温泉は、いつか枯れるのか

温泉に入っていると、ときどき不思議に思うことがある。地下からこれだけ大量の温泉が湧き出しているのに、どうしてなくならないのだろう。

たとえば、毎分100リットルの温泉が湧き出している源泉を考えてみよう。1時間では6,000リットル、1日では14万4,000リットルの温泉が地表に出てくる。1年続けば、5,000万リットルを超える。

しかも日本には、何百年、何千年もの歴史をもつ温泉地がある。そんなに長いあいだ、温泉は湧き続けている。

地下には、いったいどれほどの水があるのだろう。そして、地下の水はなぜなくならないのだろう。

温泉は、地下の巨大な貯水池から水を取り出しているだけではない。多くの温泉では、雨や雪からできた水が地下にしみ込み、岩石のすき間や割れ目を通って巡っている。

では、地下に補給される水より多くの温泉を取り出したら、何が起きるのだろう。実は日本の温泉地では、温泉の開発が進むなかで、湧出量や地下水位、源泉温度の低下が問題になったことがある。

温泉は、自然に湧き出しているからといって、無限に使える資源ではない。

この記事では、温泉が湧き続ける仕組みを考えながら、地下資源としての温泉の性質と、温泉を使い続けるために何が必要なのかを考えてみたい。

1｜温泉は、なぜ湧き続けるのか

地下水は、地中の岩石のすき間や割れ目を通って動いている。地下水を動かしているのは、地下の水圧や地形の高低差、そして温度差によって生じる浮力などだ。

たとえば、高い山に降った雨が地下にしみ込み、深いところまで動いたあと、低い谷底で湧き出すことがある。山の高いところで補給された水が、地下の水圧の分布に従って、低いところへ向かって流れている。 途中で地球内部の熱を受け取れば、温泉になる。

こうした地下水の巡りが続いていれば、湧出も長いあいだ保たれる可能性がある。

地下の水は、ただたまっているわけではない。地下には水をためる地層や岩盤があるが、そこへ新しい水が補給され、別のところから水が流れ出していく、という巡りが続いている場合がある。湧き出した分だけ地下の水が減るのではなく、地下への補給と地下からの流出が同時に起きているのだ。

ただし、湧き出した分と同じ量の雨が、その場ですぐ地下に補給されているわけではない。地下水の流れは、とても遅いことがある。山に降った雨が地下深くに届き、温められて地表に現れるまでに、何百年、何千年もかかる場合もある。

したがって、ある温泉がいまも湧き続けていることは、いま降っている雨だけで支えられていることを意味しない。地下に長い時間をかけて蓄えられた水と、いまも続いている地下水の補給の両方が、温泉の湧出に関わっている場合がある。

2｜地下に水があっても、温泉は止まることがある

温泉が湧き出さなくなっても、地下の水がすべてなくなったとは限らない。 温泉が自然に湧き出すには、地下に水があるだけでなく、水を地表まで押し上げる圧力が必要だからだ。

たとえば、水を通す地層に、圧力のかかった地下水があるとしよう。井戸を掘ると、水が自然に上がってくることがある。地下の水圧が十分に高ければ、水は地表まで達し、井戸から自然にあふれ出す。 ポンプを使わずに、地下の圧力で水が湧き出すことを「自噴」という。

ところが、同じ地層から大量の水を汲み上げ続けると、地下の圧力が下がることがある。 すると、以前は地表まで上がっていた水が、井戸の途中までしか上がらなくなる。自噴していた温泉が、自噴しなくなるのだ。

このとき、地下の温泉水がなくなったわけではない。失われたのは、水を地表へ押し上げる圧力だ。 そのため、ポンプを使えば、引き続き温泉を汲み上げられる場合もある。

ただし、ポンプを使えば無制限に取り出せるわけではない。汲み上げる量が多すぎれば、地下の水位や圧力がさらに下がる可能性がある。

温泉が枯れるという言葉からは、地下の水が完全になくなる光景を思い浮かべてしまう。だが実際には、地下の圧力が下がることで、それまで湧いていたところから湧き出さなくなる場合もある。 水がなくなることと圧力がなくなることの違いを知っておくと、温泉を使い続けられるかどうかを考えやすくなる。

