温泉が湧き出る瞬間を見たことがあるだろうか。地面から、熱いお湯が噴き出す。白い湯気が立ち上る。これは、地下で起きている驚異的な現象の結果だ。
温泉は、どのようにして湧き出るのか。地下で何が起きているのか。そのメカニズムを解説していこう。
温泉が湧く3つの条件
温泉が湧くためには、3つの条件が必要だ。
- 水: 地下に水が存在すること。
- 熱: 水を加熱する熱源があること。
- 通路: 水が地表に出てくる通路があること。
この3つが揃うと、温泉が湧き出る。
条件1:水(地下水)
温泉の源は、雨水や雪解け水だ。
雨が降ると、水は地面に浸透する。地下深くまで浸透した水は、地下水となる。この地下水が、温泉の原料だ。
日本は雨が多い国だ。年間降水量は、世界平均の約2倍。豊富な雨水が、豊富な温泉を生み出す。
条件2:熱(熱源)
地下水を加熱する熱源には、2種類ある。
火山性の熱源(マグマ)
火山の下には、マグマがある。マグマの温度は、約800~1,200℃だ。
マグマが地下水を直接加熱する。または、マグマから放出される高温の蒸気やガスが、地下水を加熱する。
火山性温泉の多くは、この方式で生まれる。高温で、成分が濃い温泉が多い。
非火山性の熱源(地温勾配)
火山がない地域でも、温泉は湧く。その熱源は、地温勾配だ。
地温勾配とは、地下に行くほど温度が上がる現象だ。平均的に、深さ100mごとに約3℃上昇する。
つまり、深さ1,000mでは、地表よりも約30℃高い。深さ2,000mでは、約60℃高い。
深い地下まで浸透した地下水は、この地温勾配によって加熱される。これが、非火山性温泉だ。
条件3:通路(断層・亀裂)
加熱された地下水は、地表に出てくる通路が必要だ。
断層・亀裂
地下には、断層や亀裂がある。地震や地殻変動によって、岩盤に隙間ができる。
加熱された地下水は、この断層や亀裂を通って、地表に上がってくる。これが、温泉の湧出口だ。
圧力
加熱された地下水は、圧力が高い。この圧力が、水を地表に押し上げる。
特に、火山性温泉では、高温・高圧の蒸気が水を押し上げる。間欠泉のように、定期的に噴き出す温泉もある。
火山性温泉の湧く仕組み
火山性温泉が湧くメカニズムを、ステップごとに説明しよう。
- 雨水が地下に浸透: 雨水が地面に浸透し、地下水となる。
- マグマが地下水を加熱: 火山の下にあるマグマが、地下水を加熱する。
- 火山ガスが溶け込む: 硫化水素、二酸化炭素などの火山ガスが、地下水に溶け込む。
- 圧力が高まる: 加熱された地下水は、圧力が高まる。
- 断層・亀裂を通って湧出: 高圧の地下水は、断層や亀裂を通って、地表に噴き出す。
このプロセスを経て、火山性温泉が生まれる。
非火山性温泉の湧く仕組み
非火山性温泉が湧くメカニズムは、若干異なる。
- 雨水が地下深くに浸透: 雨水が、地下数千メートルまで浸透する。
- 地温勾配によって加熱: 深い地下では、地温勾配によって温度が上がる。地下水が加熱される。
- 地下の成分が溶け込む: 地下の岩石や鉱物の成分が、地下水に溶け込む。
- 長い時間をかけて上昇: 加熱された地下水は、長い時間をかけて、断層や亀裂を通って上昇する。
- 地表に湧出: 数百年~数千年かけて、地表に湧き出る。
非火山性温泉は、火山性温泉よりも時間がかかる。しかし、成分は決して薄くない。
源泉の種類
温泉の湧き方には、いくつかのパターンがある。
自噴泉
地下の圧力によって、自然に噴き出す温泉。ポンプは不要。
草津温泉の湯畑のように、常に湧き出し続ける。最も贅沢な温泉だ。
掘削泉
井戸を掘って、地下水を汲み上げる温泉。
深さ数百メートル~数千メートルまで掘削する。ポンプで汲み上げる。
間欠泉
一定の間隔で噴き出す温泉。
地下で蒸気が溜まり、圧力が高まると、一気に噴き出す。アメリカのイエローストーンの「オールド・フェイスフル」が有名だ。
日本では、大分県の別府温泉に間欠泉がある。
温泉の年齢
温泉には、「年齢」がある。地下に浸透してから、地表に湧き出るまでの時間だ。
火山性温泉: 数年~数十年程度。比較的「若い」温泉。
非火山性温泉: 数百年~数千年。「古い」温泉。
有馬温泉の「金泉」は、約100万年前の海水が地下深くで加熱されたものと考えられている。気の遠くなるような年月をかけて、湧き出た温泉だ。
温泉は再生可能資源
温泉は、再生可能資源だ。
雨水や雪解け水が地下に浸透し続ける限り、温泉は湧き続ける。火山活動が続く限り、火山性温泉は湧き続ける。
ただし、過度な汲み上げは禁物だ。地下水が枯渇すれば、温泉も枯れる。
適切に管理すれば、温泉は永遠に湧き続ける。日本の温泉文化を守るために、持続可能な利用が求められている。
温泉が湧く音を聞く
温泉が湧き出る音を聞いたことがあるだろうか。
「ゴボゴボ」「シューシュー」という音。これは、地下から湧き出る温泉の音だ。高圧の蒸気やガスが、水と一緒に噴き出す音だ。
この音を聞くと、「生きている温泉」を実感できる。地下で起きている現象を、聴覚で感じられる。
まとめ
温泉は、雨水が地下に浸透し、加熱され、地表に湧き出る現象だ。火山のマグマや地温勾配が、地下水を加熱する。
火山性温泉は、数年数十年で湧き出る。非火山性温泉は、数百年数千年かけて湧き出る。
温泉は、再生可能資源だ。雨水が地下に浸透し続ける限り、温泉は湧き続ける。適切に管理すれば、永遠に楽しめる。
温泉が湧き出る瞬間を見たら、地下で起きている驚異的な現象を思い出してほしい。日本の大地からの贈り物を、感謝して楽しもう。
