間欠泉

間欠泉
地熱 温泉
ストロックル間欠泉、アイスランド
結成者	地球上のいくつかの場所に存在する特定の水文地質学的条件

間欠泉（/ ˈ ɡ aɪ z ər /、英: / ˈ ɡ iː z ər /）^{[1] [2]}は、断続的に水が乱流状に噴出され、蒸気を伴っている泉である。間欠泉の形成はかなり稀であり、地球上のいくつかの場所にのみ存在する特定の水文地質学的条件 によって引き起こされる。

一般的に、間欠泉の現場は活火山地域の近くにあり、間欠泉効果はマグマの近さによるものです。表面水は平均約 2,000 メートル (6,600 フィート) の深さまで下がっていき、そこで熱い岩石と接触します。加圧された水が沸騰し、間欠泉の表面の噴出口から熱い水と蒸気が噴出する間欠泉効果が発生します。

間欠泉の噴火活動は、間欠泉配管内での鉱物の 堆積、近くの温泉との機能の交換、地震の影響、および人間の介入により、変化したり停止したりすることがある。^[3]他の多くの自然現象と同様に、間欠泉は地球に特有のものではない。クライオガイザーと呼ばれることが多いジェット状の噴出は、太陽系の外縁部のいくつかの衛星で観測されている。周囲の圧力が低いため、これらの噴出は液体を含まず蒸気で構成されており、ガスによって上空に運ばれた塵や氷の粒子によって簡単に視認できる。土星の衛星エンケラドゥスの南極付近では水蒸気のジェットが観測されており、海王星の衛星トリトンでは窒素の噴出が観測されている。火星の南極の氷冠からは二酸化炭素の噴出の兆候もある。

エンケラドゥスの場合、噴煙は内部エネルギーによって発生していると考えられている。火星とトリトンの噴出の場合、活動は固体温室効果による太陽熱の結果である可能性がある。3つのケースすべてにおいて、地球の間欠泉を噴気孔などの他の種類の噴出と区別する地下水文学システムの証拠はない。

英語の「間欠泉」という用語は18世紀後半にさかのぼり、アイスランドの間欠泉であるゲイシールに由来しています。^[4]その名前は「噴出する者」を意味します。^{[4] [5]}

間欠泉は非永久的な地質学的特徴です。間欠泉は一般的に火山地帯と関連しています。^{[6] [より良い情報源が必要]}水が沸騰すると、その結果生じる圧力により、過熱した蒸気と水の柱が間欠泉の内部配管を通って地表に押し出されます。間欠泉の形成には、火山地帯に通常見られる 3 つの地質学的条件、つまり高熱、水、水道システムの組み合わせが必要です。^{[6] [より良い情報源が必要]}

間欠泉の形成に必要な熱は、地球の表面近くにあるマグマから来ます。 ^[7]加熱された水が間欠泉を形成するためには、配管システム（亀裂、裂け目、多孔質空間、時には空洞でできている）が必要です。これには、加熱中に水を貯めておく貯水池が含まれます。間欠泉は一般的に断層に沿って並んでいます。^{[6] [より良い情報源が必要]}

ストロックル間欠泉の噴出（左上から時計回り） 熱せられた水から蒸気が上がる 水の脈動が上向きに膨らむ 表面が壊れている 噴出された水は上向きに噴き出し、パイプに落ちていきます。

間欠泉は、他の温泉活動と同様に、地表水が徐々に地中を浸透し、マグマで熱せられた岩石に接触することで発生します。非噴火性温泉では、地熱で熱せられた水は多孔質の岩石や割れた岩石を通じた対流によって地表に向かって上昇しますが、間欠泉では、水が地下で沸騰したときに発生する高い蒸気圧によって爆発的に上昇します。間欠泉は、地下構造においても非噴火性温泉とは異なります。多くは、地表の小さな噴出口から1本以上の細い管がつながり、地下の水と圧力のかからない岩石の貯留層につながっています。^[8]

間欠泉が満たされるにつれて、柱の上部の水は冷やされるが、水路が狭いため、貯水池内の水の対流冷却は不可能である。上部の冷たい水が圧力鍋の蓋のように下部の熱い水を押し下げ、貯水池内の水が過熱され、標準圧力の沸点をはるかに超える温度で液体のままになる。^[8]

