温泉沈殿物

おんせんちんでんぶつ

温泉沈殿物

おんせんちんでんぶつ

　温泉水にはさまざまな物質が溶け込んでおり、温度や圧力などの条件が変化すると、溶解成分の一部が析出し、固形物となって沈殿します。そのような物質は「温泉沈殿物」または「温泉華」と総称されますが、身近な言葉として「湯の花」・「湯の華」・「ゆばな」が使われてきました。
　そうした沈殿物は、温泉に独特の趣をもたらしたり、特異な景観を作り出したりして、人々に親しまれています。しかし、揚湯管や送湯管を詰まらせたり、浴槽の縁や浴室の床などに付着するので、温泉を利用する上では厄介な物になることがあります。そんなときには「スケール」と呼ばれることが多いようです。
　温泉沈殿物の成分や成因はさまざまで、次のようなものがあります。

【石灰華：せっかいか】

　炭酸カルシウム（CaCO₃）を主成分とする沈殿物で、温泉水から二酸化炭素（CO₂）が逸散すると、炭酸水素イオン（HCO₃^－）とカルシウムイオン（Ca^2＋）の間に下のような反応が起こり、CaCO₃が沈殿します。
式中の↓は沈殿を、↑は逸散を表しています。

2HCO₃^－ ＋ Ca^2＋　→　CaCO₃↓ ＋ H₂O ＋ CO₂↑

　HCO₃^－は、酸性泉や弱酸性泉には、ほとんど含まれていないので、石灰華は中性よりアルカリ性側の温泉でしか沈殿しません。また、沈殿するためには、両イオンがそれ相当の濃度でなければなりません。そのような条件を備えた泉質は、かなりの量のCa^2＋を含む炭酸水素塩泉です。それが多量のCO₂を含む炭酸泉なら、上の反応が効率よく起こります。大分県の長湯温泉では、石灰華のテラスを観察することが出来ます。

（沸騰泉でも沈殿）

　もうひとつの例は、液性（pH）が中性からアルカリ性の沸騰泉です。泉質は塩化物泉ですが、若干のCa^2＋とHCO₃^－を含んでいます（ときにはCO₃^2－も）。沸騰して発泡するとCO₂が泡の方に逸散しますから、CaCO₃が沈殿し、湧出管の内側にスケールとなって付着します。時間が経つと管が閉塞されてしまうので、除去しなければなりません。
　一般に、物質は高温ほど水によく溶けます。ところが、CaCO₃は高温ほど水に溶けにくいので、沸騰泉では析出しやすいのです。地熱発電の生産井でも同様なことが起こるので、その対策が工夫されています。
　これと似ているのは、比較的高温の動力泉（→温泉の種類）です。別府温泉では、コンプレッサーで圧縮した空気を温泉水中に吹き込んで揚湯する方法（エアリフト）がよく用いられています。いわば人工的に発泡させるので、やはりCaCO₃が析出・沈殿することがあります。とくに、泉温が60℃以上の動力泉で、送気管の先端や揚湯管の内壁に付着する傾向があります。

（結晶）

　自然界の炭酸カルシウムのほとんどは、方解石（ほうかいせき：カルサイト）と霰石（あられいし：アラゴナイト）という二つの結晶で占められています。温泉沈殿物には両者ともありますが、カルサイトは稀で、多くのものはアラゴナイトです。見た目には、針状の結晶が凝集したような形態をしています。長湯温泉のものも、別府温泉のものも、由布院温泉のものも、ほとんどがアラゴナイトです。アサリなど二枚貝の貝殻もアラゴナイトです。

【珪華：けいか】

　別項目の温泉分析書には、「遊離成分」の欄に「メタケイ酸 H₂SiO₃」の分析値が掲げられています。珪華とは、メタケイ酸などのケイ酸類が沈殿したもので、「シリカ沈殿物」とも呼ばれます。
　シリカ（SiO₂）には、結晶となっているもの（石英やクリストバライト）と結晶していないもの（非晶質シリカ）がありますが、温泉沈殿物の多くは非晶質シリカです。なお、石英のうち、とくに無色透明の美しい結晶が水晶です。

　岩石の主成分であるシリカは、温度が高いほど水によく溶けますから（溶解度が大きい）、地下の高温熱水には多量のケイ酸が溶解しています。そのような高温水が地表に現れて冷えると、ケイ酸が沈殿して珪華となります。沈殿の原因は温度低下ですから、沸騰泉の湧出管内で析出することはめったになく、湧出後の流路や送湯管内壁あるいは湯池で沈殿します。湯池では、テラス状になっていることもあります。別府の地獄でも観察されます。
　地熱発電の熱水でも同様のことが起こりますので、その対策が大きな問題になっています。

