九大地熱・火山研究報告第 11 号 (2002) 113-120 頁

九重火山の噴気地帯周辺の雨水の化学特性と HCl ガス放出量の経年変化
後藤卓哉＊・宇野木理恵＊＊・田中俊昭＊＊・糸井龍一＊＊

Chemical characteristics of rainwater and the change in HCl gas discharge ratewith time from the fumarolic area of Mt. Kuju
Takuya GOTO*, Rie UNOKI**, Tosiaki TANAKA** and Ryuichi ITOI**

ABSTRACT
We studied characteristics of rainwater and calculated the rate of HCl gas discharged from the fumarolic area of Mt. Kuju.
Concentrations of Cl- decreased quickly but those of SO 2 decreased gradually with distance from the fumarolic area.
4Discharge rates of HCl in the year 2001 were calculated to be in the range of 0.1 to 1.1 t/day.
１．緒言
大分県南西部に位置する九重火山群の星生山北側斜面には、火山性噴気孔が多数存在し、これらから大気中に放出される噴気ガスには SO2 をはじめ、HCl やHF などの酸性ガスが含まれている。噴気地帯の周辺
では、これらのガスが雨水や霧に溶存することによりpH が低下し、周辺地域の植生や土壌環境に強い影響を及ぼしている。
本研究では 2001 年 5 月から 11 月までの 7 ヶ月間、九重硫黄山周辺で雨水を定期的に採取分析し、雨水の化学特性とその距離的変化、時間的変化を調べた。つ
ぎに、これらの結果を用いて噴気地帯からの HCl ガス放出量を推定した。さらに、1993 年以来の観測デー
タを用い、算定方法を変えた HCl 放出量の再計算を行い、従来の結果との比較検討を行った。
２．雨水の採取方法および分析方法
星生山北東斜面の標高 1400-1600 ｍにかけて高温（90℃〜 270℃）の火山性噴気口群が存在し（江原ほか、測線 11981）、一帯は九重硫黄山と呼ばれている。噴気地帯

測線 2は Fig. 1 に示す雨水採取地点位置図の右隅の網掛けをした範囲（約 1.3 × 105m2、江原ほか、1981）に分布している。なお、1995 年 10 月 11 日の噴火活動により新しい噴気孔群が従来の噴気帯の南側約 300 ｍに形Fig. 1成された。本地域は降水時には南よりの風が卓越する

雨水採取装置の設置位置（●印）および Cl 沈着量の算定領域（実線）ため、火山ガスやそれを取り込んだ雨は主に噴気地帯* 九州大学大学院工学府地球資源システム工学専攻エネルギー資源工学研究室〒 812-8581 福岡県福岡市東区箱崎 6-10-1
Laboratory of Energy Resources Engineering, Department of Earth Resources Engineering, Graduate School of Engineering,Kyushu University, 6-10-1 Hakozaki, Higashi-ku, Fukuoka 812-8581** 九州大学大学院工学研究院地球資源システム工学部門エネルギー資源工学研究室〒 812-8581 福岡県福岡市東区箱崎 6-10-1
Laboratory of Energy Resources Engineering, Department of Earth Resources Engineering, Faculty of Engineering, Kyushu
University, 6-10-1 Hakozaki, Higashi-ku, Fukuoka 812-8581
113後藤卓哉・宇野木理恵・田中俊昭・糸井龍一の北側で沈着する。噴気地帯の北側は三俣山と星生山

Table 1

測線 1、測線 2 の各観測点における濃度から北に伸びる尾根に挟まれた斜面の緩やかな谷状の地形を呈し、標高 1000 ｍの長者原付近から北に飯田No高原が広がる。

70.0160.098

10.1730.158

本研究では Fig. 1 に示すように、主に噴気地帯の北側の 16 箇所に雨水採取装置を設置し、2001 年 5 月 25Cl(meq/l) SO4(meq/l)

