Study on bottom water circulation in the Japan Sea by means of radiocesium and radiostrontium

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H04245
• Research Institution: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• Principal Investigator: 熊本 雄一郎 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(海洋観測研究センター), 主任技術研究員 (70359157)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田副 博文 弘前大学, 被ばく医療総合研究所, 助教 (60447381) ; 千手 智晴 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (60335982)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 日本海 / 福島第一原子力発電所事故 / 放射性セシウム / 放射性ストロンチウム / 底層水

Outline of Annual Research Achievements

日本海は４つの浅い海峡によって周辺海域と隔てられた閉鎖性の強い縁辺海であるが、2000mより深い底層まで到達する大洋型の鉛直循環が存在する。底層水の形成（表面水の沈み込み）はロシア・ウラジオストク沖における冬季の表面水冷却によることがわかっているが、温暖化の進行に伴い2000年代以降はその形成が停滞している可能性が指摘されている。1950-60年代の大気中核実験によって海洋表面に沈着した放射性セシウムと放射性ストロンチウムは、表面水の沈み込みによって底層に輸送されるため、底層水形成の時間変化を捉えるための有効な化学トレーサとなる。本研究は、日本海における海洋観測によって底層水を含む日本海の全水柱における放射性セシウムと放射性ストロンチウム濃度の鉛直分布を測定し、新たに得られる結果から過去データの矛盾を解消し、日本海底層水の形成を定量的に議論することを目的とする。研究初年度の2019年度は、下記に示すように7月と10月の2回の観測航海に乗船参加し、それぞれ日本海の日本海盆および大和海盆において、放射性セシウムと放射性ストロンチウム分析用の海水試料を鉛直的に採水した。そのうち、5月に日本海盆で採取された試料については、放射性セシウムと放射性ストロンチウムの濃度測定がともに完了した。また、10月に大和海盆で採水された試料については、放射性セシウムのみ濃度測定が完了している。まだ速報値であるが、今回新たに得られた深度2000m以深の底層水における放射性セシウムの濃度は、過去十数年間変化していないこと、その期間中に新たな日本海底層水が形成されなかったことを示唆している。一方、放射性ストロンチウム濃度の測定は完了したばかりのため、まだその品質評価、データ解析が終了していない。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2019年7月9日から18日に実施された北海道大学水産学部附属練習船「おしょろ丸」第７３－３次航海に乗船し、日本海日本海盆の１観測点（Station GM1、北緯41度21分、東経137度20分、水深3630ｍ）において、表面（4ｍ）、100ｍ、500ｍ、1000ｍ、2000ｍ、3000m、3620ｍの7層で、海水試料（各層20リットル）を採取した。また、2019年10月7日から10日に実施された長崎大学水産部附属練習船「長崎丸」第４０－２次航海に乗船し、日本海大和海盆の１観測点（Station PM5、北緯37度42分、東経134度43分、水深2910ｍ）において、表面（4ｍ）、100ｍ、500ｍ、1000ｍ、2000ｍ、2500m、2910ｍの7層で、海水試料（各層20リットル）を採取した。実験室に持ち返った海水試料中の溶存放射性セシウム137を、リンモリブデン酸アンモニウム（AMP）を使って濃縮した。担体として海水試料に加えて安定セシウム濃度のICP-MSを使った測定結果から、AMPによる放射性セシウムの回収率は約95％と見積もられた。AMPに濃縮されたセシウム137濃度は、金沢大学環日本海域環境研究センターの低バックグランドゲルマニウム半導体検出器を用いて測定した。一方、セシウム137を濃縮し終わった後の残留海水中の放射性ストロンチウム90を、シュウ酸塩共沈法によって濃縮した。その後、ストロンチウム90と放射平衡になったイットリウム90を吸着樹脂（DGA Resin）を用いて単離した。ベータ線計測器で測定されたその濃度から、間接的にストロンチウム90の濃度を決定した。試料の前処理、分析は、分担研究者である弘前大学の田副氏が担当した。以上の進捗状況から、本研究課題は概ね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

昨年10月の「長崎丸」航海で採取した海水試料中のストロンチウム90濃度の測定を、次年度（2020年度）の前半中に完了させる。すでに得られている7月の「おしょろ丸」航海で採取された海水中ストロンチウム90濃度と合わせて、得られた測定データの品質管理を行う。その後、すでに品質管理の完了しているセシウム137の鉛直分布と合わせて議論し、それらの日本海底層水中の濃度変化について定量的な議論を開始する。議論がある程度まとまれば、次年度秋季の学会（日本海洋学会、または日本地球化学会）で、その成果を発表する。当初予定では、次年度（2020年度）の5月と7月にも、それぞれ「長崎丸」と「おしょろ丸」による日本海における海洋観測によって、セシウム137とストロンチウム90測定用の海水試料を、今年度とは異なる観測点において採取する予定であった。しかしながら、新型コロナウィルス感染拡大防止のため、両航海は中止が決定され、本研究課題の計画遂行の大きな障害となっている。今後の状況次第ではあるが、代替航海の実施の可能性について長崎大学および北海道大学の関係者と情報共有を密にしている。また、他大学の練習船等による海水試料の採水を模索している。毎年秋季、気象庁は日本海において定期観測航海を実施している。気象庁には他の研究課題において海水試料の採取の協力を頂いているので、日本海での海水試料の採取についても相談する予定である（この場合熊本は非乗船）。