(57)【要約】【課題】フォールアウト・セシウムの半減期を考慮して精度よく堆積速度を推定することが可能な土砂沈殿堆積速度推定方法を提供する。【解決手段】大気圏核実験で放出されたフォールアウト・セシウムである135Ｃｓと137Ｃｓの地中濃度を測定し、135Ｃｓの濃度と、135Ｃｓと137Ｃｓの濃度比に基づいて土壌流出量を評価する。135Ｃｓと137Ｃｓとはその半減期が大きく異なることから、フォールアウト・セシウムの濃度比である137Ｃ/135Ｃｓは明確な変曲点を有することとなり、この変曲点を測定することによって、降下からの経過時間を正確に測定することができる。また、135Ｃｓは半減期が極めて長いため、135Ｃｓの濃度を測定して１９６３年の降下ピーク位置を掴むことで、今後数万年先まで降下からの経過時間を測定することができる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圏核実験で放出されたフォールアウト・セシウムである135Ｃｓと137Ｃｓの地中濃度を測定し、135Ｃｓの濃度と、135Ｃｓと137Ｃｓの濃度比に基づいて土壌流出量を評価することを特徴とする土砂沈殿堆積速度推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性核種をトレーサーとして用いた土砂沈殿堆積速度推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に示すように、１９５４年〜１９６１年までに、大気圏核実験で放出された、135Ｃｓ、137Ｃｓ等のフォールアウト・セシウムは表面土壌に強く吸着されており、フォールアウト・セシウムのうち地表面下１０ｃｍまでにその９０％が蓄積している。また、図２に示すように、降下したフォールアウト・セシウムは土壌に蓄積した後、表面土壌が流出することによって、河川や湖沼の底質として堆積する。そのために、これらのフォールアウト・セシウムは、土壌粒子のトレーサーとして活用されており、フォールアウト濃度を測定することによって、河川、湖沼、砂防ダムへの土壌流出量を推定することが行われている。
【０００３】
大気圏核実験では、大量の放射性核種が環境中に放出された。この放射性核種の中でも、137Ｃｓは半減期が３０．８年と放射性核種の中では比較的長く、核分裂収率も６．１８３％と高いため、γ線核種としての測定の容易さから、環境に存在するフォールアウト核種の代表として扱われてきた。一方137Ｃｓの同位体である135Ｃｓは、137Ｃｓより半減期が極めて長く２３０万年であり、核分裂収率も6.536％と高いが、弱いβ線しか放出しないので、トレーサーとしては利用されていなかった。
【０００４】
図３に、137Ｃｓの１９５４年から１９９０年までの137Ｃｓの降下履歴と、土壌及び河川等の底質での深度に対する137Ｃｓの濃度を示す。
現状での土壌流出量の測定法は、農耕地の表面流出量の評価として、主に北米で137Ｃｓ濃度を測定し、流出量を推定してきた事例がある。また、貯水池や湖沼で底質の堆積速度の測定に、核実験時の137Ｃｓの降下ピークが１９６３年に現れることから、鉛直方向の濃度プロファイルを求め、濃度のピーク位置を求めて、その地点を１９６３年と仮定して、堆積速度を推定してきた。
【０００５】
図４に、その一例を示す。
１９６３年の濃度ピークより深度Ｄの位置を決め、Ｄの位置までの全底質量Ｗを（mg/cm2）で表す。この全底質量Ｗを、１９６３年から現在（例えば２００４年の時点）までの経過年数、すなわち、ｙ＝(２００４-１９６３)年で割って、１年あたりの底質量であるＷ／ｙを求めて土砂の堆積速度を求めている。しかし、１９６３年の降下ピークから４０年以上が経過した現時点においては、137Ｃｓは半減期が３０．８年であるため濃度が１/２以下となっており、137Ｃｓの濃度が低い土砂が多く堆積している場合には、１９６３年のピークを掴むことが困難であり、正確に土砂の堆積速度を求めことが困難な状況となっている。
