在英国的峰区，风景如画的卡斯尔顿村坐落在一个被中世纪城堡冠顶的石灰岩露头脚下。如今，徒步旅行者涌向这个自然美景的地区，这里是英国第一个国家公园的所在地。但800年前，荒野和林木茂盛的峡谷被“覆盖着有毒的铅污染”，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一个工业景观。”
在这里，农民开采和熔炼了大量的铅，以至于它在其体内留下了有毒的痕迹——风将铅尘吹到了1500公里外的瑞士阿尔卑斯山的冰川上。洛夫洛克和他的同事们表示，冰川保存了中世纪铅生产的一个详细记录，特别是当用一种新的方法分析时，这种方法可以追踪几周甚至几天的沉积。
铅追踪银生产，因为它经常在同一矿石中发现，研究小组发现，遥远的铅污染是中世纪英国经济的敏感晴雨表。正如他们在本周发表在《古物》上的一项研究中所报告的那样，当国王掌权、铸造银币、建造大教堂和城堡时，铅的含量会飙升。当瘟疫、战争或其他危机减缓了采矿和空气净化时，水平就会暴跌。
大多数人将铅污染与工业革命联系在一起，当时铅被广泛用于油漆、管道和陶瓷。但研究人员早就知道，罗马人在熔炼银和其他矿石时也吸收了高水平的铅。最近，科学家们在北极冰芯和欧洲的湖泊沉积物中发现了中世纪时期惊人的铅峰值。去年的一项研究表明，大部分污染来自德国的矿山。
然而，新的研究表明指向英国。
在洛夫洛克和哈佛大学历史学家的合作下，缅因大学奥罗诺分校的冰川学家保罗·梅耶斯基和他的团队分析了2013年在瑞士阿尔卑斯山的Colle Gnifetti冰川中钻取的冰芯中的铅。这个72米长的冰芯保存了超过2000年的污染、火山和撒哈拉沙尘暴的落尘。为了以最高可能的分辨率解读这一记录，研究小组使用激光沿着冰芯的长度雕刻出120微米的冰片，每个冰片代表几天或几周的降雪。
他们分析了样本——每米冰芯约5万个样本——对包括铅在内的十几个元素进行了分析。
冰芯数据显示，在1170年至1219年之间出现了剧烈的铅峰值——“现代之前最高的铅污染水平”，哈佛大学和长岛大学布鲁克林分校的历史学家亚历山大·莫尔说。铅的水平与1890年工业革命高峰期记录的水平相匹配。
为了找到中世纪峰值的来源，研究小组模拟了污染如何通过欧洲的风流传播。该模型显示，在夏季月份，含铅的风从西北方向吹向冰川——来自大不列颠。夏季——春季和秋季收获之间——也是峰区农民开采最多铅的时候。
洛夫洛克通过仔细研究英国的管道卷轴，验证了该模型，这些历史卷轴记录了矿工为车装铅支付的年度税。在2018年在哈佛大学举行的工作坊上，地球科学家和历史学家发现，他们可以将瑞士冰芯中的铅污染、支付的税款和英国历史上的事件相匹配。
十年后，铅污染达到了峰值。那时亨利二世终于与教皇和解，并“开始资助西多会修道院的修复”，洛夫洛克说。“他有大笔的铅订单”用于建造屋顶、排水沟和水箱，这在峰区和英格兰北部的卡莱尔的矿山税中得到了反映。
冰芯中的铅在1193年再次飙升，当时理查一世（“狮心王”）被神圣罗马帝国皇帝亨利六世囚禁在德国，并要求赎金。
但理查一世给他的继任者和兄弟约翰一世留下了一个枯竭的国库。约翰在一场与法国的战争中失去了诺曼底，并被视为软弱。他的男爵们在1215年起义，当时约翰被迫签署了《大宪章》，给予教会和男爵更多的权利，并减少了他建造城堡的能力。约翰在1216年去世，在过渡到亨利三世期间，铸造硬币——和采矿——停止了。没有支付铅税，冰芯中的铅水平暴跌。
对于矿工及其家庭来说，经济繁荣时期——当铅生产飙升时——可能也引发了毁灭性的健康影响，洛夫洛克说，他是卡斯尔顿骨骼持续研究的一部分。
俄亥俄州立大学哥伦布分校的地球化学家保罗·加布里埃利警告说，其他国家的矿山也可能对冰芯中的铅峰值有所贡献。
解决争论的一种方法是检查采矿记录：麦科马克说，在德国哈尔茨山的矿山中，银和铅的采矿在此时达到了高峰。研究人员还可以研究英国和德国矿山的铅是否有独特的同位素特征；如果是这样，冰记录中的同位素可以确定哪个地区污染最多。同时，其他团队正在阿尔卑斯山其他地方的冰芯中分析铅峰值。
安是科学杂志的特约通讯员。