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• Sr isotopic ratios of hydrothermal fluids from the Okinawa Trough and the implications of variation in fluid–sediment interactions

  Tomohiro Toki, Tasuku Nohara, Yoshiaki Urata, Ryuichi Shinjo, Shuko Hokakubo-Watanabe, Jun-ichiro Ishibashi, and Shinsuke Kawagucci (担当範囲: 研究全般)

  Progress in Earth and Planetary Science ( Springer Nature )  9 ( 1 ) 59   2022年11月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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  沖縄トラフにおける海底熱水中のSr同位体比を比較すると，海水の混入を補正しても，海水よりもはるかに高い同位体比を示すことがわかった。このことから，海水よりもはるかに高い固体と反応していることが示唆され，沖縄トラフに供給されている大陸地殻を起源とする粘土鉱物と反応していることが示唆された。こういった高いSr同位体比は，堆積物が被覆している海底熱水系で見られる共通の特徴であると言える。

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• Assessing the activity of mud volcanism using boron isotope ratios in pore water from surface sediments of mud volcanoes off Tanegashima (SW Japan)

  Mitsutome, Y; Agena, K; Toki, T; Song, KH; Shinjo, R; Ijiri, A

  FRONTIERS IN MARINE SCIENCE ( Frontiers in Marine Science )  10   2023年09月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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  Mud volcanoes can cause various geohazards, so it is very important to know their activity level and their distribution. Surface sediments were collected from four submarine mud volcanoes (MVs) off Tanegashima (SW Japan), namely, MV1, MV2, MV3, and MV14. We extracted pore water from the surface sediments and investigated its chemical and isotopic compositions. The sodium (Na) and chloride (Cl^-) concentrations decreased and the boron (B) and lithium (Li) concentrations increased with increasing depth, suggesting that some fluids with lower Na and Cl^- concentrations and higher B and Li concentrations than seawater were supplied upward from the deep sub-seafloor. The fluid advection velocities estimated from the pore-water profiles differed for each MV, and those of MV3 were the fastest (14 cm/yr) in this study. The estimated equilibrium temperature with clay minerals using Na and Li concentrations were 93-134°C, corresponding to the temperature of environments around 3.7 to 5.3 km below the seafloor. This indicates that these components originated from these depths and that the origin depth did not reach the plate boundary in this area. The B isotope ratio in the pore water was extremely high up to +57 ‰, suggesting that it was strongly affected by adsorption onto the surface of the sediments. A higher B isotope ratio (+57 ‰) was detected in MV3, which was considered to be more active, indicating that more B was adsorbed onto clay minerals supplied from deeper depths.

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• Origins of sediments and fluids in submarine mud volcanoes off Tanegashima Island, northern Ryukyu Trench, Japan

  Ijiri, A, Setoguchi, R, Mitsutome, Y, Toki, T, Murayama, M, Hagino, K, Hamada, Y, Yamagata, T, Matsuzaki, H, Tanikawa, W, Tadai, O, Kitada, K, Hoshino, T, Noguchi, T, Ashi, J, Inagaki, F

  Front. Earth Sci. ( Frontiers in Earth Science )  11   2023年06月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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  Mud volcanoes are topographic features through which over-pressurized sediments are intruded upward and erupted, transporting fluids and sediments from the deep subsurface to the surface/seafloor. To understand material and biogeochemical cycling through mud volcanoes, we investigated the origins of sediments and fluids erupted by four submarine mud volcanoes off Tanegashima Island, along the northern Ryukyu Trench: MV#1–3 and MV#14. We estimated the ages of the source sequences of the mud volcano sediments to be middle to late Miocene based on nannofossils and ¹⁰Be ages. The sediments were characteristically enriched in illite. The similar mineral compositions and vitrinite reflectance values (0.42%–0.45%) of sediments erupted by the mud volcanoes strongly suggest that each is rooted in the same source sequence. Pore waters had Cl⁻ concentrations ∼40% that of seawater and were proportionally enriched in ¹⁸O and depleted in D, indicating the addition of freshwater from the dehydration of clay minerals. However, the smectite and illite contents (<40%) in the clay size fraction ruled out in situ smectite dewatering as the cause of the pore water Cl⁻ dilution. Thus, fluids derived from clay dewatering must have originated from deeper than the source sequence of the mud volcano sediments. Vertical Cl⁻ profiles indicate that the upward fluid advection rate and eruption frequency decrease from MV#3 to MV#2, MV#1, and MV#14 (MV#14 being dormant). At the active mud volcanoes, the C₁/C₂ ratios (<100) and methane δ¹³C values (−56‰ to −42‰) indicate that hydrocarbon gases are mostly derived from the thermal decomposition of organic matter in deep sediments where the in situ temperature exceeds 80°C. At the dormant MV#14, high C₁/C₂ ratios (700–4,000) and low methane δ¹³C values (ca. −75‰) suggest the limited supply of thermogenic methane and the subsequent shallow methanogenesis. Because vitrinite reflectance values indicate that the source sediments are too immature to produce thermogenic hydrocarbons, the hydrocarbon gases, like the fluids derived from clay dewatering, were probably supplied from deeper than the source strata. The supply of deep fluids into the source sequence might be a universal phenomenon in subduction zones, and may play an important role in mud volcanism and associated biogeochemical cycling.