（温泉の色）

　珪華が沈殿する過程で温泉の色が変化するという面白い現象が起こりますが、これについては別項に記します。

【鉄華：てっか】

　鉄は地殻に普遍的に存在する物質で、地下水中にかなりの量が含まれていることがあります。そのような水は「カナケがある」と嫌われてきました。温泉水中にも溶存しています。中でも、酸性泉にはかなりの量が含まれていることがあります。
　泉質の項の温泉分析書には、「鉄(Ⅱ)イオン Fe^2＋」として、データ（0.2 mg/kg）が記載されています。鉄イオンには、電荷が2＋のもの（第一鉄イオン）と3＋のもの（第二鉄イオン）の２種類があります。この分析書のイオンは第一鉄で、無色です。ところが、地表に現れて空気に触れると、空中の酸素によって酸化され、褐色の「Fe(OH)₃（水酸化第二鉄）」となって、沈殿します。これが鉄華で、酸化が沈殿の原因です。分析書の例は低濃度なので、沈殿が生じたとしても、はっきりしないでしょう。しかし、日が経つにつれ、次第に沈殿物が蓄積し、褐色系の湯垢が溜まってきます。
　別府温泉では、あちこちで鉄を含む沈殿物が見られます。柴石温泉の下流部では、かつて、送湯管が鉄華で閉塞されたことがありました。また、石灰華は薄い褐色を帯びていることが多いのですが、これは少量の鉄華によるものです。

　鉄質沈殿物として有名なのは「血の池地獄」の赤色沈殿物です。これは、上のものとは異なりますので、別項で紹介します。

【硫黄華：いおうか】

　温泉水中の硫黄が沈殿したものを硫黄華と言います。火山地域の温泉ではよく見られる沈殿物で、温泉水中の硫化水素が酸化され、遊離沈殿して硫黄華となります。そのような硫黄を集めて乾燥させたものが、温泉地の土産品として売られている「湯の花・湯の華」です。
別府では、湧水などを加熱するため噴気を吹き込むと、噴気中の硫化水素から硫黄華が生成されることがあります。別府の明礬温泉では、全国的に知られた入浴剤の「湯の花」が作られていますが、これは水中に生じた硫黄ではなく、全く別物です。「別府の湯の花」については、別項で紹介することにします。

（別の硫黄華）

　硫黄華には、上に述べたものとは異なるものがあります。火山ガス中の二酸化硫黄や硫化水素から、硫黄が昇華して生じるものです。地獄地帯の蒸気の噴出口やその周辺に固着している、鮮やかな黄色の物質がそうです。針状の結晶となっていることもあります。それらは古くから採取され（８世紀の「続日本記」に記事があります）、とくに、鉄砲伝来以降は火薬の材料として、また、日常生活では火をおこすための「付け木」として、そのほか諸々の用途のため、大きな需要がありました。硫黄は昭和20年代に至るまで重要な鉱業製品でしたが、現在は、石油の脱硫装置から生産される硫黄に取って代わられています。
　別項の「別府の地獄」に、別府の鍋山では良質の硫黄が採取されたことが記されています。

【石膏華：せっこうか】

　硫酸カルシウム（CaSO₄・2H₂O）を主成分とする沈殿物です。硫酸酸性の温泉水が地層からカルシウムを溶出した後、水溜りなどで蒸発濃縮して、カルシウムイオンと硫酸イオンが結合して生じたものです。
　別府では、昭和の初め頃、観海寺の三日月温泉で、見事な結晶をした石膏華が採取されたことがありますが、現在は見付かっていません。ただ、鉄輪温泉にある噴気井周辺の岩石表面やコンクリートに付着していたことがあります。

【北投石：ほくとうせき】

　世界中で、秋田県の玉川温泉と台湾の北投温泉の２箇所だけで生成されるのが見つかっている、極めて珍しい温泉沈殿物です。沈殿させる温泉の泉質は強酸性で、沈殿物の主成分は重晶石（硫酸バリウム：BaSO₄）です。重晶石そのものはそれほど珍しいものではありませんが、この沈殿物が希少物として有名なのは、鉛を含有することに加えて、放射性元素のラジウムをわずかに含み、放射能を持っているからです。国の特別天然記念物に指定されています。→佐々木（2004）を参照。

