地球温暖化に応答する日本海深層循環の評価法：放射性ヨウ素129をトレーサーとして

• 研究課題/領域番号: 20K19977
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分63040:環境影響評価関連
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 松中 哲也 金沢大学, 環日本海域環境研究センター, 助教 (60731966)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 日本海底層水 / I-129 / 加速器質量分析 / トレーサー / 深層循環 / 日本海低層水

研究開始時の研究の概要

日本海において底層水の水温上昇と貧酸素化が観測され、地球温暖化によって深層循環が弱まりつつあることが示唆されている。深層循環停止と貧酸素化に伴う海洋生態系変化が懸念されている。本研究は地球温暖化に対する日本海深層循環の応答性を検知できる底層水の滞留時間評価法を確立する。日本海におけるI-129深度分布を広域的に明らかにし、I-129を深層循環トレーサーとして用いて底層水の滞留時間を推定する。

研究実績の概要

日本海において化学トレーサーを用いて深層循環の変化を検知することは、気候変動に対する海洋循環の応答性を明らかにする上で重要である。核燃料再処理施設由来の長寿命放射性ヨウ素（I-129）は海洋で安定である点から、海洋循環トレーサーとして適している。本研究は、地球温暖化に対する日本海深層循環の応答性を検知するためにI-129を用いて日本海底層水の動態を把握することを目的とした。日本海におけるI-129の水平・深度分布を広域的に調査し、底層水中I-129の経年変化に着目した。2010年、および2017－2020年の研究航海において、日本海盆と大和海盆で、鉛直方向に水深3500mと3000mまで採水し、海水中I-129を計測した。また、日本海周辺域（北陸）におけるI-129沈着フラックスについて現在の季節変動と湖沼堆積物に記録された1950年以降の変動を解析する。
日本海における表層水中I-129は、基本的に高緯度域と対馬海峡の北側で高く、南からの黒潮系海水、北からのリマン海流、および東シナ海からの浅層海水に由来する水塊の混合に関する情報を得ることができると考えられた。また、2017－2019年において、大和海盆と日本海盆における底層水中のI-129濃度に有意な経年変化が認められなかったことから、日本海の底層水循環が停滞している可能性が示唆された。北陸におけるI-129沈着量は、西暦1946年以前は低いレベルであったのに対し、西暦1946年以降増加し、西暦1980年に極大を示す分布であり、西暦1946年以降の核燃料再処理・大気核実験によって大気放出されたI-129の沈着量が増加したことが示唆された。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

日本海側のI-129沈着量は、冬季モンスーンの影響で高くなり、高緯度地域でより高かったこと、及び表層海水中のI-129は、高緯度海域で高く、対馬海峡から黒潮海水の流入によって低くなることを明らかにした。また、2017-2019年において、日本海盆と大和海盆における底層水中のI-129濃度を計測した結果、少なくともこの期間において優位な経年変化が無いことを明らかにした。今後更なる海洋観測を実施する際に、今回得られた2017-2019年における底層水中I-129濃度を基準として、日本海底層水の動態を評価できると期待される。

今後の研究の推進方策

2022年度は、日本海盆と大和海盆で2020年に採取された底層水のI-129分析を行い、2017-2020年におけるI-129濃度の変化を評価する。また、日本海周辺域（北陸）におけるI-129沈着フラックスについて現在の季節変動と湖沼堆積物に記録された1950年以降の変動を解析し、日本海に供給される大気由来I-129と対馬海峡からの海流由来I-129の寄与を評価する。その上で、人類の核活動が実施される前（1950年以前）の海水中のI-129濃度を基準に、近年までの日本海底層水中のI-129濃度の増加分を評価する。得られた結果を国内外学会等で発表すると共に、学術論文として公表する。

