En ny studie som kopplar samman paleoklimatologi - återuppbyggnaden av tidigare globala klimat - med historisk analys av forskare vid Yale och andra institutioner visar ett samband mellan miljöstress och dess inverkan på ekonomin, politisk stabilitet, och krigsförmåga i det forntida Egypten.

Teamet av forskare undersökte de hydroklimatiska och samhälleliga effekterna i Egypten av en sekvens av tropiska vulkanutbrott och vulkanutbrott på hög latitud som sträcker sig över de senaste 2, 500 år, som känt från moderna iskärnskivor. Teamet fokuserade på den ptolemaiska dynastin i det forntida Egypten (305-30 f.Kr.) – en stat som bildades i efterdyningarna av Alexander den stores kampanjer, och känd för härskare som Cleopatra - liksom materiella och kulturella prestationer inklusive det stora biblioteket och fyren i Alexandria.

Genom att använda ett tvärvetenskapligt tillvägagångssätt som kombinerade bevis från klimatmodellering av stora 1900-talsutbrott, årliga mätningar av Nilens sommaröversvämningshöjder från den islamiska Nilometern – det längsta kända mänskliga rekordet för miljövariationer – mellan 622 och 1902, samt beskrivningar av Nilens översvämningskvalitet i forntida papyrus och inskriptioner från den ptolemaiska eran, författarna visar hur stora vulkanutbrott påverkade Nilens flöde, minska höjden på den jordbrukskritiska sommarfloden.

Resultaten, publiceras i tidskriften Naturkommunikation , visa att integrering av bevis från historiska skrifter med paleoklimatdata kan främja både vår förståelse av hur klimatsystemet fungerar, och hur klimatförändringar påverkade tidigare mänskliga samhällen.

"Forntida egyptier var nästan uteslutande beroende av Nilens sommaröversvämningar orsakade av sommarmonsunen i östra Afrika för att odla sina grödor. Under år påverkade av vulkanutbrott, Nilens översvämning minskade i allmänhet, som leder till social stress som kan utlösa oroligheter och få andra politiska och ekonomiska konsekvenser, säger Joseph Manning, huvudförfattare på tidningen och William K. &Marilyn Milton Simpson professor i historia och klassiker vid Yale.

Anledningen till minskad översvämning av Nilen är att vulkanutbrott kan störa klimatet genom att injicera svavelhaltiga gaser i stratosfären, säger Francis Ludlow, studiens motsvarande författare. Ludlow är en klimathistoriker som började samarbeta med Manning som postdoktor vid Yale, och är nu baserad i historia i Trinity College, Dublin. Dessa gaser reagerar för att bilda aerosoler som förblir i atmosfären i minskande koncentrationer under ett eller två år, reflekterar inkommande solstrålning tillbaka till rymden. Dessa vulkaniska aerosoler kan påverka det globala hydroklimatet. Minskad yttemperatur kan leda till minskad avdunstning över vattendrag, och därmed minska nederbörden. Om aerosolerna sprids främst på norra halvklotet, den större avkylningen på detta halvklot kan också minska den sommaruppvärmning som driver den nordliga migrationen av monsunvindar över Afrika upp till det etiopiska höglandet där Blå Nilen förses med sitt sommaröversvämningsvatten.

Eftersom den ptolemaiska eran är en av antika Egyptens mest väldokumenterade perioder, datumen för stora politiska händelser är kända med viss tillförsikt, notera forskarna, och tillägger att det som ofta är mindre tydligt från de gamla skrifterna är vilka specifika faktorer som utlöste händelser som revolter. Forskarna kunde visa en återkommande nära timing mellan sådana händelser och datumen för stora vulkanutbrott. Kunskap om det historiska sammanhanget är väsentligt för att till fullo förstå hur chocker från minskade Nilöversvämningar verkade för att utlösa revolter och begränsa ptolemaiskt krigsskapande, säger forskarna, förklarar att chockerna från den dåliga översvämningen av Nilen skulle ha inträffat mot en bakgrund av flera socioekonomiska och politiska svårigheter som skulle ha förvärrat effekterna av Nilens variation.

"Egypten och Nilen är mycket känsliga instrument för klimatförändringar, och Egypten tillhandahåller ett unikt historiskt laboratorium där man kan studera social sårbarhet och reaktion på plötsliga vulkanchocker, " säger Manning. "Nilöversvämningsdämpning från historiska utbrott har studerats lite, trots väldokumenterade Nilens misslyckanden med allvarliga sociala konsekvenser som sammanföll med utbrotten 939, 1783-1784 på Island, och 1912 i Alaska, " han lägger till.

"Med datum för vulkanutbrott fastställda exakt i tiden, vi kan se samhället i rörelse runt dem. Detta är första gången i antikens historia som vi kan börja prata om en dynamisk förståelse av samhället, säger Manning.

Enligt Manning, denna forskning förändrar inte bara uppfattningen av klimatförändringar på olika skalor, från kortsiktiga chocker till långsammare, långsiktiga förändringar, men det revolutionerar också förståelsen av mänskliga samhällen och hur naturkrafterna formade dem i det förflutna. "Studien är av särskild betydelse för den aktuella debatten om klimatförändringar, säger Manning.

"Det är mycket sällsynt i vetenskapen och historien att ha så starka och detaljerade bevis som dokumenterar hur samhällen reagerade på klimatchocker i det förflutna, säger Jennifer Marlon, forskare vid Yale School of Forestry &Environmental Studies, och en medförfattare till studien.

Studien speglar ett betydande framsteg i integrationen av forskning bland forskare och historiker, och pekar på behovet av mer tvärvetenskapligt stipendium för att bättre dokumentera och analysera hur människor har relaterat till och reagerat på tidigare miljöförändringar, säger Marlon.

Forskarna noterar att studien ger ett historiskt sammanhang för vad som händer idag och vad som kan hända i framtiden och visar att det finns behov av ytterligare undersökningar av klimatförändringarnas effekter på moderna samhällen världen över.

"Det har inte varit ett stort utbrott som påverkar det globala klimatsystemet sedan Mount Pinatubo på Filippinerna 1991, "säger Manning." Vi lever i en period där vi är ganska lugna när det gäller stora vulkanutbrott som påverkar klimatet. Många vulkaner får utbrott varje år men de påverkar inte klimatsystemet i samma omfattning som vissa tidigare utbrott. Förr eller senare kommer vi att uppleva ett stort vulkanutbrott, och kanske ett kluster av dem, som kommer att agera för att förvärra torkan i känsliga delar av världen."