日から 11 月 13 日までの期間中、2 週間間隔で計 12測

20.0610.138

回の雨水採取および分析を行った。

線

30.0460.111

180.0120.085

し、これをシリコンゴム栓の中心を通したプラスチッ

90.0080.076

ク製のパイプで 2 リットルポリタンクにつないだもの

100.0060.057

雨水は簡易型採取装置を用いて採取した。本装置
は直径 60 ｍｍのポリビンの底を切り取って受け口とである。なお、パイプにはサランネットをつめ、タNoンクは黒色のポリ袋で遮光をした。雨水採取装置は、

Cl(meq/l) SO4(meq/l)

雨水回収時に新しく作成した雨水計と置き換え、タ

測140.0060.068

ンクごと持ち帰った。実験室において雨水の容積を線

150.0070.078

2160.010.092

10.1520.134

50.0530.12

測定し、採取期間の雨量を算定した。次に、必要量を 0.45 μｍメンブランフィルターでろ過し、陽イオン（Na+、K+、NH4+、Ca2+、Mg2+） と 陰 イ オ ン（F-、Cl-、NO3-、SO42-）をイオンクロマトグラフ AQ（日本ダイオネクス社（株））を用いて分析を行った。分析にあたり陰イオンには 5 点検量線法を用い、陽イオン

No. 1 を通るように設け、測線から離れた観測点は測には 4 点検量線法を用いた。また、pH や EC も測定線上に投影した。

した。

No. 1 では Cl と SO4 はほぼ同じ濃度を示す。南北方向（測線 1）で見ると、No. 1 から No. 2 へ向かう間

３．雨水の化学成分の距離的変化

で Cl 濃度が大きく低下し、No.8 以遠では値は極めてFig. 2、3 には Fig. 1 に示す 2 本の測線上での Cl と小さい。一方、SO4 濃度は No. 1 からの距離とともにSO4 濃度の距離的変化を示す（2001/8/17 採取）。また、ゆるやかに低下している。東西方向（測線 2）では、Table 1 に各測線上の観測点における Cl と SO4 の濃度

No. 1 から西側に 400 ｍほど離れた No.16 地点で Cl 沈をまとめている。なお、
測線 1 は噴気帯から南北方向、着量は極めて小さくなり、さらに西に向かっても値に測線 2 は東西方向にそれぞれ噴気帯のごく近傍の測点変化はない。一方、SO4 濃度は距離と共にゆるやかに低下しており、測線 1 の場合と同様である。

測線1

SO4 の原因物質である SO2 は HCl に比べ噴気地帯濃度（meq/l）

0.200.15No.1No.8No.30.100.05

からの放出量が多く（江原ほか、1981）、拡散によりNo.2Fig. 20SO4 が形成され、降水の発生に伴い観測点を設けていClSO4No.70.00-1000周辺に広がることが想定される。その結果、大気中でNo.10No.91000 2000
距離（ｍ）る噴気帯周辺で方向性の影響がやや弱くなったような沈着をするためと考えられる。

3000

しかし、Cl の原因物質である HCl は水に対する溶解度が大きいため、降水発生時の風向に支配されるよ

測線 1 上の Cl と SO4 の濃度

うな沈着をする。

測線2４．HCl 放出量の推定方法

濃度(meq/l)

0.20No.10.15

噴気地帯より放出された HCl 放出量を求めるにあたり、海塩起源の Cl- の影響を除去する必要がある。

No.160.100.05No.14No.150.00-3000 -2000 -1000
距離（ｍ）

Fig. 3No.50ClSO4

そこで雨水中の Na+ は全て海塩起源であり、海塩の組成そのものは海水の組成と変わらないと仮定することにより、その影響を除去した。これに基いて Cl- 濃

1000

度を海塩起源と非海塩起源に区別した。Na+ を基準に

[ R − nss − Cl− ] = [ R − Cl− ] −測線 2 上の Cl と SO4 の濃度
114[ S − Cl− ]× [ R − Na + ][ S − Na + ]九重火山の噴気地帯周辺の雨水の化学特性と HCl ガス放出量の経年変化した非海塩起源の濃度 Cl- は次式で与えられる（原、噴火直前に急増した HCl 放出量は噴火後の 1996 年に1991）。

一時的に大きな値を示した後、時間の経過とともに減式中の [ ] は当量濃度を表し、nss-（non-seasalt）は非海塩起源を表す。また、R- は雨水中、S- は海水中少を続けていることがわかる。
15を意味する。
2

