温泉

温泉、熱水泉、地熱泉とは、地熱によって加熱された地下水が地表に湧き出る泉のことです。地下水は、浅いマグマ（溶融岩）によって加熱されるか、断層を通って地殻深部の高温岩盤へと循環することによって加熱されます。

温泉水には、しばしば大量の溶存鉱物が含まれています。温泉の化学的性質は、 pHが0.8と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鉱物で飽和した重炭酸泉まで多岐にわたります。また、溶存鉄を豊富に含む泉もあります。温泉で地表に運ばれてくる鉱物は、極限環境に適応した微生物である極限環境微生物群の栄養源となることが多く、地球上の生命は温泉で誕生した可能性も考えられます。^{[ 1 ] [ 2 ]}

人類は何千年もの間、入浴、リラクゼーション、または医療目的で温泉を利用してきました。しかし、中には浸かるとやけどや死に至るほど高温の温泉もあります。^{[ 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、温泉という言葉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 ]}
• 周囲の水温よりも高い水温の泉^{[ 5 ] [ 6 ]}
• 人間の体温よりも高い水温の天然の泉（通常は約37 °C (99 °F)）^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}  

• 温度が21 ℃（70 °F）を超える天然の湧水^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}  
• 水温が平均気温より通常6～8 ℃（11～14 °F）以上高いタイプの温泉。 ^{[ 16 ]}  
• 水温が50 ℃（122 °F）を超える泉^{[ 17 ]}  

関連用語である「温泉」は、多くの資料で温泉よりも水温が低い泉と定義されていますが、Pentecost ら (2003) は「温泉」という表現は役に立たず、避けるべきだと示唆しています。1923 年に Menzier は、温泉は水温が人体温度より低く、泉周辺の平均気温より高い温泉であると定義することを提案しましたが、この定義には異論があります。^{[ 18 ] [ 9 ]}

温泉から湧き出る水は地熱によって加熱されます。つまり、地球のマントルから発生する熱によって加熱されます。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、地殻の浅い部分にマグマ（溶融岩）が存在する場合があります。地下水はこれらの浅いマグマによって加熱され、地表に上昇して温泉として湧き出します。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上昇します。深さとともに温度が上昇する割合は地温勾配として知られています。水が地殻の奥深くまで浸透すると、熱い岩石と接触して加熱されます。これは一般的に断層沿いで発生し、そこでは砕けた岩盤が水がより深いところまで循環するための容易な経路を提供します。^{[ 19 ]}

熱の大部分は、自然放射性元素の崩壊によって発生します。地球から放出される熱の推定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由来します。^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}地球の主要な熱発生同位体は、カリウム40、ウラン238、ウラン235、およびトリウム232です。^{[ 23 ]}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、熱はマグマの塊によってより速く地表に運ばれます。^{[ 24 ]}

周期的に水と蒸気を噴出する温泉は間欠泉と呼ばれます。イエローストーン国立公園のような活火山地帯では、浅い深度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溜まりの近くにある大きな天然の貯水槽と繋がっている場合、マグマによって貯水槽内の水が過熱され、通常の沸点以上に温度が上昇することがあります。貯水槽の上部の水柱の重みで貯水槽内が加圧され沸騰が抑制されるため、水はすぐに沸騰しません。しかし、過熱された水が膨張すると、一部の水が地表に噴出し、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となって噴出し、さらに多くの水が温泉から押し出されます。その結果、貯水槽が空になるにつれて、大量の水と蒸気が温泉から勢いよく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。^{[ 25 ] [ 26 ]}

間欠泉は、天然の貯水槽と、噴火後に貯水槽を満たすための豊富な冷水源の両方を必要とします。水の供給が少なく、水が蓄積されると同時に沸騰し、蒸気の形でしか地表に到達しない場合、結果として噴気孔が形成されます。水が泥や粘土と混ざると、結果として泥噴泉が形成されます。^{[ 25 ] [ 27 ]}

火山活動とは無関係の温泉の例として、ジョージア州のウォームスプリングスが挙げられます（下半身麻痺の米国大統領フランクリン・D・ルーズベルトが治療効果を求めて頻繁に訪れ、そこにリトルホワイトハウスを建てました）。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（ホリス石英岩）を3,000フィート（910メートル）の深さまで浸透し、通常の地温勾配によって温められます。^{[ 28 ]} 

温水は冷水よりも多くの溶解固形物を保持できるため、温泉から湧き出る水はしばしば非常に高いミネラル含有量を持ち、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んでいます。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、鉄分を豊富に含むものまで様々で、それぞれが可能な温泉化学組成の範囲の両端を構成しています。^{[ 29 ] [ 30 ]}

アルカリ性塩化物温泉は、溶解した塩化物塩を含む地下水_が高温で珪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のpHですが、シリカ（SiO₂）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、冷却されるとシリカはガイセライト、オパールの一種（オパールA：SiO₂・nH₂O _）として沈殿します。^{[ 31 ]}_{このプロセスは}十分に遅いため、ガイセライトは噴出口のすぐ周囲にすべて沈殿するのではなく、温泉の開口部の周囲にある程度の距離にわたって低く広い台地を形成する傾向があります。^{[ 32 ] [ 30 ] [ 33 ]}

酸性硫酸塩温泉は、_硫化水素（H₂S）を豊富に含む熱水流体によって供給され、_硫化水素は酸化されて硫酸（H₂SO₄ ）を生成します。^{[ 32 ]}_{これにより、}流体のpHは0.8という低い値まで低下します。^{[ 34 ]}酸は岩石と反応して、粘土鉱物、酸化物鉱物、シリカの残留物に変化させます。^{[ 30 ]}

