白い温泉、赤い温泉、透明な温泉は、なぜ生まれるのか

温泉を巡っていると、ときおり、信じられないような色の温泉に出会う。

牛乳を流し込んだように真っ白な温泉。鉄錆を思わせる赤褐色の温泉。吸い込まれそうな青色の温泉。そして、ほとんど色がなく、浴槽の底まではっきり見えるほど透明な温泉。

同じ温泉でも、湧き出した直後と浴槽にたまったときとで、色が違うことがある。

たとえば、兵庫県の有馬温泉を代表する金泉は、地中から湧き出した直後は透明に近い。だが、空気に触れて時間がたつと、しだいに赤褐色へ変わっていく。 長野県の白骨温泉にも、湧き出したときは透明だった温泉水が、時間がたつにつれて白く濁っていくものがある。

つまり、温泉の色は、必ずしも地下で決まっているわけではない。温泉は、地表に湧き出してからも変わり続けている。

では、何が温泉の色を変えているのだろう。そして、なぜ水に含まれる成分によって、これほどさまざまな色が生まれるのだろうか。この記事では、温泉の色、匂い、肌触りを手がかりに、湯船の中で起きている化学と物理を考えてみたい。

1｜そもそも、透明な水はなぜ透明なのか

まず考えたいのは、色のついていない温泉だ。

水は、僕たちの目にはほとんど透明に見える。だが厳密にいえば、純粋な水にも光を吸収する性質がある。とくに赤い光は青い光より吸収されやすく、大量の水を通して見ると、青い色が残りやすい。 深い海や澄んだ湖が青く見える理由の一つがこれだ。

もちろん、浴槽ほどの深さでは、水そのものによる色の変化はあまり目立たないことが多い。だが、温泉の中に非常に小さな粒子が浮かんでいると、話が変わってくる。

光は、水の中をまっすぐ通り抜けるだけではない。微粒子にぶつかると、さまざまな方向へ散らばることがある。 この現象を「光の散乱」という。温泉の色を理解するうえでは、光の散乱が大事になる。

青い光は赤い光より波長が短い。水に浮かんでいる粒子が光の波長に比べて十分に小さいと、波長の短い青い光が強く散乱されやすい。 このような散乱を「レイリー散乱」という。空が青く見える理由にも関係する現象だ。

一方、粒子の大きさが光の波長と同じくらいか、それ以上になると、さまざまな波長の光が散乱され、白っぽく見えることがある。 牛乳が白く見えるのも、中に含まれる脂肪などの微粒子が光を散乱するのが大きな理由だ。温泉でも、これに似たことが起きている。

つまり温泉の色を考えるときは、どんな成分が溶けているかだけでなく、成分が水の中で、どんな大きさで、どんな状態でいるかを考える必要がある。

2｜白い温泉は、なぜ白いのか

日本の温泉のなかでもとくに印象的なのが、乳白色の温泉だろう。硫黄の匂いが漂い、湯船の底が見えないほど白く濁った温泉は、いかにも温泉らしい風景として親しまれている。 では、あの白い色は何なのだろう。

代表的な原因の一つが、硫黄の微粒子だ。

硫黄を含む温泉には、硫化水素が含まれていることがある。硫化水素は腐った卵のような独特の匂いをもつ気体で、火山地帯の温泉などにある。地下深くには酸素の少ない環境が広がっていることがあり、酸素の少ない地下で、硫化水素を含んだ温泉水ができる。

ところが、温泉水が地表に出ると、空気中の酸素に触れる。すると硫化水素が酸化され、条件によっては硫黄の粒子ができる。硫黄の粒子を「単体硫黄」と呼ぶ。硫黄の粒子が水中に細かく散らばると、光が散乱され、温泉は白く濁って見える。

ただし、硫黄を含んでいれば必ず白くなるわけではない。 硫黄に関係する成分が水に溶けたままでは、白く濁るとは限らない。微粒子ができ、しかも水中に浮かんでいなければ、白濁は起きない。だから、硫黄泉でも透明な温泉はある。