HCl放出量(t/day)

次に、雨量計を設置した各地点の Cl 沈着量 (meq/m )は [nss-Cl] に雨量（mm）を掛けて求める。単位は (meq/l× mm=10-4meq/cm2=meq/m2) である。これから得られた値をコンター作成ソフト Surfer を使って Cl 沈着量のコンターマップを描き、その結果を所定の範囲内で面積分することにより Cl- の総沈着量 (meq) を求めた。

1296301993

さらに、1 時間あたり 0.5mm 以上の降水が発生した

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

時間(year)

時間を 1 降水時間と定義し、No. 8 に設置した転倒枡
形の自記雨量計のデータをもとに一観測期間内の降水Fig. 5

HCl 放出量の経年変化

時間 (h) を求めた。
６．HCl 放出量の再評価

次に、1 日当たりの HCl 放出量 (t/day) を次のように求める。まず、Cl- 沈着量を次式を用いて HCl 沈着6. 1量に換算する。

について

雨水採取装置設置地点および放出量の算定領域

Fig. 6 〜 11 には 1993 年〜 2001 年の期間における���沈着量 �� � � �� � 沈着量 ���� � � ������ � �� ��

雨水採取装置の設置地点および Cl 沈着量の算定に用いた長方形領域（実線）を示す（以下、算定領域）。

-9

ここで、36.461 は HCl 分子量、10 は質量（mg を t へ）

図より、算定領域は 1993 年〜 1997 年は東西 2.8km、の換算係数である。

南北 7 km の南北に長い長方形、1998 年から 2001 年

HCl 放出量 (t/day) は次式で与えられる。

は東西 3.38 km、南北 3.18 km と正方形に近い形状である。

���沈着量�� ����放出量�� � ��� � �� ��
降水時間���

6. 2

1997 年のデータを用いた算定領域の評価

1997 年のデータを用い、算定領域の大きさが Cl 総５．2001 年の HCl 放出量

沈着量の計算値に及ぼす影響が評価された（坂井ほか、

Fig. 4 に 2001 年の HCl 放出量の経時変化を示す。

1999）。算定領域は以下の 5 通りである。

なお、横軸は各採取期間を表す。図より放出量は、ほ算定領域 A：東西 2.8km、南北 7km

ぼ 1t/day 以下の小さな値で推移していることがわか

算定領域 B：東西 2.8km、南北 3kmる。その中でも特に 5 月から 6 月はじめにかけて、約算定領域 C：東西 2.8km、南北 2km1t/day の高い値が 2 点認められる。その直後に、約算定領域 D：東西 3.4km、南北 3.2km0.2t/day と急減している。その後、一時的に増加する算定領域 E：東西 3.4km、南北 2.3kmが経時的に低下し、2001 年最後の観測（11 月 13 日）
では最も小さい値（0.1t/day）が得られた。

各算定領域を Fig.12 〜 16 に示す。坂井ほか（1999）
は、1997 年の本地域での観測データについてこれら

次に Fig. 5 に 1993 年から 2001 年までの HCl 放出量

5 つの算定領域を用い、Cl 総沈着量のコンターマップのデータをまとめて示す。これを見ると、1995 年のを作成し比較した。その結果、算定領域 A 〜 C のコ

HCl 放出量(t/day)

ンターマップは採取期間全てにおいて等値線が西側に開く傾向を示した。本地域の降水時の風向を考慮する

1.20
1.00
0.80
0.60
0.40
0.200.00と、噴気帯の西側には噴気ガスの影響が及んでいない可能性がある。そこで、図中の牧の戸峠に新たに観測点（No.28）を設置した算定領域 D、E を見ると、採取期間すべてにおいて等値線は西側に開いていないこ
10/30-11/13

10/15-10/30

10/2-10/15

9/17-10/2

9/4-9/17

8/17-9/4

8/2-8/17

7/19-8/2

7/5-7/19

6/7-7/5

5/25-6/7

5/10-5/25

Fig. 4とがわかった。また、南北方向では噴気地帯から 2km以北では Cl- はほとんど沈着していないことがわかった。すなわち、Cl 沈着量を精度よく求めるためには、北方向には噴気地帯から約 2km の観測範囲を取り、西方向には新たな観測点を設ける必要性が指摘され2001 年の HCl 放出量の経時変化た。
115

