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Traces in the ice

Lead pollution in Arctic ice shows economic impact of wars, plagues, famines from Middle Ages to present
A member of DRI’s ice core research team extracts an ice core from the Greenland Ice Sheet.
A member of DRI’s ice core research team extracts an ice core from the Greenland Ice Sheet. (Photo: Alfred-Wegener-Institut)

How did events like the Black Death plague impact the economy of Medieval Europe? Particles of lead trapped deep in Arctic ice can tell us: Commercial and industrial processes have emitted lead into the atmosphere for thousands of years, from the mining and smelting of silver ores to make currency for ancient Rome to the burning of fossil fuels today. This lead pollution travels on wind currents through the atmosphere, eventually settling on places like the ice sheet in Greenland and other parts of the Arctic. Scientists from the Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research, have studied these lead contaminants using ice cores in a study published in the journal “Proceedings of the National Academy of Sciences”.

Aufgrund der Verbindung von Blei mit Edelmetallen wie Silber und der Tatsache, dass die natürlichen Bleigehalte in der Umwelt sehr niedrig sind, haben die Wissenschaftler herausgefunden, dass Bleivorkommen in Schichten des arktischen Eises ein empfindlicher Indikator für die gesamtwirtschaftliche Aktivität im Laufe der Geschichte sind. 

Die Forscher verwendeten dafür dreizehn arktische Eisbohrkerne aus Grönland und der russischen Arktis, um die Bleiemissionen von 500 bis 2010 n. Chr. zu messen, zu datieren und zu analysieren. Diese Spanne bildet die Zeit vom Mittelalter, über die Neuzeit, bis hin zur Gegenwart ab.

"Wir haben unsere früheren Aufzeichnungen über das Mittelalter und die Neuzeit bis in die Gegenwart verlängert", erklärte Joe McConnell, Ph.D., leitender Autor der Studie und Direktor des Desert Research Institute (DRI)-Labors für Ultra-Trace-Eiskernchemie in Reno, Nevada. „Diese neue Studie hat gezeigt, dass die Bleiverunreinigung vor der industriellen Revolution in einem großen Teil der Arktis weit verbreitet und überraschend ähnlich war und zweifellos das Ergebnis der europäischen Emissionen ist.“

Das Forscherteam stellte fest, dass der Anstieg der Bleikonzentration in den Eiskernen eng mit den Expansionsperioden in Europa, dem Aufkommen neuer Technologien und dem wirtschaftlichen Wohlstand zusammenhängt. Der Bleiabbau ging hingegen mit Klimastörungen, Kriegen, Pest und Hungersnöten einher.

„Ein anhaltender Anstieg der Bleiverunreinigungen im Früh- und Hochmittelalter (um 800 bis 1300 n. Chr.) deutet beispielsweise auf ein weit verbreitetes Wirtschaftswachstum hin, insbesondere in Mitteleuropa, als neue Abbaugebiete in Orten wie dem deutschen Harz und dem Erzgebirge entdeckt wurden.“ Bemerkte McConnell. "Die Bleiverunreinigung in den Eisbohrkernen nahm im Spätmittelalter und in der frühen Neuzeit (um 1300 bis 1680) ab, als die Pest diese Regionen verwüstete, was darauf hinweist, dass die Wirtschaftstätigkeit ins Stocken geriet."

Selbst mit Höhen und Tiefen im Laufe der Zeit aufgrund von Ereignissen wie Seuchen zeigt die Studie, dass die Bleiverschmutzung in der Arktis in den letzten 1500 Jahren exponentiell zugenommen hat.

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A member of DRI’s ice core research team extracts an ice core from the Greenland Ice Sheet.
A member of DRI’s ice core research team extracts an ice core from the Greenland Ice Sheet. (Photo: Alfred-Wegener-Institut)
Joe McConnell, Ph.D, the study’s lead author, and Nathan Chellman, a doctoral student at DRI and coauthor on the study, examine an ice core in DRI’s Ultra-Trace Ice Core Chemistry Laboratory in Reno, Nevada.
Joe McConnell, Ph.D, the study’s lead author, and Nathan Chellman, a doctoral student at DRI and coauthor on the study, examine an ice core in DRI’s Ultra-Trace Ice Core Chemistry Laboratory in Reno, Nevada. (Photo: Alfred-Wegener-Institut)
Lead pollution found in 13 ice cores from three different regions of the Arctic (North Greenland, South Greenland, and the Russian Arctic) from 200 BCE to 2010 CE. Increases in lead deposition coincided with times of economic prosperity, such as the Industrial Revolution in the mid-19th century. Dramatic declines in lead pollution followed crises such as the Black Death Plague Pandemic starting about 1347 CE, as well as pollution abatement policies such as the 1970 U.S. Clean Air Act.
Lead pollution found in 13 ice cores from three different regions of the Arctic (North Greenland, South Greenland, and the Russian Arctic) from 200 BCE to 2010 CE. Increases in lead deposition coincided with times of economic prosperity, such as the Industrial Revolutio... (Photo: Alfred-Wegener-Institut)
Locations of the 13 Arctic ice-core drilling sites, as well as ancient and medieval lead/silver mines throughout Europe. Atmospheric modeling shows the impact of emissions from different regions on pollution recorded in the Arctic ice cores. The Russian Arctic, for example, is relatively more sensitive to emissions from mines in eastern Europe, while North Greenland is relatively more sensitive to emissions from western Europe.
Locations of the 13 Arctic ice-core drilling sites, as well as ancient and medieval lead/silver mines throughout Europe. Atmospheric modeling shows the impact of emissions from different regions on pollution recorded in the Arctic ice cores. The Russian Arctic, for exam... (Photo: Alfred-Wegener-Institut)