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• Estimation of the depth of origin of fluids using noble gases in the surface sediments of submarine mud volcanoes off Tanegashima Island.

  Mitsutome Y, Toki T, Kagoshima T, Sano Y, Tomonaga Y, Ijiri A

  Scientific reports ( Scientific Reports )  13 ( 1 ) 5051 - 5051   2023年04月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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  The helium isotope ratio (3He/4He), concentration ratio of neon-20 to helium-4 (20Ne/4He), argon (Ar), krypton (Kr), and xenon (Xe) concentrations were measured in the porewater of surface sediments of several submarine mud volcanoes. From the 3He/4He values (0.18-0.93RA), the estimated He origin is almost 90% crustal He, with little contribution from mantle-derived He. The determined Ar, Kr, and Xe concentrations lie within the solubility equilibrium range expected for temperatures from 83 °C up to 230 °C and are consistent with the temperature range of the dehydration origin of clay minerals. Considering the geothermal gradient in the investigated region (25 °C/km), these gases are considered to have reached dissolution equilibrium at a depth of about 3.3 km to 9.2 km below the seafloor. As the depth of the plate boundary is 18 km below the seafloor, the noble gas signatures are likely to originate from the crust, not from the plate boundary. This is consistent with the results presented by the He isotope ratios.

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    PubMed

• Development and Application of an Environmental Education Tool (Board Game) for Teaching Integrated Resource Management of the Water Cycle on Coral Reef Islands

  Shimabukuro M.

  Sustainability (Switzerland) ( Sustainability (Switzerland) )  14 ( 24 ) 16562 - 16562   2022年12月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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  To solve resource issues on coral reef islands, an understanding of the water cycle is essential. Water resource management is intricately linked to diverse occupational industries and coral reef ecosystems on these islands. To effectively promote sustainable natural resource management, we developed a board game as an environmental education and communication tool for school students and people of all ages. The concept of the game is that “clean water will always be available if it is used properly”. The board game was designed based on an island with an underground freshwater lens as its main water resource. Role-playing was used to enhance islander livelihoods such as with vegetable and livestock farming, fishing, and tourism. Players, while working collaboratively, have to use the island’s groundwater adequately and conserve it for future generations. The game was developed through a transdisciplinary process in collaboration with scientists, administrative officers, civic groups, and students. Additionally, the board game was tested in diverse communities. In this study, we elaborated on the board game after it was played by students at an elementary school on Tarama Island. We observed that participants learned that cooperation is important for the sustainable use of water resources. Moreover, the participants proposed two methods for cooperation: joint discussion and ‘assembly decisions’. The board game has the potential to be used as an effective environmental education tool to promote sustainable water resource management on coral reef islands.

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著書 【 表示 ／ 非表示 】

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• 海底熱水鉱床調査技術プロトコル : 戦略的イノベーション創造プログラム : SIP『次世代海洋資源調査技術』 (海のジパング計画)

  石橋　純一郎, 正木　裕香, 岡村　慶, 野口　拓郎, 土岐　知弘, 新城　竜一 ( 担当: 共著 , 担当範囲: 地質調査で採取された堆積物試料中の間隙水の地球化学的解析 )

  国立研究開発法人海洋研究開発機構次世代海洋資源調査技術研究開発プロジェクトチーム  2018年11月 ( ページ数: 59 ,  担当ページ: p.52 )

