チェルノブイリの地下水汚染

チェルノブイリ原発事故は、北半球の放射能環境を一変させた、最大かつ最も有害な原子力災害として今も記憶されている。この災害は1986年4月、旧ソ連（現在のウクライナ）の領土で発生した。この災害により、ヨーロッパや北米の一部の地域では、災害前と比べて放射線量が100万倍近くに増加した。 [ 1 ]大気、水、土壌、植物、動物がさまざまな程度に汚染された。最も被害が大きかったウクライナとベラルーシのほか、ロシア、オーストリア、フィンランド、スウェーデンなども被害を受けた。プリピャチ川とドニエプル川の隣接する渓谷をはじめとする水系への影響の全容は、いまだ解明されていない。

チェルノブイリ原発事故による環境影響の中でも、深刻な地下水汚染は最も深刻なものの一つです。淡水被害全体の一部として、これはいわゆる「二次汚染」に関連し、放射性物質が非圧帯水層を通じて地下水系に流入することで生じます[ 1 ]。地下水盆地、特に深層帯水層は、従来、様々な外来汚染物質の影響を受けにくいと考えられていたため、この汚染対策は特に困難を極めました。科学者たちを驚かせたのは、数百年かけて形成された深層水においても、チェルノブイリ起源の放射性核種が検出されたことです[ 2 ] 。

歴史

チェルノブイリ原子力発電所（CNPP）周辺の30km圏内の避難区域（いわゆる「立入禁止区域」）では、地下水が特に放射能の影響を受けた（Kovar&Herbert, 1998）。 [ 3 ]水文学的拡散の観点から、主要かつ最も危険な汚染物質はストロンチウム90であった。この核種は地下水中で最も活発な移動性を示した。ストロンチウム90が地下水帯水層を急速に移動することが初めて発見されたのは1988年から1989年にかけてである[ 4 ]。その他の危険な核同位体には、セシウム137、セシウム143、ルテニウム106、プルトニウム239、プルトニウム240、アメリシウム241などがある[ 5 ] 。 [ 4 ]汚染の主な発生源は、損傷した4号炉であった。そこは実際には墜落現場で、ストロンチウム90の濃度が当初、飲料水の許容濃度の10の3乗から10の4乗倍を超えた。緊急隊員が「石棺」または「シェルター」と呼ばれる、炉を環境から隔離することを目的とした防護構造物を建設した後も、この原子炉は放射線の震源地であり続けた。構造は気密性がなく、1000平方メートルの面積の多くの部分で雨水、雪、露の濃度を透過することが判明した[ 6 ] [ 5 ]さらに、「シェルター」の建設中に4号炉から濃縮水が漏洩し、大量のセシウム、トリチウム、プルトニウムが地下水に放出された[ 2 ] [ 5 ]その結果、「シェルター」内で相当量の水が凝縮し、核種を含む塵や燃料からの放射線を吸収した。この水の大部分は蒸発したが、一部は原子炉容器下の表層から地下水に漏れ出した[ 5 ] 。

その他の地下水汚染源としては、 「立入禁止区域」内の放射性廃棄物投棄場、帯水層に繋がる冷却水貯留層、事故後数時間に発生した初期の放射性降下物、周辺地域の土壌への汚染粒子の拡散を加速させた森林火災などが挙げられる[ 4 ] 。全体として、研究者らは地表汚染全体の約30%が地下の岩石媒体に蓄積する可能性があると記録した [2] 。この発見は、一方では放射性核種の地下移動の危険な規模を示しているが、他方では火成岩が汚染物質のさらなる拡散に対する保護シールドとして重要な機能を果たしていることを示している。

