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来自瑞士冰芯的碎块为自然事件和人类制造活动提供了化学线索。（资料图/图）

在瑞士阿尔卑斯山的格尼菲蒂冰川上，研究人员钻取了一根72米长的冰芯，其中封存着2000多年以来的火山灰尘、风暴信息和人类污染信息。（资料图/图）

公元六世纪中期通常被称为“黑暗时代”，对历史学家来说它一直是个未解之谜。现在科学家对来自瑞士冰川的冰芯进行了一项超精密的分析，指出了其中的罪魁祸首。

如果你询问研究中世纪史的历史学家迈克尔·麦考密克（Michael McCormick）哪一年是最难熬的一年，他会给出答案：不是1349年，当时黑死病将欧洲的一半人口置于死地；也不是1918年，那一年的流感造成了5000万至1亿人死亡；而是公元536年。迈克尔·麦考密克说：“即便那一年不是最难熬的一年，起码也是最难熬时期的开始。”麦考密克是一位历史学家兼考古学家，他是哈佛大学人类历史科学倡议行动的主持人。

俄克拉荷马大学教务长兼研究中世纪史及罗马史的历史学家凯尔·哈珀（Kyle Harper）称：“自然灾害和人类污染的详细记录封存在冰芯之中，为我们提供了一种新型记录资料，有助于我们理解是人类原因和自然原因结合起来导致了罗马帝国的衰败，同时也有助于理解中世纪新型经济最早期的这种扰动因素。”

一场神秘的大雾使欧洲、中东和亚洲部分地区陷入黑暗之中，不分白天和黑夜，持续了18个月。拜占庭历史学家普罗科匹厄斯（Procopius）曾经写道：“一年到头，太阳虽说发光，但没有亮度，就跟月亮似的。”公元536年的夏季温度下降了1.5°C至2.5°C，引发了过去2300年中最寒冷的十年。那年夏天，中国下了雪，庄稼没有收成，人们遭受饥饿。爱尔兰编年史中记载着：“从536年到539年期间，人们食不果腹。”然后，541年一场腺鼠疫袭击了罗马帝国的贝鲁西亚（Pelusium）港（现位于埃及）。麦考密克称：这就是后来被称为“查士丁尼大瘟疫”一场流行病，这场流行病蔓延迅速，使东罗马帝国三分之一至一半的人口丧生，因而也加速了该帝国的崩溃。

“黑暗时代”之谜

历史学家们早就知道，六世纪中期是一个通常被称为“黑暗时代”的黑暗时期，但是长期以来神秘的烟云却一直是个不解之谜。现在，麦考密克和缅因大学气候变化研究所的冰川学家保罗·马耶夫斯基（Paul Mayewski）领导着一个研究团队，对来自瑞士冰川的冰芯进行了一项超精密的分析，指出了其中的罪魁祸首。不久前，在哈佛大学举办的一场研讨会上，研究团队报告说：536年初期，在冰岛发生了一场灾难性的火山爆发，喷射出的火山灰遍布了北半球。接着，分别在540年和547年，又发生了两次大规模火山爆发。正如研究团队在《古物》（Antiquity）杂志上所报道的那样：连续遭受火山爆发的打击，外加瘟疫袭击，使欧洲经济陷入停滞状态，直到640年，冰芯中出现了另外一个信号——空气中的含铅量突然上升，标志着银矿开采的复苏。

2013年，马耶夫斯基及其跨学科团队做出决定：在瑞士阿尔卑斯山的格尼菲蒂冰川（Colle Gnifetti Glacier）上钻取的冰芯中，寻找同样的火山爆发痕迹。这条72米长的冰芯封存着2000多年以来的火山灰尘、撒哈拉沙漠的尘暴以及欧洲中心地带人们活动的痕迹。该研究团队利用新的超高分辨率法，破解了这些记录资料。在这个过程中，研究人员利用激光器在整条冰芯上切下120微米厚的冰片，代表着仅仅在几天或几周之内的降雪情况。研究人员从每一米冰芯的中心部位进行采样，采集了大约50,000份样品，通过对每份样品进行分析，寻找大约十几种成分。缅因大学火山学家安德列·库尔巴托夫（Andrei Kurbatov）说：这个方法使该研究团队确定了风暴来源、火山爆发和铅污染情况，能够具体到月或更短的时间单位，可以追溯2000年以来的情况。

