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科技考古系列课程:格物致知——现代分析测试技术在考古学研究中的应用

科技考古在古代技术与经济研究中的重要性 发布时间:2009-12-04文章出处:中国社会科学网作者:袁靖点击率:

这里首先要解释的是“科技考古”这个词,这是多年来约定俗成的一个叫法,其含义实际上是指自然科学相关学科与考古学相结合开展研究。仔细推敲“科技考古”这个词,似乎有一些含糊之处,不能完全解释清楚。但是在我们还没有找到一个更加合适、更加贴切的词之前,暂时用“科技考古”这个叫法应该属于最佳选择。因为大家都知道这个词的实际意义是什么。 多年来,探讨中国文明起源的研究大致包括对许多重要遗址的考古调查和发掘、对中国文明起源的理论和文明要素进行探讨等等。这些探讨极大地推动了中国文明起源研究逐步走向深入。但不容忽视的是这些探讨基本上没有涉及与中国文明起源相关的特定时空范围内的技术与经济的研究。技术与经济是整个社会形态中不可缺少的一个重要方面。如何认识技术与经济在中国文明起源过程中的作用,是我们必须认真思考的重大问题。这个研究之所以长期处于空白状态,实际上是其研究的内容已经超出了传统考古学力所能及的范围。有关农业、家畜、手工业等方面的研究,需要科技考古的介入。 前几年,在国家有关部门的支持下,我们以河南省登封市王城岗遗址、新密市新砦遗址、偃师市二里头遗址、山西省襄汾县陶寺遗址出土的各类相关遗物为主,围绕农业、家畜、冶铸、制陶、石器和玉器制作等与技术和经济相关的领域开展研究,取得了包括研究方法和研究内容在内的一系列有价值的成果。 从研究方法看,我们针对同一个时期、同一个地区多个遗址出土的相关遗物,从植物考古、动物考古、DNA分析、食性分析、冶铸遗物分析、陶器成分、烧成温度分析、石器种类和数量研究、玉器制作工艺研究等8个领域开展合作研究,试图比较全面地复原当时的技术与经济状况。这个设计本身就是带有创新性质的探讨和集成。 从研究内容看,我们首次通过对这个特定时空范围内的农业经济形态进行了定性定量的研究,比较科学地把握了当时粟、黍、稻谷、小麦和大豆等五种农作物种植和狗、猪、牛、羊等四种家畜饲养的发展状况。同时通过研究、归纳当时的手工业经济技术的发展状况,对当时的青铜器、陶器、石器和玉器制作等也有了比较全面的认识。我们的研究结果显示出公元前2500年至公元前1500年中原地区整个经济形态出现了显著的变化和发展。这个特定时空范围内的整个经济形态特征有别于同一地区公元前2500年之前的经济状况,而公元前1500年以后整个商周时期经济基础的雏形在此时已经基本形成。根据这个研究结果,我们可以肯定公元前2500年至公元前1500年这个时间段里技术、经济的变化和发展与文明演进的过程密切相关。 由此延伸出来的对更长的时间跨度内,包括西辽河流域、黄河下游和上游地区以及整个长江上、中、下游地区的技术与经济状况研究已经成为我们当前的主要研究内容。这样对各个地区的个案研究以及将多个地区的研究结果放到一起进行比较和综合研究具有很高的学术价值。必定能够全面揭示技术与经济发展状况在中华文明起源过程中的作用。 技术与经济状况的研究涉及科技考古的多个领域。从整体上说,科技考古研究已经成为考古学研究中不可缺少的一个重要方面,我们试图以本文为开端,围绕科技考古多个领域的研究实例畅谈自己的认识。和大家一起,努力推动我们国家的科技考古研究不断前进。