3｜自然湧出と自噴は、同じではない

温泉の湧き出し方を整理しておこう。

岩盤の割れ目や地面のすき間から、自然に湧き出している温泉がある。こうした湧き出し方を「自然湧出」という。 一方、井戸を掘った結果、水圧で温泉が自然に上がってくるものもある。これを「掘削自噴」という。そして、井戸の中にポンプなどを置いて温泉を取り出す方法を「動力揚湯」という。

三つの違いは、温泉の成り立ちではなく、取り出し方の違いだ。 自然湧出は、人が地表までの通り道をつくらなくても、地下から温泉が湧き出している状態だ。掘削自噴は、人が井戸という通り道をつくることで、地下の圧力によって温泉が上がってくる状態だ。動力揚湯は、ポンプなどの力で温泉を取り出している状態だ。

取り出し方の違いは、地下にどんな水があるかとは、必ずしも一致しない。 自然湧出している温泉と、すぐ近くで掘削自噴している温泉が、同じ地下の熱水につながっている場合もある。ある井戸から大量の温泉を汲み上げた結果、近くの自然湧出の温泉の湧出量が減ることも考えられる。

つまり、源泉が別々にあっても、地下では同じ水の巡りを共有している可能性がある。 このことが、温泉資源の管理を難しくしている。

地表では別々の温泉施設に見えても、地下の水は、行政の境界や土地の持ち主ごとに分かれているわけではない。ある施設が温泉を大量に汲み上げることで、別の施設の温泉に影響が出る場合もある。

4｜温泉は、地下でつながっている

では、ある井戸から温泉を汲み上げると、地下では何が起きるのだろう。

水を通す地層に井戸を掘り、ポンプで地下水を汲み上げたとしよう。井戸の周りでは、水が取り出されることで水圧が下がる。すると、周りの地下水が井戸へ向かって流れ込むようになる。

地下水位を水の高さとして考えられる場合、汲み上げによって、井戸の周りに水位の低い範囲ができる。これを「水位低下域」と呼ぶことがある。地下水学では、井戸を中心に水位がすり鉢状に下がる様子を「揚水による水位低下円錐」として説明することもある。ただし、地下に漏斗のような大きな穴があくわけではない。 水圧や水位が、井戸を中心として下がっているという意味だ。

ポンプで汲み上げる量が多いほど、また汲み上げを続ける時間が長いほど、水位の低下は周りへ広がる場合がある。 近くに別の温泉井戸があれば、別の井戸の水位も下がる可能性がある。自噴していた温泉が止まることもあるだろう。

ただし、影響がどこまで広がるかは、地下の地層や割れ目の様子によって大きく違う。地下の水が広い砂礫層を通っている場合と、岩盤の限られた割れ目を通っている場合では、水圧の変化の伝わり方が違う。

近くに井戸があっても、地下の水の通り道がつながっていなければ、影響が小さい場合もある。反対に、地表では離れている井戸どうしでも、地下の断層や割れ目でつながっていれば、互いに影響し合う可能性がある。

つまり、地表での距離だけでは、温泉どうしの関係は判断できない。 温泉の開発や保護を考えるには、地下の水がどうつながっているのかを知る必要がある。

5｜実際に、温泉が減ったことはあるのか

採取による影響は、理屈の上だけの話ではない。日本の温泉地では、温泉の開発が進むなかで、地下水位や湧出量が下がった例が報告されている。

大分県の別府温泉では、温泉の利用が広がる過程で、掘削された井戸や動力による揚湯が増えた。その結果、自然に湧き出す源泉の数や湧出量が減ったことがあり、 周りの井戸の採取が既存の源泉にどう影響するのかを調べる研究が行われてきた。

1968年から1969年にかけての調査では、ある井戸から温泉を汲み上げると近くの別の源泉の水位が下がり、汲み上げを止めると水位が戻ることが確かめられている。複数の源泉が、地下の水圧を通じて影響し合っていることを示す、分かりやすい例だ。

近年の別府でも、温泉資源の保護は大きな課題になっている。2018年度から2020年度にかけて、大分県と別府市は市内の源泉を調査し、温泉の温度や湧出の様子などを検討した。調査の結果をもとに、2022年4月には、既存の源泉への影響が大きいと考えられる区域に、新しい温泉の掘削を認めない特別保護地域が設けられた。

ただし、別府の温泉がすべて枯れ始めているという話ではない。温泉は地下の複雑な熱水の巡りで成り立っていて、その一部では採取の影響が現れる可能性がある。そのため、地下の流れを調べ、必要に応じて開発を制限することが求められている。

