九大地熱・火山研究報告第 11 号 (2002) 129-133 頁

別府温泉からの地熱性メタン放出量の推定
大沢信二＊・網田和宏＊

Estimation of Geothermal Methane Flux from Beppu Spa
Shinji OHSAWA* and Kazuhiro AMITA*

ABSTRACTMethane flux from Beppu spa was estimated to be 40-530 kg/day and 68 kg/day on average from CH4 / H2O ratios anddischarge rates of steam from steam and boiling spring wells. The geothermal CH4 annually discharged from Beppu (ca. 310-5 Tg/yr) will make quite a slight contribution to the global CH4 discharge (535 Tg/yr). The CH4 flux from Beppu is largerthan those from Kuju-Iwoyama and Etona volcanoes (2.3 and 0.008 kg/day, respectively), whereas CO2 flux from Beppu (135ton/day) is almost equal to or smaller than those from the volcanoes (168 and 1375 ton/day, respectively). This inversion
would result from difference on equilibrium conditions of the reaction CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O in hydrothermal fluid andvolcanic gas. Extensive exploitation of low temperature geothermal system might lead to discharge of a large quantity of
CH4 into the atmosphere, because CH4 is probably produced in large quantities by the expense of CO2 by the reaction asmentioned above.
１．はじめに

本研究では、手始めに、規模・放出水量・放熱量にメタン（CH4）は、二酸化炭素（CO2）とともに地おいて世界でも最大級である別府温泉の噴気・沸騰泉

球温暖化の原因物質（温室効果ガス）として重要視さから放出されるメタンの総量を、水蒸気放出量と化学れている物質の一つである。地球大気（対流圏）にお組成（CH4 / H2O）の既存データを用いて見積もった。

ける CH4 濃度は、1.7ppmv 程度と、CO2 濃度の 200 分

また、同様な方法で、九重火山の噴気地（九重硫黄山）の１にも満たないが、赤外線吸収効率が大きく（CO2から放出される CH4 も見積もり、別府温泉の値と比のそれの 40 倍）、産業革命以降 1992 年までを積算較したところ、若干の知見が得られたので、合わせてした CH4 の地球温暖化への寄与率は、CO2 に次ぎ約報告する。

19％を占めている（小倉・一国 , 2001）。地球全体で２．別府温泉の噴気と沸騰泉の CH4 の年間発生量は、535 Tg と推定され、発生源としては、湿地、水田、牛などの反芻動物の腸内発酵

別府温泉は、鶴見岳−伽藍岳連山の東斜面に広がるが重要であると言われている。

別府扇状地の北と南に、古来より存在した自然湧出温温泉地や地熱地帯の自然噴気や噴気井などから放出泉や噴気地帯を核に掘削により開発された温泉地であされる蒸気にも CH4 が含まれているが、その放出量る。この開発により扇状地のほぼ全域に温泉井が分布はほとんど把握されておらず、他の発生源からの放出するまでになったが、1970 年以降、泉源数の増加は量に比べて大きいのか無視できるのかは不明である。

頭打ちとなった。1985 年から 1987 年の期間の統計に

地熱性メタンの地球環境への影響を知るためには、世よれば、活動源泉の総数は 2244、そのうち約 250 孔界全域の地熱地帯や温泉地からの放出量を把握しな（約 10％）が噴気と沸騰泉である。数の上では泉温がければならず、地道な観測が必要である。また、こ沸騰点に達しない温泉（別府では慣例的に 一般温泉

こで対象としているのは陸上の地熱系であるが、海嶺と呼ぶ）が大半を占めるが、噴気・沸騰泉からの放出熱水系からの放出量（0.11Mt / year；Welhan and Craig,

水量は全体の 43％を占め、熱量にいたっては 78％を1979）と比べて大きいのか小さいのかといった地熱学占める（由佐 , 1995）。噴気・沸騰泉は、扇状地低地的視点からも、たいへん興味深い。

部の天満町や照波園町に小規模に分布するものを除く＊

京都大学大学院理学研究科附属地球熱学研究施設〒 874 − 0903 大分県別府市野口原
Beppu Geothermal Research Laboratory, Kyoto University, Noguchibaru Beppu 874-0903, Japan129大沢信二・網田和宏と、標高 100m 以上の高地部に集中して分布し（Fig. 1）、CH4 / H2O 比を推定する必要がある。

