい放射能汚染が海洋環境を襲った。原発から汚染水が直接放出され、4月8日まで続いたことが主な原因である。また、それより影響は少ないが、3月12日から22日までの間に大気中へ放出された放射性核種の一部が海に降下したことも原因として挙げられる。原発の近辺において、3月末から4月初旬の海水の汚染濃度は、セシウム134とセシウム137で１リッター当たり数万ベクレル（Bq/L）となり、ヨウ素131では十万Bq/Lを超えた。ヨウ素131は半減期が8日であるのために急速に減少し、5月末には検出限界値以下となった。この地域では、セシウム濃度は4月11日から減少しはじめ、4月末には100Bq/L、6月には数十Bq/Lとなった。海水に溶けた放射線核種は海の流れにのって、徐々に濃度を下げながら、太平洋の広い範囲で広がり続けている。放射性セシウムは北太平洋において、数年にわたり検出され続けるであろうが、その濃度はかなり低いものとなるであろう（海水に常時存在する自然放射性核種であるカリウム40の濃度の5000分の1）。
放射性核種は、海中を漂う粒子に固着して沈降し、海底表層に堆積して海底を汚染する。この海底汚染は特に原発の沿岸部において顕著であり、4月末に検出された後、5月と6月にも検出された。
原発周辺沿岸域の海水汚染は明白であり、汚染された土壌から流出する表面水（陸水）によって海に放射性物質が流入し続けるため、汚染はしばらく続くであろう。
海水の放射能汚染により、そこに生育する植物や動物も汚染される。福島第一原発南側の沿岸で4月末まで獲れたコウナゴから検出された放射性核種の濃度は１キログラム当たり数百から数千ベクレルであり、最大許容濃度の25倍に達するまでになっていた。福島県で採取されたそのほかの魚介類でも、１キログラム当たり数十から数百ベクレルの著しい汚染が検出され続けており、海水による分散によって海水中の放射性核種の濃度は減少するとはいえ、引き続き監視が必要である。
1. 海洋における放射能汚染の起源
1.1. 原発周辺で3月21日以降に観測された高濃度放射能汚染
福島第一原発周辺の海域では、3月21日以降、数日にわたって、放射能による著しい汚染が観測された。
海水中で検出された主な放射性核種は下の通りである。
検出された主な放射線核種
放射線核種 半減期
ヨウ素131（131I） 8日
セシウム137（137Cs） 30.15年
セシウム134(134Cs) 2.1年
セシウム136(136Cs) 13.1日
テルル132/ヨウ素132(132Te-132I) 78時間
その他の人工放射性核種も時折検出されたが、そのほとんどは半減期の短いもので、濃度も低かった。
その後、海洋での監視の対象となった主な放射性核種は、ヨウ素131（131I）とセシウム137(137Cs)である。ヨウ素131は事故発生時には主要核種であったが、半減期が短いため、その後の数週間で急速に減少し、5月下旬以降には不検出に至った。
放射能汚染には3つの源がある。原発からの放射性物質を含む液体の流出、大気へ放出された放射性物質の海面への沈着、そして汚染された土壌から溶出した放射性物質の移動である。海洋に流れ込んだ放射性物質の量は近似的にしかわかっていないが、時間とともに試料数が増えており、そのデータを解析することで、徐々に推定量の確度が増している(後出の2.2参照)
1.2．事故のあった原子炉に近い海域への直接放出
福島第一原子力発電所のすぐそばで測定された海水中の高濃度は、放射性物質を含む液体が漏出した結果であり、この液体は複数の源から漏出したと考えられる。これには、損傷した原子炉を冷却するために用いられた水の一部が、大気放出によって高濃度汚染された資材と接触した後に海に流れ出たものが含まれている。その他には、２号機と３号機の原子炉建屋から漏出した水がある。特に、２号原子炉のタービン建屋に隣接した排水溝の割れ目が、高濃度汚染水の海洋への直接の漏出を引き起こした。東電はケイ酸ナトリウムを注入して割れ目をふさぐことにより、現地時間4月6日6時頃、この漏れを止めた。
他方、4月4日から10日にかけ、東電は“低レベル汚染水”を海に意図的に放流した。これはタンクに貯蔵されていた10,000トンの廃液である。
4月10日以降も、海への直接排出はあったかもしれないが、敷地近くでの計測では、濃度が下がっており、それ以前の排出よりも明らかに少ないものであったことをうかがわせる（後出2.1参照）。
下の表1に、東電が6月に発表した、海洋への直接放出の算定量を示す。
表1 東電発表 事故原子炉近海への直接放出算定量 （原子力安全に関するIAEA閣僚会議に日本政府が提出したリポート – 東京電力福島原子力発電所事故、2011年6月）
