氷の中に閉じ込められた：氷河で発見された驚くほど高レベルの人工放射性同位体 – Physics World

氷河について考えると、北極と南極を覆う広大な自然のままの氷のイメージが頭に浮かびます。 氷河の 99% が地球の極地に限定されているのは事実ですが、氷河はほぼすべての大陸の山脈にも存在し、地球の地表のほぼ 10% を覆っています。 氷河は地球上で最大の淡水の貯留庫でもあり、世界の淡水のほぼ 69% を保持しています。

画像では銀色の手つかずの氷の川のように見えますが、氷河には塵や微生物などの有機堆積物が多く含まれています。 しかし研究者らは、氷河には憂慮すべき量の有毒核物質も含まれていることを発見しており、私たちは氷河の融解によってもたらされるリスクを理解し始めたばかりである。

「評価されたこれらの氷河の一部、特にヨーロッパアルプスやヨーロッパの他の地域の氷河では、これらの降下放射性核種の濃度の一部は、チェルノブイリやシドニーのような災害地帯内で記録されたのと同じくらい高い。 福島 日本のエリア」と説明します。 フィリップ・オーエンズ カナダのノーザン・ブリティッシュ・コロンビア大学の環境科学者。

ほこり、汚れ、微生物

近くで見ると、氷河は完全には白くありません。 多くの場合、堆積物のおかげで灰色で汚れた外観をしており、場所によっては黒くなっている場合もあります。 クリオコナイトとして知られるこの黒く細かい堆積物は、氷河の表面に形成され、塵、土、煤のほか、小さな岩石や鉱物粒子で構成されています。 発生源はさまざまで、風化した岩や氷河近くの露出した地面などの地元の環境だけでなく、砂漠や乾燥地、山火事や燃焼機関などの遠方の発生源からも発生します。 

これらの物質は、風、雨、大気循環、人為的活動や動​​物活動などのさまざまなプロセスを通じて氷河に運ばれます。 このクライオコナイトは色が濃いため、太陽の光で加熱されて氷が溶け、水で満たされた窪地が形成されます。 これらの穴はさらなる物質のトラップとなり、より大きなクライオコナイトの集合体が形成されます。

クリオコナイトには、藻類、菌類、細菌、その他の微生物などの有機物質も豊富に含まれています。 これらが堆積物上で収集、成長、増殖すると、クリオコナイト塊のかなりの部分を形成し始めます。 また、有機物は粘着性のバイオフィルムを生成し、微生物が堆積物や微生物同士に付着してコミュニティを形成し、クリオコナイトのコレクションがさらに成長するのを助けます。

しかし、クライオコナイトは単なる岩石、塵、土、微生物ではありません。 研究によると、重金属、殺虫剤、マイクロプラスチック、抗生物質など、さまざまな人為的汚染物質も多く含まれていることがわかっています。 より天然の成分と同様に、これらも水っぽいくぼみや粘着性のあるバイオフィルムに捕らえられ、堆積物中の塵や鉱物と結合します。

広範囲にわたる放射性降下物

近年、クライオコナイトには、別の予期せぬ汚染物質、つまり「フォールアウト放射性核種」（FRN）の形の核物質が多く含まれていることが明らかになりました。 実験の結果、これらの人工放射性核種の濃度は他の地上環境の濃度を大幅に上回っていることが判明した。 実際、これらの堆積物の一部は、核警戒区域や実験場の外でこれまでに発見された中で最も放射性の高いものである。

氷河の表面には異常に高レベルの放射能が含まれる可能性があることは、以前から知られていました。 近年、科学者たちはこの問題をさらに詳しく調査しています。 によると ダーラム大学の氷河学者キャロライン・クレイソン氏英国では、クライオコナイトで見られる放射能の濃度は、「地球のさまざまな場所で見られる堆積物や土壌、地衣類やコケなど、他のタイプの環境マトリックスで見つかるよりもXNUMX桁またはXNUMX桁も高い」ことがある。世界"。