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  海底熱水鉱床近傍の掘削試料中の間隙水中に溶けているホウ素のホウ素同位体比を測定することによって，熱水の流れに関する情報を得ることができた。このことから，海底熱水鉱床の形成メカニズムを明らかにする上で，間隙水中のホウ素同位体比を調べることが一つの強力な地球化学的なツールになることが示された。

• 琉球列島の自然講座 サンゴ礁・島の生き物たち・自然環境

  土岐 知弘 ( 担当: 単著 , 担当範囲: 海底熱水研究なう＠沖縄トラフ )

  ボーダーインク  2015年03月 ( ページ数: 207 ,  担当ページ: p.160-161 )

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  沖縄トラフにおける海底熱水研究の最新トピックをわかりやすく紹介した。

• Nature in the Ryukyu Archipelago

  Tomohiro Toki ( 担当: 単著 , 担当範囲: When do you research hydrothermal systems? Now! )

  Change and Coral Reef/Island Dynamics Faculty of Science, University of the Ryukyus  2015年 ( ページ数: 154 ,  担当ページ: p.120-121 )

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  沖縄トラフの海底熱水研究の最新トピックをわかりやすく英語で紹介。

• 潜水調査船が観た深海生物ー深海生物研究の現在

  石橋　純一郎, 土岐　知弘 ( 担当: 共著 , 担当範囲: 分担執筆 )

  東海大学出版会  2008年02月 ( ページ数: 487 ,  担当ページ: p.10-22 )

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  冷湧水の化学組成に関する研究のレビューを行った。

• 先端の分析法: 理工学からナノ・バイオまで

  佐野　有司, 土岐　知弘 ( 担当: 共著 , 担当範囲: 気体成分 )

  エヌ・ティー・エス  2004年12月 ( ページ数: 1000 )

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  気体成分のサンプリング方法から各種分析方法までを詳しく説明した。

MISC（その他業績・査読無し論文等） 【 表示 ／ 非表示 】

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• 泥火山研究における地球化学の役割と課題

  土岐 知弘

  琉球大学理学部紀要 ( 琉球大学理学部 )  ( 108 ) 1 - 26   2020年03月

   

• 沖縄トラフ海底熱水系研究30年史

  土岐 知弘

  月刊海洋号外（海洋システムの謎に挑む化学 : 蒲生俊敬教授退職記念号 : 総特集） ( 海洋出版 )  61   174 - 179   2018年05月

   

• 地質調査で採取された堆積物試料中の間隙水の地球化学的解析

  石橋純一郎, 正木裕香, 岡村慶, 野口拓郎, 土岐知弘, 新城竜一

  SIP 『次世代海洋資源調査技術』（海のジパング計画） 海底熱水鉱床の調査技術プロトコル     2017年

   

• バガスの熱分解時発生気体の捕集実験

  伊藤 涼, 仲宗根 桂子, 土岐 知弘

  琉球大学理学部紀要 ( 琉球大学理学部 )  ( 102 ) 1 - 11   2016年09月

   

• 屋我地島沿岸海底のメタン湧出域から採取したバクテリアマットの微生物群集構造

  土岐　知弘, 平山　仙子, 大嶋　将吾

  琉球大学理学部紀要 ( 琉球大学理学部 )  ( 100 ) 5 - 12   2015年09月

   

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研究発表等の成果普及活動 【 表示 ／ 非表示 】

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• 海洋底拡大前夜の背弧海盆の中軸部は冷たいのか熱いのか？沖縄トラフ南部での科学掘削に向けた検討

  大坪 誠, 新井 隆太, 土岐 知弘, 木下 正高, 三澤 文慶, 大橋 聖和, 久保田 好美, 宮川 歩夢, 池上 郁彦, Christine Regalla, Chih-Chieh Su

  日本地質学会学術大会講演要旨  2022年  -  2022年   

  CiNii Research

• 日向灘沖における九州パラオ海嶺沈み込みの影響評価 KS-21-18 航海序報告

  木下 正高, 橋本 善孝, 瀬戸口 亮眞, 濱田 洋平, 金松 敏也, 土岐 知弘, 満留 由来, 鹿児島 渉悟, KS-21-18 航海乗船者一同

  海と地球のシンポジウム 科学のフロンティア×研究船  (東京大学 伊藤謝恩ホール＋オンライン)  2021年12月  -  2021年12月   

• 沖縄トラフ南部，背弧拡大プロセスの解明に向けて：KH-21-3 Leg 1

  大坪 誠, 久保田 好美, 三澤 文慶, 木下 正高, 新井 隆太, 土岐 知弘, KH-21-3乗船研究者一同

  海と地球のシンポジウム 2021 科学のフロンティア×研究船  (東京大学 伊藤謝恩ホール＋オンライン)  2021年12月  -  2021年12月   

• The roots of helium in surface sediments of submarine mud volcanoes off Tanegashima

