温泉

温泉、熱水泉、地熱泉は、地熱で温められた地下水が地球の表面に湧き出ることによってできる泉です。地下水は、浅いマグマ体（溶岩）によって、または断層を通って地殻深部の熱い岩石まで循環することによって温められます。

温泉水には、溶解したミネラルが多量に含まれていることが多い。温泉の化学的性質は、pHが0.8ほど低い酸性硫酸塩泉から、シリカで飽和したアルカリ性塩化物泉、二酸化炭素と炭酸塩ミネラルで飽和した重炭酸塩泉まで多岐にわたる。また、鉄分を豊富に溶解している泉もある。温泉で地表に運ばれたミネラルは、極限環境に適応した微生物である極限環境微生物の餌となることが多く、地球上の生命の起源は温泉にある可能性がある。^{[1] [2]}

人類は何千年もの間、温泉を入浴、リラクゼーション、医療療法に利用してきました。しかし、温泉の中には非常に熱いものもあり、入浴すると火傷を負い、死に至ることもあります。^[3]

温泉には普遍的に受け入れられている定義はありません。例えば、温泉は次のように定義され ています。

• 地熱活動によって温められた泉^[4]
• 周囲よりも水温が高い泉^{[5] [6]}
• 人間の体温より高い水温（通常約37℃（99℉））の天然温泉^{[7] [8] [9] [10] [11]}

• 水温が21℃（70℉）を超える天然の湧き水^{[12] [13] [14] [15]}
• 水温が通常平均気温より6～8℃（11～14℉）以上高い温泉の一種。^[16]
• 水温が50℃（122℉）以上の泉^[17]

関連用語である「温水泉」は、多くの情報源では温泉よりも水温が低い泉と定義されていますが、ペンテコストら (2003) は「温水泉」という表現は役に立たず、使用を避けるべきだと示唆しています。^[9]米国NOAA地球物理データセンターは、「温水泉」を 20 ～ 50 °C (68 ～ 122 °F) の水温の泉と定義しています。^[要出典]

温泉から湧き出る水は地熱、つまり地球のマントルから発生する熱によって温められます。これは 2 つの方法で起こります。火山活動が活発な地域では、地殻の浅い深さにマグマ(溶岩) が存在することがあります。地下水はこれらの浅いマグマ体によって温められ、地表に上がって温泉として湧き出ます。しかし、火山活動のない地域でも、地球内部の岩石の温度は深さとともに高くなります。深さとともに温度が上昇する速度は、地温勾配として知られています。水が地殻の十分深いところまで浸透すると、熱い岩石と接触して温められます。これは通常、断層に沿って起こります。断層では、砕けた岩盤が水がより深いところまで容易に循環する経路を提供します。^[18]

熱の多くは、天然の放射性元素の崩壊によって発生します。地球から逃げる熱の推定45～90パーセントは、主にマントルに存在する元素の放射性崩壊によって発生します。^{[19] [20] [21]}地球上の主要な熱発生同位体は、カリウム40、ウラン238、ウラン235、トリウム232です。^{[22]火山活動のない地域では、この熱は}熱伝導の遅いプロセスによって地殻を流れますが、火山地域では、熱はマグマ体によってより急速に地表に運ばれます。^[23]

定期的に水と蒸気を噴出する温泉を間欠泉といいます。イエローストーン国立公園などの活火山地帯では、浅い深さにマグマが存在することがあります。温泉がそのようなマグマ体の近くにある大きな天然の貯水槽につながっている場合、マグマによって貯水槽内の水が過熱され、通常の沸点を超えて温度が上昇することがあります。貯水槽の上部にある水柱の重さで貯水槽が加圧され、沸騰が抑えられるため、水はすぐには沸騰しません。しかし、過熱された水が膨張すると、水の一部が表面に現れ、貯水槽内の圧力が低下します。これにより、貯水槽内の水の一部が蒸気に変わり、温泉からさらに多くの水が押し出されます。これにより、貯水槽が空になるにつれて、大量の水と蒸気が温泉から強制的に噴出する暴走状態が発生します。その後、貯水槽にはより冷たい水が再び満たされ、このサイクルが繰り返されます。^{[24] [25]}

