C A N E R対東邦大学化学教室相野日H東京都立大学名誉教授(昭和54年11月9日受理) Variation of the Chemical Composition of Water Emitted from the Kibedani Geyser During its Eruption Kasho  AIKAWA * and  Kimio  NOGUCHI * * * Department of Chemistry, Toho University * * Professor Emeritus of Tokyo Metropolitan University
Abstract
In Kibedani there is a bored well, 10 cm in diameter and 80 m in depth, from which mineral water showing 21℃ in temperature were emitted as high as 1.5 m periodically by natural gas composed mainly of carbon dioxide. The composition of gas is : CO2 97.6, H2S 0.0, N2 and others 2.4 in vol. %. An iron pipe with many holes in its entire surface was inserted into the well for The duration of eruption is about 4 minutes and the time between collecting water. eruptions is about 19 minutes. During an eruption, the water emitted from the orifice was collected in 12 or 13 poly- ethylene bottles at different time intervals and analyzed for Cl, boric acid, Ca and evaporated residues. The contents of chloride, boric acid, calcium and evaporated residues in water were found to be low at the beginning of the eruption, and increased distinctly at 0.28 minutes after the eruption started, and then decreased gradually with time. It can be explained as follows : At the beginning and ending stages of the eruption of the Kibedani Geyser the water rich in shallow ground water was emitted from the orifice of the geyser.
I
結
lin
間欠泉は通常水蒸気の圧力で熱湯を周期的に吹き上げる温泉であるが，この種の間欠泉の化学組成の変化については既に多数報告した。 11天然にはこのほかに新潟県松之山温泉の如くメタンガスの圧力で84℃の湯を周期的に吹き上げるものもあるが21炭酸ガスの圧力で湯を周期的に吹きあげるものがあり，後者の例として島根県木部谷間欠泉を調査したのでその結果をここに報告する。木部谷鉱泉は図１に示す通り島根県西南部柿木村に存在するが，ここは国鉄山口線の日原駅から車で約50分の距離に位置する．松浦らの報告》によればラドン含量68.0マツへを示す放射能泉である。また下方の報告やによれば木部鉱泉の鉱泉水11中から生じるトロン量は3.6×10~5gτω /1を示した。尚またその化学組成は野口らの詳細な報告5'があり，それによればこの鉱泉は水温20 ℃, pH6.2を示し著しく遊離炭酸に富むほかNa, Cl, Ca, Mg, Fe, HBO2等に富んでいる。  1
IS II  調査及び結果
著者らは1978年11月1 ～ 2日及び1979年８月７～８日木部谷鉱泉を調査した。この鉱泉は堀サク井で直径10cm，深さ80mであるが，この堀サク井には集水のための孔を上端から下端まで多数設けた鉄管が挿入されている。湧出孔の周りには約２ｍ平方，深さ12㎝の浅い井戸枠が設けてあり，この枠内に溜った水を浴槽へ導くようになっている。湧出孔における水温は21℃であらた. 1. 周辺 期1978年11月2日及び1979年8月7日に噴騰休止時間，噴騰継続時間及び周期を測定し表Iの結果を得た.表Iの結果をみると1978年11月2日と1979年8月7日とを比較すると噴騰の高さはほぼ同じく約1.5mである。噴騰継続時間は前者は約4分2秒，後者は約3分51秒で，後者の方がやや短いが，噴騰休止時間は前者は約18分57秒，後者は，17分20秒で後者の方が約１分30秒ほど短いことがわかる．尚又噴豫の高さの時間変化はおよそ図2に示す通りである． 2.噴孔中の水位測定制容滴木  1真変  1は変例例の多高の部肉を付き引息交通容器木　S. J著者らは図3に示す装置を組立てて1979年8月8日水位を測定した、この装置の水位検知部は市3.5cm，長さ15mの帯状をなし，50cmごとに目盛を施し且それぞれの深さに水位が達するとそれぞれに対応するランプが点痘するようになっている。最初この検知部の先端に鉛製の錐をつけ木山新工〜から泉穴側に周り通り両方式を
