ゆがまは、まるい 火口湖かこうこです。ちょっけいは 300メートルぐらいで、25メートルプールを 12こ ならべた ながさです。ふかさは 30メートルぐらいです［1］。

pHは 7が まんなかで、かずが ちいさい ほど さんせいが つよく なります。ゆがまは 1ほどで、とても つよい さんせいです［1］。

せかいには、もっと つよい みずうみも あります。インドネシアの カワ・イジェンは、pHが 0.5まで さがった ことも ほうこく されて おり、くるまの バッテリーの えきに ちかい つよさです。せかいで いちばん おおきな さんせいの みずうみと されて います［6］。

では、みずうみは どうして、こんなに さんせいに なるのでしょう。

湯釜は直径約300 m、水深約30 mの火口湖で、水のpHは1ほどです［1］。pHは数字が1小さくなるごとに、酸性のもとになる水素イオンが10倍の濃さになります。中性の7から1までは6段分なので、水素イオンはおよそ100万倍の濃さです。

世界にはもっと強い湖があります。インドネシアのカワ・イジェン火口湖は、pHが0.5まで下がった値も報告されていて、車のバッテリー液に近い強さだと、欧州宇宙機関（ESA）は紹介しています。硫酸と塩酸を多く含み、衛星から見ると青緑色（ターコイズ）に見えるそうです。「世界最大の酸性湖」とされています［6］。

強い酸性の水を、湖はどこから手に入れるのでしょうか。

湯釜は直径約300 m、水深約30 mの火口湖で、pHは1程度である［1］。国土交通省の資料には1.2という値もあり、資料によって数字に幅があるため、ここでは「1前後」と読む［9］。pHが1小さいと水素イオン濃度は10倍になるので、中性（pH 7）から1までは6段、およそ100万倍の濃さに当たる。

世界にはさらに強い例がある。ESAによれば、インドネシアのカワ・イジェン火口湖はpHが約0.5にまで下がり、車のバッテリー液に近い強さで、硫酸と塩酸を多く含む。衛星画像ではターコイズ（青緑）に見え、「世界最大の酸性湖」とされるが、他の湖との比較はこの表現による［6］。

では、この酸はどこから来るのか。湖水が酸を自分でつくるわけではない。

ゆがまの したには、マグマが ある かざんが あります。みずうみの そこからは、かざんガスが ずっと ふき こんで きます［2］。かざんガスの なかには、みずの ほか、二酸化硫黄にさんかいおうや 硫化水素りゅうかすいそなどが あります［3］。

たんさんすいは、ガスが みずに とけた ものです。みずうみも、そこから くる ガスを とかして います。ただし、かざんガスが とけると、たんさんすいより ずっと つよい さんに なります。

とくに 塩化水素えんかすいそという ガスは、みずに とても とけやすく、とけると 塩酸えんさんのような つよい さんに なると せつめい されて います［4］［5］。

ゆがまは、そこから ガスが はいりつづける、おおきな コップのようです。ただし、ほんとうの コップと ちがって、みずうみは、ガスが とけるほど、みずの せいしつが かわって いきます。

湯釜の下には火山があり、湖底からはマグマ由来の熱水や火山ガスが吹きこんでいます。このように、湖水が高温・強酸性になり、水温・成分・水位が火山の活動を映して大きく変わる火口湖を、「活動的火口湖」と呼びます。火口湖をもつ火山は世界に85ほどあり、活動的火口湖はそのうち20〜30ほどです［2］。

火山ガスは、水、二酸化硫黄、硫化水素、二酸化炭素などが主成分です［3］。炭酸水は二酸化炭素が水に溶けたものですが、火山ガスには、水に溶けると酸性になる成分がほかにも含まれています。

その代表が塩化水素です。ある解説では、塩化水素は水に溶けやすく、溶解度は二酸化硫黄の数倍、硫化水素の数十倍とされます。水に溶けると水素イオンと塩化物イオンに分かれ、強い酸性になります。二酸化硫黄は水に溶けて亜硫酸になり、さらに硫酸と硫黄ができる反応が起きるとされます［4］。火山学では、湖の強酸性は、マグマ由来のガスのうち塩化水素と二酸化硫黄などが水に溶けて酸性になることでうまれると考えられています［5］。

では、この湖が青い理由は何でしょうか。強い酸の中に、色のもとになるものがあるのでしょうか。

火山の下から湖底へ、マグマ由来の熱水とガスが吹きこむ。この影響で湖水が高温・強酸性になり、水温・化学組成・水位が火山活動を映して大きく変動する火口湖を「活動的火口湖」と呼ぶ。完新世の火山714のうち、火口湖をもつものは85（約12％）で、活動的火口湖はそのうち20〜30ほど、全体の3〜4％にあたる［2］。ただし約12％は火口湖をもつ火山の割合で、活動的火口湖の割合ではない。

