火山と温泉が関係しているのは、火山の地下にあるマグマや高温の岩体が「熱源」になり、地下水を温めることがあるからです。 雨や雪などの水が地中にしみ込み、地下で熱せられたあと、断層や岩石の割れ目を通って地表へ上がると、温泉として湧き出すことがあります。
ただし、すべての温泉が火山によってできるわけではありません。火山から離れた地域でも、地球内部の熱や深い地下水などによって温泉が生じます。つまり、「火山の近くでは温泉ができやすいが、温泉があるから必ず火山があるとは限らない」という関係です。
火山の近くに温泉が多いのはなぜか
火山の地下には、マグマや、マグマによって高温に保たれた岩石があります。これらは周囲の地下水を温める強い熱源になります。
米国地質調査所（USGS）は、火山地域の温泉について、地表からしみ込んだ水が地下の高温領域まで下がり、そこで温められたあと、割れ目などを通って再び地表へ上昇すると説明しています。
流れを簡単に整理すると、次のようになります。
- 雨や雪が地面にしみ込み、地下水になります。
- 地下水が岩石の割れ目などを通って深い場所へ移動します。
- マグマや高温の岩体の近くで水が温められます。
- 温められた水は密度が小さくなり、圧力差などによって上昇します。
- 断層や割れ目を通って地表へ出ると、温泉になります。
このため、若い火山活動がある地域では、温泉、噴気、熱水などの「地熱現象」がまとまって見られることがあります。
温泉の水そのものがマグマから出てくるのか
「火山性温泉」と聞くと、温泉水そのものがマグマから直接出てきたように思うかもしれません。しかし、多くの場合、温泉水の主要な起源は雨や雪などの水です。
地表からしみ込んだ水が地下で温められ、岩石と反応しながら成分を溶かし込みます。そこにマグマ由来の水蒸気や二酸化炭素、硫黄成分などが加わる場合もあります。
USGSの研究でも、火山地域の熱水にはマグマ由来の成分が含まれることがある一方、典型的な温泉では水の大部分が地表由来の水である場合が多いことが示されています。
したがって、「火山が温泉の水をつくる」というより、火山が地下の水を温めたり、化学成分を加えたりすると考えると理解しやすくなります。
なぜ温泉にはさまざまな成分が含まれるのか
温泉水は地下を移動する途中で、さまざまな岩石や火山性のガスと接触します。そのため、通った場所や温度、圧力、滞在時間によって溶け込む成分が変わります。
たとえば、火山地域では硫化水素や二酸化炭素などのガスが地下水に加わることがあります。また、高温の水は岩石と反応しやすいため、ナトリウム、カルシウム、塩化物イオンなどを含むさまざまな泉質が生まれます。
同じ火山の周辺でも、源泉によって色、におい、pH、含まれる成分が違うことがあります。これは、地下水が通った経路やマグマとの距離、周囲の岩石などが異なるためです。
火山の近くなら、どこを掘っても温泉が出るのか
火山の近くに熱源があっても、どこでも温泉が出るわけではありません。温泉ができるには、熱だけでなく「水」と「水が動く通り道」も必要です。
地下に十分な水があり、その水が深部まで下がって温められ、さらに地表近くまで戻れる割れ目や断層などがあることが重要です。
逆に、地下が高温でも、水の供給が少なかったり、岩盤に水の通り道がなかったりすれば、自然に温泉が湧き出さない場合があります。
そのため温泉地の分布は、火山の位置だけでなく、地下の地質構造や断層、地下水の流れとも深く関係しています。
火山がない場所にも温泉があるのはなぜか
温泉のすべてが火山性ではありません。環境省は、温泉を「火山性温泉」と「非火山性温泉」に大きく分けて説明しています。
非火山性温泉では、地下深くへ浸透した水が地球内部から伝わる熱によって温められる場合があります。一般に地下は深くなるほど温度が上がるため、深い場所まで循環した地下水は、マグマが近くになくても高温になることがあります。
また、古い海水が地下に閉じ込められ、それが地中の熱で温められている場合や、地下深部から上昇してくる流体が関係する場合もあります。
産業技術総合研究所では、火山地域だけでなく非火山地域の温泉水についても、地下深部から上昇する流体の起源や流動を研究しています。
このため、「温泉がある＝現在活動している火山が近くにある」と判断することはできません。
温泉と火山ガスはどう関係するのか
火山の地下では、マグマから水蒸気、二酸化炭素、硫黄を含むガスなどが放出されることがあります。こうした火山ガスが地下水と接触すると、温泉水の化学成分に影響を与えます。
たとえば、硫黄成分を含むガスが水に溶けると、独特のにおいや酸性の性質を持つ温泉が生じることがあります。火山地域で見られる噴気孔や酸性の熱水も、地下のマグマ・ガス・地下水が互いに作用する現象の一部です。
ただし、泉質だけを見て地下の状態を単純に決めることはできません。水と岩石の反応、地下水の混合、温度変化など多くの要因が関係しているためです。
温泉の温度は何で決まるのか
温泉の温度は、単に「火山に近いほど高い」と決まるわけではありません。
USGSは、温泉の温度や湧出量について、地下で水が循環する速度、深部から供給される熱の大きさ、地表近くで冷たい地下水とどれだけ混ざるかなどに左右されると説明しています。
地下では非常に高温だった水でも、地表へ上がる途中で冷たい地下水と混ざれば温度は下がります。反対に、深部から速く上昇すれば、高い温度を保ったまま湧き出すことがあります。
したがって、同じ地域にある温泉でも、源泉ごとに温度が違うことは珍しくありません。
温泉は火山活動を知る手がかりにもなる
火山地域では、温泉水や火山ガスの温度・成分が地下の状態を反映する場合があります。そのため、研究機関は温泉水、熱水、火山ガスなどを調べ、地下の流体や熱の変化を研究しています。
たとえば、産総研は火山地域の地下水・温泉水を分析し、深部流体の起源や火山活動との関連を調べています。USGSも火山・熱水系の水やガスの化学データを蓄積しています。
ただし、温泉の温度や成分が変わったからといって、それだけで噴火が近いと判断することはできません。火山活動の評価には、地震、地殻変動、火山ガスなど複数の観測を組み合わせる必要があります。
日本に温泉が多いことと火山は関係しているのか
日本列島には多くの火山があり、地下の熱が強い地域も数多く存在します。そのため、火山性温泉が各地に分布しています。
一方、日本の温泉の中には非火山性のものも多くあります。環境省も、マグマの熱で温められる火山性温泉のほか、地下深くの熱で温められる深層地下水型などを紹介しています。
つまり、日本に温泉が多い理由の一つとして火山活動は重要ですが、火山だけですべてを説明することはできません。地下水、地質、断層、地球内部の熱などが組み合わさって、さまざまな温泉が生まれています。
火山と温泉の関係をひとことで整理すると
火山は地下水を温める強い熱源になり、火山地域の割れ目や断層を通って温められた水が地表へ上がることで、温泉ができることがあります。
火山の地下にはマグマや高温の岩体があり、その熱が地下水に伝わります。水は地下を循環しながら岩石や火山ガスと反応し、温度や成分を変えます。そして条件がそろうと、温泉として地表に湧き出します。
ただし、温泉には火山性と非火山性があり、火山がない場所でも温泉はできます。そのため、「火山と温泉は強く関係していることが多いが、必ず一対一で対応するわけではない」と覚えるのが正確です。
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