古冰芯铅污染或可追踪国家兴衰

在中世纪，英格兰峰顶地区Peveril城堡周围风景如画的地区是一个铅矿开采中心和“工业景观”。照片来源:Robjem/iStock

在英国的山顶区，风景如画的卡斯尔顿村位于石灰岩露头的脚下，顶部是一座中世纪城堡。今天，徒步旅行者蜂拥而至欣赏这一地区的自然美景，这是英国第一个国家公园的所在地。但是800年前，废弃地和树木繁茂的峡谷“被有毒的铅污染所覆盖”，诺丁汉大学的考古学家克里斯·洛夫洛克说。"城堡附近的皇家狩猎森林是工业景观."

据《科学》杂志报道，农民在这里开采和冶炼了如此多的铅，以至于在他们的身体里留下了有毒的痕迹。风把1500公里外的铅尘吹到了瑞士阿尔卑斯山的冰川上。洛夫拉克和他的同事说，冰川保存了中世纪铅生产的详细记录，特别是当使用一种新的方法进行分析时，他们可以追踪沉积数周甚至数天。

铅可以追踪银的产量，因为它们经常在同一矿石中被发现。研究小组发现，广泛的铅污染是中世纪英国经济的敏感晴雨表。正如他们在本周《古代史》发表的一份研究报告中所说，当国王*、铸造银币、建造教堂和城堡时，冰川中的铅含量飙升。当瘟疫、战争或其他危机减缓采矿速度，空气变得清新时，冰川中的铅含量就会急剧下降。莱斯特大学的历史学家乔安娜·斯托里没有参与这项研究，她说:“这很不寻常——铅的使用与国王的更替有关。”

去年的一项研究表明，大部分铅污染来自德国煤矿。最近，科学家在欧洲的北极冰芯和湖泊沉积物中发现了令人震惊的中世纪铅沉积峰。新的研究指向英国。

奥诺市缅因大学的冰川学家保罗·马耶夫斯基和他的团队与洛夫洛克和哈佛大学的历史学家合作，分析了2013年在瑞士阿尔卑斯山的科勒格尼费蒂冰川钻探的冰芯的线索。这个72米长的冰芯保护沉积物免受污染、火山爆发和撒哈拉沙尘暴的侵袭已经超过2000年了。为了以尽可能高的分辨率解释记录，研究小组用激光沿着冰芯的长度切割了120微米的冰薄片，每一片都只代表几天或几周的降雪量。他们分析了每米冰芯大约50，000个样本中的12种元素，包括铅。

冰芯数据显示，从公元1170年到1219年，铅含量急剧上升。“这是现代化之前最高的铅污染水平，”哈佛大学和布鲁克林长岛大学的历史学家亚历山大·莫尔说。铅的含量相当于1890年工业革命高峰的记录。

为了找到中世纪高铅含量的来源，研究小组模拟了污染是如何通过欧洲气流传播的。该模型显示，在夏季，携带铅的风从西北(即英国)吹向冰川。春秋两季之间的夏季也是农民在矿区最铅的高峰期。"在卡斯尔顿，岩石被打碎，矿石被熔化，铅被收集并运送到阿尔卑斯山西部。"印第安纳大学布鲁明顿分校的历史学家安·卡迈克尔说。

洛夫拉克通过对英国管卷的研究证实了这一模型，管卷是历史卷轴，记录了矿工为铅运输支付的年度税款。在2018年哈佛大学的一次研讨会上，地球科学家和历史学家发现，它们可以与瑞士冰芯的铅污染、缴纳的税款以及英国历史上的事件相提并论。例如，当梅厄夫斯基在1170年的图表上显示铅污染急剧下降时，洛夫洛克和哈佛大学历史学家迈克尔·麦考密克立即知道了原因。1170年，亨利二世的刺客杀死了坎特伯雷大主教。洛夫洛克说，亨利被逐出教会，“没有人纳税”，采矿也停止了。

哥伦布俄亥俄州立大学的地球化学家保罗·加布里耶利警告说，其他国家的矿藏也可能导致冰芯中铅含量的激增。沙漠研究所的雪人乔·麦康奈尔质疑这项新研究的准确性。他指出，瑞士冰川上的大部分积雪都被吹走了，在冰层上留下了不完整的记录。

解决这一争议的一个方法是检查采矿记录。麦考密克说，对银和铅的开采在杰罗姆的哈兹山达到了顶峰。研究人员还可以研究英国和德国矿井中的铅是否具有独特的同位素特征。如果是这样，冰芯记录中的同位素可以确定哪个区域污染最严重。与此同时，其他团队正在分析阿尔卑斯山其他地方冰芯的铅峰。"我们必须在所有这些冰川融化之前尽快完成这项工作。"卡迈克尔说。