最終的に、間欠泉の底部付近の温度が沸騰が始まるまで上昇し、蒸気の泡が柱の上部に押し上げられる。間欠泉の通気孔から蒸気が噴出すると、一部の水が溢れたり飛び散ったりして、柱の重量が減り、その結果、下の水にかかる圧力が軽減される。この圧力解放により、過熱した水が蒸気に変わり、柱全体で激しく沸騰する。膨張した蒸気と熱湯の泡が間欠泉の通気孔から噴き出す。^{[6] [より良い情報源が必要] [9]}

間欠泉が噴出するための重要な条件は、間欠泉の近くの岩石に含まれる間欠泉石と呼ばれる物質です。間欠泉石は主に二酸化ケイ素(SiO ₂ ) で、岩石から溶解して間欠泉の配管システムの壁と表面に堆積します。堆積物により、水を表面まで運ぶ水路が耐圧性になります。これにより、圧力が上部まで運ばれ、間欠泉の下にある緩い砂利や土壌に漏れ出すことはありません。^[8]

やがて間欠泉に残った水は再び沸点以下に冷えて噴火は終了し、温められた地下水が貯水池に浸透し始め、サイクル全体が再び始まる。噴火の持続時間と連続噴火の間隔は間欠泉によって大きく異なり、アイスランドのストロックル間欠泉は数分ごとに数秒間噴火するが、米国のグランドガイザーは8～12時間ごとに最大10分間噴火する。^[8]

間欠泉には2つの種類がある。噴水型間欠泉は水たまりから噴き出すもので、通常は一連の激しい、時には激しい噴出を伴う。円錐型間欠泉は、円錐状または珪質焼結物（間欠泉石を含む）の山から噴き出すもので、通常は数秒から数分間、一定の噴出を伴う。イエローストーン国立公園でおそらく最もよく知られている間欠泉であるオールド・フェイスフルは、円錐型間欠泉の一例である。地球上で最も高い予測可能な間欠泉であるグランド・ガイザー（アイスランドのゲイシールはそれよりも高いが、予測不可能である）もイエローストーン国立公園にあり、噴水型間欠泉の一例である。^[10]

世界には温泉、泥泉、噴気孔がある火山地帯が数多くあるが、間欠泉が噴出する地域はごくわずかである。間欠泉が稀少である主な理由は、間欠泉が存在するためには複数の強力な一時的な力が同時に発生しなければならないためである。例えば、他の必要条件が存在していても、岩石構造が緩んでいると、噴火によって水路が侵食され、新生間欠泉は急速に破壊される。^[11]

間欠泉は壊れやすく、条件が変われば休眠状態になったり消滅したりすることがある。多くの間欠泉は単に人々がゴミを投げ込んだりして破壊されたりしたが、地熱発電所による排水により噴出が止まったものもある。しかし、アイスランドのゲイシールは活動期と休眠期を繰り返す。長い休眠期には、特別な機会に界面活性剤石鹸を水に加えることで人工的に噴出が誘発されることもあった。^[12]

いくつかの間欠泉は特有の色をしていますが、それは過酷な環境にもかかわらず、好熱性原核生物の形で生命が間欠泉（および他の高温生息地）で見つかることが多いためです。知られている真核生物は60 ℃（140  ℉ ）を超える温度で生存できません 。^[13]

1960年代に間欠泉の生物学に関する研究が初めて登場したとき、科学者は一般的に、シアノバクテリアの生存上限である最高約73℃（163℉）以上では生命は生存できないと確信していました。なぜなら、主要な細胞タンパク質とデオキシリボ核酸（DNA）の構造が破壊されるからです。好熱性細菌の最適温度はさらに低く、平均約55℃（131℉）とされました。^[13]

しかし、観察によって細菌は高温でも存在できることが証明され、一部の細菌は水の沸点よりも高い温度を好むことさえある。そのような細菌は数十種類知られている。^[14] 好熱菌は50～70℃（122～158℉）の温度を好み、超好熱菌は80～110℃（176～230℉）の高温でよりよく増殖する。高温でも活性を維持する耐熱性酵素を持っているため、医療やバイオテクノロジーで重要な耐熱性ツールの供給源として使用され、^[15]例えば、抗生物質、プラスチック、洗剤（耐熱性酵素リパーゼ、プルラナーゼ、プロテアーゼの使用による）、発酵製品（例えばエタノールが生成される）の製造に使用されている。これらの中で最初に発見され、バイオテクノロジーにとって最も重要なのはサームス・アクアティカスである。^[16]

