Menschliche Aktivitäten, von der Verbrennung fossiler Brennstoffe und Feuerstellen bis hin zum kontaminierten Staub, der beim Bergbau entsteht, verändern die Erdatmosphäre auf unzählige Arten. Aufzeichnungen dieser Einschläge im Laufe der Zeit werden im ewigen Polareis aufbewahrt, das als eine Art Zeitkapsel dient und es Wissenschaftlern und Historikern ermöglicht, die Geschichte der Erde mit der der menschlichen Gesellschaften zu verknüpfen. In einer neuen Studie zeigen Eiskerne aus der Antarktis, dass Blei und andere giftige Schwermetalle im Zusammenhang mit Bergbauaktivitäten bereits im 13. Jahrhundert die südliche Hemisphäre verschmutzten.
Die Arbeit wird in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft der gesamten Umwelt.
„Es ist ziemlich überraschend, Beweise dafür zu sehen, dass frühe Andenkulturen vor 800 Jahren und später der Bergbau und die Metallurgie der spanischen Kolonialzeit in der 9.000 km entfernten Antarktis nachweisbare Bleiverschmutzung verursacht zu haben scheinen“, sagte Joe McConnell, Ph.D., Forschungsprofessor für Hydrologie an der Antarktis Desert Research Institute (DRI) und Hauptautor der Studie.
Die Forschung wurde von McConnells Team am DRI zusammen mit Mitarbeitern in Norwegen, Österreich und Deutschland sowie in Florida geleitet. Es ist das erste Mal, dass Wissenschaftler die Auswirkungen des Menschen auf die Bleiverschmutzung in der Antarktis bereits vor 2.000 Jahren untersucht haben. Es ist auch die erste detaillierte Bewertung der Thallium-, Wismut- und Cadmiumverschmutzung. Zusätzlich zu Blei gelten diese Schwermetalle (mit Ausnahme von Wismut in geringen Mengen) als hochgiftig und schädlich für die Gesundheit von Mensch und Ökosystem.
Das Team fand heraus, dass der erste Anstieg von Schwermetallschadstoffen – insbesondere Blei – um das Jahr 1200 einsetzte, zeitgleich mit der Gründung städtischer Gemeinschaften durch das Volk der Chimú an der Nordküste Südamerikas.
„Diese Siedlungen erforderten große Mengen an Silber und anderen Metallen, die durch den Bergbau gewonnen wurden“, sagte der Archäologe und Co-Autor der Studie von der University of South Florida, Charles Stanish, Ph.D. Blei kommt häufig in Silbererzen vor, und Proben von Seesedimenten in der Region Potosí in Bolivien deuten ebenfalls auf Bleiemissionen im 12. und 13. Jahrhundert hin, was mit den Eisaufzeichnungen der Antarktis übereinstimmt.
Eine nachhaltigere und anhaltendere Verschmutzung begann kurz nach der Ankunft spanischer Siedler in Südamerika im Jahr 1532, als Potosí zur Hauptsilberquelle des spanischen Reiches und zur größten Silberquelle der Welt wurde. Die Eisaufzeichnungen zeigen einen deutlichen Rückgang der Bleiverschmutzung zwischen etwa 1585 und 1591, als schwere Epidemien die Andengemeinschaften verwüsteten. Das Team konnte die Silberregistrierungen der Colonial Mint in Potosí mit den Eisbohrkerndaten vergleichen und stellte fest, dass sie mit dem Rückgang der Verschmutzung in der Antarktis übereinstimmten.
„Es ist ziemlich erstaunlich zu glauben, dass eine Epidemie im 16. Jahrhundert in Bolivien die Umweltverschmutzung in der Antarktis und auf der gesamten südlichen Hemisphäre verändert hat“, sagte DRI-Postdoktorandin und Co-Autorin der Studie Sophia Wensman, Ph.D.