  Yuki Mitsutome, Tomohiro Toki, Takanori Kagoshima, Naoto Takahata, Yuji Sano, Yama Tomonaga, Akira Ijiri

  AGU Fall Meeting 2021  (New Orleans, LA & Online Everywhere)  2021年12月  -  2021年12月   

• Roots and reservoir of venting fluid at Taketomi submarine hot spring

  Tomohiro Toki, Ryuichi Shinjo, Yuki Mitsutome, Syogo Oushima, Harue Masuda, Akira Ijiri, Shinji Nakaya

  AGU Fall Meeting 2021  (New Orleans, LA & Online Everywhere)  2021年12月  -  2021年12月   

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学術関係受賞 【 表示 ／ 非表示 】

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• 第24回しんかいシンポジウムポスター発表賞

  2008年03月14日   海洋研究開発機構  

  受賞者: その他の受賞者

科研費獲得情報 【 表示 ／ 非表示 】

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• 海底泥火山活動を介した地下深部生命、炭素の海洋への拡散・循環モデルの構築

  基盤研究(B)

  課題番号: 20H04315

  研究期間: 2020年04月  -  2023年03月 

  代表者: 井尻 暁, 星野 辰彦, 乙坂 重嘉, 村山 雅史, 土岐 知弘, 野口 拓郎 

  直接経費: 13,500,000（円）  間接経費: 17,550,000（円）  金額合計: 4,050,000（円）

• 海底泥火山活動を介した地下深部生命、炭素の海洋への拡散・循環モデルの構築

  基盤研究(B)

  課題番号: 20H04315

  研究期間: 2020年04月  -  2023年03月 

  代表者: 井尻 暁, 星野 辰彦, 乙坂 重嘉, 村山 雅史, 土岐 知弘, 野口 拓郎 

  直接経費: 13,500,000（円）  間接経費: 17,550,000（円）  金額合計: 4,050,000（円）

• 海溝近傍での海洋プレート変形に伴う水・熱の流動過程とその沈み込み帯への影響の解明

  基盤研究(A)

  課題番号: 18H03733

  研究期間: 2018年04月  -  2022年03月 

  代表者: 山野 誠, 朴 進午, 佐野 有司, 平野 直人, 片山 郁夫, 土岐 知弘, 笠谷 貴史, 川田 佳史 

  直接経費: 34,200,000（円）  間接経費: 44,460,000（円）  金額合計: 10,260,000（円）

  　概要を見る

  １．2019年7月の新青丸KS-19-13航海により、日本海溝アウターライズ上のプチスポット火山分布域で、高密度の熱流量測定を行った。火山による海丘に伴う局所的な熱流量異常が観測され、山体を通る活発な流体循環が起きていることが明らかになった。また熱流量測定の結果を参照して、堆積物・間隙水・海底直上水の試料採取を行った。得られた試料を分析し、ヘリウム同位体比、塩化物イオンやホウ素の濃度など、流体循環の経路の推定に有用なデータを取得した。 ２．太平洋プレートに水が入り込むことによる比抵抗構造の変化を調べるため、上記のKS-19-13航海により、岩手沖日本海溝海側の海溝軸に直交する測線に沿って、海底電位磁力計4台を設置した。宮城沖日本海溝を横切る測線における反射法地震探査データの再解析を行い、海底面からマントル最上部に達する大規模正断層や、プチスポット火山の構造の詳細なイメージングに成功した。 ３．小笠原・マリアナ海溝海側のプチスポット火山について調べ、日本海溝のものと同様の過程で形成されたと推定した。日本海溝海域のプチスポット火山のマグマ同位体組成から、海溝近傍の太平洋プレート下アセノスフェアの化学組成を明らかにした。 ４．オマーンオフィオライトの掘削で得られた岩石試料の弾性波速度を測定し、海洋底下の地震波速度構造と対比することにより、海洋地殻中に発達する空隙の形状や分布を推定した。 ５．プレートの屈曲で海洋地殻が破砕され、透水率が増して流体循環が発達する過程について、流体と熱の流れの数値モデル計算を行った。日本海溝と千島海溝の海側における熱流量分布の違いは、透水率構造の差により説明可能であることが示された。 ６．熱流量測定に使用する温度センサプローブについて、水中コネクタ・ケーブルを介して計測を行うことによる誤差を排除するため、プローブに計測回路を組み込む方式の開発を行った。