黑暗过后是黎明

高分辨率冰芯记录与历史文本相结合，记录了自然灾害对欧洲社会的影响。

左侧为年代；中间为年代及事件发生的时间区间；右侧为时间区间及事件记录。 536年：冰岛火山喷发，使太阳昏暗了18个月，夏季气温下降了1.5°C至2.5°C。 536-545年：2000年以来最冷的十年，爱尔兰、斯堪的纳维亚半岛、美索不达米亚和中国作物歉收。 540-541年：火山又一次爆发，欧洲夏季气温再次下降1.4°C-2.7°C。 541-543年：“查士丁尼大瘟疫”在地中海地区蔓延，造成35％-55％的人口死亡，并加速了东罗马帝国的崩溃。 640年：公元六世纪中期出现经济衰落，一个世纪之后大气中铅含量出现激增，表明由于经济复苏对银矿开采量有所增加。 660年：大气中又一次出现铅含量峰值，反映了白银开采量增加的情况，开采地点很可能在法国梅勒（Melle），这跟从金币到银币的转换以及中世纪经济的开端相关联。（资料图/图）

20世纪90年代，树木年轮研究表明，540年左右的夏季是异常寒冷的。此后，研究人员一直在寻找造成异常寒冷的原因。三年前，从格陵兰岛和南极洲钻取的极地冰芯提供了一个线索。一座火山爆发时，向高空大气中喷发了硫磺、铋和其他物质，所有这些物质在大气中形成气溶胶层，气溶胶层将阳光反射回太空，对地球起到了降温作用。通过将这些记录化学痕迹的冰芯与记录气候的树木年轮相匹配，现供职于伯尔尼大学的迈克尔·西格尔（Michael Sigl）带领的一个研究团队发现：在过去的2500年当中，几乎在每个异常寒冷的夏季之前都会有一次火山爆发。该研究小组提出：535年年底或536年年初，可能是在北美洲出现了一次大规模火山爆发；接着，在540年出现了另外一次大规模火山爆发。西格尔的研究团队得出结论说：两次火山爆发造成的冲击提供了解释，说明为什么出现了长时间的黑暗和寒冷。

在536年春季的冰样中，缅因大学的研究生劳拉·哈特曼（Laura Hartman）发现了两颗微小的火山玻璃颗粒。研究人员通过利用X射线照射这两个颗粒，以确定其化学指纹图谱。哈特曼和库尔巴托夫说发现：这两个玻璃颗粒，跟早先在欧洲湖泊和泥炭沼泽中发现的玻璃颗粒，以及取自格陵兰岛冰芯中的玻璃颗粒非常匹配，而这些地方的颗粒中拥有类似于冰岛的火山岩。新西兰汉密尔顿市怀卡托大学地球科学家大卫·罗维（Did Lowe）很信服这种化学相似性，他说：瑞士冰芯中的颗粒很可能同样来自冰岛的火山爆发。但是，西格尔称：要想使他信服那次火山爆发是在冰岛、而不是在北美洲发生的，还需要更多的证据来支撑。

库尔巴托夫说：无论怎样，536年的风向和天气系统一定能够正好将火山喷发的羽流导向东南方，穿过欧洲，然后进入亚洲，随着火山烟雾的蔓延，盖上了一层寒冷的烟云。下一步就是在欧洲的湖泊中和冰岛寻找更多的玻璃颗粒，用以确定火山爆发的地点就在冰岛，搞清那次火山爆发为何如此具有破坏性。

一扇新的窗口

一个世纪之后，又经过了几次火山爆发，冰芯记录显示出更好的消息：640年，大气中的铅含量飙升。英国诺丁汉大学考古学家克里斯托弗·洛夫洛克（Christopher Loveluck）说，白银是由铅矿石冶炼而来的，因此大气中铅含量的上升表明：之前，这些地区的经济遭受了冲击；而一个世纪后经济出现了回升趋势，对贵金属有了需求。660年，大气中的铅含量又一次出现了峰值，标志着白银再次大规模地注入到中世纪的新兴经济中。洛夫洛克及同事在《古物》杂志中写道：这表明，随着贸易的增加，黄金已经变得稀缺起来，迫使将白银转换为货币标准。洛夫洛克说：“这种货币标准的转换，首次证明了商人阶层的崛起。”

再后来，冰芯提还供了一个窗口，使研究人员洞悉了另外一个黑暗时期。从1349年到1353年黑死病流行期间，铅从大气中消失，揭示了当时的经济又一次停滞下来。洛夫洛克称：“我们已经进入了一个新时代，我们有能力将超高分辨率的环境资料跟具有同样高分辨率的历史资料相结合，这种结合带来了真正的革新。”

（胡德良译自美国《科学》杂志官网sciencemag.org）