My Research
大気中の二酸化炭素濃度の変動要因を探る
地球の気候は、寒い氷期と暖かい間氷期を１０万年サイクルで繰り返してきました。人類の文明は１万年ほど前に始まった直近の間氷期の間に急速に発展し、今では地球環境そのものに大きな影響を与えていると言われるようになりました。しかし、わずか2万年ほど前、地球の気候は氷期の真っ只中であり、現在とは大きく異なる環境下にありました。そして今日のように高度に発達した文明は、氷期の地球環境、あるいは現在よりもさらに温暖化した地球環境を経験したことはありません。果たして私たち人類が異なる地球環境下で現在のような文明の規模を維持することができるのか？あるいはどのようにしたら持続的な発展が可能なのか？その答えを知るためには、過去の気候と地球環境を知り、どのように気候変動が起こるのかを知る必要があります。
氷期と間氷期の10万年サイクルにおいて大気中の二酸化炭素(CO2)濃度の変化は気候変動ととてもよく一致しており、氷期には間氷期に比べて100 ppmほどCO2濃度が低かったことが分かっています。このことからCO2濃度は気候をコントロールする重要な要素であることが分かります。それでは、なぜ大気中のCO2濃度は変化するのか？人類が大量のCO2を排出するようになるずっと前からCO2濃度が変化していた要因は何なのか？CO2はどこから来てどこへ行ってしまったのか？私はこのような謎を解明したいと思い研究を行なっています。
謎に迫るために鍵となるのは海洋です。海水中には目には見えませんが、たくさんのCO2が溶け込んでいます。その量は非常に膨大で、海洋は大気のおよそ50倍のCO2を貯めこむことができると言われています。そのため海洋がCO2を吸ったり吐いたりすることで、大気中のCO2濃度が変化し、その結果、気候が変化すると考えられています。しかし、海洋がどのようにCO2を吸収したのか？海洋中のどこにどれくらいの量のCO2が貯蔵されていたのか？どのように大気中へ再び放出されたのか？など具体的なことは、まだよく分かっていません。私の研究では、このような疑問に答えるため、過去の海洋環境を調べることで、海洋と大気CO2濃度の関係性を明からにすることを目指しています。
過去の情報を記録する微化石
過去の海洋環境を明らかにするために、深海底に堆積した泥の中に含まれる小さなプランクトンの化石（微化石）を利用しています。このようなプランクトンは海の表層で成長し、死後、深海底に降り積もり、泥の中に埋まるまでの間に様々な環境を経ており、その化石を調べることで、彼らが経てきた環境の一部を知ることができます。化石を調べる手法には、化石の種を調べる・化石の形状を測定する・化石の成分を分析する等、様々な手法があります。私は、深海底に堆積した微化石を様々な方法で調べることで、海洋における炭素循環が過去どのように行われていたのかを明らかにするために、次のような研究に取り組んでいます。
- 過去の海洋表層における生物生産力変動の復元
- 浮遊性有孔虫の殻を用いた深層水炭酸イオン濃度復元指標の開発
- 過去の海洋深層における炭素貯蔵量の復元
- 海洋酸性化が海洋の炭酸塩生物の石灰化に与える影響評価
現在のプロジェクト１：深層水による炭素貯留の実態を探る
南大洋太平洋側における深層水の炭素貯留量変動史：氷期炭素レザバーの実態解明
海洋は大気の約50倍の炭素貯蔵容量をもつ自然界で最大の炭素貯留庫（海洋炭素レザバー）です。そのため氷期-間氷期スケールの大気CO2濃度変化は、CO2が海洋深層に貯蔵されることで引き起こされてきたと考えられています。これは大気中のCO2濃度を調整する、とても重要な自然プロセスです。しかし、ひと口に海洋深層に貯蔵されると言っても、どこに・どれくらいの量の炭素が貯蔵されていたのかは分かっていません。この研究を行う、南大洋太平洋側（チリ沖）は世界を代表する大規模な深層水塊（太平洋深層水：PDW, 南極底層水: AABW, 北大西洋深層水: NADW）が結節する海域です。この海域で2019年のIODP Exp 383掘削航海などで得られた、異なる水塊に属する水深別の堆積物コア試料を使って、深層水に貯蔵された炭素量を見積もるために必要な炭酸イオン濃度を復元します。これによって、「間氷期から氷期にかけて徐々に寒くなり大気中のCO2濃度が低くなっていった時代に、どの深層水塊にどれくらいの量の炭素が貯蔵されていたのか？」という問いに答える研究に取り組んでいます。研究に使う試料は堆積物中に保存された浮遊性有孔虫の化石です。有孔虫殻(化石)は深層水の炭酸イオン濃度に応じて溶解や保存されるため、有孔虫殻の溶け具合を測定することで過去の深層水炭酸イオン濃度を復元することが可能です。私たちの研究ではマイクロフォーカスX線CTによる有孔虫殻の３次元計測を殻の溶解強度を定量的に測定するための指標として応用し、世界で初めて実用化してきました。この方法によって大気CO2濃度が変化する時に、深層水に貯蔵された炭素の分布とその変化が、かつてないほど高時間かつ高空間分解能で明らかになると期待されます。
現在のプロジェクト２：地球温暖化の影響を探る
北極海の海洋酸性化が有孔虫殻形成に与える影響の評価
およそ２００年前に始まった産業革命以降、私たちは大量のCO2を大気中に放出し、大気CO2濃度は約1.5倍に増加しました。それによって現在、地球温暖化が進行しています。この影響を特に強く受けるのが北極海です。北極海では大気中のCO2が海水に溶け込むだけではなく、水温の上昇によって海氷が溶けることで塩分が下がり、それによって有孔虫などの炭酸塩生物が殻を作りにくくなる、いわゆる海洋酸性化が懸念されています。有孔虫は地域の生態系を支える餌としても重要ですが、同時に、炭酸塩の生産・輸送・溶解・埋没というプロセスを通じて海洋炭素循環を駆動する重要な生物です。そのような有孔虫が、産業革命以降の人類活動が活発な時代に、殻の性質（サイズや形、密度など）をどのように変化させてきたのかを知ることは、海洋炭素循環に及ぼす影響を理解するために欠かせません。「海洋酸性化は有孔虫にどのような影響を与えるのか？」は現場観測や飼育実験を通して多くの研究がなされています。しかし、その多くが短い時間スケール（最長でも20年間）で殻の性質がどのように変わったのかを調べる研究であり、数十から数百年というリアルな海洋酸性化の影響を解明できる研究とは言えません。そこで、このプロジェクトでは海洋酸性化がすでに進行しているとされる北極海（ボフォート海沿岸）で得られた過去数百年間を高時間分解能かつ連続的に記録した堆積物コア試料を使って、その中に保存された有孔虫化石の物理的性質（サイズ・形状・殻の厚さ・殻の密度）を測ることで、海洋酸性化が有孔虫の殻形成に与える影響をより長い時間スケールで明らかにします。北極海で現在起きていることは、将来、他の海域でも起こりうる現象です。よって、これは地球全体のこれからを占う研究でもあると言えます。