後藤卓哉・宇野木理恵・田中俊昭・糸井龍一

Fig. 6

1993 年の観測地点と HCl 沈着量算定領域

Fig. 8

1995 年の観測地点と HCl 沈着量算定領域

Fig. 7

1994 年の観測地点と HCl 沈着量算定領域

Fig. 91996 年の観測地点と HCl 沈着量算定領域

116

九重火山の噴気地帯周辺の雨水の化学特性と HCl ガス放出量の経年変化

Fig. 10

Fig. 11

1998 年の観測地点と HCl 沈着量算定領域

Fig. 12

算定領域 A

1999 − 2001 年の観測地点と HCl 沈着量算定

Fig. 13

算定領域 B領域
117後藤卓哉・宇野木理恵・田中俊昭・糸井龍一

Fig. 14

算定領域 C

Fig. 16
6. 3

算定領域 E

HCl 放出量の再評価

6. 2 で述べたように噴気地帯の西側に設置した観測点のデータを考慮すると、Cl 沈着量の等値線が西側に広がらないような結果が得られた。そこで、噴気地帯の西側に複数の観測点を設置した 2001 年のデータを利用し、これらの地点のデータの有無が HCl 放出量の結果にどのような影響を及ぼすか評価した。すなわち、Fig. 1 において観測点 No.14,15,16 の 3 地点のデータがないものとして HCl 放出量を計算し、これらの地点のデータも入れた結果との比較をおこなった。なお、計算に際して用いた Cl 沈着量の算定領域の広さは同じである。
Fig. 17、18 には、2001 年 7 月 5 日に回収した雨水について上述の 3 地点のデータがない場合およびある場合の Cl 沈着量のコンター図をそれぞれ示す。これ
らの図より、上述の 3 地点のデータの有無によって等値線の形状が大きく異なることがわかる。すなわち、これら 3 地点のデータがある場合、噴気地帯の西側への Cl 沈着量は噴気地帯周辺に限定されていることがわかる。
そこで、1993 年から 1998 年までのデータについて、2001 年と同じ算定領域（東西 3.38 ｋｍ、南北 3.18 ｋｍ）を設定して沈着量を再計算した。なお、1997 年
Fig. 15以前は噴気地帯の西側に観測点を設けていない（1998

算定領域 D年は No.14 地点のみのデータあり）。そこで、これらの 3 地点と Cl 沈着量がほぼ同様である他の地点のデータでこれらの地点の値を代用することを以下に検討し118

九重火山の噴気地帯周辺の雨水の化学特性と HCl ガス放出量の経年変化

No.10 の Cl 沈着量で No.14,15,16 の 3 地点の値を代用

��

しても HCl 放出量に及ぼす影響は小さいといえる。
�����������

よって、1998 年 8 月以前のデータについても同様の

��

��

����

�

��

処理が可能であると判断した。

��

そこで、2001 年と同じ算定領域を用い、No.10 の

���

��

����

Cl 沈着量を No.14,15,16 の地点の値として用い、HCl���

����

�
���

�

�

�

放出量を再計算した。結果を Fig.20 に示す。また従��来の方法で算定した HCl 放出量は Fig. 5 に示している。

��

図より再計算した HCl 放出量は 1995 年の噴火前に急������

�増し、1996 年はやや高い値を示す挙動が認められる。

�

しかし、絶対量は大きく低下し、最も放出量が大きな 1996 年の値でも 5.1t/day であり、Fig. 5 の同時期の������������

Fig. 17�����

������������

�����

����

����

値に比べると半分以下である。噴火後における平林ら�（1996）の報告では 14t/day（1995 年 11 月 13 日）に達����しており、再計算の結果は半分以下の低い値となってNo.14、15、16 のデータを除いて求めた Cl 総いる。すなわち、ここ数年の放出量が低い値で推移し沈着量コンターマップ（2001/7/5）ている期間ではこの手法を用いても従来とほぼ同様の結果を得ることができたが、噴火後に活動が活発な時