2017年、Clasonらは、スウェーデン北極のイスフォールス氷河から採取したクリオコナイト中の降下放射性核種のレベルが、氷河周辺の谷で採取された物質よりも最大100倍高いことを発見した（図1）。 放射性同位体セシウム 137 の濃度 (¹³⁷Cs) は 4500 キログラムあたり 3000 ベクレル (Bq/kg) に達し、平均レベルは約 XNUMX Bq/kg (TC 15 5151）。 「氷河表面の物質がどれだけの量の[放射能]を蓄積できたかは、まったく信じられないほどです」とクレイソン氏は言う。 「同じ場所の他の環境で見るよりもはるかに多くのものです。」

2018年、ノルウェーの氷河のクライオコナイトはさらに放射性物質が多いことが判明した（科学。 トット。 環境 814 152656）。 サンプルは、以下が率いるチームによって収集されました。 エディタ・ウォカス、ポーランド科学アカデミー核物理研究所の地球科学者、ブライゼン氷河の 12 個のクライオコナイトの穴から、 ¹³⁷Cs は 25,000 Bq/kg に達し、平均レベルは約 18,000 Bq/kg です。 のレベル ¹³⁷土壌および堆積物中の Cs は通常 0.5 ～ 600 Bq/kg (サイ。 担当者 7 9623).

チェルノブイリの汚染

人工放射性核種は、 ¹³⁷Cs およびセシウム 134 (¹³⁴Cs) は、原子炉や一部の核兵器でウラン 235 が分裂することによって生成される核分裂生成物です。 ノルウェーとスウェーデンの氷河にあるセシウム同位体のほとんどはチェルノブイリ原発事故に由来するが、20世紀半ばに実施された数百回の大気圏核実験からの放射性降下物もある。

原子力発電史上最悪の災害として悪名高い、 チェルノブイリ事故は 26 年 1986 月 XNUMX 日に発生しました 当時ソ連にあったチェルノブイリ原子力発電所のXNUMX号炉の低出力試験中に。 この実験により爆発と火災が発生し、原子炉建屋が破壊され、プルトニウム、ヨウ素、ストロンチウム、セシウムの同位体を含む大量の放射性物質が放出されたという壊滅的な事故が起きた。 この大部分は原子力発電所のすぐ近くと、現在のウクライナ、ベラルーシ、ロシアの広い地域に降ったが、大気の循環や風と嵐のパターンにより、北半球の大部分にも飛散した。

気象パターンにより、スカンジナビアのチェルノブイリから相当量の放射性降下物が放出されました。 ノルウェーはその約6%を受け取ったと推定されている。 ¹³⁷Csと ¹³⁴原子力発電所から放出されるCs。 同位体は南東の風によってこの国に運ばれ、原子力災害後の数日間の降雨中に堆積した。

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その後、セシウムは植物、地衣類、菌類に取り込まれ、トナカイや羊などの草食動物が食べることで食物連鎖に入りました。 災害後の数年間、ノルウェーとスウェーデンで大量のトナカイや羊の肉、牛乳、チーズには、当局が定めた制限を大幅に超えるセシウム同位体濃度が含まれていた。 これらの食品は今でも定期的に検査されています。

オーストリアアルプスではチェルノブイリからの重大な放射性降下物もあり、災害後の数日間に大雨が降り、一部の地域では非常に高いレベルの汚染が発生した。 オーストリア北部のハルシュテッター氷河とシュラートミンガー氷河の 2009 年の調査では、 ¹³⁷クリオコナイト中のセシウムは 1700 Bq/kg ～ 140,000 Bq/kg の範囲 (J.Env. ラッド。 100 590).

風、雨、火など

クリオコナイトが放射性核種を蓄積し、非常に放射性が高くなる理由はいくつかあるようです。 放射性物質は、風や地球規模の循環パターンによって大気中を運ばれます。 その後、降水によって大気から洗い流されますが、これは粒子状物質を収集して地上に降下させるのに特に効果的であることが知られています。 さらに、氷河のある山や極地では、雨、降雪、霧のレベルが高くなる傾向があります。

森林火災や砂嵐などの現象から生じる多くの乾燥物質も、氷河環境に投棄されます。 この塵、すす、および類似の物質は大気循環を介して移動しますが、その際に結合し始め、放射性核種などの汚染物質を含む他の物質を大気中から捕捉し始め、最終的に重くなりすぎて地面に落下します。

