Impacts of anthropogenic source from the nuclear fuel reprocessing plants on global atmospheric iodine-129 cycle; A Model analysis

大気中のヨウ素-129循環における核燃料再処理工場の人為起源ソースの影響; モデル解析

門脇 正尚   ; 堅田 元喜*; 寺田 宏明   ; 鈴木 崇史  ; 長谷川 英尚*; 赤田 尚史*; 柿内 秀樹*

Kadowaki, Masanao; Katata, Genki*; Terada, Hiroaki; Suzuki, Takashi; Hasegawa, Hidenao*; Akata, Naofumi*; Kakiuchi, Hideki*

長寿命放射性ヨウ素(I)は、大気環境における放射性核種の有用な地球化学トレーサである。本研究では、Iの大気濃度および沈着の観測を実施し、観測データから大気濃度および沈着の明瞭な季節変動を得た。さらに、大気中のI循環を支配する要因を明らかにすることを目的として、得られた観測データを用いて、移流、乱流拡散、大気沈着、光化学、ガス粒子変換、核燃料再処理工場からのIの排出、海洋および陸域からのIの揮発の各物理・化学過程を考慮した全球ヨウ素輸送モデルを開発した。全球ヨウ素輸送モデルは、我々が観測したIの大気濃度および沈着の季節変動、そして既往文献のIの降水中濃度の全球分布を良好に再現した。開発した全球ヨウ素輸送モデルを用いて人為起源と自然起源のIインベントリの強度を変化させる数値実験を実施し、地球全体のI循環に対する人為起源のIの影響を評価した。その結果、冬季においては、人為起源のIが主にユーラシアの北部に沈着する可能性があることが示された。一方で、夏季においては、自然起源のIが北半球中高緯度の沈着に支配的であった。これらの結果は、地球表面からのIの再飛散過程が全球規模でのI循環に重要であることを示唆している。さらに、冬季のユーラシア北部や北極域においては局所的に乾性沈着が寄与しており、乾性沈着が環境中のIの季節変化に重要な影響を及ぼすことが示唆された。

The long-lived radioactive iodine (I) is a useful geochemical tracer in the atmospheric environment. We recently observed clear seasonal trends in air concentration and deposition of I in Japan. Using these data, we developed a global atmospheric I transport model to reveal key processes for the global atmospheric I cycle. The model generally reproduced the observed seasonal change in air concentration and deposition of I in Japan, and the global distribution of I concentration in rain as presented in past literature. Numerical experiments changing the intensity of anthropogenic and natural sources were conducted to quantify the impact of anthropogenic sources on the global I cycle. The results indicated that the atmospheric I from the anthropogenic sources was deposited in winter and can be accumulated mainly in the northern part of Eurasia. In contrast, the atmospheric I from the natural sources dominated the deposition in summer. These results suggested that the re-emission process of I from the Earth's surface may be important as a secondary impact of I in the global-scaled environment. Furthermore, although wet deposition dominated the total deposition in the Northern hemisphere, dry deposition regionally and seasonally contributed to the total deposition over arctic and northern part of Eurasia in winter, suggesting that the dry deposition may play a key role in the seasonal change of I deposition in the Northern hemisphere high latitudes.