間欠泉は非常に稀で、水、熱、そして幸運な配管の組み合わせを必要とします。この組み合わせは地球上でほとんど存在しません。^{[17] [18]}

イエローストーンは世界最大の間欠泉地帯で、数千の温泉とおよそ300から500の間欠泉がある。9つの間欠泉盆地に世界中の間欠泉の半数が集中している。ほとんどが米国ワイオミング州に位置し、一部がモンタナ州とアイダホ州にある。^{[19]イエローストーンには世界で最も高い活噴泉（}ノリス間欠泉盆地のスチームボート間欠泉）がある。

ロシアのカムチャッカ半島にある間欠泉の谷（ロシア語： Долина гейзеров ）は、世界で2番目に大きい間欠泉の集中地です。この地域は1941年にタチアナ・ウスチノワによって発見され、調査されました。この地域には約200の間欠泉があり、多くの温泉と絶え間ない噴出があります。この地域は活発な火山活動によって形成されました。噴火の独特な方法は、これらの間欠泉の重要な特徴です。ほとんどの間欠泉は斜めに噴出し、世界の他の多くの間欠泉地帯に存在する間欠泉円錐を持つものはごくわずかです。^[18] 2007年6月3日、大規模な泥流が谷の3分の2に影響を与えました。^[20]その後、谷の上に温泉湖が形成されていることが報告されました。^[21]数日後、水がいくらか引いて、水面下にあった地形の一部が露出したことが観測されました。このフィールドで最大のものの一つであるヴェリカン間欠泉は、地滑りに埋もれておらず、最近^[定量化]活動していることが観測されました。^[22]

「エル・タティオ」という名前は、ケチュア語でオーブンを意味する言葉に由来する。エル・タティオはチリのアンデス山脈の高地に位置し、海抜約4,200メートル（13,800フィート）の多くの活火山に囲まれている。現在、この谷には約80の間欠泉がある。ニュージーランドの間欠泉の多くが破壊された後、ここは南半球最大の間欠泉地帯となり、世界でも3番目に大きい間欠泉地帯となっている。これらの間欠泉の顕著な特徴は、噴出高さが非常に低いことであり、最も高いものでもわずか6メートル（20フィート）の高さであるが、蒸気柱は20メートル（66フィート）を超える高さになることもある。エル・タティオの間欠泉の平均噴出高さは約750ミリメートル（30インチ）である。^{[18] [23]}

タウポ火山帯はニュージーランド北島に位置し、長さ350キロメートル、幅50キロメートルで、地殻の沈み込み帯の上に位置しています。ルアペフ山がその南西端であり、海底のファカタネ海山（ファカアリ/ホワイト島から85キロメートルまたは53マイル先）が北東端と考えられています。^{[24]この地帯の間欠泉の多くは}地熱開発と水力発電の貯水池のために破壊されましたが、数十の間欠泉が今も存在しています。

20世紀初頭、この地域には史上最大の間欠泉であるワイマング間欠泉が存在した。1900年に噴火が始まり、地滑りによって地元の地下水位が変化するまで4年間定期的に噴火した。ワイマングの噴火は通常160メートル（520フィート）に達し、スーパーバーストでは500メートル（1,600フィート）に達したことが知られている。^[18]最近の科学的研究によると、この地域の地殻の厚さはわずか5キロメートル（3マイル）である可能性がある。その下には幅50キロメートル（30マイル）、長さ160キロメートル（100マイル）のマグマの膜がある。 ^[25]

アイスランドは火山活動が活発なため、世界でも最も有名な間欠泉がいくつかある。国内には約20～29の活動中の間欠泉があり、かつて活動していた間欠泉も数多くある。^{[26]アイスランドの間欠泉は、}ユーラシアプレートと北アメリカプレートの境界に沿って南西から北東に広がる地域に分布している。アイスランドの間欠泉のほとんどは比較的短命である。また、多くの間欠泉が地震後に再活性化または新たに生成され、数年または数十年後に休眠状態または消滅するのも特徴である。

