なぜアルカリ性になる？

水と岩石が反応してアルカリ性になる原因は、じつはあまりよく解明されていません。反応系が非常に複雑なため理論的な検討が難しいのと、長時間（人間的な感覚で）の現象なために実験的な観察が困難なためです。この面倒な課題にとりくんだ研究例にみられる説は、大別すると以下の４点です。かなり難しくなるので詳しくは紹介できませんが、どれが決定的というわけではなく、相互にからみあってくるというのが本当のところでしょう。

　1)　岩石（花崗岩）に含まれていた水溶性の炭酸塩（NaCO3など）が溶け出してくる：真木ほか(1994)
　2)　岩石鉱物の風化で出来る粘土鉱物に水中の水素イオンが吸収される：一國ほか(1982）
　3)　二次的鉱物（ゼオライトなど）の形成で水中の水素イオンが吸収される：大木・平野(1967)
　4)　鉱物破断面の負電荷に水素イオンが固定される

1)　岩石（花崗岩）に含まれていた水溶性の炭酸塩（NaCO3など）が溶け出してくる：真木ほか(1994)

道後温泉のボーリングで採取した岩石試料（花崗岩）について、粉末にして水を浸透させ成分の変化をみる「浸出実験」を行い、実際にpH10弱のアルカリ性水が浸出直後につくられることを見出しました。Caや珪酸などの鉱物溶解成分が水中に増えはじめるのは、もう少し時間が経過してからのことなので、鉱物自体が溶けてアルカリ性物質ができるというよりは、鉱物粒子の隙間にたまっていた物質がすばやく溶けてきたと解釈し、これを水溶性の炭酸塩（NaCO3など）ではないかとしています。

2)　岩石鉱物の風化で出来る粘土鉱物に水中の水素イオンが吸収される：一國ほか(1982）
3)　ゼオライトの形成で水中の水素イオンが吸収される：大木・平野(1967)

どちらも岩石の風化や変質でふつうに見られる粘土鉱物やゼオライトの関与で、アルカリ性になる可能性を理論的に考察したものです。これらの鉱物は水中の陽イオンを固定する性質をもっていますが、水と岩石が長期間に反応して二次的な鉱物ができるときに水素イオンを選択的に吸収すると考えています。

　pH10をこえる強アルカリ性泉は極端に数が少なくなりますが、これについても、粘土鉱物には水素イオンを吸収するものと、逆に放出するものがあって、両者が共存して均衡することでpHが10弱くらいのところに保たれている場合が多いのではないかと考察しています。高松ほか(1981)はやや異を唱え、アルカリ性泉の溶存成分が希薄なことから二次的な鉱物ができるほどの長時間の反応は考えにくいとし、岩石鉱物の風化初期の残留層にCa⁺やMg⁺イオンとともにOH^-イオンも固定されることでこれを説明できるとしています。

4)　鉱物破断面の負電荷に水素イオンが固定される

最新の説です。岩石の鉱物の骨格（結晶構造）は、ケイ酸(Si)と酸素(O)が絡みあった＜−Si−O−Si−＞という立体構造になっていて、全体として電気的に中性になっています。ところが、何かの拍子に鉱物が壊れて破断面ができると、＜−Si−O^-＞という負電荷の酸素原子が表面に露出してきます。ここに水が接触すると、水素イオンやほかの陽イオンが引きつけられるようになります（電気二重層という）。その割合はひじょうに微々たるものですが、たくさんの破断面を少量の水がすばやく通過していくときには、最終的にOH^-の比率が増してアルカリ性に偏るものとみられます。

つまり、断層などで割れ目にたくさんできた岩盤中を地下水が移動するだけで、アルカリ性泉ができる可能性があるということです。溶存成分が濃い場合、電気二重層にはCa⁺やMg⁺イオンが固定されて沈殿物で覆われるために、この効果は働かなくなってしまいます。溶存成分が希薄なアルカリ性泉ができる理由としてかなり説得力があるのではないかと思われます。