溫泉為什麼是熱的？
― 地球本身，就是一座巨大的熱源
泡溫泉時，身體會從裡到外都暖起來。把這些水燒熱的，既不是瓦斯爐，也不是電熱器。而是地底下、地球本身所擁有的熱。「地球內部很熱」這個平常不太會意識到的事實，就這樣以溫泉的形式，出現在我們身邊。
在溫泉旅館的介紹中，你可能看過「源泉溫度○○℃」這樣的標示。有些地方湧出的溫泉，溫度高到不加水根本沒辦法直接泡，而且是不間斷地從地面湧出來。
這麼熱的水，既不用燃料也不用電，就這樣自然地持續湧出，仔細一想其實相當不可思議。
這股熱，究竟是從哪裡來的呢？
越往地下深處走，岩石與地層本身的溫度，會一點一點升高。
滲入地底的水，在深處吸收熱能，帶著熱度湧出地表，就成了溫泉。
接下來，我們就依序來看看「地球本身很熱」這個平常不會特別留意的事實。
地球內部越深處，溫度越高
如果在地下挖掘隧道或深礦坑，會發現越往深處，周圍岩石的溫度越高。這種隨深度增加而升高的溫度比率，稱為地溫梯度。
地球內部之所以這麼熱，一般認為主要有兩個原因。一是地球誕生時所擁有的熱，至今仍未完全散失；二是岩石中微量含有的放射性物質，在衰變時持續釋放熱能。一般認為，地球即使誕生已46億年，至今仍不斷從內部被加熱。
火山附近，熱源會更強
即使在一般地區，地下也是越深越熱，但在火山活動活躍的地區，情況又不一樣了。在地下較淺的地方，有時會存在被稱為岩漿庫的熔融岩石聚集處。岩漿溫度非常高，會比一般情況更強烈地加熱周圍岩石。
日本位於火山活動活躍的環太平洋火山帶上，因此就世界範圍來看，也是火山與溫泉特別多的國家。日本各地溫泉資源豐富，正是因為火山這種強力熱源，大量存在於相對較淺的地方。
而是地球本身，自誕生以來持續燃燒至今的「體溫」。
地下水吸收熱能後回到地表
降下的雨雪，有一部分會滲入地面，在裂縫與孔隙較多的岩石中，經過長時間慢慢滲透到地下深處。到達深處的水，會從周圍高溫的岩石或岩漿庫吸收熱能。
被加熱的水，因密度下降而變輕，於是被周圍較冷的水往上推擠，開始上升。接著，沿著地層裂縫這條「通道」，再次回到地表。這就是地下水循環的最後一個階段，也是我們能親眼看見的溫泉形態。
這篇文章說明的，是具代表性的機制。實際上，也存在與火山活動沒有直接關係、僅靠地下深度所產生的熱而變溫的溫泉（非火山性溫泉）。溫泉的成分、溫度與湧出方式，會因地區地質條件不同而有很大差異。
可以自己確認的事
- 回想（或查詢）附近的溫泉、或曾經去過的溫泉「源泉溫度」標示
- 用地圖或資料確認該地區是否靠近火山
- 比較幾處溫泉地，看看是否越靠近火山，源泉溫度越高
越靠近火山的地區，越容易在較淺的地方就達到高溫，因此源泉溫度往往較高。
總結
溫泉之所以熱，是因為地球內部越深處溫度越高。滲入地下的水，吸收這股熱能而變輕，上升後回到地表。尤其在火山活動活躍的地區，地下較淺處的岩漿庫成為強力熱源，因而更容易形成高溫溫泉。
與其說溫泉是地球的禮物，不如說它就是地球本身的體溫。
是46億年來，熱度從未冷卻的證據。
另一方面，地表淺層受太陽的影響，比地球內部的熱更明顯。這個世界的故事，在 井水或湧泉，為什麼夏天覺得涼、冬天覺得溫？ 中有詳細介紹。
想知道更多 ― 用語、數值與教科書的關聯從國中理科到研究中的話題，皆明確標示程度等級
- 國中國中理科課程範圍
- 高中高中「地學基礎」課程範圍
- 高中＋高中「地學」，或教科書中發展、專欄性質的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目（地球熱學）的內容
- 研究連大學都不當作「定論」教授、目前研究者仍在探究中的話題
國中用語：與溫泉相關的詞彙
- 地溫梯度：越往地下深處，溫度上升的比率。
- 岩漿庫：地下較淺處，熔融岩石的聚集處。
- 放射性物質：原子核破壞（衰變）時，會釋放能量（熱）的物質。