間欠泉は、自然の貯水槽と、噴出するたびに貯水槽を補充するための豊富な冷水源の両方を必要とする。水の供給量が少ないと、水は蓄積されるのと同じくらい速く沸騰し、蒸気の形でのみ地表に到達するため、噴気孔となる。水に泥や粘土が混ざると、泥水溜まりとなる。^{[24] [26]}

非火山性の温泉の例としては、ジョージア州ウォームスプリングス（下半身不随のフランクリン・D・ルーズベルト大統領が治療効果を求めてよく訪れ、リトルホワイトハウスを建てた）がある。ここでは、近くの山々に降った雨や雪（天水）が地下水となり、特定の地層（ホリス珪岩）に浸透して深さ3,000フィート（910メートル）に達し、通常の地温勾配によって温められる。^[27]

加熱された水は冷水よりも多くの溶解性 固形物を含むことができるため、温泉から湧き出る水は、カルシウムからリチウム、さらにはラジウムまで、あらゆるものを含む非常に高いミネラル含有量を持つことが多い。温泉の全体的な化学組成は、アルカリ性塩化物から酸性硫酸塩、重炭酸塩、鉄分を多く含むものまでさまざまであり、それぞれが温泉の化学組成の範囲の端点を定義している。^{[28] [29]}

アルカリ塩化物温泉は、塩化物塩を溶解した地下水が高温のケイ酸塩岩と反応して形成される熱水流体によって供給されます。これらの温泉はほぼ中性ですが、シリカ( SiO ₂ ) で飽和しています。シリカの溶解度は温度に大きく依存するため、冷却すると、シリカはオパールの一種である間欠泉石として堆積します(オパール-A: SiO ₂ ·nH ₂ O )。^[30]このプロセスは遅いため、間欠泉石はすべて噴出口のすぐ近くに堆積するのではなく、泉口の周囲に一定距離にわたって低く広いプラットフォームを形成する傾向があります。^{[31] [29] [32]}

酸性硫酸塩温泉は、硫化水素（H ₂ S ）を多く含む熱水によって供給され、これが酸化されて硫酸（H ₂ SO _4）を形成します。^[31]これにより、流体のpHは0.8まで低下します。^[33]酸は岩石と反応して、粘土鉱物、酸化鉱物、およびシリカの残留物に変化します。^[29]

重炭酸塩温泉は、二酸化炭素（CO2）と地下水が炭酸塩岩_と反応して形成される熱水流体によって供給されます。^[31]流体が地表に達すると、CO2_は急速に失われ、炭酸塩鉱物がトラバーチンとして沈殿するため、重炭酸塩温泉は開口部の周囲に高起伏構造を形成する傾向があります。^[29]

鉄分を豊富に含む温泉は、温泉に水を供給する熱水流体中の鉄から酸化鉄の塊を生成する微生物群集の存在によって特徴付けられる。^{[34] [29]}

いくつかの温泉は、化学的にこれらの両極端の中間の流体を生成します。たとえば、酸性硫酸塩塩化物混合温泉は、酸性硫酸塩泉とアルカリ性塩化物泉の中間であり、酸性硫酸塩とアルカリ性塩化物流体の混合によって形成されます。間欠泉岩を堆積しますが、その量はアルカリ性塩化物泉よりも少ないです。^[31]

温泉の湧出量は、ごくわずかな「しみ出し」から、まさに熱湯の川までさまざまです。圧力が高すぎて、間欠泉や噴水のように水が上方に噴き上がることもあります。

文献には温泉の流量に関する主張が数多くあります。地熱温泉よりも流量の多い非温泉の方がはるかに多くあります。流量の多い温泉には以下のものがあります。

• オーストラリアのダルハウジー・スプリングス複合施設では、1915年にピーク時の総流量が23,000リットル/秒を超え、複合施設内の平均的な湧水量は325リットル/秒を超えていました。これは現在、ピーク時の総流量が17,370リットル/秒に減少しており、平均的な湧水量は約250リットル/秒です。^[35]