この分野における先行文献として、例えば、非特許文献１があり、これには、137Ｃを用いた貯水池での底質の堆積速度の測定方法とその測定結果について記載されている。
【０００６】
【非特許文献１】馬原保典（Y.Mahara）、ジャーナル  オヴ  エンヴァイロメンタル  クオリティ（Journal  of  Environmental  Quality）,22(1993),722-730
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、137Ｃｓ濃度測定だけに基づいて堆積速度を推定すると、ピークの位置が明らかでないような場合には、堆積速度の測定ができない。また、現在では、137Ｃｓ濃度が１９６３年当時の1/2.5以下の濃度に低下しているので、測定も厳しくなってきており、１９６３年の基準が不明確であるため、これまで用いられてきた手法そのものが適用できなくなっている。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、フォールアウト・セシウムの半減期を考慮して精度よく堆積速度を推定することが可能な土砂沈殿堆積速度推定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するために、本発明は、大気圏核実験で放出されたフォールアウト・セシウムである135Ｃｓと137Ｃｓの地中濃度を測定し、135Ｃｓの濃度と、135Ｃｓと137Ｃｓの濃度比に基づいて土壌流出量を評価することを特徴とする土砂沈殿堆積速度推定方法である。
135Ｃｓは半減期が極めて長いため、長期間に亘って地中濃度が高いレベルに保たれている。この135Ｃｓの地中濃度を測定し、137Ｃｓの地中濃度との比に基づいて土壌流出量を評価するため、135Ｃｓの濃度ピーク、ならびに135Ｃｓと137Ｃｓの地中濃度の比の変曲点を発見しやすく、これに基づいて土壌流出量の評価を精度よく行うことができる。そのため、高精度の土砂沈殿堆積速度推定方法を実現することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、半減期が極めて長い135Ｃｓの地中濃度に基づいて土壌流出量の評価を行うため、高精度の土砂沈殿堆積速度推定方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明をその実施の形態に基づいて説明する。
本発明は、135Ｃｓの半減期が極めて長いことに着目して、135Ｃｓと137Ｃｓの地中濃度を測定し、その比に基づいて土壌流出量を評価するものである。
１９６１年以降に降下したフォールアウト・セシウムの濃度比である137Ｃｓ/135Ｃｓは、時間とともに変動するがその値は予測できる。１９６１年以降は大規模な核実験が行われていないため、底質内では浅い方向に向かってほぼ一定値となる。それ以前に大気中に放出されたフォールアウトの137Ｃｓ/135Ｃｓ比は、137Ｃｓの半減期が３０．８年であり、135Ｃｓの半減期はこれより充分長い２３０万年であるため、１９６１年に比べると、古くなるほど137Ｃｓ/135Ｃｓ比が小さくなっている。このことから、フォールアウト・セシウムの濃度比である137Ｃ/135Ｃｓは明確な変曲点を有することとなり、135Ｃｓの濃度ピークと、この変曲点を測定することによって、降下からの経過時間を正確に測定することができる。
【００１１】
図５に、本発明の評価方法を示す。
135Ｃｓの濃度と、137Ｃｓ/135Ｃｓの比を底質の深度に対して３次元的にプロットすると、１９６１年以降は大規模な核実験が行われていないため、１９６１年を基準とすると、１９６１年のピーク以降は137Ｃｓ/135Ｃｓの比は基本的に変化しない。一方、それ以前の137Ｃｓ/135Ｃｓの比は小さくなるため、変曲点が生じる。137Ｃｓ/135Ｃｓの変曲点が１９６１年の降下ピークとなるため、その深度までの全底質量Ｗを(mg/cm2)で表し、１９６３年から現在（例えば２００４年の時点）までの経過年数、すなわち、ｙ＝(２００４-１９６３)年で割って、１年あたりの底質量であるＷ／ｙを求めて土砂の堆積速度を求める。
