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温泉水中含有的各种成分,在涌出后的急剧温度或压力下降、二氧化碳的释放、与空气接触的氧化、pH值的变化等情况下容易析出(沉淀)。这样,温泉水中含有的成分析出形成的沉淀物总称为温泉华。
温泉浴池中常见的所谓“汤之花”也是温泉华的一种,是温泉中含有的硫磺等成分析出的结果。此外,附着在浴池内侧或温泉水流经的管道内侧的被称为水垢的附着物(汤垢)也是温泉成分析出形成的温泉华的一种。
温泉中含有的成分多种多样,根据所含成分的不同,会形成各种类型的温泉华。根据构成温泉华的主要成分的不同,可分为硅华、石灰华、硫磺华、铁华(褐铁华)、硫酸盐华等。
(1) 硫酸盐华
以硫酸钙(石膏)、硫酸钠(芒硝)、硫酸钡(重晶石)等硫酸盐为主要成分的温泉沉淀物(温泉华)特别称为硫酸盐华。
从秋田县玉川温泉的大喷泉源涌出的温泉水中,生成了硫酸钡和硫酸铅形成固溶体的北投石,这是一种硫酸盐华。北投石含有微量的镭,以其放射性而闻名。它是世界上仅在台湾的北投温泉和秋田县的玉川温泉这两个地方出产的非常稀有的温泉沉淀物,是温泉形成的“温泉矿物”的代表。玉川温泉产的北投石在昭和27年被指定为国家特别天然纪念物。此外,台湾北投温泉产的北投石也在台湾被指定为天然纪念物。
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玉川温泉产北投石(佐佐木信行氏提供) | 台湾北投温泉产北投石(佐佐木信行氏提供) |
(2) 硅华
以温泉中含有的硅酸为主要成分的温泉沉淀物称为硅华。这是温泉水中含有的称为偏硅酸(H2SiO3)的溶解硅酸(溶于水的硅酸)析出沉淀形成的。
青森县的恐山、秋田县的秋之宫温泉、大分县铁轮温泉的白池地狱等,生成硅华的温泉地在全国各地都有。
从秋田县秋之宫温泉产出鱼卵状的硅华“状硅石”。这是由鱼卵状的蛋白石和玉髓球体聚集而成的稀有硅华(玉髓),因其形状类似于一种叫做“哈他哈他”的鱼的卵(布里科),故也称为“布里科石”。被指定为国家天然纪念物。此外,从富山县立山温泉新汤中,温泉中的硅酸沉淀为透明的鱼卵状蛋白石,称为玉滴石的硅华而闻名。
大分县别府铁轮温泉产的硅华
下吕发温泉博物馆藏
(3) 石灰华
由碳酸钙构成的温泉沉淀物称为石灰华。是温泉沉淀物中最常见的。在输送温泉水的引汤管内侧或浴池中沉积的水垢大多是这种石灰华。
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附着在引汤管上的石灰华水垢 | 附着在浴池上的石灰华 |
(3) 石灰华
在地下与二氧化碳一起溶解了碳酸氢根离子(HCO3-)和钙离子(Ca2+)的温泉水,在涌出地表时因减压而二氧化碳逃逸到空气中,形成碳酸钙沉淀。其化学反应式如下:
Ca2+ | + 2HCO3- | → | CaCO3 ↓ | + H2O | + CO2↑ |
钙离子 | 碳酸氢根离子 | 碳酸钙 | 水 | 二氧化碳 |
在自然涌出地表的含有碳酸氢根离子和钙离子的温泉中,上述反应会持续发生,碳酸钙沉淀物(石灰华)不断生成,因此在涌出孔周围会堆积大量的石灰华。
石川县的岩间温泉沿河有无数的自然涌出泉源,大量的温泉涌出。在每个涌出孔附近,温泉的沉淀物石灰华呈塔状堆积,从其顶部喷出热水。这样的,具有温泉涌出孔的石灰华塔状堆积物称为喷泉塔。由于温泉成分使石灰华不断向上堆积,涌出孔的位置也逐渐升高。