高中用公式驗證：地下水在多深處會變得多熱
利用地溫梯度，來計算地下水到達某個深度時，會達到多高的溫度。
地下溫度 ＝ 地表溫度 ＋ 地溫梯度 × 深度
| 地表溫度 | 此處以15℃作為範例 |
| 地溫梯度 | 一般代表性數值約為每1km升高30℃左右 |
| 深度 | 單位為km |
此數值是沒有火山活動、一般地區的參考值。在火山地帶，梯度可能是這個數值的好幾倍。
| 深度1km的溫度上升量 | 30 × 1 ＝ 30 |
| 深度1km的溫度 | 15 ＋ 30 ＝ 45 |
| 深度1km的溫度 | 約 45℃ |
| 深度2km的溫度上升量 | 30 × 2 ＝ 60 |
| 深度2km的溫度 | 15 ＋ 60 ＝ 75 |
| 深度2km的溫度 | 約 75℃ |
光靠沒有火山影響、極為平均的地溫梯度，就足以解釋許多溫泉在深度1〜2km地下水循環下所呈現的溫度。在火山地帶，就算深度更淺，也被認為能達到相近甚至更高的溫度。
※ 地溫梯度與地表溫度因地區而異，此處計算僅為代表性參考值。實際溫泉水溫，還會受湧出路徑、地質構造等其他因素影響。
高中＋地球的熱源大致分為兩種
地球內部熱能的來源，有時會分成「原始熱」與「放射性熱」兩大類來說明。原始熱，是地球誕生時，微行星碰撞能量等所留下來的熱。放射性熱，則是鈾、釷、鉀等放射性同位素，在地球歷史中持續衰變所產生的熱。兩者各占多少比例，不同研究的估計值有所差異。
大學熱水系統的概念
在地球科學中，地下水從熱源吸收熱能、循環後回到地表的一整套系統，稱為熱水系統（hydrothermal system）。在熱水系統中，水不只是單純被加熱，還會在上升過程中溶解周圍岩石的各種礦物成分，一般認為這正是不同溫泉會有不同顏色、氣味與功效成分差異的原因。
研究目前尚未釐清的事
- 火山地帶地下深處熱水系統的詳細結構與水流路徑，由於難以直接觀測，目前仍持續透過結合地震波、地磁觀測等方式，進行間接推估。
- 也有研究在進行透過監測熱水系統的狀態變化，及早掌握火山噴發徵兆。有人指出溫泉或地下水的溫度、成分變化，可能與火山活動的變化有關，但要建立確實可靠的預測方法，仍存在課題。
- 即使在非火山地帶，以人工方式取出地下熱能用於發電等用途的技術（乾熱岩發電、EGS等）也在持續研發中。這是一種不依賴天然地下水循環、以人工方式送水取熱的方法，但據稱實際應用上仍有技術課題待克服。
在我們身邊的溫泉背後，其實延伸著地球內部熱能這個至今仍在研究中的宏大主題。
與教科書的關聯（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文段落 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・大地的變化 | 地溫梯度、岩漿庫的基本用語 |
| 高中 | 地學基礎・地球的內部構造 | 由地溫梯度推算地下水溫度的計算 |
| 高中＋ | 地學・地球的熱收支 | 原始熱與放射性熱的比例構成 |
| 大學 | 地球熱學・地球化學 | 熱水系統的機制與溫泉成分的來源 |
| 研究 | 火山學・地熱工程學（研究中） | 透過監測熱水系統預測噴發、乾熱岩發電 |
- 気象庁（日本氣象廳）「日本の火山活動」相關解說資料。
- 地學基礎教科書中，關於地球內部熱源與地溫梯度的解說。
- 環境省（日本環境省）「温泉の科学」大眾向解說資料。
- 地球熱學相關教科書中，關於熱水系統機制的解說。
- 地熱工程領域中，關於乾熱岩發電（EGS）的研究回顧。
※ 地溫梯度、地表溫度等數值僅為代表性參考值，因地區而有很大差異。
※本文為大眾科學解說。關於溫泉泉質、功效與使用注意事項，請以各溫泉設施的標示，或環境省等公家機關的資訊為準。有關火山活動的最新資訊，請以氣象廳的公告為準。