この推定によると、主な放出は4月1日から6日の間にあり、総量は4.7×1015 Bq（4.7 ペタベクレル、１ペタベクレルは千兆ベクレル）とされる。
1.3．海表面上への大気からの沈着
主に3月12日から22日にかけて、福島第一原発の原子炉建屋の爆発とベント（圧力開放）により大気中に放射性物質が放出され、特に海上方面へ向けて拡散していった。この大気プリューム（訳注：プリュームとは、煙突から立ち上る煙のような広がる流体中の一群の塊）に含まれる放射性核種の一部は海面に落下し、表層水の汚染は原子力発電所から数10 km にまで拡散した（図1）。海上での測定値からIRSNが計算した大気由来の負荷量はセシウム137で6,4×1014Bq（0.64ペタベクレル）であるが、これは暫定値であり、現在もIRSNで調査中である。このうち95%は雨によるものである。
図1 3月23日に大気から海に沈着したセシウム137の推定結果。IRSNの大気中の拡散予測を基にして算出。
1.4．汚染された土壌から溶出した放射性汚染物質の移動
福島第一原子力発電所から放出された放射性物質の一部は、大気中を分散する間に、雨水とともに地上に落下し、さらに、地表を流れて海洋へ移動した可能性がある。この放射性物質を含む雨水によって汚染された陸域の面積は数千平方キロメートルとなる可能性がある。現時点で利用可能な測定結果からは、これらの拡散による加入経路と他の放射能汚染経路を区別することはできない。この加入経路の区別は、おそらく、事故の数ヶ月後に、原発からの直接放出と大気からの降下による沿岸域の放射能汚染濃度が十分に減少した後に可能となるであろう。
2. 放射性汚染物質の海洋における分散
2.1．海洋汚染の時間経過
海水中の人工放射性核種の中でも最も量が多かったヨウ素131は、半減期が8日と短いために急激に減少した。事故のあった原発周辺でのヨウ素131の濃度は、5月末には検出限界値以下になっている（図2）。それ以降には、セシウム137及びセシウム134が、原発事故で海洋に広がった放射能汚染の主な核種となっている。
現在、原発近隣における海水中のセシウム137の濃度は、4月初旬の1000分の一になっており、その値は3 Bq/L付近で安定している。これは今でも汚染は続いているが、4月上旬よりも低いことを示している。この放射能汚染には、以下に示す複数の源があると考えられる。
- 原発に残留している汚染水の漏出の継続
- 汚染された土壌から溶出した放射性汚染物質の雨水による移動
- 海底堆積物に付着したセシウムの部分的な溶出
しかし、未だに、それぞれの源の割合を決めることはできていない。
図2 放出地点からの距離が500m以下の測点におけるヨウ素131及びセシウム137の濃度の時間変化
図3から6に、海水中のセシウム137の空間分布を示す。これは、研究対象となる海域で、4月20日から27日、4月28日から5月18日、5月19日から6月7日、6月8日から25日の４つの連続した期間中に計測された濃度データを解析し、その各々の期間別に算出した平均値から作成したものである。これらの期間の各々は、対象となる各海域で、データ数に大きな差がなく、数も十分に多くて、偏りのない解析結果を得ることができるように選定された。これらの図から、汚染の広がりが原発周辺にとどまっており、その濃度が時間の経過とともに急激に減少していくことを見て取ることができる。なお、これらの図で色付けされている部分は、検出限界値（約5Bq/L）以上の値が検出された海域である。
2.2. 海洋におけるセシウム137の影響評価
IRSNでは、連続した各期間別に作成した海水面におけるセシウム137濃度の分布図をもとに、明らかに高濃度な海域（図3から6の色付き部分）における海中のセシウム137総量の時間変化の算定を試みた。この算出では、海面で測定された濃度を海面下にも拡張した。その拡張には、文科省が入手した塩分及び温度の鉛直分布の観測結果を基に計算した混合層厚を用いた。
このようにして算出した総量の時間変化を図7に示す（黒い点はそれぞれの期間の中日に当たる）。この図は濃度が指数関数的に減少し、11日間で半減する（点線部）ことを示している（図7）。この図は、平均して、対象となる海域の海水の半分が11日ごとに汚染されていない水と交換していると考えても良いことを示している。
図7 4月上旬の放出後の、異なった期間における海水中のセシウム137の推定総量
(訳注：IRSN原文では対数尺度と線形尺度のグラフが左右逆になっていたため訂正した)
定常的な希釈が確認されたことにより、
- 新たな著しい汚染水の流入（原発からの残留汚染水の漏水、汚染した土壌から溶出した放射性汚染物質の雨水による移動、海底堆積物に付着したセシウムの部分的な溶出）がないと仮定すると、向こう数カ月の海水の濃度の時間変化を予測することができる。