放射性核種やその他の汚染物質が氷河環境に入ると、水文学的なプロセスによって移動します。 一年の暖かい地域では、氷河集水域の積雪と氷が、氷河そのものの一部とともに溶けます。 この溶けた水は氷河の上や上を流れ、雪や氷の中に蓄えられていた放射性核種などの汚染物質を取り込みます。 水が氷河の水路や穴を通って流れるとき、これらの窪みにあるクリオコナイトによってろ過されます。この氷には、放射性核種、金属、その他の人為起源の粒子などの元素を結合することが知られているシルトや粘土などの物質がたくさん含まれています（図2）。 。

有機スカベンジャー

クリオコナイトの生物学的成分も、放射性核種を収集し蓄積する能力を強化しているようです。 実際、ウォカス氏は、藻類、菌類、細菌などの有機物質の割合が高いクライオコナイトでは、放射性核種の濃度がはるかに高くなる、と説明しています。

特に放射能レベルが高かったノルウェーのブライゼン氷河のクライオコナイトは、有機物含有量も高かった。 他の氷河の研究では、5%から15%が生物物質であるクリオコナイトが発見されていますが、ブライゼンの堆積物は約30%が有機物でした。 研究者らは、これが高濃度の放射性核種の理由の一部である可能性があると述べている。

ワカス氏は、クリオコナイトが放射性核種を保持し、濃縮する能力は「微生物によって排泄される細胞外物質の金属結合特性に関連しているようだ」と述べている。 これらの粘着性のあるバイオフィルムは、金属やその他の有毒な物質を固定化し、それらが微生物の細胞に侵入するのを防ぐのだと彼女は説明する。

有機物とフォールアウト放射性核種の間のこの関連性は他の場所でも発見されています。 オーエンズがカナダのブリティッシュコロンビア州にあるキャッスルクリーク氷河から採取したクライオコナイトのサンプルを分析したところ、サンプル中の放射性核種の濃度と有機物質の割合との間に有意な正の関係があることを発見しました。サイ。 担当者 9 12531）。 生物物質が多ければ多いほど、放射性物質も多くなります。

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オーエンズ氏は、降下放射性核種はどこにでも存在すると説明する。 氷河で何が起こっているのかというと、氷河が「氷河表面の本当に小さな場所に集中している」という。 堆積物を構成する物質と、堆積物に生息する微生物が排出する細胞外物質の両方が、汚染物質と結合する可能性がある方法があります。 これらすべてにより、クリオコナイトは非常に効率的な除去剤となり、時間の経過とともに、氷河集水域全体に落下した放射性核種がその中に集中するようになります。

さまざまなソースと濃度

最も集中する傾向がありますが、 ¹³⁷クリオコナイトに含まれる放射性核種はセシウムだけではありません。 アメリシウム 241 (²⁴¹Am)、ビスマス-207 (²⁰⁷Bi) およびプルトニウム (Pu) 同位体も検出されました。 これらは、大気圏での核兵器実験による放射性核種の世界的な降下に関連している 原発災害ではなく。

このような入力の組み合わせと、地球規模の大気循環および気象パターンは、氷河上の放射性同位体の発生源と濃度が地球全体で異なることを意味します。 例えば、カナダのクリオコナイトでは放射性核種のレベルが高いが、チェルノブイリからは遠く離れているため、それらは主に核爆弾実験によるものだ、とオーエンズ氏は言う。

Łokas は現在、北極、アイスランド、ヨーロッパ アルプス、南アメリカ、コーカサス山脈、ブリティッシュ コロンビア州、南極など、世界中のさまざまな場所で採取されたクリオコナイトの放射能の詳細を分析しています。 オーエンズ氏とクラソン氏を含む多くの国の氷河学者が、この研究のためにサンプルを寄贈し、収集し、テストしました。

テストの結果、 r放射性活動性はアルプスとスカンジナビアで特に高いが、ウォカス氏によれば、これまでに発見された放射性活動のレベルが最も低いのはアイスランドとグリーンランドの氷河だという。 これらの地域ではチェルノブイリからの信号は確認されず、兵器実験による地球規模の放射性降下物だけが確認されたとウォカス氏は付け加えた。