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によって供給されます。^{[ 32 ]}熱水が地表に達すると、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、その開口部の周囲に高起伏構造を形成する傾向があります。^{[ 30 ]}

鉄分を豊富に含む泉は、泉に流れ込む熱水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づけられる。^{[ 35 ] [ 30 ]}

温泉の中には、これらの極端なものの中間的な化学組成を持つ流体を生成するものもあります。例えば、酸性硫酸塩塩化物混合温泉は、酸性硫酸塩温泉とアルカリ性塩化物温泉の中間的な性質を持ち、酸性硫酸塩とアルカリ性塩化物の混合によって形成されることがあります。これらの温泉は間欠泉を生成していますが、アルカリ性塩化物温泉よりも量は少ないです。^{[ 32 ]}

温泉の湧出量は、ごくわずかな「にじみ」から、まさに川のように流れ出る熱湯まで様々です。時には十分な水圧があり、間欠泉や噴水のように水が上向きに噴き出すこともあります。

温泉には、高温でミネラルを豊富に含む水中での生活に適応した微生物群集が生息していることが多い。これには、45～80 ℃（113～176 °F）の高温で繁殖する極限環境微生物の一種である好熱菌が含まれる。^{[ 38 ]}噴出口から離れた場所では、水が冷えてミネラル分の一部が沈殿しているため、それほど極限的ではない環境に適応した生物が生息しやすい。これにより、噴出口から離れるにつれて微生物群集が連続的に変化し、ある意味では初期生命の進化の連続段階に似ている。^{[ 39 ]}  

例えば、重炭酸塩温泉では、噴出口のすぐ周囲の生物群集は、生命活動に必要なエネルギーを得るために硫化物と水素を酸化する、 Aquifexやその他のAquificalesなどの糸状の好熱性細菌が優占しています。噴出口からさらに離れた場所では、水温が60 °C (140 °F)を下回っており、表面は、 Spirulina、Oscillatoria、Synechococcusなどのシアノバクテリア^{[ 40 ]}や、Chloroflexusなどの緑色硫黄細菌が優占する、厚さ1 センチメートル (0.39インチ)の微生物マットで覆われています。これらの生物はすべて光合成を行うことができますが、緑色硫黄細菌は光合成中に酸素ではなく硫黄を生成します。噴出孔からさらに離れた場所では、温度が45 °C (113 °F)を下回り、スピルリナ、カロトリックス、珪藻類、その他の単細胞真核生物、草食昆虫、原生動物などを含む複雑な微生物群集にとって好ましい環境が整う。温度が周囲の温度に近づくと、より高等な植物が出現する。^{[ 39 ]}     

アルカリ塩化物温泉では、噴出口の最も高温の部分に様々な好熱性細菌や古細菌が生息しており、生物群集の遷移は類似している。酸性硫酸塩温泉では、やや異なる微生物群集が見られ、耐酸性藻類（シアニディオ藻類など）、菌類、珪藻類が優占している。^{[ 32 ]}鉄分を多く含む温泉には、還元された（二価）鉄を酸化して（三価）鉄にする光合成生物群集が存在する。^{[ 41 ]}

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性化学物質が含まれます。

世界中の多くの場所、そしてすべての大陸に温泉があります。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、アメリカ合衆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年に化学教授の報告書で世界で最も電解質含有量の多い鉱泉の一つとして分類されて以来、広く知られるようになったアルゼンチン北部のリオ・ホンド温泉は、地球上で最も多くの人が訪れる温泉の一つとなっている。^{[ 84 ]}カチェウタ温泉もアルゼンチンの有名な温泉である。
• ヨーロッパで最も高温の温泉は、フランスのショーデ・エグという小さな村にあります。フランスの火山地帯オーヴェルニュ地方の中心部に位置するショーデ・エグの30の天然温泉は、45 ℃（113 °F）から80 ℃（176 °F）を超える温度まであります。最も高温の「ソース・デュ・パール」は82 ℃（180 °F）です。村の下を流れる温泉水は、14世紀以来、家屋や教会の暖房に利用されてきました。ショーデ・エグ（フランス、カンタル県）は、ローマ帝国時代からリウマチ治療で知られる温泉地です。      
• 前地構造環境の炭酸塩帯水層は、一般的に地域的な熱流量値が高くない地域に位置していても、重要な温泉を産出することがあります。このような場合、温泉が海岸線付近または海岸線沿いに位置すると、地表および/または海底の温泉は、局所的な亀裂やカルスト岩塊を通って流れる海洋地下水の流出を構成します。これは、プーリア州（南イタリア）の最南東端に沿って存在する温泉の場合です。アドリア海沿岸に位置する部分的に水没した洞窟から、硫黄分を含んだ温水（22～33℃ ）が少量流出し、サンタ・チェザーレア・テルメの歴史的な温泉に供給しています。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、その温泉水の物理化学的特徴は、海面変動の影響を部分的に受けています。^{[ 85 ]}  
• インドにおける潜在的な地熱エネルギー貯留層の1つは、マディヤ・プラデーシュ州のタッタパニ温泉である。^{[ 86 ] [ 87 ]}
• 火星のシルトス・マヨ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に富む堆積物は、消滅した温泉システムの残骸であると考えられている。^{[ 88 ]}

• 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. ウッドワース (1999).西カナダの温泉：完全ガイド. ウェストバンクーバー：ゴードン・ソウルズ. ISBN 978-0-919574-03-8。
• クレイ・トンプソン（2003）。「トノパー：茂みの下の水」。アリゾナ・リパブリック紙、p.  B12。

• アメリカ合衆国の温泉一覧― 1,661ヶ所の温泉
• 「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速報。23 (2)。2002年6月。2014年8月22日にオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2006年11月2日に取得。
• ウガンダにある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選
• 世界の温泉一覧