My Publication
•Shinya Iwasaki, Katsunori Kimoto, Michal Kucera, Development of a deep-water carbonate ion concentration proxy based on preservation of planktonic foraminifera shells quantified by X-ray CT scanning, Paleoceanography and Paleoclimatology, https://doi.org/10.1029/2022PA004601, 2023. Journal page
•Shinya Iwasaki, Lester Lembke-Jene, Kana Nagashima, Helge Arz, Naomi Harada, Katsunori Kimoto, Frank Lamy, Evidence for late glacial oceanic carbon redistribution and discharge from the Pacific Southern Ocean, Nature Communications, https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-1199164/v1, 2022. Journal page
•Stergios D. Zarkogiannis, Shinya Iwasaki, James William Buchanan Rae, Matthew W. Schmidt, P. Graham Mortyn, George Kontakiotis, Jennifer E. Hertzberg, Rosalind E. M. Rickaby, Calcification, Dissolution and Test Properties of Modern Planktonic Foraminifera from the Central Atlantic Ocean, Front. Mar. Sci. 9:864801. doi: 10.3389/fmars.2022.864801, 2022. Journal page
•Hiroto Kajita, Yuki Ota, Toshihiro Yoshimura, Daisuke Araoka, Takuya Manaka, Ouyang Ziyu, Shinya Iwasaki, Takuya Yanase, Akihiko Inamura, Etsuo Uchida, Hongbo Zheng, Qing Yang, Ke Wang, Atsushi Suzuki, Hodaka Kawahata, Seasonal and Spatial Variations of Chemical Weathering in the Mekong Basin: From the Headwaters to the Lower Reaches, Aquatic Geochemistry, https://doi.org/10.1007/s10498-020-09374-y, 2020. Journal page
•Shinya Iwasaki, Katsunori Kimoto, Yusuke Okazaki, Minoru Ikehara, X-ray micro-CT scanning of tests of three planktic foraminiferal species to clarify dissolution process and progress, Geochemistry, Geophysics, Geosystems, DOI:10.1029/2019GC008456, 2019. Journal page
•Shinya Iwasaki, Katsunori Kimoto, Osamu Sasaki, Harumasa Kano, Hiroshi Uchida, Sensitivity of planktic foraminiferal test bulk density to ocean acidification, Scientific Reports, https://doi.org/10.1038/s41598-019-46041-x, 2019. Journal page
•Shinya Iwasaki, Atsushi Suzuki, Akira Iguchi, Osamu Sasaki, Harumasa Kano, Yoshikazu Ohno, Koichiro Enomoto, Effect of seawater turbulence on formation of coral primary polyp skeletons, Coral Reefs, 37(3), 939-944, 2018. Journal page
•Shinya Iwasaki, Katsunori Kimoto, Azumi Kuroyanagi, Hodaka Kawahata, Horizontal and vertical distributions of planktic foraminifera in the subarctic Pacific, Marine Micropaleontology, 130, 1-14, 2017. Journal page
