科技考古：探究历史真相

本期关注：科技考古

最近，随着河南省安阳市西高穴村东汉大墓的发掘，围绕着这一大墓是否为文献中记载的魏武王曹操高陵的争论，公众也享受了一顿难得的考古学科普“大餐”。本版编发的这篇王昌燧教授有关科技考古学的文章，既介绍了科

学科之间的交叉融合是当前科学发展的大趋势。在所有交叉学科中,科技考古学颇为独特,它既是考古学与自然科学交叉融合的产物,更是社会科学与自然科学交叉融合的产物。随着融合的深化,它与考古学之间的界线愈发模糊不清。

如今,科技考古学的发展,已体现在考古学的所有领域。追寻科技考古学的发展轨迹,既能帮助公众了解这一学科本身,又能为它的发展开阔思路。

碳14断代测年:从定性到定量

人们知道,时间标尺的建立,是考古学研究的基础,它使考古学从定性描述转变为定量表述的科学。碳14测年方法的建立,为解决这一问题提供了技术手段。

仇士华、蔡莲珍教授是我国著名的碳14测年专家。在充分探讨系列样品碳14数据与树轮校正曲线拟合的基础上,两位先生领导的研究组经过多年努力,解决了许多技术难题,终于将武王克商的年代限定在公元前1050―1020年,确保了夏商周断代工程的圆满完成。近年来,系列样品贝叶斯统计方法又成功地应用于新砦、二里头、偃师商城和郑州商城等遗址的年代测定,得出了若干误差甚小、重要异常的年代数据,为历史界和考古界深入探索商前和商代历史奠定了坚实的年代学基础。

随着环境考古、农业科技考古的迅速发展,人们已不再满足遗址文化层提供的信息,而逐渐将视角拓展至遗址周边的自然地层。不难理解,欲揭示自然地层内所蕴含的信息,首先需明确其不同层位的所属年代。然而,土壤中通常难以获得理想的木质材料,且常常“受到农业施肥和现代植物根系渗透的影响”,致使测定的碳14年龄偏轻。针对这一难题,中国科学院地球环境研究所周卫健院士等采用新的热处理方法,有效排除了土壤有机质中“死碳”和“晚期含碳物质”的干扰,并利用加速器质谱测得较为可靠的年代数据。无疑,该方法可望为环境考古和农业科技考古带来福音。

环境、农业科技考古结硕果

揭示古代人类所处的自然环境,探索人类社会发展与所处自然环境的相互关系,即为环境考古。我国环境考古的累累硕果中,最令人震撼而难以忘却的,莫过于夏正楷教授等关于喇家遗址的探讨。4000年前,地震、山洪和洪水给喇家先民毁灭性打击的凄惨场景,借助于他们的研究,居然能够再现于我们眼前。近年来,莫多闻教授等从多个角度综合分析了我国不同地区的古代环境,并从环境角度论述了新石器晚期以来,我国中原地区成为华夏文化中心的原因。

世界上最早的四大主要粮食作物,中国占了两种,即稻类和粟类,因而中国的农业考古具有特殊重要的意义。著名考古学家严文明十分关心我国农业考古的研究,他不仅从理论上对我国稻作农业起源作了有益的探讨,而且还利用他的国际影响,于20世纪90年代促成了“中美农业考古队”的组建,并开展了仙人洞和吊桶环遗址的发掘,有力地推动了我国农业考古的研究。

近年来,袁靖、赵志军研究员等综合分析了多学科的研究成果,明确指出中华文明形成时期不同考古学文化的农业经济特点和发展模式不尽相同。例如,黄河流域居民获取肉食的主要方式是家养动物,而长江流域居民的主要方式为渔猎。又如,北方为粟作农业传统，南方为稻作农业传统，而中原地区则由原来的粟作农业转向稻粟等多作物农业。

我国农业科技考古的长足发展还体现在植物微体化石的研究领域。其中,植硅体方面最为显著的成果当推吕厚远研究员关于粟、黍植硅体形态及其差异的辨别。基于这一辨别,他指出,我国黍的起源应早于粟千年之久,并认为磁山地区应为我国粟作农业的发源地。另一个值得介绍的成果是吴妍博士利用扫描电镜和高景深数码相机,分别实现了水稻植硅体的三维图像重建,从而极大地提高了植硅体形态特征测量的速度,有效地推动了植硅体分析的应用。

生物考古:勾勒人类迁徙轮廓

如果说,碳14测年方法的建立使考古学从定性描述转变为定量表述,那么,生物考古的开展则可望勾勒出古代人类迁徙和社会发展的动态轮廓。

20世纪80年代以来,PCR技术(聚合酶链反应)的建立直接催化了古代DNA分析方法的发展和应用。近年来,古代人类DNA研究有两个颇为重要的进展：一个是Real-timePCR技术,它可有效地鉴别源自古代样品的DNA污染,从而在相当程度上确保古代DNA分析的可靠性;另一个是焦磷酸法测序方法的建立,它奠定了核DNA测序的基础,将整个基因组的序列分析提上了议事日程。可以预见,随着古代DNA技术的不断发展和成熟,古代人类遗传关系的复原、描绘古代人类的迁徙路线终将成为现实。