【食塩：しょくえん】

　塩分濃度の高い沸騰泉のバルブや熱水を吹き込むタンクには、しばしば白色の物質が付着しています。先に述べたシリカ沈殿物または食塩のいずれか、あるいは両者の混合物です。多くの沸騰泉の泉質は、メタケイ酸を多量に含む「ナトリウム－塩化物泉」なので、漏れ出た温泉水が蒸発固化し、ナトリウムイオンと塩化物イオンが結びついて「NaCl：食塩」となったものです。

佐々木信行（2004）：温泉のつくる石―特別天然記念物「北投石」―，「温泉科学の最前線」（日本温泉科学会：
　　　　　西村進編），ナカニシヤ出版．
由佐悠紀（1970）：別府温泉の沈殿物（第Ⅲ報），大分県温泉調査研究会報告，21号，13-25．

別府の温泉沈殿物

べっぷのおんせんちんでんぶつ

　「温泉沈殿物」の項に、さまざまな沈殿物とそれらの成因が紹介されています。極めて特殊な北投石は別にして、別府には、ほとんどの種類の沈殿物が存在します。すなわち、石灰華（炭酸カルシウム）・珪華（シリカ）・鉄華・硫黄華・石膏華・食塩などです。
　それらの多くは、揚湯管や送湯管を閉塞したり、浴槽や洗い場にこびり付いたり、あるいはタオル類を汚したりするので、一般には「スケール」と呼ばれて、あまり歓迎されません。とは言え、それらは「温泉らしさ」を出現させている要素でもあります。この項では別府にある沈殿物と分布などを紹介しますが、「温泉沈殿物」の項も参照してください。

別府の温泉沈殿物分布

　添付図「別府の温泉沈殿物分布」をご覧ください。代表的な４つ沈殿物（温泉華）の地域的分布が示されています。

【石灰華】

　境川より南部域では別府駅付近から山側で、北部域では鉄輪一帯で見られます。両地域とも高温域で、沸騰泉または泉温がおおむね60℃以上のエアリフト泉の井戸管内壁に付着します。結晶形は、ほとんどがアラゴナイト（霰石）です。沸騰泉は温泉水の沸騰により、エアリフト泉では送気により、いずれも発泡するので、水中から二酸化炭素が逸散し、析出するものと思われます。井戸管を詰まらせる沈殿物の多くは、この石灰華です。

【珪華】

　高温域の観海寺地区と鉄輪地区一帯の沸騰泉で、温泉水が流れた地表面や送湯管内に沈積しています。白色を呈し、まれに石灰華や鉄華を含んでいることがあります。地獄めぐりの湯池では、岸辺にテラス状に沈積しているところがあります。

【鉄華】

　境川より南部域では、浜脇から別府駅を経て境川に至る低地部の、泉温が60℃未満の源泉で見られます。茶褐色の軟らかい沈殿物で、送湯管内壁に付着します。鉄とアルミニウムを主体とし、相当量のシリカが含まれています。源泉はエアリフト泉なので、送気によって水中の第一鉄イオンが酸化されて沈殿するものと思われます。このとき、アルミニウムとシリカも共沈するのでしょう。
　北部域でも、茶系の色のものがあちこちで見られます。ただし、亀川や鉄輪のものは、量は多くありません。かつて、鉄輪と下流の海岸部（照波園）で、沸騰泉の湧出管内壁に、鉄とシリカが混合した黒褐色の硬い沈殿物が付着したことがありました。
　柴石地区では、古くから知られる「血の池地獄」の赤い沈殿物のほかに、送湯管の内部に褐色の沈殿物が、かなり多量に付着することがあります。

【石膏華】

　別項「温泉沈殿物」を参照してください。

【その他】

　硫黄華は、明礬温泉の噴気地一帯で見ることができます。食塩は、多くの沸騰泉の近辺で見られます。
　ただし、両者とも高温部に付着していますので、離れた所から観察するなど、十分に気をつけてください。

吉川恭三・由佐悠紀（1968）：別府南部温泉地域における沈殿物の付着状態，
　　　　　大分県温泉調査研究会報告，19号，45-59．
由佐悠紀（1969）：別府南部温泉地域における沈殿物について，大分県温泉調査研究会報告，20号，43-52．
由佐悠紀（1970）：別府温泉の沈殿物（第Ⅲ報），大分県温泉調査研究会報告，21号，13-25．