さらに、白い温泉の原因は硫黄だけではない。 長野県の白骨温泉では、炭酸カルシウムなどの細かい粒子が白濁に関わっている。

炭酸カルシウムは、石灰岩や鍾乳石をつくっている物質だ。地下では、二酸化炭素を多く含む水にカルシウムなどが溶け込み、透明なままでいることがある。だが、温泉水が地表に湧き出すと圧力が下がり、二酸化炭素が抜けやすくなる。すると、水に溶けていられる炭酸カルシウムの量が減り、固体として出てくることがある。 炭酸カルシウムの粒子が非常に細かければ、温泉は白く濁って見える。

つまり、同じように白い温泉でも、硫黄の粒子によるものと、炭酸カルシウムの粒子によるものでは、化学的な仕組みが違う。 ほかにも、シリカや粘土鉱物などの微粒子が、白い濁りに関わることがある。白く濁った温泉を見て、すぐに「硫黄が濃い温泉だ」と考えるのは、少し早い。

3｜青い温泉は、なぜ青いのか

白く濁った温泉以上に不思議なのが、青く見える温泉だ。大分県の別府には、美しい青色の温泉や熱水の池がある。なかでも海地獄は、鮮やかな青い水面で知られている。 あの青い色は、何から生まれているのだろう。

代表的な仕組みの一つが、シリカの微粒子による光の散乱だ。

シリカとは、ケイ素と酸素からなる物質の総称で、石英やガラスの主成分でもある。温泉水は、地下の高温のもとで岩石からシリカを溶かし込むことがある。高温の水には比較的多くのシリカが溶けていられるが、地表に出て温度が下がると、溶けたままではいられなくなることがある。

すると、水に溶けていたシリカどうしが結びつき、非常に小さな粒子になっていく。水の中に細かな粒子が散らばった状態を「コロイド」という。

コロイドの粒子が十分に小さいと、波長の短い光が強く散乱されるので、水が青っぽく見えることがある。 粒子どうしが結びついて大きくなると、今度はさまざまな波長の光が散乱され、白く濁って見えることがある。さらに粒子が大きくなると、水中に浮かび続けられなくなり、沈殿物として底にたまったり、岩などにくっついたりする。

つまり、同じシリカでも、水に分子として溶けているのか、小さな粒子なのか、大きな粒子なのかによって、見え方が変わる。

ただし、青い温泉のすべてがシリカのコロイドによるわけではない。 水そのものが赤い光を吸収する性質や、水面や水底の状態、日光の入り方なども、青く見える理由になる。火口湖などでは、硫黄に関係する粒子が青色に関わることもある。

それでも、温泉の色が絵の具のような着色ではなく、光と微粒子のやりとりから生まれているというのは、とても面白い。温泉の青さは、地下で水が取り込んだ成分が、地表で別の状態に変わっていく途中に現れたものでもある。

4｜赤い温泉は、なぜ赤いのか

次に、赤褐色の温泉を考えてみよう。日本でとくに有名なのは、有馬温泉の金泉だろう。鉄錆のような赤褐色の温泉は、一目見ただけで強い印象を残す。

だが、有馬の金泉は、地中にあるときから赤いわけではない。 地下から湧き出した直後は透明に近いことが多い。地表で空気に触れると、少しずつ赤褐色に変わっていく。

この変化を起こしているのが、鉄の酸化だ。

鉄には、電子の状態が違ういくつかの種類がある。温泉でとくに大事なのが、二価鉄と三価鉄だ。二価鉄は、酸素の少ない環境では水に溶けた状態でいやすい。 だが、温泉水が空気に触れると、二価鉄が酸素によって酸化され、三価鉄に変わることがある。

三価鉄は、水のpHなどの条件によって、水酸化鉄や酸化水酸化鉄といった固体になりやすい。これらの物質の多くは、黄褐色から赤褐色をしている。 そのため、透明だった温泉が時間とともに赤く濁っていく。

この反応は、身近な鉄の錆とも関係している。鉄製品を雨ざらしにしておくと、やがて表面に赤褐色の錆ができる。温泉の中でも、鉄が酸素と反応して、錆に似た物質ができている。