岩间温泉有无数大小不一的喷泉塔,大的超过2米。作为喷泉塔群被指定为国家特别天然纪念物。
岩手县的夏油温泉,温泉从夏油河岸的斜坡涌出,在河底形成了穹顶状的石灰华(石灰华穹顶)。因其形状像天狗而被称为天狗岩。石灰华穹顶高达17.6米,作为自然涌出温泉形成的石灰华堆积物,因其规模大而被指定为国家天然纪念物。
岐阜县的濁河温泉附近有不少自然涌出的温泉,随处可见小规模的温泉华。其中在材木瀑布右岸可见到全长约20米的梯田状石灰华穹顶。虽然不太为人所知,但与被指定为国家天然纪念物的其他石灰华堆积物相比,绝不逊色。
在室外形成石灰华的地方,每年秋天,树叶飘落,被碳酸钙沉淀物包裹,变硬,仿佛化石一般。在温泉地,这被称为“树叶石”或“树叶化石”。当然,这不是真正的化石。
产出树叶石的新平汤温泉的大规模石灰华堆积物,通过石灰华的年代测定,已知大约在奈良时代堆积而成。
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石川县岩间温泉的石灰华喷泉塔 | 岩手县夏油温泉的石灰华穹顶 |
(4) 硫磺华
温泉中含有的硫磺成分沉淀形成的称为硫磺华。特别是在火山喷气地带及其周边的温泉中常见。
含有大量硫化氢的硫磺泉(硫化氢型)或含硫磺泉(硫化氢型),当温泉涌出地表时,温泉水中的硫化氢(气体)被空气中的氧气氧化,形成固体硫磺析出,形成硫磺华。
2H2S | + O2 | → | 2S ↓ | + 2H2O |
硫化氢 | 氧气 | 硫磺 | 水 |
仔细观察充满硫磺泉(硫化氢型)的浴池,可以看到温泉表面与空气接触的部分硫化氢氧化加速,生成的细小硫磺浮在表面形成膜状薄层。表面形成的膜状硫磺,由于温泉被搅动而沉淀到浴池底部。
在硫磺泉等中沐浴时,可以看到浴池中漂浮着白色细长的“汤之花”。这些“汤之花”大多是温泉中含有的硫化氢形成的固体硫磺析出的硫磺华。
在青森县的恐山的宇曽利湖,可以观察到从流入湖中的温泉水中产生黄色硫磺沉淀,形成湖底的硫磺华。
除了温泉水中含有的成分沉淀形成的硫磺华外,还有火山气体中含有的硫化氢等升华形成的硫磺析出的硫磺华。在火山及其周边的喷气地带,可以看到从喷气孔中喷出的火山气体和水蒸气等。靠近喷气孔,可以看到由于硫磺升华而形成的鲜黄色硫磺附着形成的硫磺华。
在富山县立山地狱谷的喷气地带,喷气孔周围堆积的硫磺不断堆积,形成了超过2米高的硫磺华,称为喷气塔。
在火山周边的喷气地带,温泉或火山气体析出的高纯度硫磺堆积形成硫磺华,过去曾作为硫磺矿山开采硫磺的地方也不少。岩手县的松尾矿山、群马县草津温泉的万代矿、群马县万座温泉的小串硫磺矿山、秋田县的川原毛地狱的川原毛硫磺矿山等都很有名。
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附着在喷气孔周围的硫磺华 | 硫磺堆积形成的喷气塔 |
(5) 褐铁华
温泉水中含有的铁分析出形成褐铁矿(针铁矿)的沉淀物称为褐铁华。由于是棕色沉淀物,因此很显眼,在自然中通过褐铁华的存在可以很容易地知道温泉的涌出。
在岐阜县白川村的大白川地狱谷,温泉涌出部分生成褐铁华,谷中的砾石被染成棕色。此外,在其下游,褐铁矿将谷中的小砾石粘合在一起,形成被称为“鬼板”的板状褐铁华。
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附着在大白川地狱谷砾石上的褐铁华 |