Гренландский лёд – ещё одно «окно в прошлое»
Историки и климатологи по достоинству оценили фантастические возможности, которые даёт гренландский лёд в качестве источника данных.
Известная всем «машина времени» рождена фантазией великого Герберта Уэллса и, как полагают сегодняшние физики, в своём буквальном виде («сел, нажал на педаль и поехал в гости к динозаврам») воплощена быть не может. Река времени анизотропна, то есть течёт строго в одном направлении, из прошлого в будущее, и плыть против её течения нам, увы, не дано. (Хотя кто знает, какие открытия принесёт физика пятого тысячелетия. Или седьмого…) Историки, как профессионалы, так и любители, давно с этим смирились и, чтобы хоть как-то заглянуть в давно прошедшие времена, исследуют дошедшие до нас свидетельства о жизни былых эпох, очень разнообразные: архивные документы, монеты, надписи на стенах и саркофагах, найденные археологами древние орудия и погребения. Вся совокупность этих объектов носит общее название исторических источников. Историки ими пользуются с античных времен, как минимум, с эпохи Геродота. Заметим, что все или почти все исторические источники – это артефакты, творения рук человеческих. А можно ли призвать на помощь саму природу – безмолвного, неразумного, но при этом очень внимательного и памятливого свидетеля истории? Можно, если научить её говорить, делиться с нами информацией.
Говорящий углерод
В прошлом, двадцатом, веке прогресс физики, химии и других естественнонаучных дисциплин дал возможность историкам расширить арсенал своих рабочих методов за счёт таких инструментов, которые раньше считались исключительной привилегией точных наук. В классическую гуманитарную область познания вторглись уравнения, логарифмы, математические модели, физические эксперименты. Настоящий переворот в археологии произвело внедрение метода радиоуглеродного датирования. Изучая концентрации радиоактивного изотопа углерода 14С в объектах растительного и животного происхождения (например, в деревянных орудиях и постройках, с которыми имеют дело археологи), можно с довольно высокой (хотя и не абсолютной, до года или даже десятилетия) точностью определить их возраст. Основным ограничением метода служит высокий темп распада радиоуглерода: возраст образцов старше 55 000 лет определить таким способом не удаётся. Кроме того, этот метод, так сказать, действует точечно, фиксируя одну-единственную дату – возраст конкретной кости, кострища, бревна. Сравните это с методом изучения прошлого, известным как дендрохронология, при котором события древних эпох датируются и восстанавливаются по характеристикам годовых колец, образующихся по мере роста дерева (отсюда и название: «дендрон» по-гречески значит дерево). Фиксация природных параметров (например, влажности или температуры) в этом случае происходит непрерывно, так что путём изучения и сопоставления меж собой большой серии спилов можно с определённой уверенностью рисовать кривые климатических изменений в масштабах веков и тысячелетий. Они напоминают кардиограмму или осциллограмму – непрерывную волнистую линию, бегущую по экрану осциллографа.
Рис. 1. Изменение среднегодовой температуры в Алтае-Саянском регионе с VI по XIV век нашей эры по данным дендрохронологии. Синие ромбы отмечают температурные минимумы, красные звездочки – температурные максимумы (из: Михаревич и др., 2020)
Подобные графики можно получить в любых случаях, когда мы исследуем природный объект древнего происхождения, способный «записывать» и хранить сведения о состоянии окружающей среды в отдалённые эпохи. Перечень таких естественных «летописцев» не ограничивается деревьями. Например, пласты осадков, медленно, слой за слоем отлагающиеся на дне крупных озёр, содержат ценную информацию о соотношении изотопов в составе водных масс и микроскопических обитателях этих водоёмов за многие тысячелетия. А эти немые свидетели, если подобрать к ним «ключ», могут поведать немало любопытного.
Каков же интерес к этому у историков, изучающих события не природного, а человеческого мира? Конечно, данные об изменениях климата в прошлые века ценны и для них, так как позволяют (хотя и не напрямую) проверять и уточнять наши представления о протекании исторических событий и их причинах. Давно известно, что климатические флуктуации оказывали заметное влияние на миграции народов в прошлом, возникновение и распад целых царств и империй. Но иногда удаётся и напрямую связать показания «немых свидетелей» с теми или иными процессами, имевшими место в исчезнувших цивилизациях.
Лёд как очевидец минувшего
Уже более полувека пристальное внимание климатологов привлекает гренландский ледник, покрывающий в виде толстого щита почти 80% территории крупнейшего в мире острова. В большинстве участков толщина этого ледового панциря превышает 2 км, а по площади он уступает только ледниковому щиту Антарктиды. Этот великан формировался в течение более чем ста минувших тысячелетий, и ещё в 1960-е гг. климатологи по достоинству оценили те фантастические возможности, которые даёт гренландский лёд в качестве источника данных о многовековых колебаниях климата в прошлом. Тема увлекательная, но здесь мне хотелось бы рассказать о том, как изучение ледяной шапки Гренландии помогает в работе историкам, занятым загадками не климата, а человеческих цивилизаций.