アイスランドで最も有名な2つの間欠泉はハウカダルにある。14世紀に初めて噴火したグレート・ゲイシール間欠泉は、間欠泉という言葉の由来となった。1896年までにゲイシール間欠泉はほぼ休止状態にあったが、その年の地震により再び噴火が始まり、1日に数回発生した。しかし、1916年には噴火はほぼ止まった。20世紀の大半を通じて、噴火は時折発生し、通常は地震の後に発生した。泉には人工的な改良が施され、特別な場合には石鹸で噴火が強制された。その後、2000年6月の地震により、この巨大な間欠泉は一時的に再び目覚めたが、現在は定期的に噴火していない。近くのストロックル間欠泉は、5～8分ごとに約30メートル（100フィート）の高さまで噴出する。^{[18] [27]}

島内の少なくとも 12 か所以上の地域に間欠泉が存在したことが知られています。かつての間欠泉だった場所には歴史的な農場が作られており、^{[説明が必要]}中世以来、温水の利用による恩恵を受けてきました。

ネバダ州にはかつてベオワウェとスティームボートスプリングスの2つの大きな間欠泉地帯がありましたが、近くに地熱発電所が建設されたことで破壊されました。発電所では地熱掘削により利用可能な熱が減少し、地元の地下水位が低下したため、間欠泉の活動を維持できなくなりました。^[18]

ニュージーランドの間欠泉の多くは、前世紀に人間によって破壊されました。ニュージーランドの間欠泉のいくつかは、自然現象によって休眠状態になったり消滅したりしました。残っている主な間欠泉は、ロトルアのファカレワレワです。^[28]オラケイコラコの間欠泉の3分の2は、 1961年に水力発電のオハクリダムが建設されたときに水没しました。^[29]ワイラケイ間欠泉は、1958年に地熱発電所によって失われました。 ^[30]ロトマハナ間欠泉は、 1886年のタラウェラ山の噴火によって破壊されました。^{[31] [32]}

通常の蒸気駆動間欠泉とは性質が異なる様々な種類の間欠泉があります。これらの間欠泉は噴出のスタイルだけでなく、噴出の原因も異なります。

地熱活動のある多くの場所では、井戸が掘られ、不浸透性の窓枠が取り付けられ、間欠泉のように噴出するようになっている。このような間欠泉の噴出口は人工だが、天然の熱水系につながっている。これらのいわゆる人工間欠泉は、技術的には噴出する地熱井戸として知られており、本当の間欠泉ではない。カリフォルニア州カリストガのリトル オールド フェイスフル ガイザーがその一例である。この間欠泉は、19 世紀後半に掘られた井戸のケーシングから噴出する。ジョン ライナーハート博士の著書「間欠泉観察ガイド」 (1976 年、49 ページ) によると、ある男性が水を求めて間欠泉に穴をあけたという。彼は「単に死んだ間欠泉を開けただけ」だった。^[33]

ペンシルベニア州アッシュランドにあるビッグ・マイン・ラン間欠泉の場合、廃坑の噴出口から噴出する間欠泉の熱は地熱発電ではなく、長時間くすぶっているセントラリア鉱山の火災から来ている。^[34]

これは、補給のために止まることなく絶えず水を噴出する天然温泉です。これらの一部は誤って間欠泉と呼ばれていますが、周期的なものではないため、本当の間欠泉とはみなされません。^{[35] [36]}

間欠泉は、発電、暖房、観光など、さまざまな活動に利用されています。地熱資源は世界中にたくさんあります。アイスランドの間欠泉地帯は、世界で最も商業的に採算がとれる間欠泉地帯の 1 つです。1920 年代以降、間欠泉から出る熱水は温室の暖房や、アイスランドの過酷な気候では栽培できなかった食物の栽培に利用されてきました。また、アイスランドでは 1943 年以降、間欠泉から出る蒸気と熱水が家庭の暖房にも利用されています。1979 年、米国エネルギー省 (DOE) は、さまざまな研究プログラムや地熱融資保証プログラムを通じて、カリフォルニア州カリストガ近郊の「ガイザーズ-カリストガ既知地熱資源地域」(KGRA) での地熱エネルギー開発を積極的に推進しました。[37]同省は、地熱開発の潜在的な環境影響を評価することが法律で義務付けられています。 [ ^{38 ]}

