井戸には、実際に使ったことがある人だからこそ気づきやすい、少し不思議な特徴があります。それは昔から身近にあったにもかかわらず、理由までは意外と知られていません。
第134回雑学調査レポートでは、そんな「井戸」に関する雑学をご紹介していきます。
井戸水が夏は冷たく冬は温かく感じるのは地下の温度が安定しているため
井戸水には、夏にくむとひんやり冷たく、冬にくむと温かく感じやすい特徴があります。
不思議に思える現象ですが、井戸水が夏になると冷やされ、冬になると温められているわけではありません。大きく変化しているのは、井戸水よりも地上の気温です。
地上の気温は季節によって大きく変わります。夏には30℃を超えることがある一方、冬には0℃近くまで下がる地域もあります。
ところが、地下は地表から深くなるほど、こうした気温の変化を受けにくくなります。『環境省』によると、深さ10m程度の地温は年間を通じて安定しており、その地域の年平均気温にほぼ等しくなります。
地下水も、このような地下の環境に存在しています。『地下水マネジメント推進プラットフォーム』では、地下水の特徴として、地表を流れる水と比べて「夏は冷たく、冬は温かい」という恒温性が挙げられています。
つまり、夏と冬で井戸水の温度が大きく逆転するのではありません。井戸水の温度は比較的安定したまま、地上だけが夏には暑くなり、冬には寒くなるため、夏は冷たく、冬は温かく感じるのです。
地下10mほどまで深くなると季節の影響がかなり小さくなる
地表付近の土は、外気や太陽の熱の影響を強く受けています。
夏の日差しで地面が熱くなったり、冬の冷たい空気によって地面が冷えたりするのは、そのためです。地表のすぐ近くでは、地温も季節に合わせて大きく変化します。
しかし、地表の温度変化がそのまま地下深くまで伝わるわけではありません。熱が地下へ伝わるまでには時間がかかり、深くなるほど温度変化の幅も小さくなります。
『岐阜市』では、深さ10mを超える部分では気温の影響を受けにくくなり、年間を通して地温がほぼ一定になる場所を「恒温層」と説明しています。
地下水の多くは、雨や雪などの水が地中へ浸透することでつくられます。地中へ入った水は、砂や砂利、岩石の隙間を通ったり、水を多く含む「帯水層」にたまったりしながら地下を移動します。
こうした水は地表付近の水と違い、夏の日差しや冬の冷たい空気に直接さらされません。地下の温度自体も安定しているため、地下水の温度も一年を通じて大きく変わりにくくなります。
夏に井戸水が冷たく感じるのは外気との温度差が大きいため
夏の井戸水を考えると、仕組みを理解しやすくなります。
たとえば、井戸水の温度を15℃とします。真夏の外気温が35℃なら、井戸水との間には20℃もの差があります。
地上では気温が35℃になっていても、深さ10mほどの地下が同じように35℃まで上昇するわけではありません。そのため、地下からくみ上げた水は、真夏の地上と比べるとかなり低い温度になります。
暑い場所で過ごしたあとに井戸水で手や顔を洗えば、ひんやりとした感覚が強くなります。
このとき、「夏になったから井戸水が冷たくなった」と考えるより、「夏になって地上が井戸水よりもずっと暑くなった」と考えるほうが実際の仕組みに近くなります。
『環境省』によると、日本では夏と冬に、地上と地中の間で10～15℃程度の温度差が生じることがあります。地中の温度が安定しているからこそ、暑い夏には地下が冷たく感じられるのです。
冬の井戸水は温まるのではなく周囲より温度が高くなる
冬には、夏とは反対の関係になります。
同じように井戸水を15℃とし、冬の外気温を5℃とすると、今度は井戸水のほうが外気より10℃高くなります。
さらに寒い地域で外気温が0℃近くまで下がれば、井戸水と外気の温度差はより大きくなります。そのため、屋外の空気や地表付近にある水と比較すると、井戸水は温かく感じやすくなります。
ここで大切なのは、一般的な井戸水が冬になると風呂のお湯のように加熱されるわけではないことです。
井戸水の温度が大きく上昇するというより、地上の気温が井戸水よりも低くなることで、相対的に井戸水が温かくなるという仕組みです。
『国土交通省』も、地下水の特徴として年間を通じて温度が一定であることを挙げています。
簡単に表すと、夏は「外気35℃、井戸水15℃」なので井戸水が冷たく感じられ、冬は「外気5℃、井戸水15℃」なので周囲と比べて温かく感じられるということです。
井戸水側の温度があまり変わらなくても、外気温が大きく変われば、夏と冬でまったく反対の印象になります。
井戸水の温度は地域によって異なる
地下の温度が安定しているといっても、日本全国の井戸水が同じ温度になるわけではありません。