Рис. 2. Ледниковый покров Гренландии – вид «сбоку» и сверху (фото автора).
В 1994 году в научном журнале «Наука» («Science») появилась небольшая статья под названием «Гренландский лёд свидетельствует о загрязнении северного полушария свинцом греческой и римской цивилизациями 2000 лет тому назад». Под таким громоздким заглавием таился весьма увлекательный сюжет, открывающий интересные перспективы на стыке сразу нескольких научных дисциплин – гляциологии, химии, экологии и истории древнего мира. Суть исследования, проведенного командой специалистов из Франции и США, состояла в том, чтобы, анализируя химический состав древнего гренландского льда, определить интенсивность загрязнения окружающей среды свинцом за несколько последних тысячелетий. В естественных условиях природная среда всегда содержит некоторое небольшое (так называемое «фоновое») количество свинца, но если мы обнаруживаем в какое-нибудь время или в каком-нибудь месте повышенные концентрации этого металла – верный знак, что перед нами «дело рук человеческих». Сегодня свинец рассматривается в числе наиболее опасных загрязнителей атмосферы и гидросферы. Причины его современной высокой концентрации в природных оболочках объяснять, я думаю, не нужно. Но какую картину мы могли бы наблюдать в историческом прошлом? Особенно в Гренландии, где и сегодня плотность населения очень низка и отсутствует развитая тяжёлая промышленность?
О чём расскажет свинец
Историкам известно, что первые попытки людей получать и использовать свинец относятся примерно к четвёртому тысячелетию до нашей эры, но лишь спустя ещё тысячу лет были созданы и отработаны по-настоящему эффективные технологии добычи, плавки и обработки этого тяжёлого металла. Шли века – медный, бронзовый, железный, – и производство свинца всё возрастало. В классических античных цивилизациях свинец, металл ковкий и легко добываемый, широко использовался в разных жизненных сферах. Известны, например, свинцовые шахтёрские лампы, применявшиеся древними рудокопами. Из свинца были сделаны водопроводные трубы знаменитых римских акведуков.
Рис. 3. Древнеримские шахтёрские лампы, изготовленные из свинца (из: Борхерс и др., 1904)
Когда люди стали использовать серебро для чеканки монеты, производство свинца (в качестве побочного продукта при получении серебра) ещё более увеличилось. В Древнем Риме эта индустрия получила такой размах, что некоторые историки высказывали догадку, а не могло ли загрязнение окружающей среды свинцом стать одной из причин упадка и падения величайшей из империй древности?
Все эти сведения историки получили привычным для себя путём – анализируя данные археологии, исторических документов, нумизматики. Изучение химического состава древнего гренландского льда позволило добавить несколько важных штрихов к этой картине, а также непосредственно проверить её правильность. Исследовали определили изменение концентрации свинца в керне скважины, пробуренной в ледниковом щите в центральной части Гренландии (координаты скважины 72⁰ 34' с.ш., 37⁰ 37' з.д). Данные были нанесены на график (рис. 4, A). На первый взгляд, этот график нем как осциллограмма, но достаточно сравнить его с рисунком (рис. 4, B), где изображается динамика добычи свинца, как она реконструируется из традиционных исторических источников, -- и ледовая «летопись» сразу же обретает смысл и значение.
Рис. 4. А. Концентрация свинца в образце гренландского льда. Б. Динамика производства свинца в Европе, реконструированная на основе исторических источников. По: Hong et al. (1994), с изменениями.
Первая максимальная концентрация свинца в составе древнего льда, соответствующая рубежу нашей эры, прекрасно совпадает с пиком производства свинца в эпоху максимального расширения и могущества Римской империи. Римляне много воевали и много завоёвывали, а потом нуждались в оружии для удержания покорённых земель, а также в большом количестве серебряной монеты. Производство свинца шло на подъём до тех пор, пока не истощились запасы известных древним свинцовых рудников – они располагались в Испании, на Балканах, в Малой Азии.
Что последовало дальше, знает каждый школьник. Римская империя пала, наступили «тёмные века», для которых характерны не только депопуляция и технологический упадок, но и массовый возврат к натуральному хозяйству – такой форме экономического уклада, в котором денежное обращение играет незначительную роль. Упал спрос на серебро, а за ним пошла вниз выплавка свинца. Монетная система начала восстанавливаться только около 800 г. н.э. в империи Каролингов. «Ледовая летопись» чётко зафиксировала этот исторический тренд, показывая катастрофический спад в содержании свинца в окружающей среде, достигший своего дна примерно в 500 году н.э. И даже тысячу лет назад производство свинца в Европе не восстановилось до древнеримского уровня – таким глубоким оказался удар, нанесённый горнорудной и металлургической промышленности «тёмными веками». Уровень римского производства был достигнут только на пороге европейского Нового времени, чтобы непрерывно расти потом вплоть до дня сегодняшнего.