- この定常的な希釈を拡張して適用することにより、汚染水の大量放出が停止したとされる2011年4月8日時点での量を推測できる。
その結果、4月8日には、対象海域には9 × 1015 Bq（9ペタベクレル）のセシウム137があったことが推定された。4月8日以前にこの海域から流出した汚染物質量を計算に入れていないので、この値は実際の放出量を下回っている可能性がある。東電が示したセシウム137の放出量（4.7ペタベクレル。1.2を参照）は、わずかにこの算定値を下回っている（訳注：原文の１ペタベクレルは誤り）。混合層厚の推定値の不正確さのため、この推定値の推定誤差は50%であると言えよう。IRSNが算出した海へ放出されたセシウムの量は、原発から直接放出した137汚染水と大気から海面への沈着した量の和に相当する。このうち大気からの沈着量は全体量の10 % 以下とIRSNでは見積もっている（1.3参照）。
また、
- 原発周辺海域で測定された濃度は放出量と比例している。
- 3月23日から4月8日までに測定された濃度は、直接放出の主要な部分に相当している。
- 3月23日から4月8日までは、水が入れ替わることによる放射性物質の減少を考慮しない（実際、測定濃度が変動しているため、この減少を算定するのは難しい）。
とすると、4月8日のセシウム137量が9 × 1015 Bq(9ペタベクレル）であるという算定結果と、3月23日から4月8日までに原発周辺で測定されたセシウム137の平均濃度が14 × 103 Bq/L（訳注：原文の1013は誤り）であるという結果から１つの関係式を経験的に求めることができる。このようにして得られた一日当たりの放出量は、海水１Bq/L当たり、4 × 1010 Bqとなる（訳注：（900／14）×1010／（16日）＝4×1010）。原発の排水口近くで測定された一時的な高濃度にこれを応用することにより、観測期間中に、毎日放出されていたセシウム量を、目安としてではあるが、見積もることができる（図8）。
図8 福島第一原発の5号機と6号機の排水口の北30mで測定した海水のセシウム137濃度と日々の放出量の推定値の時間変化
3. 堆積物中の放射性核種
水に溶けた放射性核種の粒子の一部は、周辺の水の運動の度合いに依存しながら、海中懸濁物に吸着される。放射性核種が吸着した懸濁物は最終的には、海底に沈殿し、海底表層堆積物の汚染を招く。
4月下旬から行われている採取によって、福島第一原発沖合の海底堆積物の汚染の測定結果が得られている。福島第一原発の北と南の、それぞれ30km以上離れた測点（図9のS1、A、10、S4地点）で採取された表層堆積物のサンプルには、非常に高い濃度レベルのセシウム137が検出され、海水のデータから得られた予測と一致していた。
5月と6月については、5月9日から14日まで、5月23日から27日までと、6月6日から10日までで３回の採取が、女川から銚子にかけての異なる地点でおこなわれた。コアリング（訳注：堆積物試料を採取する方法の一つで、細長い丸棒状の試料（コア）を得る方法）によって採取した海底堆積物の上部５ｃｍの部分を分析した。おそらく、このために、放射性物質の含有量が比較的低く計測されたと思われる。実際、汚染が海底堆積物の上層5cmまで広がるとは考えにくいからである。IRSNでは、堆積物の粒度についての情報を持っていないため、結果を比較するのは難しい。
この要因を除外すれば、一回目の調査で最も高い数値だったのが、排水口より北に位置する仙台湾口地点ということになる。しかし、度重なる採取活動を通して、南と北の地点では、これとは反対の傾向がみられた。実際、福島第一原発の北でのレベルは減少傾向にあるのに対し、南では増加傾向がみられる。堆積物から水中で何が起こったのかを推定することはできるが、B1、C1、D1地点で観察された濃度減少と水中の濃度減少とを直接結び付けることはできない。これらの地点で観察された変動は、（訳注：汚染物質が）水中に再懸濁したとか、または単に局地的に堆積物の汚染が大きく変動したということが原因かもしれない。
南では、濃度の局地的変動が原因である可能性もあるが、海底の上方の水塊では汚染が遅れて始まっており、このために、堆積物の汚染も増加したのかもしれない。確かに、4月と5月には、放射性物質は北側の仙台湾口のほうへ流されたが、5月下旬から6月初旬には、南へ南へと流されていた（SIROCCOのシュミレーションを参考。http://sirocco.omp.obs-mip.fr/outils/Symphonie/Produits/Japan/SymphoniePreviJapan.htm）
全体としては、堆積物中の汚染レベルは、それほど高くはない。D1地点、深さ126mの場所での測定によれば、5月初旬にはセシウム137の濃度は、最も高いもので320 Bq/kgであった。