早在1984年,蔡莲珍、仇士华即根据稳定碳同位素比值,较为系统地分析了我国新石器时期先民的食物结构,在我国考古界产生了深远影响。如今,人们已捋清我国新石器中晚期先民食谱的地域分布特征,即黄河以北主要以粟类植物为食,长江以南以稻类植物为主要食物,而中间区域则两类兼而有之。而根据北方先民的食谱变化规律,可将距今约7000年的仰韶文化时期定为北方农业起源的下限。与此同时,胡耀武、汤卓伟博士等指出,在一定条件下,家猪的食谱与饲养有着内在的联系,从而为动物驯化起源的探索提供了新的思路。

残留物分析是生物考古的又一重要组成部分。有关研究在我国开展较晚,但已取得了一些成果。例如,2005年山西省绛县西周?国墓地发掘出土的一个铜簋中保存有大量的炭化物,杨益民博士等分析了样品的碳氮含量和同位素比值,推测铜簋内曾盛有煮熟的大米及肉类――“羹”,这一与文献记载相悖的结论,引起了人们的浓厚兴趣。

陶瓷、冶金科技考古受关注

说到陶瓷科技考古,人们必然想到中国科学院上海硅酸盐研究所的李家治。他主编的《中国科学技术史・陶瓷卷》是我国陶瓷科技考古界值得骄傲的里程碑,对世界陶瓷科技考古所产生的影响无论怎样评价都不为过。近年来,考古发掘和科技分析基本改变了以往我国北方不产原始瓷的认识。联想到北朝时期我国北方高质量的青瓷和刚刚问世的白瓷,不难意识到,长期以来被学术界忽略的我国北方汉代之前的陶瓷发展史,应成为今后研究的热点。顺便指出,当前我国陶瓷科技考古的主要动向有:利用X射线吸收近边结构谱(XANES)等方法探讨呈色元素的价态,从物理层次探讨釉、彩的呈色机制;明清时期斗彩、五彩、粉彩、珐琅彩等制作工艺;基于海上丝绸之路的中西方陶瓷研究等。

冶金科技考古中,中国冶金的起源最受学术界关注。对此,国外学者大多持来源于西方的观点；国内老一辈考古学家则多从我国考古学文化连续性考虑,认为我国的冶金技术应为独立起源；而年轻一代考古学家又较倾向于来源西方。柯俊院士和我根据姜寨等遗址出土的黄铜推测,我国冶金技术当为独立起源,而在此之后受到西亚的影响,也是不争的事实。值得指出的是,最近在上海光源,采用X射线荧光面扫描分析,发现姜寨黄铜片不同区域的锌含量差异显著,而铅元素呈零星点状分布,其特征与固态还原法制备的黄铜完全相同,从而证明先民在使用天然金属与发明金属铸造之间,都曾采用热煅法或固体还原法冶炼金属。中国最早人工冶炼金属的年代与西亚相近,其冶炼金属为黄铜,不同于西亚的砷铜和红铜――这一事实有力地支持了中国冶金起源的本土说。

毫无疑问,科技考古的崛起还体现在其发展的全面性。除上述领域外,至少应包括古代铁器、古代玉器、古代漆器、古代玻璃和古代纸张等领域。特别是古代漆器和纸张,原先几乎无人问津的研究,现已出现一些较高水平的成果,且呈迅速发展之态势。

科技考古学的崛起还体现在人们对多学科协作的认可。特别在文明探源工程的推动下,人们开始注意到农业起源与传播、人类的迁徙、社会的分层、文化的交流等重要科技考古问题,并通过多学科协作,将问题逐步引向深入。不仅如此,随着国际合作的深入发展,我国科技考古专家业已借助陶瓷科技考古等研究,探讨中西方文化交流等重大问题；而在政府的大力支持下,我国考古学家也已走出国门。

总之,无论研究广度抑或研究深度,都清晰地表明，我国的科技考古学正在迅速崛起,其成果必将日益深入人心。

(作者为中国科学院研究生院科技史与科技考古系主任、教授)

背景知识・碳14测年法

碳14是碳的一种具放射性的同位素，于1940年首被发现。它是透过宇宙射线撞击空气中的氮原子所产生，半衰期约为5730年，衰变方式为β衰变，碳14原子转变为氮原子。

由于其半衰期达5730年，且碳是有机物的元素之一，人们可以根据死亡生物体的体内残余碳14成份来推断它的存在年龄。生物在生存的时候，由于需要呼吸，其体内的碳14含量大致不变,生物死去后会停止呼吸，此时体内的碳14开始减少。由于碳元素在自然界中各个同位素的比例一直都很稳定，人们可透过检测一件古物的碳14含量来估计它的大概年龄――这种方法称之为碳14测年法。