• 

  日本の別府には2,850 の温泉があり、日本で最も湧出量の多い温泉群です。別府温泉は合計で毎秒約 1,592 リットルの湧出量があり、平均で毎秒 0.56 リットルの温泉湧出量に相当します。
• 日本の九重にある303の温泉は毎秒1,028リットルの湧出量があり、温泉の平均湧出量は毎秒3.39リットルになります。
• 大分県には4,762の温泉があり、総湧出量は4,437リットル/秒なので、平均湧出量は0.93リットル/秒となります。
• 日本で湧出量が最も多い温泉は秋田県の玉川温泉で、湧出量は毎秒150リットルです。玉川温泉は幅3メートル（9.8フィート）の水流を98℃（208°F）の温度で供給しています。
• ブラジルのカルダス ノバス(ポルトガル語で「新しい温泉」 )の最も有名な温泉は、86 の井戸から汲み上げられ、1 日 14 時間、毎秒 333 リットルが汲み上げられています。これは、ピーク時の平均流量が井戸 1 つあたり毎秒 3.89 リットルに相当します。^{[引用が必要]}
• フロリダ州には、流量が 2,800 L/s (99 cu ft/s) を超える「マグニチュード 1 の泉」が 33 か所あります。フロリダ州シルバー スプリングスの流量は 21,000 L/s (740 cu ft/s) を超えます。
• イエローストーン国立公園のエクセルシオール間欠泉クレーターからは毎分約 4,000 米ガロン (0.25 m ^{3 /s) の}水が湧出しています。
• サウスダコタ州ホットスプリングスのエバンス プランジには、毎分 5,000 ガロン (0.32 m ³ /s)の流量があり、87 °F (31 °C) の湧き水が流れ出ています。1890 年に建設されたこのプランジは、世界最大の天然温水屋内プールです。
• イタリアのサトゥルニア温泉は毎秒約500リットルの湧出量がある^[36]
• アイダホ州のラバホットスプリングスの湧出量は毎秒130リットルです。
• コロラド州のグレンウッドスプリングスでは流量が毎秒143リットルです。
• オーストラリアのクイーンズランド州西部にあるエリザベス・スプリングスの流量は、19 世紀後半には 158 リットル/秒でしたが、現在は約 5 リットル/秒になっています。
• アイスランドのデイルダルトゥングクヴェル川の水量は毎秒180リットルです。
• インドネシアのバジャワから南西に 8 km (5.0 マイル) 離れたナゲ地域には、合計で毎秒 453.6 リットルを超える湧出量を誇る温泉が少なくとも 3 つあります。
• インドネシアのバジャワの北東 18 km (11 マイル) には、さらに 3 つの大きな温泉 (メンゲルダ、ワエ バナ、ピガ) があり、これらを合わせると毎秒 450 リットル以上の温水が湧き出ています。

温泉には、高温でミネラルを多く含んだ水に適応した微生物群が生息していることが多い。これらには、45～80℃（113～176℉）の高温で繁殖する極限環境細菌の一種である好熱菌が含まれる。 ^[37]噴出口から遠ざかるほど、水は冷えてミネラル分が沈殿する時間があり、それほど極端ではない環境に適応した生物にとって好ましい条件となる。そのため、噴出口から離れるにつれて微生物群が次々と生成され、ある意味では初期生命の進化の段階に似ている。^[38]

例えば、炭酸水素塩温泉では、噴出口のすぐ周囲の生物群集は、糸状の好熱細菌（アクイフェックスやその他のアクイフィカル類）が優勢で、硫化物と水素を酸化して生命活動に必要なエネルギーを得ている。噴出口からさらに離れた場所では、水温が60℃（140℉）以下に下がり、表面は1センチメートル（0.39インチ）の厚さの微生物マットで覆われており、スピルリナ、オシラトリア、シネココッカスなどのシアノバクテリア^[39]とクロロフレクサスなどの緑色硫黄細菌が優勢である。これらの生物はすべて光合成が可能であるが、緑色硫黄細菌は光合成中に酸素ではなく硫黄を生成する。噴出口からさらに離れ、気温が45℃（113℉）以下に下がると、スピルリナ、カロトリックス、珪藻類やその他の単細胞真核生物、草食昆虫や原生動物を含む微生物の複雑な群集にとって好ましい条件が整う。気温が周囲の気温に近づくと、高等植物が出現する。^[38]