日本を代表する豊かな温泉地であっても、温泉を無制限に取り出してよいわけではない。

6｜温泉の温度も、下がることがある

温泉資源の変化には、温度の低下もある。温泉が枯れるというと、湧出量が減ることばかり考えてしまう。だが、温泉は湧き続けていても、温度が下がる場合がある。

一つの原因は、冷たい地下水との混ざり合いだ。地下深くに高温の温泉水があるとしよう。大量の温泉を取り出して地下の水圧が下がると、それまでとは違う道筋から、比較的冷たい地下水が流れ込む場合がある。その結果、源泉に届く水の温度が下がることがある。

また、地下に蓄えられた熱そのものが、採取によって失われていく場合もある。温泉は、水だけでなく熱も運んでいる。 地下深くで80℃に温められた水を大量に取り出せば、水と一緒に熱も地表へ運ばれてくる。

熱が地下へ補給される速さより速く取り出され続ければ、地下の熱水が冷えていく可能性がある。 もちろん、地下では周りの岩石から熱が伝わってくる。火山地帯では、マグマや深部の高温の熱水から新しい熱が供給されることもある。したがって、温泉の温度が必ず下がるというわけではない。

それでも、温泉を使い続けるには、水が補給されるかどうかだけでなく、熱がどれだけ供給され、どれだけ取り出されているのかも考える必要がある。

地熱発電にも、同じ問題がある。地熱は地球内部から供給され続けている。だが、ある地点の地下に蓄えられた熱を、新しい熱が届く速さより速く取り出せば、局所的な温度低下が起こりうる。地熱は再生可能なエネルギーとされるが、一つ一つの地下の熱水から、いくらでも熱を取り出してよいという意味ではない。

7｜温泉は、自然の変化でも湧き方が変わる

温泉の湧出量や温度が変わる原因は、人間の採取だけではない。

たとえば、降水量の変化がある。地下水の補給を雨や雪に頼っている温泉では、長期的な降水量の変化が、湧出量に影響する場合がある。 ただし、雨が降った翌日にすぐ湧出量が増えるとは限らない。地下水の巡りには時間がかかるので、降水の影響が現れるまでに、数か月、数年、あるいはもっと長くかかる場合もある。

地震で温泉の湧き方が変わることもある。地震が起きると、地下の岩盤に強い力がかかり、岩盤の割れ目が開いたり、逆に閉じたりする。地下水の通り道が変われば、温泉の湧出量や温度が変わる可能性がある。 実際に、地震の前後で温泉の水位や湧出量が変わった例は、日本でも報告されている。

火山地帯では、地下のマグマや熱水の活動が変わることで、温泉の温度や成分が変わる場合もある。

つまり、温泉はもともと、完全に安定した資源ではない。 地下水の巡り、断層の動き、地熱の供給など、さまざまな自然の現象によって、温泉の状態は変わりうる。

だから、温泉の変化が観測されたときに、すぐに人間の採取が原因だと決めつけるべきではない。 降水量の変化なのか。地震で地下の割れ目が変わったのか。周りの温泉井戸の影響なのか。それとも、源泉の設備に問題があるのか。いくつもの可能性を調べながら、原因を考える必要がある。

8｜温泉の状態は、どう調べるのか

では、温泉を使い続けられる状態かどうかは、どう判断するのだろう。欠かせないのは、続けて観測することだ。

地球科学では、地下の水の状態を調べるために、水位や水圧、流量、水温、化学成分などを測る。温泉でも基本的には同じだ。まず、源泉からどれだけの温泉が出ているかを調べる。自噴泉なら自然の湧出量を測り、動力揚湯なら汲み上げ量を記録する。

次に、地下の水位や水圧を見る。ポンプで汲み上げていないときの水位と、汲み上げているときの水位を比べれば、採取によって地下の水圧がどれだけ変わっているかを知る手がかりになる。

さらに、源泉の温度を測り続ける。同じ源泉の温度が長い時間をかけて下がっていれば、地下で冷たい水との混ざり合いが進んでいる可能性や、地下の熱水の状態が変わっている可能性を考える必要がある。

水の化学成分も手がかりになる。たとえば、源泉の塩化物イオンの濃度が長い期間で変わっていれば、成分の違う地下水と混ざっている可能性がある。 こうしたいくつもの情報を組み合わせて、地下の温泉資源の状態を推定していく。