��期においては同様の処理が適用できない可能性が考え������������

られる。

������������������

誤差（％）

������������������������

����

99-7-30
99-8-16
99-8-30
99-9-27
99-10-13
99-10-25
99-11-1800-4-2700-5-2400-6-1200-6-2200-7-500-7-18
00-8-1600-8-3000-10-501-5-25
01-6-701-7-501-7-1901-8-201-8-17
01-9-401-9-1701-10-2
01-10-15
01-10-30
01-11-13

�

����

50
4030
20
100-10-20-30-40-50

�

�

�

�

Fig. 18

�����

�����

�����

�����

����

�

���

����

����

����

�

Fig. 19

Cl 総沈着量コンターマップ（2001/7/5）

HCl 放出量の誤差

15
HCｌ放出量(t/day)�����た。
2001 年のデータについて No.14,15,16 の 3 地点の Cl沈着量を他の観測点と比較した。その結果、算定領域の北端に位置する No.10 の Cl 沈着量が観測期間を通1296301993

じてほぼ同様の値を示した。そこで、No.10 の Cl 沈着量をこれら 3 地点の沈着量として代用し、1999 年から 2001 年までのデータ（27 期間）を利用し、このFig. 20

ように沈着量を置き換えた場合と置き換えない場合の

1994

1995

1996

1997 1998
時間(year)

1999

2000

2001

2002

No14、15、16 の Cl 沈着量を No10 のそれと入れ替えて現在の算定領域で求めたの HCl 放出量のHCl 放出量を算定した。そこで沈着量の置き換えに経年変化よって生じる差を次式を用いて算定し、結果を Fig.19に示す。
誤差＝

７．結言

������－������� ���������

九重硫黄山周辺の雨水の定期的採取および分析により得られた結果をまとめると以下のようである。

HClold は置き換える前の放出量で、HClnew は置き

1） SO4 濃度は噴気地帯からの距離とともに方向にか換えたあとの放出量である。図より両者の差は 0 〜

かわらず緩やかに低下する。しかし、Cl 濃度は距37％の範囲にあり、平均は 8.0％である。すなわち離とともに急減し、その傾向は南北方向よりも東119後藤卓哉・宇野木理恵・田中俊昭・糸井龍一

西方向のほうが顕著である。

らの放熱量・噴出水量・火山ガス放出量とそれらから

2） 2001 年 5 月 25 日〜 11 月 13 日にかけての観測値推定される熱水系と火山ガスの起源、火山、第 2 集、から算定した HCl ガスの放出量は 0.1 〜 1.1(t/day)

第 26 巻、第 1 号、35-56.の小さな値で推移している。
3） 噴 気 地 帯 の 西 側 に 位 置 す る 3 箇 所 の 測 定 点

原宏（1991）酸性雨−第 3 講−酸性雨のデータを（No14,15,16）とほぼ同じ Cl 濃度を示す溶存イオ

どう見るか−、大気汚染学会誌、第 26 巻、第 3 号、ン濃度は比較的低い。No.10 の Cl 濃度をこれらのA51-A59.

3 点に与えて HCl 放出量を求めると、ほぼ同様の値が得られた。

平 林 順 一、 大 場 武、 野 上 健 治（1996）、 九 重 山

4） 3）の結果にもとづき、1993 年〜 1998 年までのデー
タについて同様の処理を行い HCl 放出量を再評価

1995 年の噴火と地球科学的研究、文部科学研究費（No.07300017）研究成果報告書、63-73.

した結果、従来の放出量に比べ値が大きく低下した。しかし、1995 年の 10 月の噴火前後における坂井賢之、糸井龍一、甲斐辰次、田中俊昭、福田道博

HCl 放出量の相対的な値の変化はほぼ同じである。 （1999）雨水データの採取範囲が九重火山の噴気帯からの HC ｌ放出速度の推定値に及ぼす影響、九大地熱参考文献研究報告、第 8 号、95-102.

江原幸雄、湯原浩三、野田徹郎（1981）九重硫黄山か120