„Obwohl die Tausende Kilometer von Südamerika und Australien entfernte Lage der Antarktis dazu führt, dass nur Spuren von Schadstoffen im Eis abgelagert und gespeichert werden, können die genau datierten, von Jahr zu Jahr erstellten Aufzeichnungen Aufschluss darüber geben, wie und wann menschliche Schadstoffe das gesamte Gebiet beeinflusst haben.“ Hemisphäre“, fügte Co-Autor und Atmosphärenmodellierer Andreas Stohl, Ph.D., von der Universität Wien hinzu.
Wie erwartet nahmen die Schadstoffe im Zuge der Industrialisierung erheblich zu, mit großen Spitzen zu Beginn des australischen Bleiabbaus im späten 19. Jahrhundert. Es gibt auch deutliche Rückgänge bei den Aufzeichnungen, die sowohl mit den Weltkriegen als auch mit der Weltwirtschaftskrise zusammenhängen, was die weltweiten Auswirkungen industrieller Aktivitäten und politischer Ereignisse in der nördlichen Hemisphäre zeigt.
Die Studie resultiert aus der Analyse von fünf verschiedenen Eiskernen, die im Ice Core Lab des DRI aus dem ostantarktischen Eisschild entnommen wurden, einer einzigartigen Einrichtung mit Instrumenten, die Spuren von Metallen in Eis und Schnee nachweisen können. McConnell und sein Team haben ihre Techniken über Jahrzehnte hinweg verfeinert, um das wissenschaftliche Verständnis darüber zu verbessern, wie Menschen die Erdatmosphäre im Laufe der Zeit beeinflusst haben, und haben historische Seuchen und Kriege mithilfe von Veränderungen im Verschmutzungsgrad Grönlands verfolgt.
„Wir sind wohl die einzige Forschungsgruppe auf der Welt, die routinemäßig sehr detaillierte Messungen dieser Art durchführt, insbesondere im antarktischen Eis, wo die Konzentrationen dieser Spurenmetalle extrem niedrig sind“, fügte Nathan Chellman, Assistenzprofessor für Forschung am DRI und Co-Autor der Studie, hinzu. Ph.D.
Dank dieser Fortschritte bietet diese Studie einen tieferen Einblick in die Geschichte als bisher möglich. Frühere Studien konnten die Schwermetallbelastung vor dem Industriezeitalter nicht identifizieren, da es unmöglich war, zwischen den durch Vulkanausbrüche erzeugten Metallen und denen durch menschliche Aktivitäten zu unterscheiden. Für diese Studie nutzte das Team die im Eis aufgezeichneten Thalliumwerte, um die vulkanischen Hintergrundwerte von Blei, Wismut und Cadmium abzuschätzen und zu subtrahieren, was es ihnen ermöglichte, den Beginn der vom Menschen verursachten Verschmutzung sowie das Ausmaß zu ermitteln.
„Wir haben herausgefunden, dass die Blei-, Wismut- und Cadmiumwerte nach der Industrialisierung alle um eine Größenordnung oder mehr anstiegen“, sagt McConnell. „Aber das Thallium veränderte sich überhaupt nicht, was darauf hindeutet, dass der Mensch nur wenig oder gar kein Thallium ausstößt. Deshalb konnten wir es als Indikator für den Vulkanismus in den letzten 2.000 Jahren verwenden.“
McConnell sagt, dass er und sein Team hoffen, die in dieser Studie entwickelten Techniken nutzen zu können, um das Verständnis des vorindustriellen Verschmutzungsgrads in der Arktis zu verfeinern, wo Bergbau und Metallurgie viel früher in der Menschheitsgeschichte stärker ausgeprägt waren als in Südamerika.
Mehr Informationen:
Joseph R. McConnell et al., Schwermetallverschmutzung im hemisphärischen Maßstab durch Bergbau und Metallurgie in Südamerika und Australien während des Zeitalters, Wissenschaft der gesamten Umwelt (2023). DOI: 10.1016/j.scitotenv.2023.169431