そこから放出される蒸気は湯煙として遠望することが全ての噴気・沸騰泉から放出される水蒸気の合量のできる。

経年変化を、別府温泉の温泉井（噴気＋沸騰泉＋一般

噴気井から放出される蒸気の温度は 100℃を越すこ温泉）の総数および温泉井からの全放出熱量の経年変ともめずらしくないが、その蒸気は火山ガスではなく、化とともに Fig. 2 に示す。温泉井の数の増加が頭打ち

地下に存在する熱水から沸騰・分離してきたものであとなった 1970 年以降、噴気・沸騰泉からの全水蒸気り（大沢 , 2000）、沸騰泉の分離蒸気と化学的には同放出量は、温泉井からの全放出熱量と同様に大きく変種のものである。すなわち、別府温泉の場合、沸騰熱化していないことが示されている。また、1980 年以

水が蒸気ともども地表に噴出するのが沸騰泉、熱水が降は沸騰泉の熱水の化学組成にも大きな変化は見られ地下に留まり、蒸気だけが放出されるのが噴気というないことから（Yusa et al., 2000）、1980 年以降であれば、ことになる。

異なる年に測定された水蒸気放出量と噴出蒸気の化学分析データを使っても、CH4 放出量の概算に大きな支３．方法障とならないと考える。そこで、個々の噴気・沸騰泉

別府温泉に約 250 孔も存在する噴気・沸騰泉の活動からの水蒸気放出量のデータは、1985 年から 1986 年

状況を把握するための調査が、1959 〜 1961 年、1973にかけて計測可能な井戸（194 孔）において測定され〜 1975 年、1985 〜 1987 年の過去３度に渡って行わた値（由佐ほか , 1987）を用いることにした。

れており、個々の噴気・沸騰泉から噴出する水蒸気量

蒸気の CH4 / H2O 比が求まっている先の 15 の噴気・（D）が計測されている。従って、個々の噴気・沸騰沸騰泉（Table 1）について、水蒸気の放出量と CH4泉から噴出する蒸気の CH4 / H2O 比が分かれば、以下の噴出量の関係を調べたところ、Fig. 2 に示すようなの式〔１〕から CH4 放出量の全量（F）が算出できる。

穏やかな正の相関があることが判った。実線 a が回帰直線で、相関係数は 0.5 程度である。そこで、分析デー

F = Σ [ (CH4 / H2O)

D]

〔１〕

タ（CH4 / H2O 比）のない噴気・沸騰泉については、この回帰直線を用いて、上述の水蒸気放出量の実測値

しかし、上述の噴気・沸騰泉の調査時には、噴出蒸から CH4 の放出量を算出した。また、推定の上限と気の CH4 / H2O 比は求められておらず、３回目の調下限を示すために、Fig. 3 の点線 b と破線 c を用いて

査 の 後（1987 年、1994 年 お よ び 1998 年 と 1999 年 ）同様に CH4 の放出量を推定した。以上のようにしてに別の目的で採取された噴出蒸気の化学分析データ

求めた個々の噴気・沸騰泉からの CH4 放出量を合計（NEDO, 1989；Sturchio et al., 1996；網田・大沢 , 未公

して、全量とした。

表データ）を利用するしかない。しかも、化学分析デー

九重硫黄山から放出される CH4 の全量は、神宮寺・タが存在する噴気・沸騰泉は（Fig. 1 の● A から● O）、江原（1996）によって求められている３つの噴気地帯全体の１割ほどの 15 孔にすぎず、分析データのない（A − , B − , C −リージョン）からの全水蒸気放出量

噴気・沸騰泉については、何らかの方法で噴出蒸気の（1995 年 7 月 28 日に測定）と、大沢ほか（1997）によっ

Fig. 1 Location map of steam wells and boiling spring wells in the Beppu spa.
English alphabets correspond to those in Table 1.
130別府温泉からの地熱性メタン放出量の推定

４．結果および考察て高温噴気孔（166℃〜 297℃）から採取された火山ガスの化学分析値（1995 年 8 月 8 日と 31 日に採取）を用いて、上述の式〔１〕より算出した。