採取された堆積物全体では、濃度比（134Cs／137Cs）は、0,6と1の間で変動しており、これら二つの核種の濃度比について現在知られていること（訳注：セシウム134の半減期がセシウム137の半減期より短いため、同時に生成した直後には約１であるが、時間の経過とともに小さくなる）と一致する。
今後数週間で、堆積物に関してのデータ数は増えるであろう。おそらく、そのデータが、原発事故による放出物の拡散についての理解の大きな助けとなるであろう。
図9 2011年4月29日から6月10日にかけて、女川から銚子沿岸区域の様々な地点で測定された、海底表層堆積物における137Csの濃度（Bq/kg、文科省、東電のデータ）。 採取全体では、134Cs／137Csの濃度比は0.6から1の間で変動している。
4. 生物中の放射性核種
4.1．海や河川で採取された魚の測定結果
3月末から、主に福島第一原発の南の複数の場所（図10）で、魚介類（主として魚類）の採取がおこなわれた。
図10 魚介類の採取地点図
図11に、データが比較的定期的にとられた生物種の測定結果を示す。この図には、海のみで生息する魚介類の他に、海水と淡水の双方で生息する二種類の魚類（淡水と海水の間を行き来する生物）についてのデータも示している。これらのデータは5月以降に測定されたものであり、ピンク色で示してある。
図11 魚介類中の137Csと134Csの合計濃度（Bq/kg）の時系列。ピンク色の印は、主に河川で採取された淡水と海水の双方で生息する魚類。
4.2．海の魚で検出された放射能濃度
魚介類の中でも、一般的に最も汚染レベルが高いのはコウナゴである。福島県、茨城県で測定されたすべてのコウナゴ試料で、セシウム137と134が検出された。しかし、沖合で採取された2つの試料では、セシウムは検出されなかった。日本では、イカナゴまたはコウナゴ（Ammodytes personatus）は、1月から4月にかけて、深海にいる（海水中に生息している）仔魚や稚魚の時期に水揚げされ、消費される。成魚は、5月から12月まで海底堆積物の中で生息し、漁獲されることはない。このため4月下旬以降には、この魚類に関するデータはほとんど得られないであろう。
図11には、イカナゴのほかに、定期的に採取されている生物種についても、2種のセシウム同位体の合計濃度の時間変化が示されている。特に、オヒョウはこれらの試料の中でも代表的な魚種である。最高値が検出されたものはすべて、福島県で測定されたものである。魚類のほかにも、やはり福島県で採取されたウニやアサリの試料でも高いレベルが測定されており、この傾向はしばらく続いている。
たまたま採取されたいくつかの試料についても同じく高い数値（最大許容濃度を超える）が検出されている。これには、図11には示されていないが、福島県産の、小魚や地中海ムール貝（Mytilus galloprovincialis）、ワカメ（Undaria pinnatifida）、カサゴ目またはタラ目の魚類などが該当する。
4.3．淡水で採取された海水・淡水の双方に生息する魚類の放射能濃度
鮎（Plecoglossus altivelis）のように海水と淡水の間を行き来する種Markや、サケ、特にマス（Onchorynchus masou）といった淡水に回帰する種２である、海水・淡水の双方に生息する魚類についてのデータも入ってきている。明白な結果の出たサンプルはすべて、福島県の河川で採取されたものであり、この地域の高レベル汚染と直接関係するものである。
4.4．予測される時間変化
一般的に、魚類は、その地域のセシウム汚染の中・長期的な指標として最も適している。実際、セシウムは魚類において高い濃縮係数を示し、その魚種の占める栄養段階（訳注：生態系を餌－捕食関係で表した食物網（食物連鎖）の中で、どれぐらい上位に位置するかの基準。捕食者は餌よりも栄養段階が１段階上位とする）が上位に行くにしたがい、濃度が上昇する傾向にある。したがって、短期的に、栄養段階の下位にある生物に高濃度汚染が検出された場合には、長期的には、食物網の様々な部分への伝達が進むにつれ、栄養段階の上位にある捕食動物がより高い汚染を受けることになる。
1 海水と淡水の間を行き来するが、繁殖が目的ではない生物。
2 海水中で生息しており、淡水で繁殖する生物
※ このレポートの翻訳はTwitterでの呼びかけに応えて頂いた読者の方によって行われ、また海洋学の専門家にご助言を得て、当ブログ運営者が校正を行ったものです（全ての文責は当ブログ運営者にあります）。ご協力に改めて感謝いたします。また、他の読者の方からも広くご協力を受け付けています。ご興味のある方はこちらの記事をお読みください。
Genpatsu 