アルカリ塩化物温泉では、火口の最も熱い部分に様々な好熱性細菌や古細菌が見られ、同様の生物群集の連続が見られます。酸性硫酸塩温泉では、酸に耐性のある藻類（シアニディオ藻類など）、菌類、珪藻類が優勢で、やや異なる微生物の連続が見られます。^[31]鉄分が豊富な温泉には、還元鉄（第一鉄）を酸化鉄（第三鉄）に酸化する光合成生物群集が含まれています。^[40]

温泉は、豊富な化学環境を提供する信頼できる水源です。これには、微生物がエネルギー源として酸化できる 還元化学種が含まれます。

「ブラックスモーカー」（海底の熱水噴出孔）とは対照的に、カムチャッカの陸上の熱水地帯に似た温泉は、初期の細胞や生化学反応に適した pH と温度の流体を生み出します。カムチャッカの温泉では溶解した有機化合物が見つかりました。 ^{[41] [42]}これらの環境の金属硫化物とシリカ鉱物は光触媒として機能します。^[42]これらは湿潤と乾燥のサイクルを経験し、それがバイオポリマーの形成を促進し、再水和後に小胞にカプセル化されます。^[43]環境への太陽紫外線曝露は、モノマーのバイオ分子の合成を促進します。^[44]温泉のイオン組成と濃度（K、B、Zn、P、O、S、C、Mn、N、および H）は、系統ゲノム分析によると、現代の細胞の細胞質と同一であり、おそらくLUCAまたは初期の細胞生命の細胞質と同一です。^{[45] [42]}これらの理由から、温泉が地球上の生命の起源の地である可能性があるという仮説が立てられてきました。^{[38] [29]}この仮説の進化論的意味合いは、陸上植物への直接的な進化の道筋を示唆しています。太陽光への継続的な曝露により光合成特性が発達し、後に陸上に定着し、熱水噴出孔の生命が後から適応したことが示唆されています。^[46]

温泉での最近の実験研究はこの仮説を支持している。それらは、弱アルカリ性または酸性の温泉で紫外線にさらされ、複数回の乾湿サイクルを経る間に脂肪酸が膜状構造に自己組織化し、合成された生体分子を包み込むことを示しているが、塩水条件では高濃度のイオン性溶質が膜状構造の形成を阻害するため、このようなことは起こらない。^{[46] [47] [48]} デビッド・ディーマーとブルース・デイマーは、これらの仮説上の前生物的環境はチャールズ・ダーウィンが想像した「小さな暖かい池」に似ていると指摘している。 ^[46]生命が深海の熱水噴出孔ではなく、地上のプールで発生した場合、環境に運ばれた地球外キノンは、プロトン勾配につながる酸化還元反応を生成する。膜輸送のための原始的なタンパク質やその他の生体高分子の安定性を維持するための継続的な乾湿サイクルがなければ、それらは水生環境で加水分解を受けるだろう。^[46]科学者たちは、化石化した微生物、ストロマトライト、バイオシグネチャーを保存していると思われる34億8千万年前の間欠泉岩を発見した。^[49]研究者たちは、ピロリン酸塩は初期の細胞生命によってエネルギー貯蔵に使用され、ピロリン酸の前駆物質であった可能性があると提案している。温泉に存在するリン酸塩は、温泉内で湿潤と乾燥の循環によってピロリン酸塩に結合したと考えられる。^[50]アルカリ性熱水噴出孔と同様に、白馬八方温泉は蛇紋岩化作用を受けており、メタン生成微生物が同様の生息地で発生した可能性があることを示唆している。^[51]