第３項で示した方法によって見積もった別府温泉の噴気・沸騰泉から放出される CH4 の全量を、九重硫黄山の噴気地帯からのそれとともに Table 2 に示す。
また同表には、文献値として、エトナ火山から放出される CH4 量も掲載した。さらに、CH4 放出量との比較検討のために、別府温泉、九重硫黄山、エトナ火山からの CO2 の放出量（火山体から土壌 CO2 として放出される分は除く）の文献値も載せた。
別 府 温 泉 の CH4 の 放 出 量 は、 １ 日 あ た り 40 〜530kg（平均的な値：68kg/day）と推定され、１年間の放出量に換算すると1.510-5 〜 1.910-4 Tg となり、地球全体での CH4 の年間発生量の 535 Tg（IPCC,1994）の千万分の 1 〜 百万分の 1 程度であることが判った。仮に、別府温泉クラスの規模の温泉地・地熱地域が全世界に 1,000 存在するとしても、地熱性 CH4の発生量は地球全体でのそれの千分の 1 から１万分の1 の寄与でしかない。
以上のように、別府温泉から放出される CH4 は、少なくとも量的には、地球環境（大気）に大きな影響を与えている可能性は少ないと言えるが、活火山からの CH4 の放出量に比べると意外にも無視できないことが判明した。即ち、別府温泉の CH4 の放出量 40 〜530kg/day は、九重硫黄山の 2.3kg/day より 1 桁ないし２桁多く、エトナ火山の８ 10-3kg/day に比べると 1,000倍以上であることが判った。これは、別府温泉からのCO2 放出量 135ton/day が、九重硫黄山の 168ton/day とほぼ同じ、エトナ火山の 1375ton/day より小さいのとFig. 2 Changes in the number of drilled wells, heat output

対照的である。CH4 の放出量については地熱系の方がfrom the whole drilled wells and steam output from steam

大きく、CO2 については火山の方が大きいという関係

and boiling spring wells in the Beppu spa.

は、地熱流体内や火山ガス中で生じている以下の化学反応の平衡状態の違いを反映したものと考えられる。
CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O

〔２〕

つまり、一般に、地下における地熱流体の温度は、火山ガスのそれより低く（例えば、別府温泉の本源地熱流体は約 300℃（大沢 , 2000）、九重硫黄山のマグマからの火山ガスは 500 〜 600℃
（平林ほか , 1996））、また、地熱流体の方が火山ガスより低酸化状態の地下環境に置かれていることが多いので、化学反応〔２〕の平衡が地熱流体ほど右に偏るからであろう。
この知見は、以下に示すような重要な示唆を与えていると思われる。現在の地熱開発では、別府温泉と同様な高温度の地熱系をターゲットとしているが、より低温の地熱系が開発対象となった場合は、上述の化学
Fig. 3

Relationshipbetween

反応〔２〕の平衡移動によってより多くの CH4 が生成

steam and CH 4

している可能性があるので、掘削により地下から多量

discharge rates of the 15 steam and boiling spring wells ( ●の CH4 が大気中へ開放されることになるかもしれな

A to ● O in Fig. 1) in the Beppu spa. For lines a, b and c

いということである。調査の段階で、地熱流体の CH4

see text.

濃度に注意を払っておく必要があろう。
131

大沢信二・網田和宏

Table 1 Steam discharge rates, CH4/CO2 ratios andcalculated CH4 discharge rates from 15 steam andboiling spring wells in the Beppu spa
Location
No.

Discharge

Steam

CH4/H2OCH4 dischargeTemp.

discharge rate(�mol/mol)

rate (kg/h)(�)$Sampling date

Reference(kg/h)

A

129

900

160.013

Aug. 1994

[1]

B

132

552

9.90.005

ditto

ditto

C

1203473160.049

ditto

ditto

D99

1786

150.024

ditto

ditto

E2538

9.80.022

Sep. 1987

[2]

F

1498

340.045

ditto

ditto

G#296

940.025

ditto

ditto

H5068

100.045

ditto

ditto

I#982958

160.042

Nov. 1998

[3]

