考古中的高科技“神器”

杨益民

2020-11-26 10:53:47　来源：光明日报

　　考古学是通过分析古代物质遗存来研究人类历史的科学，其源头可以上溯至欧洲的古物学和中国的金石学。19世纪，自然科学的发展促进了考古学的成熟，地质学中的地层学和生物学中的分类学被引入到考古学中，形成了考古地层学和器物分析的类型学，现代考古学从此开端。可以说，考古学与生俱来就与自然科学密不可分。

　　考古学对古代遗存的信息提取，离不开以田野发掘、整理研究为主的传统考古和理化分析为主的科技考古，后者的工作开展是建立在前者坚实的工作基础之上的。数理化天地生等自然科学领域中的诸多方法都能在考古学中找到用武之地，考古学的发展越来越离不开科技方法的介入。科技考古现在使用的检测方法有两种趋势，一是依赖专业人员进行实验和数据解读的前沿手段，比如古代基因组分析；二是易操作的小型检测设备，比如成分分析用的便携荧光光谱仪。从田野发掘、实物分析到有机分子的鉴定，科技手段为了解古代社会提供了丰富的信息，活化了历史场景。

　　广域考古中的利器：遥感技术

　　相比地面的考古勘察，太空中的卫星和天空中的飞机提供了不一样的视角，也提供了不可替代的信息。遥感考古多使用可见光、红外光、合成孔径雷达等成像方法，站得高看得广，可以获取大面积的影像资料。古代遗存的土壤、微地貌、植被状况与周边环境会有细微的差异，各自有着不同的电磁波特征，在照片上仔细研读，就可能找到方方的城址、弯弯的河道和长城等大型遗存。

　　在地广人稀、交通不便的区域，遥感考古是考古人的利器，极大地减少了考古调查成本。新疆历史上曾经有许多长城，但受千余年的风化侵蚀和人类活动的影响，长城遗存已经和周边的沙漠、戈壁等环境浑然一体，人眼很难看出长城的存在，而利用遥感手段可基本“复原”出新疆古代长城的样貌。此外，利用卫星影像并结合现场调查发现了《水经注》中新疆罗布泊地区的“注宾城”，并在楼兰古城附近确认了“目”字形和椭圆放射状两种人工灌溉遗迹。借助遥感考古，中国考古学家还在丝绸之路西端突尼斯发现10处古罗马时期考古遗存，揭示了古罗马时期南线军事防御系统的布局与农业灌溉系统的结构。

　　在人口稠密的地区，遥感考古可能避开人类活动的干扰。良渚文明是中国最早的文明之一，现在也是人口密集之地，人类活动对地貌影响甚大。发现良渚古城附近的水利高坝系统后，考古学家利用20世纪60年代的美国卫星影像进一步开展筛查，进而发现了良渚古城附近的水利低坝。

　　发现古物的制造奥秘：同步辐射光源

　　人工制品反映了人类利用自然、适应自然和改造自然的能力，也是人类智力演化的主要标志之一。工业革命以前，人类社会的演化就以工具材质和工艺来划分，如旧石器时代（以打制石器为主）、新石器时代（以磨制石器为主）、青铜时代和铁器时代等。人工制品的研究往往包括起源、制作工艺、产地分析和用途等。根据加工工艺，人工制品可分为冷加工制品（如石器、玉器等）和热加工制品（如陶瓷、玻璃、金属等）。

　　人类制作工具的历史就是材料利用史。早期人类对石头进行冷加工，从粗糙的打制石片、手斧到精致的细石叶，石器的形态和工艺反映了人类从200多万年到1万多年前的迁徙和文化交流情况。至少在1万余年前，中国先民掌握了旋转钻孔技术。鸵鸟蛋壳做的珠子是旧石器晚期先民常见的饰品，鸵鸟蛋壳珠比较脆弱，穿孔内部的土壤也不易彻底清除，直接用光学显微镜或使用硅胶翻模再扫描电镜观察的传统钻孔工艺研究方法并不适用。科学家用上海同步辐射光源对水洞沟遗址12地点附近的鸵鸟蛋壳珠进行了无损的显微CT分析和三维建模，判断蛋壳来自安氏鸵鸟。先民们从蛋壳内表面使用扭转钻孔方法定位，如使用燧石做的尖状器；再使用旋转钻孔方法来深入钻孔，并至少使用了两种钻头，最后使用圆柱形磨头并配合旋转方法将穿孔打磨成圆柱形。

　　中国是陶器的起源地区之一，碳14测年表明江西仙人洞出土的陶器能早到距今约2万年。陶瓷的烧成温度反映了高温技术的进步，基于改进的热膨胀分析方法，判断距今约9000年的东胡林遗址出土陶片的烧成温度在500度左右。瓷器是中国的特有发明，根据胎和釉原料的化学组成和烧成温度（至少超过1150度），我国青瓷起源的时间最晚可追溯至夏代。尽管中国先民的陶瓷制作工艺一直很发达，但古代陶工并没有故步自封，他们持续从外界汲取技术营养。大约3000年前，中国陶瓷业首次受到外来技术的影响，新的陶瓷制品种类——釉砂开始出现并成为当时贵族阶层的新宠。釉砂的引进消化吸收，促进了中国古陶瓷呈色技术的发展；古代陶工的“调色盘”从仅依靠铁元素扩展到铜元素，釉色也不再局限于黄色和绿色。北京同步辐射光源吸收边分析表明，到战国中晚期，金属铜颗粒致色的铜红釉也在釉陶上开始使用。元代开始大规模从域外输入钴料制作青花瓷，利用聚焦离子束扫描电镜制备透射电镜的样品并开展化学成分和结构分析表明，进口钴料和国产钴料共存于明代宣德时期的青花瓷上。

　　公元前500年左右，域外玻璃蜻蜓眼珠的输入刺激了国产铅钡和钾钙玻璃的出现。使用显微CT可以无损区分釉砂、釉陶和玻璃等不同材质的蜻蜓眼珠，并判别不同类型的加工工艺。印度太平洋玻璃珠是战国中晚期开始在南亚、东南亚出现并向各地传播，基于无损的同步辐射显微CT、同步辐射显微衍射分析及微损的激光剥蚀成分分析，云南句町王国出土的汉代印度太平洋铜红玻璃珠，主要依靠金属铜颗粒致红色，产地可能是东南亚；而气泡形状不应是判断拉制法的主要依据。

　　金属矿石的开采、冶炼和器物的制造，需要一整套的复杂流程和社会管理，是社会高度复杂化的重要标志之一。尽管中国的青铜技术受外来技术影响很大，但是中国的冶金术应该是独立发明的。利用同步辐射光源X射线荧光分析面扫描，对比分析模拟样品和陕西姜寨遗址距今约6000年的黄铜片，发现后者的制作工艺是固体还原，比西亚类似工艺的人工冶炼合金砷铜还略早一些；正是已有了冶金术和发达的陶瓷基础，青铜技术一传入中原就很快得到广泛应用。青铜时代，铅、铜的矿料来源研究多通过铅同位素分析来开展，殷墟的高放射成因铅目前看来并不会来自云南。铁器大规模应用之后，人类文明发展骤然加速，奠定了“轴心时代”的物质基础，帝国开始出现。金相分析表明，春秋时期，块炼铁技术传入中原，中原地区很快发明出生铁技术，为封建王朝大一统格局的出现奠定了生产力基础。

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编辑：迟语洋

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