• 海溝近傍での海洋プレート変形に伴う水・熱の流動過程とその沈み込み帯への影響の解明

  基盤研究(A)

  課題番号: 18H03733

  研究期間: 2018年04月  -  2022年03月 

  代表者: 山野 誠, 朴 進午, 佐野 有司, 平野 直人, 片山 郁夫, 土岐 知弘, 笠谷 貴史, 川田 佳史 

  直接経費: 34,200,000（円）  間接経費: 44,460,000（円）  金額合計: 10,260,000（円）

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  １．2019年7月の新青丸KS-19-13航海により、日本海溝アウターライズ上のプチスポット火山分布域で、高密度の熱流量測定を行った。火山による海丘に伴う局所的な熱流量異常が観測され、山体を通る活発な流体循環が起きていることが明らかになった。また熱流量測定の結果を参照して、堆積物・間隙水・海底直上水の試料採取を行った。得られた試料を分析し、ヘリウム同位体比、塩化物イオンやホウ素の濃度など、流体循環の経路の推定に有用なデータを取得した。 ２．太平洋プレートに水が入り込むことによる比抵抗構造の変化を調べるため、上記のKS-19-13航海により、岩手沖日本海溝海側の海溝軸に直交する測線に沿って、海底電位磁力計4台を設置した。宮城沖日本海溝を横切る測線における反射法地震探査データの再解析を行い、海底面からマントル最上部に達する大規模正断層や、プチスポット火山の構造の詳細なイメージングに成功した。 ３．小笠原・マリアナ海溝海側のプチスポット火山について調べ、日本海溝のものと同様の過程で形成されたと推定した。日本海溝海域のプチスポット火山のマグマ同位体組成から、海溝近傍の太平洋プレート下アセノスフェアの化学組成を明らかにした。 ４．オマーンオフィオライトの掘削で得られた岩石試料の弾性波速度を測定し、海洋底下の地震波速度構造と対比することにより、海洋地殻中に発達する空隙の形状や分布を推定した。 ５．プレートの屈曲で海洋地殻が破砕され、透水率が増して流体循環が発達する過程について、流体と熱の流れの数値モデル計算を行った。日本海溝と千島海溝の海側における熱流量分布の違いは、透水率構造の差により説明可能であることが示された。 ６．熱流量測定に使用する温度センサプローブについて、水中コネクタ・ケーブルを介して計測を行うことによる誤差を排除するため、プローブに計測回路を組み込む方式の開発を行った。

• 海底熱水系における高濃度CO2及び高温・高圧環境を利用した高効率メタノール合成

  挑戦的萌芽研究

  課題番号: 15K13603

  研究期間: 2015年04月  -  2018年03月 

  代表者: 土岐 知弘 

  直接経費: 2,900,000（円）  間接経費: 3,770,000（円）  金額合計: 870,000（円）

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その他研究費獲得情報 【 表示 ／ 非表示 】

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• 陸と海をつなぐ水循環を軸としたマルチリソースの順応的ガバナンス： サンゴ礁島嶼系での展開

  研究費種類: 公的研究費（省庁・独法・大学等）  参画方法: 研究分担者

  研究種別: その他  事業名: 実践プロジェクト

  研究期間: 2019年04月  -  2027年03月 

  資金配分機関: 総合地球環境学研究所

• 堆積物に埋積した黒鉱様海底熱水鉱床の探査技術の開発

  研究費種類: 財団・社団法人等の民間助成金  参画方法: その他

  研究種別: 受託研究  事業名: -

  研究期間: 2009年09月  -  2010年03月 

  代表者: 土岐　知弘  資金配分機関: 国立大学法人岡山大学 学長　千葉　喬三

  直接経費: 5,926,240（円）  間接経費: 1,777,872（円）  金額合計: 7,704,112（円）

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