J120

1717

130.020

ditto

ditto

K#98

262

540.013

ditto

ditto

L98

1224

170.019

ditto

ditto

M

123

928

7.30.006

Dec. 1998

ditto

N#

1694

0.2

0.0003Jan. 1999

ditto

O3464

8.70.027

ditto

ditto

(Remarks) [1]: Sturchio et al. (1996), [2]: NEDO�
(1989), [3]: Amita and Ohsawa, unpublished data
# : Boiling spring well, $ : data collected
between 1985 and 1986 (Yusa et al., 1987)

Table 2 Estimated values of CH4 andCO2 fluxes from the Beppu spa with thosefrom active volcanoes(Remarks) $: except for diffusive
emission of soil gas, [1]: Lu Guern et al/(1988), [2]: Yusa et al. (1975), [3]: Eharaet al. (1981)

Flux $Name

CH4 (kg/day)

CO2 (ton/day)Beppu spa

68 (40�530)

135 [2]

Kuju-Iwoyama volcano

2.3

168 [3]

Etona volcano

132

8 x 10-3 [1]1375 [1]別府温泉からの地熱性メタン放出量の推定５．まとめした火山噴気放出量及び放熱量測定法 . 火山 , Vol.41,

別府温泉に約 250 孔存在するの噴気・沸騰泉のう

23-29.

ち十数点について、水蒸気放出量とメタン放出量の関係を調べたところ、正の相関関係（相関係数 0.5 程

LeGuern, F., Faivre-Pierret, R.X., Garrec, J.P.（1988）：度）が認められた。そこで、この関係を利用して、Atomosperic Contribution of Volcanic Sulfur Vapor and194 孔の噴気・沸騰泉から放出される蒸気量からメタ

its Influence on the Surrounding Vegetation. J. Volcanol.

ン放出量を計算し、合算してメタンの全放出量を求めGeotherm. Res., Vol.35, 173-178.

た。その結果、別府温泉からのメタンの全放出量は、１日当たり 40 〜 530kg と推定され、１年間の放出量

NEDO（1990）：平成元年度全国地熱資源総合調査（第に換算すると、10-5 Tg オーダーであることが示され３次）広域熱水流動系調査 鶴見岳地域 流体地化学調た。この量は、地球全体での CH4 の年間発生量 535

査 報告書要旨 , 新エネルギー・産業技術総合開発機構 ,Tg/year に比べ極めて小さい。しかし、１つの火山か

236.

らの CH4 放出量（九重硫黄山；2.3kg/day、エトナ火山；0.008kg/day）と比べると、かなり大きいことが判明し

大沢信二・由佐悠紀・大上和敏・北岡豪一（1997）：

た。これは、別府温泉からの CO2 放出量（135ton/day）が、阿蘇火山地域から放出される噴気ガスの不活性ガス組火山からの CO2 放出量（九重硫黄山；168ton/day、エ成 , 温泉科学 , Vol.47, 56-67.

トナ火山；1375ton/day）と同じか小さいのと対照的である。CH4 の放出量については地熱系の方が大きく、大沢信二（2000）：噴気ガスの化学・同位体組成からCO2 については火山の方が大きいという関係は、地

みた別府温泉の地熱流体の起源及び性状 , 大分県温泉

熱流体内や火山ガス中で生じる化学反応（CO2 + 4H2

調査研究会報告 , Vol.51, 19-28.

= CH4 + 2H2O）の平衡状態の違いを反映したものと考えられる。地熱性 CH4 の主要な部分は、この化学反

小 倉 紀 雄・ 一 国 雅 巳（2001）： 環 境 化 学 , 裳 華 房 ,応によって CO2 から生じたものであり、地下の地熱

pp33-34.

流体の温度が低いほど平衡移動によってより多くのCH4 が生成している可能性がある。現在の地熱開発で

Sturchio, N.C., Ohsawa, S., Sano, Y., Arehart, G., Kitaoka,

は、別府温泉と同様な高温度の地熱系をターゲットとK., Yusa, Y.（1996）：Geochemical characteristics of the

しているが、より低温の地熱系が開発対象となった場

Yufuin outflow plume, Beppu hydrothermal system, Japan.

合は、掘削により地下から多量に開放されるかもしれ

Geothermics, Vol.25, 215-230.

ない CH4 に注意を要する。
Welhan, J.A., Craig, H.（1979）：Methane and hydrogen in参考文献

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