ソ連によって隠蔽された事実が最近になって明らかになり、チェルノブイリ地域の地下水の放射能汚染の問題は実際の災害よりずっと前から存在していたことが明らかになった。1983年から1985年に実施された分析では、1982年のCNPPの以前の事故による故障の結果として、放射能基準が1.5から2倍逸脱したことが示された[ 5 ]。大惨事が発生したとき、破壊された4号炉の地域の土地の汚染により地下水の照射が発生した。さらに、ストロンチウムとセシウムの同位体による土壌汚染と相関し、比例して、地下水は非圧帯水層を通して汚染された。[ 1 ]上部地下水帯水層とほとんどの被圧帯水層は、放射性同位体ストロンチウム90とセシウム137による大規模な地表汚染のために最初に被害を受けた。同時に、立入禁止区域の周辺部、特に飲料水供給システムの一部では、相当量の放射性物質が検出されました。この発見は、放射性汚染物質が地下水帯水層を通じて移動した事実を証明しました[ 2 ]。

災害後、ソ連政府は事故の影響を中和するための対策を遅らせ、非効率的なものにした。地下水汚染の問題は災害後数ヶ月間適切に対処されず、莫大な費用がかかったにもかかわらず、成果はほとんどなかった。同時に、状況の適切な監視はほとんど行われていなかった[ 3 ]。災害救援活動員の主な努力は、表層水の汚染防止に向けられた。地下水中の放射性核種含有量が大量に監視され、検出されたのは災害からほぼ1年後の1987年4月から5月になってからであった[ 5 ]。

汚染の移動経路

残念なことに、チェルノブイリ地域の水文学的および地質学的条件は、地下水網への放射性核種の急速な移行を促進した。これらの要因には、平坦な地形、豊富な降水量、および浸透性の高い砂質堆積物が含まれる[ 4 ] 。この地域の核種移行 の主な自然的要因は、気象および気候関連（蒸発および降水頻度、強度および分布）、地質学的（堆積物の浸透性、排水体制、植生の形態）、土壌由来（土地の物理的、水文学的および機械的特性）、および岩相（地形構造および岩石の種類）の4つのグループに分類できる。[ 5 ]改善された地域では、移行プロセスは人間の農業活動に関連する人為的要因によっても影響を受ける。この点で、特定のパラメータと排水体制の種類、改善活動、水制御および散水は、汚染物質の移行の自然速度を大幅に加速させる可能性がある。たとえば、人工排水は吸収および洗い流し率の大幅な増加につながる。[ 5 ]これらの技術的要因は、建設された貯水池とダムのネットワーク内でほぼ完全に人工的な灌漑と排水に依存している プリピャチ川とドニエプル川沿いの地域にとって特に重要です。

同時に、自然および人為的な移行要因は、それぞれ異なる汚染物質に対して特定の優先順位を持っています。ストロンチウム90が地下水に移行する主な方法は、汚染された土壌から浸透し、続いて非圧入帯水層の多孔質表面を通過することです。[ 7 ]研究者らは、この放射性核種の移行について、さらに2つの代替方法を特定しました。1つ目は「技術的」移行で、取水用の井戸の施工不良や井戸のシェルに使用されている材料の品質不足によって引き起こされます。深層の被圧水を電動で汲み上げる際、保護されていない水流が上部帯水層の汚染層を通過し、井戸に入る前に放射性粒子を吸収します。この汚染方法は、キエフの取水井戸で実験的に検証されています。[ 2 ]放射性核種の別の異常な移行方法は、結晶質岩の脆弱部です。ウクライナ国立科学アカデミーの放射線生態学研究センターの研究では、地殻表面には電気生産性が高く、水分と放射能の能力も高い非固結帯があることが示された。[ 2 ]

セシウム137については、チェルノブイリの土壌および帯水層における移行性は低い。その移動性は、岩石中に放射性核種を固定する粘土鉱物、水中の他の化学成分とのイオン交換による同位体の吸収と中和、植物の代謝サイクルによる部分的な中和、全体的な放射性崩壊などの要因によって阻害される。[ 4 ]プルトニウムとアメリシウムの重同位体は、立入禁止区域内外を問わず、移動能力がさらに低い。しかしながら、半減期が極めて長く、地球化学的挙動が予測不可能であることを考慮すると、その危険性を無視することはできない[ 5 ] 。