图片 1 保存完好的干尸图片 2干尸身上撒麦粒、黍粒图片 3女性穿着的羊毛短裙图片 4随葬的牛头图片 5缀伶鼬皮、插翎羽的毡帽 小河文化分布于新疆塔里木盆地中东部地区,兴起于公元前3千纪下半叶,公元前2千纪上半叶一度繁盛,公元前2千纪下半叶逐渐衰落并最终消失。小河文化遗存迄今已发现十余处,最具代表性的是深处罗布泊西南荒漠的小河墓地, 干燥少雨的气候环境,使得墓地相当一部分墓葬还保存着埋藏时的原貌,除棺木、尸体、随葬品等人工遗物、遗迹保存较好外,大量动、植物遗存及其他自然遗物、遗迹等也得以良好保存。小河文化内涵的丰富性、独特性,遗存信息的完整性、多样性,引起了国内外学术界的极大关注。 自2002年小河墓地开始发掘至今,新疆文物考古研究所与吉林大学、北京大学、日本综合地球环境学研究所、中国科学院大学、中国丝绸博物馆、新疆生态土壤地理研究所等多家高校和科研机构合作,在多个领域展开跨学科综合研究,取得了一些颇具创新价值的科技考古成果。现略述于下,以飨读者。系列样本测年 小河墓地墓葬上下分五层布列,早晚之间遗迹遗物变化明显,可大致分为早晚两期。吴小红等对取自小河墓地不同层位的植物种子、动物毛皮等近30个样品进行了测年,经数据拟合所得年代范围为1950 BC~1400BC,早晚期分界约在1700BC前后;对位于塔克拉玛干腹地与小河墓地文化面貌一致的克里雅北方墓地的5个样本测年,结果为1880BC~1700BC;对采自罗布泊北岸小河文化遗存的4个样本测年,结果为2200BC~1880BC 。此外,结合环境考古,还对墓地附近采集的枯胡杨树皮、芦苇、螺壳样本做了测年,结果显示距今3000年、1500年、1000年左右及19世纪50年代,小河区域都有水资源存在。人骨DNA研究 小河墓地干尸多见亚麻色头发和睫毛,这是欧罗巴人种的一些外貌特征,但出土人骨的DNA分析所显示的人群构成却复杂得多。周慧、李春香等成功获得了小河墓地58个人类个体的线粒体DNA序列,研究结果表明小河早期人群是分别带有东部欧亚谱系和西部欧亚谱系的群体,暗示至少在4000年前东西方人群就已到达新疆,其基因混合最初发生的地点则可能是在南西伯利亚某地,后南迁至塔里木盆地。小河晚期人群的遗传构成更为复杂,既有西部欧亚成分,同时南亚成分和东亚成分增多。小河人群整体上表现为晚期成分较早期成分复杂,基因多态性增高,表明小河人群迁入塔里木盆地后,一直不断与周边人群发生基因交流,以至于改变了人群原有的遗传构成,这可能是造成小河墓地早晚期文化差异的主要原因。 对小河墓地中四座具有明显祭祀性质的早期墓葬-泥棺墓墓主人的DNA分析显示,她们所携带的线粒体基因型均为东部欧亚谱系C4, 并被最多的早期小河个体所共享。这些女性可能是因为生育了特别多的后代而受到后人崇拜并获得了较高的社会地位,这与整个小河墓地所展现的高度生殖崇拜特征相符。动物考古 小河墓地棺前木柱上高悬牛头,棺内置放牛头,埋葬过程中也频繁以牛、羊头祭祀。汤卓炜等对小河牛、羊遗骸做了形态及统计学分析,结果表明小河牛与欧洲黄牛有更多的表型特征相似性,统计显示雄牛比例大于雌牛,推测丧葬中青睐雄牛,可能与雌牛综合利用价值大于雄牛有关。羊有绵羊和山羊,数量基本接近。蔡大伟等通过DNA分析探讨小河牛的遗传构成和来源,研究显示小河牛和西部欧亚地区的驯化黄牛非常接近,而与中原黄牛有别,暗示了距今4000年前西部欧亚的驯化黄牛就已向东扩散到新疆地区。黄牛是一种大型食草类家畜,移动能力并不强,驯化牛在小河的出现,很可能是小河来自西部欧亚的人群随着迁徙带到了塔里木盆地。杨益民利用小河部分牛、羊进行食性分析,结果表明牛、羊主要取食于C3类植物;蒋洪恩对出土牛粪做出的分析结果,则进一步显示画眉草及芦苇等禾本科植物可能是牛的主要食物。