На мой взгляд, очень красивое и элегантное исследование, показывающее согласованность двух совершенно независимых источников сведений о минувших веках, двух различных «окон в прошлое».
Ледниковая машина времени
Эта история – про свинец, людей, экономику и экологию – одна из многих, которые поведала нам ледниковая «машина времени». Спустя два года в том же журнале «Science» та же команда исследователей опубликовала продолжение своей работы. На этот раз объектом их изучения стала медь. Выявленная картина оказалась довольно похожей. Примерно до VI века до нашей эры концентрация меди в гренландском льду не превышала естественный «доисторический» фон, а затем её кривая пошла вверх, испытывая колебания, отражавшие эпохи взлётов и падений древних цивилизаций, а также общий технологический прогресс человечества и его экономическое развитие (употребление медных денег). Интересно, что в этом случае ледовая «летопись» отразила события, происходившие не только в Европе, но и на Дальнем Востоке. Так, один из пиков на графике удалось соотнести с резким возрастанием производства меди в Китае в эпоху империи Сун (X–XII века нашей эры).
Одним из самых эффективных приёмов научного исследования является интегративный подход – параллельное использование как можно большего числа независимых друг от друга источников информации. Чем больше их данные согласуются между собой, тем лучше и достовернее становится выявленная картина. Поэтому специалисты приложили усилия к поиску дополнительных свидетелей. Сходные графики содержания свинца за период в последние несколько тысячелетий были получены при изучении донных отложений в озёрах Швеции и Кольского полуострова (Brännvall et al., 2001), а также человеческих костей из древних захоронений, найденных в Италии и на острове Сардиния (Erel et al., 2021). Иначе, конечно, и быть не могло, ведь и живые организмы и донные осадки одинаково способны накапливать в себе тяжёлые металлы и прочие загрязнители, содержащиеся в окружающей среде. Конечно, в деталях истории, рассказанные разными «свидетелями», могли не совпадать, но в целом уровень согласованности их «показаний» довольно удовлетворителен.
По мере прогресса технологий и совершенствования аналитических техник удалось получить больше информации и из самого гренландского льда. Одна из последних статей на эту тему (McConnell et al., 2018) содержит новый, гораздо более детальный, по сравнению с предыдущими, график динамики содержания свинца во льду, который с очень высоким разрешением показывает непрерывную череду колебаний, многие из которых можно сопоставить с событиями, известными нам из исторических документов.
Рис. 5. Концентрация свинца в гренландском льду по данным McConnell et al. (2018; с изменениями). Обратите внимание, насколько более детален этот график по сравнению с опубликованным в 1994 г.
Влияние древних людей на планету Земля
Например, авторы цитируемой работы выявили два значительных спада в содержании свинца, приходящиеся на эпоху императорского Рима, которые, предположительно, можно связать с драматическими событиями, хорошо известными из трудов древних историков. Одно из них – так называемая «Антонинова чума», мощная эпидемия (или даже пандемия), поразившая Рим в 165–180 гг. нашей эры. Она получила своё название по имени правившего тогда императора Марка Аврелия Антонина, выдающегося государственного деятеля и философа. («Чума» – это не совсем точное название; до сих пор непонятно, какую болезнь античные историки называли чумой – скорее всего, это была оспа или корь). Жертвы исчислялись миллионами, в некоторых римских провинциях болезнь погубила до трети всего населения. Как следствие – депопуляция, экономический и индустриальный упадок. Историки предполагают, что на свинцовых копях стало просто некому работать. Рудокопы или погибли или разбежались, ища спасения в менее опасных районах. Гренландский лёд – бесстрастный и объективный летописец – отразил эти пертурбации с такой же точностью, как и вторую великую «чуму», поразившую Римскую империю между 249 и 270 гг. н.э. (т.н. «Киприанова чума»). Обе эти эпидемии, особенно первая, нанесли страшный удар по древнеримской индустрии свинца, от которого она так и не смогла оправиться. Только в середине VIII в. стали оживать давно заброшенные римские рудники, в первую очередь, на территории Франции и Великобритании. Авторы исследования обсуждают и более тонкие детали, такие как изменения содержания свинца в составе римских денариев (наиболее распространённой монеты на территории империи), происходившие в результате неоднократных финансовых реформ. Это тоже нашло свое отражение в великой ледовой хронике.