農業被害

放射性核種の地下水輸送は、農業生産に従事する土地の汚染の主要な経路に属している。特に、水位上昇に伴う垂直移動により、放射性粒子が土壌に浸透し、その後、根の吸収システムを介して植物に入り込む。これは、汚染された野菜を消費する際に動物や人が内部被曝につながる[ 1 ]この状況は、チェルノブイリ地域の主に農村地帯の居住地であり、住民のほとんどが活発な農業生産に従事していることで悪化している。そのため、当局はチェルノブイリ近郊の汚染された地域で農業活動を中止するか、表層の掘削と処理に資金を費やす必要がある[ 7 ] 。当初は無傷であった土壌へのこれらの被害の問題は、主にウクライナ、特にベラルーシの経済に大きな負担をかけている。ベラルーシの全領土のほぼ4分の1がセシウム同位体で深刻に汚染された。当局は、現在に至るまで約26万5千ヘクタールの耕作地を農業用途から除外せざるを得ませんでした。複雑な化学的・農業技術的対策により、汚染地域で生産された食品中の放射性核種含有量は限定的に減少しましたが、問題は依然として大部分が未解決のままです[ 8 ] 。経済的損害に加え、地下水経路を介した農業汚染は、住民の生物物理学的安全保障にも悪影響を及ぼします。放射性核種を含む食品の摂取は、この地域の人々にとって主要な被曝源となっています[ 9 ]。このように、農業被害は最終的に公衆衛生に対する直接的かつ長期的な脅威となります。

健康リスク

ウクライナ、ベラルーシおよび隣接諸国の住民に対する地下水汚染の健康影響は、通常、極めて否定的であると認識されている。ウクライナ政府は当初、費用がかかり高度な修復プログラムを実施した。しかし、限られた財源と災害によって引き起こされた他のより緊急の健康問題を考慮して、これらの計画は断念された[ 10 ] 。特に、国内の学者による研究結果によると、「立入禁止区域」における放射能被ばくの他の活性経路に比べ、地下水汚染は全体的な健康リスクに大きく寄与していないことが示されているため、このような決定がなされた。 [ 2 ] [ 4 ]特に、通常深刻な脅威とみなされる非圧入帯水層の放射能汚染は、チェルノブイリでは経済的および健康的影響が小さい。これは、「立入禁止区域」の地下水が家庭用および飲料用に使用されていないためである。地元住民がこの水を使用する可能性は、チェルノブイリ地域の特別な地位および関連する行政上の禁止事項によって排除されている。健康への脅威に直接的かつ必然的にさらされる唯一のグループは、チェルノブイリ原子力発電所の原子炉の停止と廃棄物処理作業に関連する排水作業に従事する緊急作業員である。 [ 7 ]

プリピャチ市（チェルノブイリ地域最大の都市）の工業用水および家庭用水源である被圧帯水層の汚染に関しては、給水システムが常時監視されているため、直ちに健康に脅威を与えることはない。放射能含有量の指標が基準を超えた場合、地元のボーリング井戸からの取水は停止される。しかし、代替給水システムを確保するために必要な支出が高額になるため、そのような状況には一定の経済的リスクがある。[ 7 ]同時に、非被圧帯水層の放射線の致死量は、被圧帯水層、ひいては主にプリピャチ川の表層水に移行する能力が相当あるため、大きな潜在的危険性を秘めている。この水はさらに、ドニエプル川の支流やキエフ貯水池に流れ込む可能性がある。[ 7 ]このようにして、汚染された水を家庭用として使用している動物や人間の数が劇的に増加する可能性がある。ドニエプル川はウクライナの重要な水脈の一つであることを考えると、「シェルター」または長寿命廃棄物貯蔵庫の完全性が損なわれた場合、地下水への放射性核種の広範な流出が国家非常事態規模に達する可能性がある。監視スタッフの公式見解によると、ドニエプル川に到達する前に、ストロンチウム90の含有量は通常プリピャチ川とキエフ貯水池でかなり希釈されるため、そのようなシナリオは起こりにくい。しかし、この評価は、実施された評価モデルが不完全であるため、一部の専門家によって不正確であると考えられている[ 7 ]。このように、地下水汚染は公衆衛生の領域で逆説的な状況をもたらした。つまり、汚染された地下水を家庭用として使用することで直接被曝する方が、耕作地への核種の移行によって引き起こされる間接的な影響に比べて比較にならないほど少ないのである。この点に関して、立入禁止区域の地下水ネットワークにおける汚染物質による健康リスクは、敷地内および敷地外の両方で区別できる[ 6 ]。飲料水や生活用水として直接取水することで生じる敷地内リスクは低い。仮に住民が放射性廃棄物埋立地の敷地内で水を使用したとしても、リスクは許容レベルをはるかに下回ると計算されている。このような結果は、表層水、雨水、雪解け水による水文学的輸送の過程で地下水が浄化されることで説明できる[ 6 ]。主要な健康リスクは、放射性核種による農地汚染によって引き起こされる敷地外にあり、特に非圧帯水層を通じた地下水の移動によって引き起こされます。このプロセスは最終的に、汚染地域産の食品を摂取した人々の内部被曝につながります。