図６に、底質内の135Ｃｓ濃度、137Ｃｓ/135Ｃｓの比と、堆積深度の３次元プロットの一例を示す。135Ｃｓ濃度は、１９６３年にピークとなり、137Ｃｓ/135Ｃｓの比は、現在から１９６１年までは一定であり、１９６１年以前では減少するため、135Ｃｓ濃度と137Ｃｓ/135Ｃｓの比の平面上では、１９６１年において明確な変曲点を有することとなる。
【００１２】
土壌や底質試料中の137Ｃｓ/135Ｃｓ比を測定すると、その土壌粒子にフォールアウトが吸着された時期が測定できるが、135Ｃｓは半減期が非常に長いため、５０年程度では濃度の減少がない。従って、放射能としての減衰がないのでフォールアウト降下履歴との対比が容易である。
このように、貯水池や砂防ダム等に堆積した土砂、底質の135Ｃｓ濃度と、137Ｃｓ/135Ｃｓ比を測定して堆積した時期を決め、堆積速度の測定や、河川などの流出域全体での土砂等の流出量の評価が可能となる。洪水と土砂の堆積量の関係を測定する事も可能である。
【００１３】
135Ｃｓと137Ｃｓとは同位体であるため化学的な挙動は同じで、フォールアウトとしての降下履歴も同じであることを考えると、核実験が頻繁に行われていた時期から５０年が経過しようとしている現在、137Ｃｓだけでは、濃度の低下も大きくその補正も慎重に行わなければならないという事情があり、その点において、135Ｃｓ濃度測定では補正の必要がなく、放射能量としては変化が無いので、降下量の全量が把握できれば、流出土砂に占める表面土壌の割合が測定できる。
ここでの補正とは、放射能の減衰に伴う放射能濃度補正のことをいう。放射能Ａは、
Ａ＝Ａ0ｅ-λt
で減衰する。λ＝０．６９３／Ｔ1/2であり、Ｔ1/2は半減期、ｔは経過時間である。
例えば、137Ｃｓでは、λ＝０．０２２５、135Ｃｓでは、λ＝３×１０-7であるので、137Ｃｓでは５０年経過すると初期放射能の１／３となる。一方、135Ｃｓでは、５０年経過しても、放射能は初期濃度を１とすると、０．９９９９８５に変化しているだけであり、実質的には変化していないと考えられる。従って、135Ｃｓの場合には補正を必要としない。
【００１４】
このように、表面流出土壌量の測定において、137Ｃｓ濃度に変化が見られても、１９６１年時点での137Ｃｓ/135Ｃｓ濃度比を基準とすると、137Ｃｓ/135Ｃｓ濃度比には本来変化がない。なぜならば、最後に大きな核実験が大気中で行われたのは１９６１年であるので、その後に降下してくるフォールアウトについては基本的には１９６１年に生成された137Ｃｓ/135Ｃｓ比から時間の経過と共にこの比が減少し、測定時点での比の値を計算予測することができる。仮に、測定され補正された137Ｃｓ/135Ｃｓ比が基準値から大きく外れるような変化が見られるようであれば、測定流出域内での環境の変化が起こったからであり、環境変化を察知することができる。
以上説明したように、半減期の補正の必要がない135Ｃｓを測定に用いることで、堆積層内で正確な堆積時期を推定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明は、今後数万年先までも放射性核種をトレーサーとして用いた土砂沈殿堆積速度推定方法として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】フォールアウト・セシウムが表面土壌に吸着される様子を示す図である。
【図２】フォールアウト・セシウムが底質として堆積する様子を示す図である。
【図３】フォールアウト・セシウムの降下履歴と、土壌及び底質での濃度を示す図である。
【図４】従来の土壌流出量の評価方法を示す図である。
【図５】本発明の土壌流出量の評価方法を示す図である。
【図６】底質内の135Ｃｓ濃度、137Ｃｓ/135Ｃｓの比と、堆積深度の３次元プロットの一例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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