太陽系には、表面上は地球の間欠泉に似た噴火が観測されたり、発生していると考えられている天体が数多くあります。一般的に間欠泉と呼ばれていますが、それらは根本的に異なるプロセスによって発生し、さまざまな揮発性物質で構成され、火星の中規模の二酸化炭素噴流からエンケラドゥスの巨大な噴煙まで、非常に異なる規模で発生する可能性があります。一般に、間欠泉と呼ばれる特徴には、昇華噴煙と氷火山噴煙（クライオガイザーとも呼ばれる）の 2 つの大きなカテゴリがあります。

昇華プルームとは、氷の表面下の浅い場所から噴出する昇華した揮発性物質と塵の噴出である。既知の例としては、火星の_{二酸化炭素}噴出や、海王星の衛星トリトンの窒素噴出などがある。

火星では、冬の間に蓄積されたドライアイスの層が太陽によって温められるため、春に南極で二酸化炭素の噴出が起こると考えられています。これらの噴出はまだ直接観測されていませんが、ドライアイスの上の暗い斑点と明るい扇状の形で軌道から見える証拠を残しています。これらの特徴は主に、噴出によって吹き飛ばされた砂と塵、および急速な二酸化炭素ガスの流れによって氷の下に作られたクモのような溝のパターンで構成されています_。 [ ^39]噴出を説明する理論は数多くあり、太陽光による加熱、化学反応、さらには生物活動などが含まれます。^[40]

1989年にトリトンを通過したボイジャー2号の調査により、トリトンでは窒素と塵の活発な噴火が起きていることがわかった。これらの噴煙は高さ8kmにも達し、風によって風下150kmまで吹き飛ばされ、明るい南極の氷冠に長く暗い筋ができた。^[41]トリトンの活動の原因については、透明な氷を通した太陽熱、^[42]氷火山活動、窒素氷床の基底加熱など、さまざまな説がある。^[43]  

氷火山の噴煙または氷間欠泉は、一般に、特定の氷の衛星にある活発な氷火山から主に水蒸気が噴出する大規模な噴火を指します。このような噴煙は、土星の衛星エンケラドゥスと木星の衛星エウロパで発生します。

カッシーニ探査機は、エンケラドゥスの南極地域にある「タイガーストライプ」に関連する噴出口から、水蒸気の煙と氷の粒子、および少量の他の成分（二酸化炭素、窒素、アンモニア、炭化水素、ケイ酸塩など）が噴出しているのを観測した。これらの煙は、土星のEリングの物質の源である。これらの噴出が発生するメカニズムは不明であり、エンケラドゥスの地下海と物理的にどの程度関連しているかは不明であるが、少なくとも部分的には潮汐加熱によって発生していると考えられている。^[44]カッシーニはこれらの煙の中を数回飛行し、初めて太陽系の他の天体の内部の水を直接分析することができた。^[45]

2013年12月、ハッブル宇宙望遠鏡は、エウロパ の南極地域の上空200kmの高さにある可能性のある水蒸気の噴煙を検出しました。^[46]ガリレオのデータの再調査では、1997年のフライバイ中に噴煙を通過した可能性があることも示唆されました。^[47]水は2016年にケック天文台でも検出され、2019年のネイチャーの記事で原因は氷火山の噴火であると推測して発表されました。^{[48]エウロパの}線状構造は、エンケラドゥスの「虎の縞模様」と同様の方法でこの水蒸気を宇宙に放出している可能性があると考えられています。

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ウィキメディア・コモンズには、間欠泉に関連するメディアがあります。

ウィキソースには、 1879 年のAmerican Cyclopædia の記事 「Geysers」のテキストがあります。

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• 間欠泉観測研究協会 (GOSA)
• ガイザータイムズ
• イエローストーンの間欠泉: オンラインビデオと説明
• アラン・グレノンによる間欠泉について
• ガイザーズ、アンミュージアム
• ジョンストンズ アーカイブ ガイザー リソース
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• 間欠泉と地球の配管システム メグ・ストリーピー著
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