水保護対策

チェルノブイリとプリピャチ地域で地下水保護のための緊急措置を講じる必要性が高まったのは、放射性核種がドニエプル川に流れ込み、ウクライナの首都キエフや下流の900万人の水利用者を汚染する危険性が認識されたためである。これを受けて、政府は1986年5月30日、地下水保護政策に関する法令を採択し、多額の費用をかけて水質浄化プログラムを開始した。しかし、これらの対策は不完全なデータと効率的なモニタリングの欠如に基づいていたため、不十分であることが判明した。信頼できる情報がないまま、緊急職員は「最悪のケース」のシナリオを提示し、最大の汚染密度と最小の減速指数を予想した。最新の調査情報で過剰な核種の移行のリスクが無視できるほど小さいことが示されたため、浄化プログラムは中止された。しかし、この時点でウクライナはすでにこのプロジェクトに約2000万ドルに相当する巨額の資金を費やし、救援活動員を不必要な放射線の危険にさらしていた。[ 4 ]

1990年代から2000年代にかけて、防護対策の焦点は、修復から、プリピャチ川沿いとチェルノブイリ原子力発電所周辺の汚染地域を地域の他の地域から完全に隔離するための防護システムの構築へと移行しました。これを受けて、地方自治体は状況の常時監視に注力するよう勧告されました。放射性核種の減衰は、いわゆる「観測された自然減衰」[ 4 ]の下で自然に進行しました。

監視措置

放射性物質の持続的な崩壊と「立入禁止区域」における極めて不利な放射線バックグラウンドを前に、環境悪化の緩和と近隣コミュニティにおける人道的大惨事の防止の両面において、常時モニタリングは過去も現在も極めて重要である。モニタリングによってパラメータの不確実性を低減し、評価モデルを改善することが可能となり、その結果、問題とその規模についてより現実的なビジョンを描くことができる。[ 7 ] 1990年代後半まで、地下水質モニタリングのデータ収集方法は効率も信頼性も低かった。モニタリングボーリングの設置中に、井戸は地表からの「高温燃料」粒子で汚染され、初期データが不正確になった。外来の汚染源からボーリングを除染するには1年半から2年かかることがあった。別の問題は、サンプリング前のモニタリング井戸のパージが不十分であることであった。この手順は、ボーリング孔内の古い水を帯水層からの新しい水と入れ替えるために必要なもので、モニタリング担当者によって1992年になって初めて導入されました。サンプル中のストロンチウム90指数の大幅な増加によって、パージの重要性がすぐに証明されました[ 3 ]。データの品質は、モニタリング井戸の鉄製部品の腐食によってさらに悪化しました。腐食性粒子は帯水層の放射性バックグラウンドを大幅に変えました。特に、水中の鉄化合物の含有量が多すぎると、ストロンチウムと補償反応を起こし、サンプル中のストロンチウム90指数が予想以上に低くなりました。場合によっては、井戸ケージの不適切な設計によってもモニタリングの精度が妨げられました。 1990年代初頭にチェルノブイリ原子力発電所の担当者が実施した井戸建設には、垂直に配置されたサンプリングのみを可能にする12メートルの長さのスクリーニングセクションがありました。このようなサンプルは、帯水層では通常、汚染物質の垂直分布が不均一であるため、解釈が困難です[ 3 ] ） 1994年以降、チェルノブイリ地域の地下水観測の品質は大幅に向上しました。新しい監視井戸は、鋼鉄の代わりにポリ塩化ビニル材料で建設され、スクリーニングセクションは1～2メートルに短縮されました[ 3 ]さらに、1999年から2012年には、チェルノブイリ原子力発電所の西側の放射性廃棄物投棄地域の近くに、「チェルノブイリ赤い森」と呼ばれる実験的な監視サイトが作成されました。新しい監視システムの要素には、実験モジュール、不飽和帯監視ステーション、監視ボーリングホールのネットワーク、気象観測所が含まれます[ 4 ]その主な目的には、表層に分散した「高温燃料粒子」（HFP）からの放射性核種の抽出、それらの不飽和帯水層を介したその後の移行、および水蒸気（飽和）帯の状態などのプロセスの監視が含まれます。HFPは、「立ち入り禁止区域」での最初の爆発とそれに続く火災の際に焼けた木材とコンクリートから発生した粒子です。不飽和帯水層には、水と土壌のサンプラー、水封じ込めセンサー、張力計が備え付けられています。実験サイトでの作業により、帯水層におけるストロンチウム90の移動と状態をリアルタイムで監視できますが、同時に新たな疑問も生じています。監視スタッフは、水位の変動が堆積物からの放射性核種の放出に直接影響を及ぼし、堆積物中の有機物の蓄積が帯水層の地球化学的パラメータと相関していることに気づきました。さらに、研究者らは初めて深層地下水でプルトニウムを検出しました。これは、この汚染物質も被圧帯水層を移動する能力があることを意味します。しかし、この移住の具体的な手段は未だ不明である。[ 11 ]