地下10m程度の地温は、その地域の年平均気温とほぼ同じになるためです。
『環境省』では、深さ10m程度の地温について、北海道で10℃程度、東京や大阪で17℃程度、四国や九州の南部では20℃程度としています。
そのため、寒い地域の地下水は比較的低い温度になりやすく、暖かい地域では高くなりやすいと考えられます。
実際の井戸水の温度には、地域だけでなく、井戸の深さや地下水が流れる場所、地質、地下水の流れ方なども関係します。
たとえば、地表に近い浅い地下水は、深い場所にある地下水よりも外気温の影響を受けやすくなります。井戸の深さや地下水の状態によっては、年間を通してまったく同じ温度になるわけではなく、ある程度の季節変化が見られることもあります。
一方、地下深くなるほど地球内部から伝わる熱の影響も加わります。『環境省』によると、100m程度の深さでは、深さ10m程度と比較して地温が2～4℃程度高くなるとされています。
したがって、「井戸水はどこでも15℃になる」「10mより深ければ必ず同じ温度になる」と考えるのではなく、「ある程度深い地下では、地表より季節による温度変化が小さい」と理解すると分かりやすいでしょう。
「夏は冷たく冬は温かい」地下の特徴は冷暖房にも使われている
地下の温度が安定している性質は、井戸水だけに関係するものではありません。現在では、建物の冷暖房などにも利用されています。
代表的なのが「地中熱」です。
『環境省』では、地中熱を再生可能エネルギー熱の一つとして紹介しています。深さ10m程度の地温は年間を通じて安定しているため、夏には外気より低く、冬には外気より高くなるという特徴があります。
この温度差を利用する設備の一つが「地中熱利用ヒートポンプ」です。
夏の冷房では、建物の中から集めた熱を、暑い外気ではなく比較的温度の低い地中へ移します。冬の暖房では反対に、冷たい外気だけに頼るのではなく、外気より温度の高い地中から熱を集めて建物へ移します。
地中熱を利用する方法には、地中に埋めた管を通して地面と熱交換する方式のほか、地下水をくみ上げて熱を利用する方式などがあります。『環境省』の「地中熱利用にあたってのガイドライン」でも、地下水や地盤環境に配慮しながら地中熱を利用するための考え方が示されています。
井戸水が夏は冷たく冬は温かく感じられる現象と、地中熱による冷暖房は、利用方法こそ違いますが、基本となる性質は共通しています。
どちらも「地下は地上より年間の温度変化が小さい」という特徴を利用しているのです。
冷たく澄んだ井戸水でも飲用前には水質の確認が必要
井戸水というと、「地下から出てくる冷たくて澄んだ水」という印象を持つことがあります。
ただし、井戸水の温度が安定していることと、飲み水として安全であることは別の話です。
水が透明で、においや味に問題がなくても、目には見えない細菌や大腸菌などが含まれている可能性があります。また、井戸の場所や周辺環境によっては、生活排水や工場排水などの影響を受けることもあります。
『高知県』は、井戸水について、見た目がきれいでも細菌や大腸菌などが入っていたり、生活排水や工場排水で汚染されていたりする場合があると案内しています。また、井戸水を利用するときには、まず水質検査を受けて安全性を確認し、その後も年1回は定期的に検査を受けるよう案内しています。
井戸の構造や周辺の土地利用が変われば、水質も変化する可能性があります。そのため、「以前から飲んでいるから大丈夫」「冷たくておいしいから安全」といった感覚だけでは、飲用の安全性を判断できません。
飲み水として井戸水を使用する場合は、住んでいる地域の自治体などが示す案内を確認し、必要な水質検査と井戸の衛生管理を行うことが大切です。
まとめ
- 井戸水が夏は冷たく冬は温かく感じるのは、地下の温度が年間を通じて安定しているため
- 地下10mほどまで深くなると地上の気温変化の影響が小さくなり、地温はその地域の年平均気温に近づく
- 夏は外気温が井戸水より大幅に高くなるため、井戸水が強く冷たく感じられる
- 冬は外気温が井戸水より低くなるため、同じような水温でも井戸水が温かく感じられる
- 井戸水の温度は全国共通ではなく、地域の気候や井戸の深さ、地質、地下水の流れなどによって異なる
- 地下の温度が安定している性質は「地中熱」として建物の冷暖房などにも活用されている
- 井戸水が冷たく澄んでいても飲用に適しているとは限らず、水質検査や衛生管理が必要
何気なくくみ上げられている井戸水にも、地上では気づきにくい地下の特徴が表れています。
夏と冬で感じ方が逆になる理由を知ると、昔から身近にあった井戸が少し違って見えてくるのではないでしょうか。