火山ガスの主成分は、水、二酸化硫黄、硫化水素、二酸化炭素などである［3］。このうち酸性への効き方がちがうのが塩化水素（HCl）と二酸化硫黄（SO₂）だ。ある解説（個人運営の温泉科学のページ）では、HClの水への溶解度はSO₂の数倍、H₂Sの数十倍で、水中でH⁺とCl⁻に電離して強酸性をもたらすとされる。SO₂は水に溶けて亜硫酸になり、不均化反応（3H₂SO₃→2H₂SO₄＋S＋H₂O）で硫酸と単体の硫黄ができるという説明がある［4］。火口湖の強酸性は、HClやSO₂などの火山ガス成分が水に溶けて酸性になることで生じると、火山学では考えられている［5］。

ここで生まれる「硫黄」が、次の問いにつながる。湖の青い色は、この硫黄と関係があるのか。

ゆがまの あおに ちかい いろは、みずの なかを ただよう、とても ちいさな 硫黄いおうの つぶの せいだと かんがえられて います［2］。

いおうは、かざんガスの なかの 二酸化硫黄にさんかいおうと 硫化水素りゅうかすいそが まざると できます［2］。みずうみの そこで できた ちいさな つぶが、ひかりに あたって あおく みえると いうのです。

おなじ かざんの みずうみでも、いろが ちがう ところが あります。あその 湯溜ゆだまりは、きみどり いろです。みずに とけた てつの イオンが、ゆがまより 100ばいから 1000ばいほど おおいからです［2］。さんが いわの てつを とかして、みずに だして いるのです。

いろが ちがうのは、とけて いる ものが ちがうからです。では、その いろが かわる ことは あるのでしょうか。

湯釜の青に近い色は、湖水中にただよう、0.1〜0.45マイクロメートルほどの単体硫黄の粒によると考えられています。火山ガスの二酸化硫黄と硫化水素が出会うと、「二酸化硫黄＋硫化水素の2倍→硫黄の3倍＋水」という反応で、単体の硫黄ができます［2］。

一方、阿蘇山の湯溜まりは黄緑色です。ここでは、緑色の鉄イオン（2価）と黄色の鉄イオン（3価）が、湯釜より2桁・3桁多く、約100倍と約1000倍にあたります。酸が岩石の鉄を湖水に溶かし出して、鉄イオンになるためです。測った主な波長は、湯釜が486ナノメートル、湯溜まりが493ナノメートルで、湯溜まりのほうが少し長い波長です［2］。これらは京都大学の講義レポートにある説明で、色の原因は「考えられている」ものです。

水に何が溶けているかで、湖の色が変わるなら、その色の変化から、火山の様子をうかがえるのでしょうか。

湯釜の青に近い湖水色は、湖水中の0.1〜0.45 µmの浮遊単体硫黄が原因と考えられている。硫黄は、火山ガスのSO₂とH₂Sが湖底近くで出会うときの反応（SO₂＋2H₂S→3S＋2H₂O）でできる。また、酸（H⁺）が岩石の鉄を湖水に溶かし出し、鉄イオンが生じる［2］。

阿蘇の湯溜まりは黄緑色で、緑色のFe²⁺と黄色のFe³⁺が湯釜よりそれぞれ約2桁・3桁多い。色の測定で得られた主波長は、湯釜が486 nm、湯溜まりが493 nmである［2］。出典は講義レポートで、色の原因は仮説として読むべきものだ。

湖の色が、溶けている硫黄と鉄の量で決まるなら、その量が変われば色も変わる。その変化から何が分かるのか。

あその 湯溜ゆだまりでは、みずうみの そこで ふんかが おきる 4〜5かげつ まえに、いろが あおい ほうから きみどりの ほうへ かわった ことが あります［2］。

とけて いた いおうの つぶだけが、ふんかの まえと あとで、がくんと へって いました。かざんガスの なかの ガスの わりあいが かわって、いおうが できにくく なったからと かんがえられて います［2］。

コスタリカの ポアスかざんでも、にた ことが みられました。ひとつの れいですから、いろが かわれば かならず ふんかする、という ことでは ありません。

でも、うちゅうに ある えいせいから いろを みまもる けんきゅうが、めざされて います［2］。みずうみの いろは、かざんを みる ひとつの まどに なるかも しれません。