て井戸内に降ろしたところ炭酸ガスの水位を押し上げる圧力はそれ程強くないため噴藤現象の妨害となり、噴騰が停止してじまうた時そこで錐を取り除き、３時間ほど待って井戸内部のガス圧が回復し噴騰が開始されて再び前と同じ間欠泉となって後，水位の測定を再開した.第２回の測定では検知部の先端が井中の水面に接触したとき点燈したランプの番号，検知部先端の深さ，時間等を読み取り，次に先端を下げ，あるいは引き上げ再び同じランプが点盤したときの時間と深さを記録した．然し実際には水位はガス圧の変化で１ｍほどの幅で頻々と上昇，下降したから水位の測定にはかなりの注意が必要であった．２回目の測定では検知部を水面まで下げて測定し、水中深く挿入することを避けたので噴腺現象を少しも妨げることなくΩの良結果を得た、尚又噴騰直前における水位の浅い部分は１ｍの折尺を用いて測定した。測定結果は図４に示す通りである。噴騰休止直後は水面は極めて急速に下がり，僅45秒で深さ4 mまで低下した。その後は約１ｍの幅で水位の上昇，下降が起りつつ時間の経過と共に徐々に上昇し、且また時間と共に上昇，下降の幅も減少し，噴腺休止後16分30秒では深さ2.5mとなった。そしてそれ以後は迅速に上昇し、僅１分間で深さ０cm即ち地表面に達し直に噴腺が開始された. 3。・ガスの組成木部谷間欠泉は水温21℃の水を炭酸ガスの圧力で周期的に1.5m噴き上げる鉱泉であるが，この炭酸ガスは本来地下深部から上昇する鉱水に伴って上昇したものと推定される。これが地中の空隊に蓄積され，その圧力で空隊中の水が周期的に地上に放出されるものと考えられる。このガスの組成については1978年11月１日へルデン型ガス分析装置を用いて調査したところ，表2に示す結果が得られた。即ち97.6%(Vol)がCO2であった，また硫化水素は含有されていない。
4.木部谷間欠泉における噴騰中の化学組成の変化
1978年11月１日木部谷間欠泉について噴騰の最初から終りまで噴出する水を時間の経過に従って12本のビンに分別採水しCl及びHBO2含量を分析したるに図5の結果を得た．図5を見るとCl含量をHBO2含量とは平行して変化していることがわかる.噴酸の最初に噴出した水はCl,1135mg/l, HBO2160mg/lを示したが,次に0.12分で湧出した水はこれより含量少なくCl 1125mg/l，HBO 2 155mg/lを示した．そして0.28分では急激に増大して最大値Cl 1810mg/1, HBOz 263mg/1を示し，その後は噴霧の継続と共にCl及びHB Oz含量が徐々に減少し、4.03分にて噴騰が休止したが，最後に噴出した水はCl 1315mg/1，HB 0 ⁄ 2 184mg/1を示した。今Cl含量を機軸に，HBO2含量を縦軸にとって図示すると図6に示す通り明らかに正の直線関係が成立する. .次に1979年８月７日再び木部谷鉱泉へ出張し，噴出する水を時間の経過に従って13本のビンに分別採水し、Cl，蒸発残査，Ca等の含量を分析したるに，図7に示す結果が得られた．図7を見ると蒸発残渣，Cl，Ca等は何れも互に平行して変化していることが明らかになった。噴騰の最初に噴出した水はCl 1080mg/1, Ca268mg/1,蒸発残渣3375mg/1であるが,0,13分ではこれより含最少なくCl 1004mg/1, Ca240mg/1,蒸発残渣3194mg/1を示した、そして0.28分では著しく含最が増大し、最高値Cl1800mg/l，Ca426mg/l，蒸発残渣5103mg/lを示した」その後は噴騰の継統と共にCl， Ca，蒸発残渣の含量が徐々に減少し3.91分にて噴騰が休止したが，栽後に噴出した水はCl 1330mg/l, Ca295mg/l,蒸発残渣4020mg/lを示した。今Cl含量を横軸に，Ca含量を縦軸にとって図示すれば図８に示す如く正の直線関係が成立する。またCl含量を擴軸に，蒸発残渣を縦軸にとって図示しても図9に示す如く明らかに正の直線関係以上の結果を総括すると木部谷鉱泉の地下では深部から多量の炭酸ガスを伴い，塩化物,α硼酸,カルシウム，蒸発残渣等に富む鉱水が上昇し，これに浅所で，これらの含量の少い通常の地下水が混合することによって間欠泉が形成されていることが明である。