För att lära dig om uppgången och fallen av forntida europeiska civilisationer, forskare hittar ibland ledtrådar på osannolika ställen:djupt inne i Grönlands inlandsis, till exempel.

Tusentals år sedan, under höjden av de antika grekiska och romerska rikena, Blyutsläpp från källor som brytning och smältning av bly-silvermalmer i Europa drev med vindarna över havet till Grönland – en sträcka på mer än 4600 km – och slog sig ner på isen. År efter år, när nedfallen snö lade lager till inlandsisen, blyutsläpp fångades upp tillsammans med damm och andra luftburna partiklar, och blev en del av iskärnan som forskare använder idag för att lära sig om det förflutnas förhållanden.

I en ny studie publicerad i PNAS , ett team av forskare, arkeologer och ekonomer från Desert Research Institute (DRI), University of Oxford, NILU—Norwegian Institute for Air Research och Köpenhamns universitet använde isprover från North Greenland Ice Core Project (NGRIP) för att mäta, datera och analysera europeiska blyutsläpp som fångades i Grönlandsis mellan 1100 f.Kr. och 800 e.Kr. Deras resultat ger ny insikt för historiker om hur europeiska civilisationer och deras ekonomier klarade sig över tiden.

"Vårt register över årligen lösta, noggrant daterade mätningar i iskärnan startar 1100 f.Kr. under den sena järnåldern och sträcker sig genom antiken och sen antiken till tidig medeltid i Europa - en period som inkluderade uppkomsten och fallen av de grekiska och romerska civilisationerna, " sa studiens huvudförfattare Joe McConnell, Ph.D., Forskningsprofessor i hydrologi vid DRI. "Vi fann att blyföroreningar på Grönland mycket nära spårade kända farsoter, krig, social oro och imperialistiska expansioner under den europeiska antiken."

En tidigare studie från mitten av 1990-talet undersökte blyhalterna i Grönlandsisen med endast 18 mätningar mellan 1100 f.Kr. och 800 e.Kr.; den nya studien ger ett mycket mer komplett rekord som inkluderade mer än 21, 000 exakta bly- och andra kemiska mätningar för att utveckla en exakt daterad, kontinuerligt rekord för samma 1900-årsperiod.

För att bestämma omfattningen av europeiska utsläpp från blyföroreningsnivåerna som uppmätts i Grönlandsisen, teamet använde toppmoderna simuleringar av atmosfäriska transportmodeller.

"Vi tror att det här är första gången en sådan detaljerad modellering har använts för att tolka en iskärna över mänskligt skapade föroreningar och identifiera den mest sannolika källan till föroreningen, sa medförfattaren Andreas Stohl, Ph.D., Senior forskare vid NILU.

De flesta av blyutsläppen från denna tidsperiod tros ha varit kopplade till produktionen av silver, vilket var en nyckelkomponent i valutan.

"Eftersom de flesta av utsläppen under dessa perioder berodde på brytning och smältning av bly-silvermalmer, blyutsläpp kan ses som en proxy eller indikator på övergripande ekonomisk aktivitet, " förklarade McConnell.

Med hjälp av deras detaljerade iskärnas kronologi, forskargruppen letade efter kopplingar mellan blyutsläpp och betydande historiska händelser.

Deras resultat visar att utsläppen av blyföroreningar började öka så tidigt som 900 f.Kr. när fenicierna utökade sina handelsvägar in i västra Medelhavet. Blyutsläppen accelererade under en period av ökad gruvverksamhet av karthagerna och romarna, främst på den iberiska halvön, och nådde ett maximum under Romarriket.

Teamets omfattande mätningar ger en annan bild av forntida ekonomisk verksamhet än vad tidigare forskning hade gett. Vissa historiker, till exempel, hade hävdat att det glesa grönländska blyregistret gav bevis på bättre ekonomisk prestation under den romerska republiken än under det romerska imperiet.

Enligt resultaten av denna studie, de högsta hållbara nivåerna av blyföroreningsutsläpp sammanföll med höjden av det romerska imperiet under 1:a och 2:a århundradena e.Kr. en period av ekonomiskt välstånd känd som Pax Romana. Rekordet visar också att blyutsläppen var mycket låga under de senaste 80 åren av den romerska republiken, en period som kallas den romerska republikens kris.

"De nästan fyra gånger högre blyutsläppen under de första två århundradena av det romerska imperiet jämfört med de sista decennierna av den romerska republiken indikerar betydande ekonomisk tillväxt under imperiets styre, " sa medförfattaren Andrew Wilson, Professor i det romerska imperiets arkeologi i Oxford.

Teamet fann också att blyutsläppen ökade och minskade tillsammans med krig och politisk instabilitet, särskilt under den romerska republiken, och tog kraftiga dyk när två stora plågor drabbade Romarriket på 2:a och 300-talen. Den första, kallad Antoninepesten, var förmodligen smittkoppor. Den andra, kallad Cyprianus pest, inträffade under en period av politisk instabilitet som kallas tredje århundradeskrisen.

"Den stora Antoninepesten drabbade Romarriket år 165 e.Kr. och varade i minst 15 år. De höga blyutsläppen från Pax Romana upphörde exakt vid den tiden och återhämtade sig inte förrän under tidig medeltid mer än 500 år senare, " förklarade Wilson.

Forskargruppen för denna studie inkluderade iskärnspecialister, atmosfäriska forskare, arkeologer, och ekonomiska historiker – en ovanlig kombination av expertis.

"Att arbeta med ett så mångsidigt team var en unik upplevelse i min karriär som vetenskapsman, "Mcconnell sa. "Jag tror att våra resultat visar att det kan vara stort värde i att samarbeta över discipliner."