ただし、鉄を含んでいれば必ず赤褐色になるわけではない。 強い酸性の水では、三価鉄が比較的溶けたままでいられることがある。そのため、鉄を含んでいても透明な温泉がある。

また、温泉の赤い色をつくる鉱物も一つではない。別府の血の池地獄では、赤鉄鉱や鉄明礬石といった鉱物が、独特の色を生み出している。 赤い温泉の色を理解するには、鉄の量だけでなく、鉄がどんな化学的な状態にあるかを考える必要がある。

有馬温泉の金泉は、赤い色の水が地下から湧いているのではない。地中から運ばれてきた鉄が、僕たちの目の前で酸化し、赤褐色の粒子に変わっている。

5｜黒い温泉には、太古の植物が関わっている

白、青、赤と見てきたところで、もう一つ紹介したい温泉がある。黒い温泉だ。

東京都大田区などには、コーヒーや濃い紅茶のような色をした、いわゆる「黒湯」がある。東京には火山がないのに温泉があるというだけでも面白いが、その温泉が黒いというのは、さらに不思議だ。

黒湯の色には、地下にある有機物が関わっている。 植物などの生き物の遺骸が、土や堆積物の中で分解され、変わっていくと、さまざまな有機物ができる。そのなかには、フミン酸やフルボ酸と呼ばれる物質がある。これらをまとめて「腐植物質」という。

腐植物質は黄褐色から黒褐色をしていることがあり、水に溶け込むと、温泉を茶色や黒っぽく見せる。つまり、黒湯の色には、地中に埋もれた古い植物などから来た有機物が関わっている。

この仕組みは、硫黄や鉄による色づきとは違う。硫黄泉の白濁や鉄泉の赤褐色は、地表で新しく微粒子ができることで生じることがある。だが腐植物質による色づきでは、水に溶けた有機物そのものが光を吸収し、温泉が褐色に見える。

もちろん、黒い温泉がすべて腐植物質によるわけではない。 マンガンなどの沈殿物や泥の粒子が、黒っぽい色をつくることもある。

それでも、温泉の色に太古の生き物が関わっているというのは、興味深いことではないだろうか。火山の熱、岩石の鉱物、地下水の巡りだけでなく、かつてその土地にあった植物や、地層ができたころの環境まで、温泉の色に影響している。

6｜温泉の匂いは、何を教えてくれるのか

温泉の個性を感じるのは、目だけではない。温泉地に近づくと、独特の匂いが漂ってくることがある。なかでも腐った卵のような硫黄の匂いは、温泉を象徴する匂いだろう。

ただし厳密にいえば、あの匂いは硫黄そのものの匂いではなく、おもに硫化水素という気体の匂いだ。

硫黄は元素の名前で、硫黄にはさまざまな存在のしかたがある。硫化水素としていることもあれば、硫酸イオンとして水に溶けていることもある。そして、硫酸イオンには、硫化水素のような腐った卵の匂いはない。

したがって、硫黄に関係する成分が多い温泉だからといって、必ずあの匂いがするわけではない。反対に、硫化水素は少しでもあれば、人の鼻には強く感じられることがある。

硫化水素は、温泉の匂いを楽しむうえで大事な物質である一方、高濃度では人体に有害な気体でもある。濃度が非常に高くなると嗅覚がまひするので、匂いが弱いから安全だと判断することはできない。

温泉には、ほかにもさまざまな匂いがある。地下の有機物や炭化水素が関わる、油のような匂い。ヨウ素や臭素などの成分が関係する独特の匂い。火山ガスから来る刺激的な匂い。ただし、匂いだけで成分を一つに決めることはできない。 いくつもの物質が同時にあったり、ごく少量の物質が強い匂いを出したりするからだ。

それでも、温泉の匂いは、地下でどんな物質が加わってきたのかを考える手がかりになる。 温泉に詳しくなると、匂いをかいだ瞬間に、どんな地下の環境で生まれた温泉なのだろうと、想像が広がっていく。