即ち噴醸の初期に噴出する水作は第１回目の測定ではCl 1125mg/1, HBO 2 155mg/1,第２回目の測定ではCl 1004mg/1, Ca240mg /1，蒸発残渣3194mg/1を示し比較的塩類含量少く，従って比較的浅い地下水に富む水が先に噴出し，噴騰開始後0.28分にては深部から上昇する鉱水に栽も富む水が噴出するため塩類含量最も多く、第１回目の測定ではCl 1810mg/1, HBO2263mg/1,第２回目の測定ではCl 1800mg/1, Ca426 mg/l，蒸発残渣5103mg/lを示した．そしてそれ以後は時間の経過と共に次第に浅い地下水の混入量が増大するため塩類含量は徐々に減少した!そして噴騰の最後に噴出した水は第１回目の測定ではCl 1315mg/l, HBO2184mg/l,第2回の測定ではCl 1330mg/l, Ca295mg/l,蒸発残渣4020mg /lを示した。尚又噴騰最初に噴出する水の塩類含量が0.12～0.13分にて噴出する水より塩類含量が稍多いのは前回の噴酸の際の最後の水が若干噴孔中に残溜するためと推定される。更にまた塩類含量の最高値を示した時刻は噴騰開始後0.28分であるが，噴騰の高さの最高値を示した時刻は1.2分であるから明らかに一致しない。このことに関しては地下深部から鉱水に伴って上昇した炭酸ガスが地中の空随中に蓄積され然る後噴出するためであろう．今回調査した木部谷間欠泉の蒸発残渣， Cl， HBO2, Ca等の含量の最大値,最小値及び変化率を表3に示す!尚又これまで調査した間欠泉について熱水の代表的成分であるClについてその含量の最大値，最小値及び変化率を一括して表示すると表4となる。表4を見るとメタンガスの圧力による松之山間欠泉のClの変化率は0.4〜0.7％で，水蒸気又は炭酸ガスの圧力による間欠泉のCl  の変化率と比較して明らかに小さい点が注目
される。間欠泉の噴霧の原因となるガスが水蒸気の場合は高温度の熱水が深部から上昇し、地表面近くで圧力の低下により水の一部が気化して生じた水蒸気であり，炭酸ガスの場合はマグマの揮発性成分の一つで本来熱水に伴っていたものであるから、水蒸気或は炭酸ガスが地中の空隙に蓄積される場合は空隙中の水は時間と共に熱水に富むようになる、木部谷鉱泉の場合は水温20～21℃であるが，この地域の地下水より明らかに高温であり，熱水の温度がやや低下したものと推定される。一方松之山温泉におけるメタンガスの場合は地中に埋没した有機物の分解により生成されたネタンと推定されるもので熱水とは本質的には関係がないであろう、従ってメタンガスが地下の空隙に蓄積されても，空隙中の水は熱水に富むようにはならないであろう． 塩
IV
結
語Wa ,19 ,31日: 品番, etisis ,salin :ロバー(gl iber Jest   sa木部谷間欠泉は炭酸ガスの圧力で21℃の水を1.5mの高さに周期的に吹き上げる間欠泉である.噴器休止時間約18分57秒，噴騰継続時間約４分２秒，周期約23分０秒。噴出する水を時間の経過に従って12又は13本のビンに分別採水し分析したるにCl, HBO2, L Ca,蒸発残渣等の含量は何れも平行して変化した．噴出初期にでる水はこれらの含量が少なく，ほい地下水に高む水が噴出し，噴騰開始後0.28分にて最も塩類に富む水即ち鉱水に富む水が噴出し、その後は時間の経過と共に次第に塩類含量が減少した。従って地下水に富む水が噴出した。尚化学成分の含量は蒸発残渣5103~3194mg/1, Cl 1810~1004mg/1,mHBO2263~155mg/1,mCa426~240mg/1,である。odes%尚また噴騰休止中における噴孔中の水位の時間的変化を明らかにじたmori bellime最後に本研究を行うに当り御協力いただいた木部谷鉱泉所有者田原治栄氏に厚く感謝する火第ed: to eanibessond: xiii col bus idounoil cintiil - ( 8である。 .753611052 ,98 ,vmsbaaA negel
文啟1r）野口,福島：日化, 61, 677(1940) 12)野口：日化, 62, 718(1941) 13)野口：日化, 62, 723(1941) le)野口：温泉科学,ココク1 (1941) 2 ）野口：温泉科学, 13 , 13(1943) 3 ) |松浦,田多：旧化誌, 64, 1411(1943) 4)出下方:次日化, 277, 2848(1956) 51)を野口。相川孝中川 :日本温泉科学会,大第32回大会(昭和54年)講演6 ) 野口,相川,神谷:温泉科学, 25, 121(1975) Kasho Aikawa, Kimio Noguchi and E: F. Lloyd : Variation of the chemical composition 7 ) of water emitted from the Prince of Wales Feathers and Waikorohihi geysers during an eruption of each. ACS/CSJ Chemical Congress Geoc. 36, Honolulu, Hawaii, 1979.4. 8 ) Kimio Noguchi and Joe Nix: Proceedings of the Japan Academy, 39, 370(1963)