А вот широкое распространение свинца в средиземноморском мире, начавшееся около 1000 г. до нашей эры, с историей Древнего Рима связать никак нельзя. В ту эпоху не только империи, но и самого города Рима ещё не существовало. Предполагают, что увеличение выбросов свинца в атмосферу, наблюдаемое с тех времен, произошло благодаря активной экспансии финикийских торговцев, двинувшихся с Ближнего Востока на колонизацию Западного Средиземноморья. Финикийцы были предприимчивыми купцами и хорошими мореходами, они основывали свои поселения в разных местах африканского и европейского побережья (одна из финикийских колоний – Карфаген – позднее достигла большого могущества и некоторое время на равных соперничала с Римом). Финикийцы несли с собой товары и новые технологии, они же нуждались в чеканке монеты для своих торговых операций. По-видимому, карфагеняне стали одними из первых разрабатывать испанские свинцовые рудники, а их примеру последовали римляне, захватившие Испанию.
Можно задуматься о результатах подобных исследований и с другой точки зрения, экологической. Все процессы в природных оболочках Земли перемешаны, взаимосвязаны, природа не знает административных границ. Миграция химических элементов происходит в глобальном масштабе, и поэтому следы свинца, добытого и обработанного где-нибудь в Испании во времена Юлия Цезаря, могут быть обнаружены в совершенно безлюдной части Гренландии на 72-ой широте! Причина тому – перемещения воздушных масс в земной атмосфере, которые могут переносить химические загрязнители на баснословные расстояния. Сегодня это обыденное явление, но, оказывается, человек влиял на химический состав своей планеты уже в столь отдалённом прошлом, хотя, конечно, масштаб и последствия этого влияния не идут ни в какое сравнение с ситуацией текущего момента. В своё время наш выдающийся учёный академик Вернадский писал о том, что в ходе развития цивилизации человечество становится геологической силой планетарного масштаба. За разговорами о глобальном потеплении и загрязнении земных оболочек мы забываем, что эти процессы начались далеко не вчера, и, какими бы примитивными и неэффективными ни были технологии античной металлургии, их мощности хватало, чтобы планетарные концентрации тяжёлых металлов заметно превысили естественный фон ещё два тысячелетия тому назад.
Автор: Винарский Максим Викторович, д.б.н., профессор, зав. Лабораторией макроэкологии и биогеографии беспозвоночных СПбГУ и главный научный сотрудник Санкт-Петербургского филиала Института истории естествознания и техники РАН. Лауреат премии "Просветитель" в номинации «Естественные и точные науки» за книгу «Евангелие от LUCA. В поисках родословной животного мира».
Список использованных литературных источников
Борхерс В., Вюст Ф., Трептов Е. 1904. Промышленность и техника. Том V. Горное дело и металлургия. СПб: Просвещение.
Михаревич М.В., Мыглан В.С., Приходько В.Е. 2020. Реконструкция про и ландшафтов Средневековья на основе палинологического изучения подкурганных почв и дендрохронологических данных Алтая // Почвоведение. № 5. С. 519–534. https://sciencejournals.ru/issues/pochved/2020/vol_2020/iss_5/Pochved2005009Mikharevich/Pochved2005009Mikharevich.pdf
Brännvall M.-L., Bindler R., Emteryd O., Renberg I. 2001. Four thousand years of atmospheric lead pollution in northern Europe: a summary from Swedish lake sediments // Journal of Paleolimnology. V. 25. P. 421–435.
Erel Y., Pinhasi R., Coppa A., Ticher A., Tirosh O., Carmel L. 2021. Lead in Archeological Human Bones Reflecting Historical Changes in Lead Production // Environmental Science & Technology. V. 55. P. 14407–14413. http://carmelab.huji.ac.il/publications/Erel_Pinhasi_Carmel_2021.pdf
Hong S., Candelone J.-P., Patterson C.C., Boutron C.F. 1994. Greenland Ice Evidence of Hemispheric Lead Pollution Two Millennia Ago by Greek and Roman Civilizations // Science. V. 265. P. 1841–1843.
Hong S., Candelone J.-P., Patterson C.C., Boutron C.F. 1996. History of Ancient Copper Smelting Pollution During Roman and Medieval Times Recordedin Greenland Ice // Science. V. 272. P. 246–249.
McConnell J.R., Wilson A.I., Stohl A., Arienzo M.M., Chellman L.J., Eckhardt S., Thompson E.M., Pollard A.M., Steffensen J.P. 2018. Lead pollution recorded in Greenland ice indicates European emissions tracked plagues, wars, and imperial expansion during antiquity // P.N.A.S. V. 115, № 22. P. 5726–5731.
Persson K.G. 2010. An economic history of Europe: Knowledge, institutions and growth, 600 to the present. Cambridge etc.: Cambridge University Press.