この研究により、いくつかの興味深い放射性核種シグナルも特定されました。 の割合が高くなります。 ²³⁸Pu、 ²³⁹プと ²⁴⁰ウォカス氏によると、Puは北半球よりも南半球のクリオコナイトに多いという。 これは、9 年に SNAP-1964A 放射熱発電機を搭載した衛星が故障したことによるものです。衛星は崩壊し、約 XNUMX キログラムの熱源が放出されました。 ²³⁸主に南半球で大気圏に突入します。

スパイクもあります ²³⁸チリ・パタゴニアのエクスプロラドレス氷河のサンプルから採取した Pu 同位体。 これはおそらく、1996年に南アメリカ上空で大気圏で分裂したロシアの火星探査計画の失敗に関連しているとウォカス氏は言う。 200gくらい積んでた ²³⁸Pu ペレットとその正確な運命は不明ですが、チリとボリビアのどこかに落ちたと考えられています。

懸念の原因は？

それはまだ不明です h氷河上の放射性物質のこの濃度について私たちは心配する必要があります。 それが大規模な環境リスクをもたらすのか、それとも氷河の局所的な問題なのかについては確信が持てないとクラソン氏は言う。 「氷の表面にあるものを食べに行く気は絶対にありません。 他の環境堆積物と比較すると、実際にはかなり放射性が高いのです」と彼女は付け加えた。 「しかし、氷河流域のすぐ外に出ると、それがどの程度問題になるかはわかりません。」

堆積物が氷河の上にある場合、生態系や人間の健康に問題が生じる可能性は低いです。 しかし、氷河が溶けて後退するにつれて、氷の上に蓄えられていた遺産の物質がどんどん放出されます。

懸念すべき理由はあります。 放射性物質が健康に悪影響を与えることは十分に証明されています。 氷河には膨大な量の淡水も蓄えられており、世界中の何十億人もの人々がその融解水を農業用水や飲料水として利用しています。 気候が温暖化するにつれて氷河も後退しており、貯蔵されていた汚染物質や堆積物が高濃度で放出される可能性がある。

「氷河の融解が進むにつれて、このクライオコナイト材料は氷河融解水とより多く接触するようになりました。 現在、暴露され始めており、下流のエコシステムに配信できるようになりました」とオーウェンズ氏は説明します。 堆積物が氷河の上にある場合、生態系や人間の健康に問題が生じる可能性は低いと同氏は言う。 しかし、氷河が溶けて後退すると、氷上に蓄えられていた遺産の物質がどんどん放出されます。

また、氷河系にどの程度の放射能が存在するのか正確には不明であるとクラソン氏は付け加えた。 「大気中からの放射性核種の直接沈着に加えて、クライオコナイトで見られる放射能の多くは、何年も前に沈着した古い雪や氷から溶け出している可能性があります」とクレイソン氏は説明する。 「氷自体にはよく理解されていない放射能が含まれています。」

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オーエンズ氏は、放射性物質が川に流れ込むと希釈される可能性が高いが、「しかしそれは分からない」と警告する。 クラソン氏も同意する。 「私たちがサンプリングしている場所では濃度が高いですが、大まかに言えば、その物質がすべて洗い流されたり、氷河が溶けて環境中に堆積したりすると、濃度を超えない程度に希釈される可能性があります。」それ以外の場合は、環境で見る必要があります」と彼女は言います。 「ですから、それが次に我々が理解する必要があることなのです。」

クラソン氏は将来、高解像度のドローン画像などの技術を利用して、氷河表面のクライオコナイトの量をより詳細に分析したいと考えている。 これにより、研究者は氷河上にどの程度の放射能が存在するかを推定できるようになる。 このように表面上のクライオコナイトをマッピングし、その情報を氷河融解モデルと組み合わせることで、堆積物とそこに含まれる汚染物質が将来どのように放出されるかを理解するのに役立つ可能性があります。

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/trapped-in-ice-the-surprisingly-high-levels-of-artificial-radioactive-isotopes-found-in-glaciers/