研究者らは、立入禁止区域内の核廃棄物埋立地の保護が徹底されれば、2020年までの地下水中のストロンチウム90濃度は許容最大指標よりもはるかに低くなると予測している。また、最も脆弱な表流水路であるプリピャチ川が今後50年間、地下支流によって汚染される可能性は低いとしている[ 2 ]。同時に、モニタリング井戸の数は依然として不足しており、拡張と改修が必要である。さらに、立入禁止区域内のボーリング井戸は、当該地域の水文学的特性や放射能特性を考慮せずに不均一に分布している（Kovar&Herbert, 1998 [ 3 ]） 。

学んだ教訓

チェルノブイリ事故は、原子力災害の環境関連問題の解決に対する地方自治体の完全な準備不足を明らかにした。地下水管理も例外ではない。正確なリアルタイムデータと調整された緊急管理計画がないまま、政府は地下水浄化に莫大な​​資金を費やしたが、これは後に無駄だったことが判明した。同時に、損傷した4号炉の確実な隔離など、本当に重要な最優先事項の対策は、質の低いレベルで実施された。もし「シェルター」が欠陥なく建設され、完全に気密で、4号炉を外部の空気、土壌、地下水媒体との接触から隔離していれば、核種の侵入と地下水ネットワーク全体への移動を防ぐのにはるかに大きく貢献したであろう[ 5 ]。 これらの失敗を考慮すると、チェルノブイリの悲劇から地下水管理に関して得られた教訓は次の通りである。

  • 高品質のリアルタイムデータを生成できる、一貫性があり技術的に信頼できる監視システムの必要性。
  • あらゆる是正措置および改善政策の主な根拠となる正確な監視データ。
  • 地下水管理活動の基準と目的は、修復、建設工事、農業制限など、分析の段階で、実際の実現に先立って特定される必要があります。
  • 地下水汚染の問題は、他の汚染経路や汚染形態と密接な関連を持ちながら、より広い視点で捉えられなければならない。なぜなら、それらはすべて相互に関連しており、影響し合っているからである。
  • 策定された行動計画の査読には、常に国際的な専門家や一流の学者を関与させることが強く推奨されます。
  • 放射能汚染地域における地下水管理は、統合生態系アプローチ、すなわち地域および地球規模の生態系への影響、地域社会の福祉、そして長期的な環境への影響を考慮する必要がある。[ 4 ]

参考文献

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