7｜ぬるぬるする温泉、キュッとする温泉

最後に、温泉の肌触りを考えてみたい。同じ温度の温泉でも、肌に触れたときの感覚が違うことがある。 なかでも印象的なのが、ぬるぬるするような感覚の温泉だ。

ぬるぬるする感覚は、アルカリ性の温泉で生じることがある。 水がアルカリ性か酸性かを示す尺度がpHだ。pH7付近を中性とし、それより高いほどアルカリ性、低いほど酸性が強い。

アルカリ性の水は、肌の表面の皮脂やタンパク質などに働きかけ、摩擦の感じ方を変えることがある。その結果、肌がすべすべしたり、ぬるぬるしたりするように感じられる。

ただし、ぬるぬるする感覚を、アルカリ性だけで説明することはできない。 水に含まれる成分、温度、肌の状態なども関係するので、同じpHでも浴感は違うことがある。また、炭酸水素塩を多く含む温泉にも、肌がなめらかに感じられるものがある。だが、炭酸水素塩泉だから必ずぬるぬるするわけではないし、肌触りだけで泉質を決めることもできない。

反対に、強い酸性の温泉では、肌に刺激や、引き締まるような感覚が生じることがある。 酸性の水と、肌の表面のタンパク質や皮脂とのやりとりは、アルカリ性の水とは違う。とくにpHが非常に低い温泉では、肌に強い刺激が出ることがあり、入り方に注意が必要だ。

温泉の肌触りにも、水の化学的な性質が関わっている。だが、肌触りのよさは、成分分析の数字だけで決まるわけではない。 同じ泉質でも、温度が違えば体の感じ方は変わる。温泉の流れ、浴槽の材質、入浴時間、肌の状態も影響する。

温泉の成分を知ることは、肌触りを理解する手がかりにはなる。だが、成分だけで入浴の体験のすべてを説明できるわけではない。

8｜温泉は、湧き出してからも生きている

ここまで、白、青、赤、黒と、さまざまな温泉の色を見てきた。仕組みはそれぞれ違うが、共通していることがある。温泉は、地下から湧き出した時点で完成したものではないということだ。

地下深くでは、高い温度と圧力のもとで、さまざまな成分が水に溶け込んでいる。温泉水が地表に出ると、温度が下がり、圧力が変わり、空気中の酸素に触れる。すると、地下では安定していた成分が、別の状態に変わっていく。

硫化水素が酸化され、硫黄の粒子が生まれる。二酸化炭素が抜け、炭酸カルシウムが沈殿する。鉄が酸化し、赤褐色の粒子ができる。シリカが微粒子になり、光を散乱させる。こうした化学反応や物理的な変化が、温泉の色や濁りを生み出している。

温泉の縁や岩につく「湯の花」も、こうした変化から生まれることがある。湯の花とは、温泉水から出てきた鉱物などの沈殿物のことだ。 硫黄や炭酸カルシウム、シリカなど、温泉によって中身は違う。

湯の花が多いことは、その温泉で盛んに沈殿が起きている手がかりにはなる。だが、湯の花が多いことが、そのまま温泉の品質や効能の高さを意味するわけではない。 また、透明だからといって、成分が少ないとは限らない。さまざまな成分が、水に溶けたままでいることもある。

大事なのは、見た目だけで温泉を判断しないことだろう。温泉の色や匂いは、温泉水が地下でどんな環境にあり、地表に出てからどう変わっているのかを知るための手がかりだ。

考えてみれば、僕たちが湯船に浸かっているあいだにも、温泉水の中では化学反応が進んでいる。目に見えないほど小さな粒子が生まれ、大きくなり、やがて沈んでいく。水に溶けていたガスが空気中へ抜けていく。酸素によって、物質の状態が少しずつ変わっていく。

温泉は、ただそこにあるお湯ではない。温泉とは、地球の内部から運ばれてきた水が、地表の環境と出会い、いまも変わり続けている現象なのだ。

そう考えると、温泉の楽しみ方も少し変わってくる。白い温泉を見れば、どんな粒子が光を散乱させているのだろうと考える。赤い温泉を見れば、地下から運ばれてきた鉄が、いま酸化しているのかもしれないと思う。透明な温泉にも、目に見えない成分が溶けていることを想像する。

温泉の色を知ることは、目の前の温泉の中で起きている出来事を知ることでもある。