阿蘇の湯溜まりでは、湖底で噴火が起きる4〜5か月前に、湖水の色が青系から黄緑系に変わった例があります。調べると、浮遊する硫黄の量だけが噴火の前後に大きく減っていました。二酸化硫黄と硫化水素の比が高くなり、硫黄ができにくくなったためと考えられ、コスタリカのポアス火山でも似た現象が観測されました［2］。

ここで大事なのは、一つの観測例だということです。「色が変われば必ず噴火する」とはいえません。この記述は2008年時点のレポートで、人工衛星で湖の色を見守る研究がめざされている、という段階のものです［2］。

色のほかにも、湖には火山の様子を映すものがあります。温度や水の成分は、どう変わるのでしょうか。

阿蘇の湯溜まりでは、湖底噴火の4〜5か月前に色が青系から黄緑系へ移った例が報告されている。浮遊単体硫黄だけが噴火の前後に激減した。SO₂/H₂S比が高くなり、硫黄が生成しにくくなったためと考えられ、コスタリカのポアス火山でも似た現象が観測された［2］。

この観測には限界がある。一つの火山の観測例であり、因果が確かめられた法則ではない。また2008年時点では、衛星による色の監視は研究計画だった［2］。色の変化だけから噴火を予測できるわけではない。

色以外の手がかりはどうか。水温や成分の変化は、これまでどう観測されてきたのか。

ゆがまでは、みずうみの みずを、1960ねんだいから ずっと しらべて います［7］。

2014ねんの 3がつに、ちいさな じしんが たくさん おき、じめんの ようすも かわりはじめました。そのころ、かざんガスの ようすの かわりかたと、ゆがまの みずの おんどの じょうしょうが みつかって います［7］。

アルゼンチンの カビアウエという みずうみでは、さんせいの つよさが、9ねんかんで 2.1から 2.7の あいだで うごきました。かざんから はいる ものの りょうや せいぶんが かわるのに ともなって、うごいたと されます。2000ねんの ふんかの あとには、さんせいが すこし よわく なりました［10］。

ゆがまでは、ながく みずを しらべて いたから、いつもと ちがう へんかに きづけました。

湯釜では、湖水の長期観測が1960年代から続いています［7］。2014年3月には、地殻変動を伴う小さな地震の群発が始まりました。そのころ、火山ガスの組成の変化と、湯釜の水温の上昇が観測されています［7］。長く記録を積み重ねてきたから、いつもと違う動きが見つかったのです。

アルゼンチンのカビアウエ湖（火山性の酸性湖）では、火山性の流体の流入量や成分の変化にともない、pHが9年間で2.1〜2.7の間を動きました。2000年の噴火のあとは、水が薄まり、酸性も弱くなりました。湖水の平均滞留時間は約3.5年です［10］。

日本の霧島山の硫黄山でも、湧水の塩化物イオンと硫酸イオンの比が、火山活動に応じて変わると期待されています。ただしこれは湖ではなく、周辺の湧水の例です［8］。

こうして、火山は湖を酸性にし、湖はその火山の様子を映します。では、人は、この強い酸をどう受けとめてきたのでしょうか。

湯釜では1960年代から湖水の長期観測が続いており、2014年3月に地殻変動を伴う微小地震の群発活動が始まったころ、火山ガス組成の変化と湯釜の水温上昇が観測された［7］。長年の基準値があるから、異常として拾えたと読める。

火口湖の水質は、流入する火山性流体の量に左右される。アルゼンチンのカビアウエ湖ではpHが9年間で2.1〜2.7の間を動き、2000年の噴火後は湖水が薄まって酸性が弱まった。湖水の平均滞留時間は約3.5年である［10］。

火山ガス中の塩素／硫黄比（Cl/S）は、活動が活発になって火山ガスの温度が上がると大きくなることが知られている。これとは別に、湧水の塩化物イオン／硫酸イオンのモル比（Cl/SO₄）も火山活動に応じて変わると期待されている。霧島山の硫黄山周辺の湧水では、この比が約0.07（2016年8月）から1.6（2018年4月の噴火後）へ増えた。ただし湖ではなく湧水の例である［8］。

湖水の温度や成分の変化は、火山活動を知る手がかりになる。では人は、この強い酸を、どう受けとめてきたのか。

草津くさつおんせんは、にほんでも さんせいが つよい おんせんと いわれ、おゆの わきだす りょうは にほんいちと いわれます。かざんの めぐみと して しょうかい されて います［1］。

でも むかしの 吾妻川あづまがわは、つよい さんせいで、さかなも すめない かわでした［9］。

そこで 1964ねんに、せかいで はじめての、さんせいの かわを やわらげる しごとが はじまりました。いしばいせきの こなを かわに いれ、しなきダムに ながれる あいだに、さんを やわらげます。つかう りょうは、1ねんで やく 2まんトンです［9］。