生命の起源に関する温泉仮説の問題点は、リン酸が水に溶けにくいことである。^[52]ピロ亜リン酸は原始細胞内に存在していた可能性があるが、すべての現代生命体はエネルギー貯蔵のためにピロリン酸を使用している。キーは、ピロリン酸は酵素の出現後に利用された可能性があると示唆している。^[50]脱水状態は、有機化合物のリン酸化とリン酸のポリリン酸への凝縮を促進する。^[53]もう1つの問題は、太陽の紫外線と頻繁な衝突により、温泉での初期の細胞生命の居住性が阻害されたであろうことである。^{[ 52]}生物学的高分子は、太陽の紫外線にさらされる間に淘汰を受け、光触媒シリカ鉱物と金属硫化物によって触媒された可能性がある。^[42]後期重爆撃期の炭素質隕石は、大気圏突入時に破片を生成するため、地球にクレーターを形成させなかったであろう。隕石の直径は40～80メートルと推定されているが、衝突体が大きければクレーターも大きくなる。^[54]これらの環境では代謝経路はまだ実証されていないが^[52]、プロトン勾配の発生は隕石キノンや原始細胞の成長と結びついた酸化還元反応によって生成された可能性がある。^{[55] [46] [56]}ウッド・リュングダール経路と逆クレブス回路の代謝反応は、金属存在下での酸性条件と好熱温度で生成されており、これは酸性pHでRNAがほぼ安定するという観察結果と一致している。^{[57] [58]}

温泉は何千年もの間、人類に親しまれてきました。^[59]マカクザルでさえ、寒さによるストレスから身を守るために温泉を利用して、日本に生息域を北上させたことが知られています。 ^[60]温泉は少なくとも2000年前から日本で利用されており、伝統的には清潔さとリラクゼーションのためでしたが、次第に治療効果を目的とした利用が増えてきました。^{[61]ギリシャの}ホメロス時代（紀元前1000年頃）には、入浴は主に衛生のためでしたが、ヒポクラテスの時代（紀元前460年頃）には、温泉には治癒力があると考えられていました。それ以来、温泉の人気は数世紀にわたって変動してきましたが、現在では世界中で人気があります。^[62]

一部の温泉は民間伝承と医療的価値があるとされているため、人気の観光地や障害者のリハビリテーション クリニックの場所となっていることが多い。しかし、温泉での治療的入浴の科学的根拠は不明である。鉛中毒に対する温浴療法は18 世紀と 19 世紀には一般的で、非常に効果的だったと報告されているが、これは温水に浸かることで利尿作用(尿の生成増加) が起こり、鉛の排泄量が増えること、鉛源から隔離されたより良い食事、カルシウムと鉄分の摂取量が増えることによるものと考えられる。関節リウマチや強直性脊椎炎の患者に著しい改善がみられることが温泉療法の研究では報告されているが、これらの研究には方法論的な問題があり、たとえばプラセボ対照試験(患者は治療を受けているかどうかわからない) は明らかに非現実的である。その結果、温泉療法の治療効果は不明のままである。^[62]

火山地帯の温泉は沸点または沸点に近い温度であることが多い。誤ってまたは意図的に温泉に入ったために重度の火傷を負ったり、死亡した人もいる。^{[63] [64] [65]}

温泉の微生物の中には人間に感染するものもあります。

• ネグレリア・フォーレリは、世界中の温かい無塩水に生息する アメーバで、鼻から入ると致命的な髄膜炎を引き起こします。 ^{[66] [67] [68]}
• 米国疾病予防管理センターによると、アカントアメーバは温泉を通じても広がる可能性がある。この細菌は目や開いた傷口から侵入する。 ^[69]
• レジオネラ 菌は温泉を通じて広がる。 ^{[70] [71]}
• ある症例研究によると、淋菌は温泉入浴によって感染した可能性が非常に高いと報告されており、体温に近い、弱酸性で等張性で有機物を含む水が病原体の生存を促進すると考えられている。 ^[72]

