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温泉科学  別府温泉地球博物館 代表・館長 由佐悠紀

2013年2月8日更新

第6回
日本での地球科学的温泉研究のあゆみ(4)

〔原温泉水の検出-昭和初期〕
 寺田寅彦が温泉と地殻変動の関係を研究していたころ、若い地球物理学者が温泉研究を始めました。後年、北海道大学理学部地球物理学科の創設に尽力し、教授として後進を指導しながら、温泉研究を発展させた福富孝治(1908~1997)です。
 福富は、1931年に東京帝国大学理学部地震学科を卒業して民間の研究所に勤務し、伊豆半島の温泉の研究を行いました。その成果のひとつが、下河津温泉における泉温と塩化物イオン濃度の関係(図1)から、湧出している温泉水は「低温・低濃度の地下水」と「高温・高濃度の原温泉水」との混合物であるとして、原温泉水の温度は190℃以上、塩化物イオン濃度は1.0g/ℓ以上と推定したことです(昭和11年:1936、原論文では185℃以上ですが、後に修正されました)。


図1 伊豆・下河津温泉における泉温(℃)と 塩化物イオン濃度(g/ℓ)の関係


下河津温泉における研究の補足説明
 下河津温泉には、一般温泉沸騰泉が存在します。図1には、横軸を泉温、縦軸を塩化物イオン濃度として、2種の温泉のデータがプロットされています。まず、泉温が100℃未満の一般温泉では、泉温と濃度の間に右上がりの直線関係が認められます。このことは、下河津温泉は、「低温・低濃度の地下水」と「高温・高濃度の原温泉水」とが混合して出来ていることを示唆しています。なお、直線関係は次のように表されます。

   〔濃度(g/ℓ)〕= 0.0059×〔温度(℃)〕- 0.13

 ところが、泉温が100℃の沸騰泉の濃度は、約0.5g/ℓを最低限として、それより大きい値を示しています。このことから、地下では100℃を超えているものと推察されます。しかし、高温水が地表に向かって上昇すると、圧力が低下して沸騰するので、気化熱(蒸発の潜熱)が失われ、大気圧下の沸点100℃を超えることはできません。
 他方、沸騰泉の水蒸気は、高温水から分離したものです。したがって、沸騰泉の塩化物イオン濃度は濃縮されています。
 以上のように、沸騰泉のデータから、地下で100℃を超える高温水の温度と濃度を推定するに当たっては、沸騰の効果を考慮しなければなりません。福富は、その理論を提出しました。
 ちなみに、噴出する「液体の高温水」と「水蒸気」の両者の量を測定すれば、地下での温度と濃度を算出することが出来ます。



上諏訪温泉における泉温と塩化物イオン濃度の直線関係
 泉温と塩化物イオン濃度との間の直線関係は、下河津温泉でデータが得られる以前に、長野県の上諏訪温泉で、吉村信吉によって見出されていました(昭和7年:1932)。
 吉村信吉(1906~1947)は、日本における湖沼研究を世界レベルまで高めた湖沼学者・地理学者として、その名を残しています。驚くほど精力的に数百編にものぼる報告・論文を発表し、名著の評価が高い「湖沼学」を著しました。温泉の調査研究を行ったことはあまり知られていませんが、研究生活の初期に発表した上諏訪温泉のデータは、記念碑的なものと言えます。
 大きな業績を挙げた研究者ながら、太平洋戦争後は中央気象台(現気象庁)の技師に転じ、結氷した諏訪湖で観測中に氷が割れて殉職しました。昭和22年1月21日のことです。享年41という若さでした。



 図1と同様のデータは、別府の亀川温泉でも得られています(図2)。これより、亀川温泉を涵養している原温泉水の温度は160℃以上、塩化物イオン濃度は2300mg/ℓと推定されました(昭和41年:1966)。


図2 別府・亀川温泉における泉温(℃)と塩化物イオン濃度(g/ℓ)の関係

(付記)
 福富孝治先生は、大分県と深い関係があります。出生地は長崎市ですが、父君の転勤に伴って大分県に転居し、杵築中学校を卒業されました。地震・火山・地殻変動から海洋・湖沼・温泉まで、多岐にわたる分野の研究を行いましたが、終生続けられた温泉研究では66編の論文を残されました。それらについては、これからも折にふれて、紹介したいと思います。また、しばしば参考文献に挙げている「温泉の物理」は、先生が28歳のときの著作です。

執筆者由佐悠紀)
参考文献
福富孝治(1936):「温泉の物理」,岩波書店.
湯原浩三・瀬野錦蔵(1969):「温泉学」,地人書館.
山下幸三郎・森忠敬(1966):別府市亀川温泉の水系,大分県温泉調査研究会報告,17号,12-17.

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