地球と環境問題1 地球の天然資源と環境

 地球の天然資源と環境
 人類が地球上に生存しはじめたのは、今から100万年以上も前にさかのぼる。人間の地球での生存は、極めて限られた自然条件の下で可能となる。たとえば、酸素は大気中で21%あるが、15%を割れば呼吸困難となろう。また、30%を上回ると大火災が頻発する。

 事実、長い地球史の中では、自然条件の変化による生物の絶滅がいくつか起きている。白亜紀末には巨大隕石の衝突により、地球上の70%以上が死滅したと推定されているが、その原因は海洋プランクトンの死滅による連鎖だとか、隕石の衝突によるダストの発生によって、地球が低温化したためとも言われている。

 さらに、現在、人間や生物の生存の基盤を脅かすものに環境問題が加わった。20世紀後半から始まった化石燃料の膨大な消費は、人間の活動・生存に重大な影響を及ぼすようになった。大気中のCO2濃度は顕著に増大し、地球からの熱放射を妨げ、地球の平均気温を上昇させると懸念されている。フロンやH2Oと相乗した、いわゆる温室効果である。



《 石油の生成由来はよくわからない 植物や動物、プランクトンなどの残骸とされるが量が足りない 》

 全米科学アカデミーによれば、現在のCO2排出状況が続くと2,030年にはCO2濃度が産業革命以前の2倍になり、気温が1.5~4.5℃上昇、両極の氷の融解などにより海面が0.2~1.4m上昇し、また気候変動により生態系への悪影響が生ずるとされている。温室効果が深刻なのは、化石燃料を燃やすと必ずCO2が生じ、大気中からの除去が困難な点がある。化石燃料によるCO2の排出量は1989年には世界合計で220億トンと推定されている。

 一方、化石燃料の埋蔵量も無尽蔵でないことが知られている。石油や石炭の生成過程ははっきりしないが、太古の植物や動物、プランクトンなどの遺がいが長い年月をかけて変成されてできたと考えられている。
 化石燃料は現在、全世界の一次エネルギーの85%程度を占めるが、石油枯渇説も有力であり、産油国の事情による価格変動も大きい。埋蔵量については、常に油田の発見が伴い一定しないが、現在の確認埋蔵量と使用量から推定して、70年程度はもつと見られている。

 他方、化石燃料に替わるエネルギー源に原子力発電がある。原子力発電の特長はわずかの物質消費で大量のエネルギーを取り出せることにある。しかし、大出力の原子炉は建設費が高く、ウランの採鉱に始まり、放射性廃棄物の貯蔵に至る核燃料全体の安全管理を考えなくてはならない。
 ここで、地球史上に放射性廃棄物の貴重な事例があることが知られている。アフリカ中部のオクロ天然原子炉である。人類が原子炉を作ったのはせいぜい60年前である。1万年・10万年とかかる放射性廃棄物の問題に対して、20億年の歴史を持つオクロ原子炉は、きわめて有効な手掛かりを与えてくれる。

 1972年、フランス原子力庁はガボン共和国東部のオクロ・ウラン鉱床から、核分裂後と見られる同位体比(238U/235U)異常ウランを発見したと発表した。1942年E.Fermiらが、シカゴ大学の実験室で成功したウラン核分裂反応が20億年も前に天然に起こっていたのである。
 オクロ天然原子炉の総出力は、原子力発電所5基の1年分に相当する。20億年間放置されていた、その周りの環境から影響を知ることができる。

 放射性廃棄物のなかで、最も危険な物質はPu(プルトニウム)である。代表的な239Puは下記の反応を示す。
238U → 239U → 239Np → 239Pu →235U
 調査は239Puの反応後に生ずる235Uが周辺の存在率に比べ、どの程度多いかにより、239Puの拡散状態を推定した。

 
 2 オクロの天然原子炉とは
 人工の原子炉に似た特定の条件下では天然の核分裂炉ができることがある。知られている唯一の天然原子炉はガボン共和国のオートオゴウェ州オクロ(現在でもウラン鉱床として稼動)に20億年前に形成された。 ただ、このような炉はもはや地球上には形成されることは無い。非常に長い時間の原子核崩壊により、ウラン中のウラン235の割合が減って連鎖反応を維持するために必要な量を下回っているためである。天然原子炉は、ウランに富んだ鉱脈が、減速材の役割をする地下水に囲まれたときに形成され、強烈な連鎖反応が起こった。反応が増えると水の減速材は沸騰し、反応を抑制するので、メルトダウンを防いでいた。核分裂反応は数十万年間続いていたとされる。

 その結果によると、239Pu・235Uの拡散はほとんどないか、または無視できるものであった。また、一般に原子核が核分裂を起こすと希土類元素が生ずるが、Nd・Sn・Cd・は散逸が見られず、Xe・Kr・Rb・Sr・Cd・Baについて散逸が認められた。オクロ原子炉が地表に近く、20億年に渡り風化にさらされてきたことを考慮すると、ウランやプルトニウムは比較的よく保持され、Xe・Kr・Rbなどが生ずる核反応物質は散逸し易いことが推定される。

 ユネスコに1978年に設置された”放射性廃棄物問題に関する作業部会”は5年あまりの調査結果を基に、放射性廃棄物を収容する容器の研究-(従来はこれのみであった)-に合わせ、廃棄物の投棄場所の地質学的安全性を確認することが重要だと強調している。放射性廃棄物の半減期が1万年オーダーであり、未知の危険性を考えると、厳重な容器から散逸した場合の安全性確保の面から、地質学の検討は重要な指摘になったと言える。

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