温泉によって習慣や慣習は異なる。入浴者は、水を汚さないように（石鹸の有無にかかわらず）入浴前に体を洗うのが一般的である。^[73]日本のような多くの国では、水着を含め、裸で温泉に入ることが求められている。男性と女性で異なる設備や時間が設けられていることが多いが、混浴温泉も存在する。^[74]国によっては、公衆温泉の場合は水着の着用が求められる。^{[75] [76]}

温泉は世界中の多くの場所、すべての大陸に存在します。温泉で有名な国としては、中国、コスタリカ、ハンガリー、アイスランド、イラン、日本、ニュージーランド、ブラジル、ペルー、セルビア、韓国、台湾、トルコ、米国などが挙げられますが、その他にも多くの場所に温泉があります。

• 1918年に化学教授が世界で最も電解的な鉱泉の一つとして分類した報告書以来、広く知られるようになったアルゼンチン北部のリオ・オンド温泉は、地球上で最も訪問者が多い温泉の一つとなっている。^[77]カチェウタ温泉はアルゼンチンのもう一つの有名な温泉である。
• ヨーロッパで最も温度の高い温泉は、フランスのショード＝エーグという小さな村にあります。^{[要出典]フランスの}オーヴェルニュ火山地域の中心部に位置するショード＝エーグには、30の天然温泉があり、温度は45 °C (113 °F) から80 °C (176 °F) 以上まであります。最も熱い「ソース・デュ・パル」の温度は82 °C (180 °F) です。村の地下を流れる温泉は、14世紀以来、家や教会の暖房として利用されてきました。ショード＝エーグ (フランス、カンタル県) は、ローマ帝国時代からリウマチの治療で知られる温泉街です。
• 前地の地殻構造にある炭酸塩帯水層は、一般的に地域的に高い熱流量値を示す地域ではないが、重要な温泉を擁することがある。このような場合、温泉が海岸線の近くまたは海岸線に沿って位置しているとき、陸上および/または海底温泉は、局所的な亀裂やカルスト岩塊を流れる海洋地下水の流出を構成する。これは、プーリア地方（南イタリア）の南東端に沿って発生する温泉の場合であり、アドリア海沿岸にある部分的に水没した洞窟から少量の硫黄を含む温水（22〜33℃（72〜91℉））が流出し、サンタ・チェザーレア・テルメの歴史的な温泉に水を供給している。これらの温泉は古代（紀元前3世紀のアリストテレス）から知られており、温泉水の物理的化学的特徴は、海面変動によって部分的に影響を受けた。^[78]
• インドの潜在的な地熱エネルギー貯蔵庫の一つはマディヤ・プラデーシュ州のタッタパニ温泉である。^{[79] [80]}
• 火星のシルティス・マジョールにある火山カルデラ、ニリ・パテラで発見されたシリカを豊富に含む堆積物は、消滅した温泉システムの残骸であると考えられています。^[81 ]

ウィキメディア・コモンズには、温泉に関連するメディアがあります。

Wikivoyageには温泉の旅行ガイドがあります。

• マージョリー・ガーシュ・ヤング (2011)。『南西部の温泉と温水プール：ジェイソン・ロームのオリジナルガイド』。アクア・サーマル・アクセス。ISBN 978-1-890880-07-1。
• マージョリー・ガーシュ・ヤング (2008)。北西部の温泉と温水プール。アクア・サーマル・アクセス。ISBN 978-1-890880-08-8。
• G. J Woodsworth (1999)。『西カナダの温泉：完全ガイド』。ウェストバンクーバー：Gordon Soules。ISBN 978-0-919574-03-8。
• クレイ・トンプソン (2003)。「トノパ: 茂みの下の水」アリゾナ・リパブリック、p. B12。

Wikivoyageには温泉の旅行ガイドがあります。

• 米国の温泉リスト - 1,661 の温泉
• 「オーストラリア、グレートアーテジアン盆地の地熱資源」（PDF）。GHC紀要。23 （2）。2002年6月。2014年8月22日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2006年11月2日閲覧。
• ウガンダの20以上の地熱地帯の地図を掲載した学術論文
• ニュージーランドの温泉と温水プール100ヶ所のリスト
• 世界中の温泉一覧