ただし、地下で温泉水が流れる道筋はとても複雑で、短い期間の測定だけですべてが分かるわけではない。ある年に湧出量が減っても、一時的な変動なのか、長期的な減少なのかは、数年から数十年という時間の中でデータを比べなければ判断できない場合がある。 だからこそ、続けて観測することが欠かせない。

環境省も、温泉資源を保護するためのガイドラインを設け、源泉の水位や湧出量、温度などを続けて監視することの大切さを示している。温泉を守るには、まず地下で何が起きているのかを知る必要がある。

9｜温泉を守るとは、何を守ることなのか

温泉を守るというと、源泉を枯らさないことだと考えられがちだ。もちろん、源泉を枯らさないことは大切だ。だが、温泉の資源としての価値は、湧出量だけで決まるものではない。

たとえば、以前は自然に湧き出していた温泉が、地下水位の低下によって、ポンプを使わなければ取り出せなくなったとしよう。温泉水そのものは引き続き使えるかもしれない。だが、自然に湧き出していたという状態は失われている。

湧出量が変わらなくても、温度が下がったり、地下水と混ざって成分が変わったりすることもある。温泉を守るとは、一定量の温泉を確保することだけではない。 温泉がもつ温度、成分、湧き出し方、そして長い期間にわたる地下の水と熱の巡りまで考える必要がある。

ただし、温泉を一切使わなければよいという話でもない。温泉は古くから、人の暮らしや文化と深く結びついてきた。湯治場が生まれ、温泉街ができ、人々は土地の温泉を使いながら暮らしてきた。温泉を使うことで、土地ごとに独自の文化が生まれてきたのである。

温泉を使うことと、温泉が湧き続けられる条件を保つことを、どう両立させるかが問われている。

たとえば、ある温泉地で、いくつもの施設がそれぞれ必要以上の量を汲み上げていれば、地下の水圧に影響する可能性がある。一方、温泉を地域全体で管理し、源泉ごとの汲み上げ量や温度を監視しながら使えば、地下資源への負担を抑えられる場合がある。 汲み上げ量を調整したり、余分な温泉を汲み上げずに済む設備を入れたりすることも、資源を管理する方法になる。

つまり、温泉を守るために必要なのは、使うことをすべて否定することではない。温泉がどんな地下の仕組みで成り立っているのかを理解したうえで、適切に使うことだ。

10｜地球が生み出す温泉を、これからも楽しむために

温泉は、ただ地下から出てくる温かい水ではない。地球内部に蓄えられた熱があり、雨や雪からできた地下水の巡りがあり、岩石との化学反応がある。 火山活動やプレートの沈み込みが関わっている場合もある。

これらの条件が、土地ごとの地層や岩盤の中で組み合わさって、一つの温泉が生まれている。 さらに、温泉が何百年、何千年と湧き続けるには、地下の水と熱の巡りが保たれている必要がある。

温泉は、僕たちが自由に使える無限の資源ではない。 だが、温泉に限りがあることを悲観的に受け止める必要もないと思う。

むしろ、温泉がどんな仕組みで生まれ、どんな条件で保たれているのかを知ることは、温泉をより深く楽しむための知識になる。

自然に湧き出している温泉に入ったときには、温泉が地表に現れるまでに、地下でどんな圧力や水の流れが働いているのかを想像できる。湧出量の多い温泉へ行ったときには、大量の水がどこから補給されているのだろうと考えることができる。

長い歴史をもつ温泉地では、これほど長いあいだ、土地の地下で水と熱の巡りが続いてきたことに、改めて驚くことができる。

温泉の魅力は、温かさや心地よさだけではない。温泉が生まれ、地表に現れ、湧き続けていること自体が、驚くべき自然の現象なのだ。

温泉を知ることは、地球がいまも活動し続けていることを知ることでもある。 温泉の仕組みを知れば知るほど、温泉に浸かることは、少し特別な経験になっていく。

温泉には、まだ考えることがたくさんある。一つ一つの温泉を生み出している地下の地層や岩盤、火山活動との関わり、温泉の成分が体に与える影響など、掘り下げられる問題は尽きない。そして何より面白いのは、こうした知識をもって、実際に温泉へ出かけることだ。 温泉は、地球科学の知識を頭で理解するだけでなく、体で経験できるところなのだから。