こうして、品木しなきダムに はいる ころの pHは、5.5ぐらいまで もどりました。いまは、さかななどが すんで います［9］。

かざんが つくった さんせいを、ひとが こつこつ やわらげて、いきものが すめる かわに もどしたのです。

草津温泉は、「日本有数の酸性度と、日本一といわれる湧出量」を誇る、火山の恩恵として紹介されています［1］。ただ、その同じ地域の昔の吾妻川は、強い酸性で魚も棲めず、「死の川」と呼ばれていました［9］。

1964年（昭和39年）、世界で初めての酸性河川中和事業が始まりました。石灰石の粉を川に入れ、品木ダムへ流れる間に酸性を弱める仕事で、使う量は1日に約55トン、1年に約2万トンです。10トンのトラックなら、毎日5〜6台分にあたります。こうして中和された川の水は、品木ダムに入るころにはpH5.5ほどになり、現在は魚などが棲んでいます［9］。

火山が酸性の水をつくり、人は粉をまいてそれを受けとめてきました。湯釜のpHは約1と見られ、品木ダムに入るころの川は5.5ほど。数字の差が、この仕事の大きさを示しています。

草津温泉は、湯畑でpH約2、湯釜はpH1.2とされる地域で、日本有数の酸性度と日本一といわれる湧出量を誇る「火山の恩恵」として紹介されている［1］［9］。一方、昔の吾妻川は強い酸性で魚も棲めず、「死の川」と呼ばれた。ここで中和事業が始まったのは昭和39年（1964年）、世界で初めての酸性河川中和事業だった［9］。

石灰石粉の使用量は1日約55 t、年間約2万 t（55 t×365日≒2万 t）で、品木ダムに入るころのpHは5.5ほどになり、現在は魚などが棲む［9］。湯釜のpH（1前後）と比べると、pH5.5はずっと弱い酸性だ。ただし、湯釜の水がそのまま川に入ってこの数字になるという説明は、ここで使った資料にはないので、両者を直接つなげては読まない。

火山は強い酸をつくり、人は石灰石の粉でそれを受けとめて、魚の棲む川を取り戻した。湖の色や水質を見守る仕事と、川の水を整える仕事は、どちらも、火山と暮らす人の足もとを支えている。

今日できること

むらさき キャベツの にじるを つくり、たんさんすいと、みずどうの みずを、べつべつの コップに いれて、にじるを すこし たらします。たんさんすいは、ガスが とけた みずなので、すこし あかむらさきに なる ことが あります。ちがいが ちいさい ときは、みずと ならべて みて ください。かざんガスの さんは これより ずっと つよいので、おうちの ひとと いっしょに、やって ください。

出かけてできること

おんせんちに いったら、ゆの いろや かんばんを みて みましょう。かざんの ちかくの おんせんでは、ゆの いろが ちがう ところも あります。

こうしきの 情報じょうほう

きしょうちょうの かざんの ページや、ないかくふの 「にほんの かざん」で、くわしい はなしを よめます。

今日できること

紫キャベツの煮汁を、炭酸水と水道水に別々に加えて、色を比べてみます。炭酸水は、ガスが水に溶けて酸性になっているので、少し赤紫寄りになることがあります。違いが小さいときは、水道水と並べて見てください。ただし、火山ガスが溶けた湖の酸は、これよりずっと強いものです。家の人と一緒に行います。

出かけてできること

温泉地を訪ねる機会があれば、湯の色や、案内板に書かれたpHの表示を見てみます。火山の近くの温泉は、場所によって色や成分がちがいます。

公式情報

気象庁の火山用語、内閣府の「日本の火山」、国土交通省の品木ダム水質管理所のページが公開されています。

資料を読むなら

湖の色と火山の関係は、京都大学の講義レポート（大沢信二ほか）にまとまっている［2］。湖の水質とマグマ性ガスの関係は、Varekamp らの火山湖の研究（373の火山湖の水質を分析）が出発点になる［5］。カビアウエ湖の長期観測は、Wesleyan大学のページにある論文で読める［10］。

自分で確かめるなら

紫キャベツの煮汁を、炭酸水と水道水に加えて色を比べる方法がある。炭酸水の酸は弱く、色の差が小さいことも多い。火山の酸の強さは再現できない。家の人と行う。

公式情報

気象庁の火山用語、内閣府の「日本の火山」、国土交通省関東地方整備局の品木ダム水質管理所のページが公開されている。