•Shinya Iwasaki, Mayuri Inoue, Atsushi Suzuki, Osamu Sasaki, Harumasa Kano, Akira Iguchi, Kazuhiko Sakai, Hodaka Kawahata, The role of symbiotic algae in the formation of the coral polyp skeleton: 3-D morphological study based on X-ray micro-computed tomography, Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 17, doi:10.1002/2016GC006536. 2016. Journal page
•Shinya Iwasaki, Kozo Takahashi, Yoshiyuki Kanematsu, Hirofumi Asahi, Jonaotaro Onodera, A. C. Ravelo, Paleoproductivity and paleoceanography of the last 4.3 Myrs at IODP Expedition 323 Site U1341 in the Bering Sea based on biogenic opal content, Deep Sea Research II, 125–126, 145–154, 2016. Journal page
•Shinya Iwasaki, Katsunori Kimoto, Osamu Sasaki, Harumasa Kano, Makio C. Honda, Yusuke Okazaki, Observation of the dissolution process of Globigerina bulloides tests (planktic foraminifera) by X-ray micro-computed tomography, Paleoceanography, 30, 317–331, 2015. Journal page
•Shinya Iwasaki, Kozo Takahashi, Yusuke Ogawa, Seiichiro Uehara, Christoph Vogt, Alkaline leaching characteristics of biogenic opal in Eocene sediments from the central Arctic Ocean: a case study in the ACEX cores, Journal of Oceanography, Springer, DOI 10.1007/s10872-014-0227-7, 2014. Journal page
•Shinya Iwasaki, Kozo Takahashi, Takuya Maesawa, Tatsuhiko Sakamoto, Saburo Sakai, Koichi Iijima, Paleoceanography of the last 500 kyrs in the central Okhotsk Sea based on geochemistry, Deep-Sea Research II, Elsevier, 61-64, pp. 50-62, 2012. Journal page
Latest News
East Hokkaido sampling trip
07.2023
The sampling trip to the East-Hokkaido area. We drilled peat sediment cores at marsh. The peat sediment of this area records an environmental history of more than 10,000 years. The blue sky, green land, and people eagerly drilling peat only for science... Beautiful!
Jingisukan (BBQ) party
07.2023
The Jingisukan (BBQ) party was held at the beginning of summer. It was my first Jingisukan party "Jin-Pa" in Hokkaido. Good oppotunity to see everybody in our institute.
IODP Exp.383 Post Cruise Meeting
05.2023
The post-cruise meeting was held at the Lamont-Doherty Earth Observatory in New York for three days from 2 May. It was my first visit to this institute, and it was a lovely place surrounded by forest.
Hello, Sapporo!
04.2023
I started my new position at Hokkaido University, Sapporo, JAPAN. You are very welcome to visit me. Let's have a cup of coffee.
Tschüss, Bremen!
03.2023
It was very happy and exciting days for me. See you again soon everybody. And see you soon Bremer Grünkohl. I am missing you!