研究成果

• [雑誌論文] Origin of surface water in the Southern Ocean: Implications of soluble radionuclide distributions (2023)
  • 著者名/発表者名: M. Inoue, H. Mitsunushi, K. Mashita, T. Matsunaka, Y. Inomata, M. Hayashi, S. Archer, S. Nagao
  • 雑誌名: Journal of Environmental Radioactivity 巻: 258 ページ: 107106-107106
  • DOI: 10.1016/j.jenvrad.2022.107106
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The performance of iodine-129 AMS measurements at the University of Tsukuba (FY 2021) (2022)
  • 著者名/発表者名: M. Matsumura, K. Sasa, T. Takahashi, A. Sakaguchi, T. Matsunaka, K. Sueki
  • 雑誌名: UTTAC ANNUAL REPORT 2021 巻: UTTAC-91 ページ: 25-26
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Surface distribution of iodine-129 in the Arctic Ocean (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Matsunaka, S. Nagao, M. Inoue, Y. Kumamoto, T. Takahashi, M. Matsumura, K. Sueki, K. Sasa
  • 雑誌名: UTTAC ANNUAL REPORT 2021 巻: UTTAC-91 ページ: 29-29
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Chlorine-36 deposition at Tsukuba, Japan, after the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident (2022)
  • 著者名/発表者名: K. Sasa, Y. Ochiai, Y. Tosaki, T. Matsunaka, T. Takahashi, M. Matsumura, K. Sueki
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 巻: 532 ページ: 73-77
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2022.10.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface distribution of iodine-129 in the Okhotsk Sea (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Matsunaka, S. Nagao, M. Inoue, Y. Taniuchi, H. Kasai, T. Takahashi, M. Matsumura, K. Sueki, K. Sasa
  • 雑誌名: UTTAC ANNUAL REPORT 2020 巻: UTTAC-90 ページ: 20-20
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] The Performance of Iodine-129 AMS measurements at the University of Tsukuba (FY 2020) (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Matsumura, K. Sasa, T. Takahashi, A. Sakaguchi, T. Matsunaka, K. Sueki
  • 雑誌名: UTTAC ANNUAL REPORT 2020 巻: UTTAC-90 ページ: 21-22
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Assessing of iodine-129 in the chemical sample preparation rooms for AMS (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Matsumura, K. Sasa, T. Takahashi, A. Sakaguchi, T. Matsunaka, K. Sueki
  • 雑誌名: UTTAC ANNUAL REPORT 2020 巻: UTTAC-90 ページ: 23-23
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Lateral variations of 134Cs and 228Ra concentrations in surface waters in the western North Pacific and its marginal sea (2018-2019): Implications for basin-scale and local current circulations (2021)
  • 著者名/発表者名: Inoue, M., Hanaki, S., Takehara, R., Kofuji, H., Matsunaka, T., Kuroda, H., Taniuchi, Y., Kasai, H., Morita, T., Miki, S., Nagao, S.
  • 雑誌名: Progress in Oceanography 巻: 195 ページ: 102587-102587
  • DOI: 10.1016/j.pocean.2021.102587
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anthropogenic iodine-129 depositions at the Japan Sea and Pacific sides of the archipelago, during 2017-2018 (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Matsunaka, S. Nagao, S. Ochiai, T. Takahashi, M. Matsumura, K. Sueki, K. Sasa
  • 雑誌名: UTTAC ANNUAL REPORT 2019 巻: UTTAC-89 ページ: 18-19
• [学会発表] 北極海とオホーツク海におけるヨウ素129の水平分布解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 松中哲也，長尾誠也，井上睦夫，熊本雄一郎，谷内由貴子，葛西広海，森田貴己，三木志津帆，高橋努，松村万寿美，末木啓介，笹公和
  • 学会等名: 日本海洋学会2022年度秋季大会
• [学会発表] 能登半島における1950年以降のI-129とCs-137の沈着量変動 (2022)
  • 著者名/発表者名: 松中哲也，落合伸也，松村万寿美，高橋努，末木啓介，笹公和
  • 学会等名: 日本放射化学会第66回討論会
• [学会発表] Surface distribution of iodine-129 in the southwestern Okhotsk Sea in 2018 (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Matsunaka, S. Nagao, M. Inoue, Y. Taniuchi, H. Kasai, T. Takahashi, M. Matsumura, K. Sueki, K. Sasa
  • 学会等名: The 15th International Conference on Accelerator Mass Spectrometry
  • 国際学会
• [学会発表] Anthropogenic iodine-129 depositions at the Sea of Japan and Pacific sides of the Japanese archipelago, during 2017-2018 (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Matsunaka, S. Nagao, S. Ochiai, M. Matsumura, T. Takahashi, K. Sueki, K. Sasa
  • 学会等名: The 15th International Conference on Accelerator Mass Spectrometry
  • 国際学会
• [学会発表] Regional dependence of Be-10 and Cl-36 variations in rainwater at the Sea of Japan and Pacific sides of Japan (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Matsumura, K. Sasa, Y. Ochiai, T. Matsunaka, Y. Tosaki, T. Takahashi, K. Sueki
  • 学会等名: The 15th International Conference on Accelerator Mass Spectrometry
  • 国際学会
• [学会発表] Chlorine-36 and iodine-129 inventories in difficult-to-return zone in Fukushima (2021)
  • 著者名/発表者名: K. Sueki, Y. Ohta, H. Yokoyama, Y. Ochiai, S. Hosoya, M. Honda, Y. Satou, T. Matsunaka, T. Takahashi, M. Matsumura, K. Sasa
  • 学会等名: The 15th International Conference on Accelerator Mass Spectrometry
  • 国際学会
• [学会発表] Chlorine-36 deposition at Tsukuba, Japan, after the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident (2021)
  • 著者名/発表者名: K. Sasa, Y. Ochiai, Y. Tosaki, T. Matsunaka, T. Takahashi, M. Matsumura, K. Sueki
  • 学会等名: The 15th International Conference on Accelerator Mass Spectrometry
  • 国際学会
• [学会発表] Determination of I-129/I-131 in surface soils related to the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident (2021)
  • 著者名/発表者名: K. Sasa, M. Matsumura, T. Matsunaka, T. Takahashi, Y. Satou, N. Kinoshita, H. Matsuzaki, K. Sueki
  • 学会等名: The 15th International Conference on Accelerator Mass Spectrometry
  • 国際学会
• [学会発表] Status report of the Tsukuba 6 MV multi-nuclide AMS system: Progress in iodine-129 AMS (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Matsumura, K. Sasa, A. Sakaguchi, T. Matsunaka, T. Takahashi, K. Sueki
  • 学会等名: The 15th International Conference on Accelerator Mass Spectrometry
  • 国際学会
• [学会発表] Behavior of 129I in the Abukuma River water during two high-flow events in 2018 (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Wakiyama, M. Matsumura, T. Matsunaka, S. Hirao, K. Sasa
  • 学会等名: vEGU21
  • 国際学会
• [学会発表] 加速器質量分析法を用いた長半減期放射性ハロゲン36Clと129Iの高感度検出による降下量変動の比較研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 笹公和, 落合悠太, 松村万寿美, 高橋努, 松中哲也
  • 学会等名: 第82回応用物理学会秋季学術講演会
• [備考] 金沢大学環日本海域環境研究センター低レベル放射能実験施設
  • URL: http://llrl.w3.kanazawa-u.ac.jp/index.html
• [備考] 金沢大学環日本海域環境研究センター ホームページ
  • URL: http://www.ki-net.kanazawa-u.ac.jp/
• [備考] researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/matsunaka