小河墓地还发现大量野生动物遗骸,谷景和等对其中部分做了鉴定,有完整的伶鼬、蜥蜴遗骸以及猞狸皮、雕、鵟一类猛禽的羽毛等。植物考古 小河墓地发现大量植物遗骸,如木棺及棺外立柱所用胡杨、柽柳,随葬的麻黄、芦苇、骆驼刺、黑果枸杞、胀果甘草等,大多保存较好,特征明显,容易识别,但准确的植物种属鉴定还需解剖学、分类学的进一步分析。小河还出土大量植物种子,形态学鉴定有小麦、黍、画眉草。周惠、许月及日本学者加藤镰司等通过古DNA研究对小麦、黍的种属及来源做了分析,结果显示小河小麦中存在普通六倍体小麦。六倍体小麦起源于近东地区,小河小麦的存在很可能是西部农业文化向东扩张的结果。加藤镰司等进一步认为小河小麦一部分属于春播型的普通小麦,而且属于西伯利亚沿途原有品种的常见类型。小河黍的基因分析结果显示其遗传结构特征与中国来源的黍完全一致。西方来源的小麦与东方来源的黍在小河的存在,表明距今4000年左右,东西方两大农业文化系统已相互接触,并共存于新疆。蒋洪恩对小河大量发现的一种细微种子进行鉴定,结果为禾本科画眉草属植物,本属植物茎叶柔软,被当作家畜的饲料利用;日本学者河原太八等则认为其形态与原产于非洲的杂谷苔麸非常接近,并推测苔麸约在公元2000年前经由阿拉伯传到了印度,后又传到罗布泊地区。环境考古 莫多闻等选择小河墓地附近两处全新世沉积剖面采集样品,通过古环境指标分析,探讨了小河区域中全新世期间的环境格局、演变及其与人类活动的关系。初步研究结果表明:距今4000年前小河区域环境较差,发现更早的人类活动遗迹的可能性很小;距今4000年至3500年间,湖泊较为发育、风沙较弱,古人类在河湖之间的绿洲上生产生活,创造了小河文化;距今3500年至2500年间,来水减少,气候干旱,湖泊不太发育,不利于人类活动;距今约2500年至1000年间,气候较为凉湿,如上游有一定来水,对人类活动相对较为有利,这可能是本区较多汉晋时代遗迹存在的环境原因。距今1000年前后,本区虽有湖泊发育,但气候干旱,同时湖泊来水不足而处于较为停滞封闭的状态,因而湖水矿化度较高,对人类活动而言也是较为不利的时期。晚近以来,本区整体环境处于逐渐恶化的趋势,短期的来水也难以维持区域内动植物的繁盛和长期定居的人类聚落的形成。日本学者北川淳子等对小河木棺外泥壳中的土样做了花粉分析,既检测出喜湿的黑三棱属和禾本科的花粉,也发现较多耐盐碱的藜科花粉和耐旱的麻黄属的花粉,暗示当时小河区域在干旱的沙漠大环境中相对湿润的绿洲小环境。冶金考古 小河墓地不见大型金属器,除耳环外,大量发现的是不明用途的碎小铜片,多散置在死者身上或钉在棺前立柱上。梅建军等对14件铜片进行检测:9件为锡青铜,3件纯铜,1件铜-铅合金,1件铜-锡-砷三元合金。8件耳环检测,1件为纯锡器,7件为金银合金,这是迄今中国发现年代最早的锡制品和金银合金制品。金属器工艺皆以锻造成型为主。这些分析结果再次表明锡青铜在新疆早期铜器中的主导地位,同时多种金属材料并存也可能暗示其来源的多样性。残留物分析 杨益民等利用蛋白质组学、元素分析等方法,对小河、古墓沟两墓地出土残留物进行分析。在小河草篓内的黄褐色颗粒状物中,发现含有牛酪蛋白,推测为固体的牛乳制品;在古墓沟草篓底及内壁上见片状残留物,检测为液体牛奶。对小河墓主人身体周围散置的块状残留物进行分析,结果显示:其中一类乳黄色块状物为除去乳清的牛奶凝结物,个别还掺有山羊奶;还有一类除含有牛酪蛋白外,还含有乳酸杆菌、酵母等微生物,推测是一种发酵后的奶酒凝结形成的奶酪。另一类灰褐色块状物,检测认为一种为山羊油脂,还有一种含有牛心脏独有的蛋白及牛的肌球蛋白和血红蛋白,疑为牛心制品。这些研究结果暗示在距今3500年前塔里木盆地居民已开始大规模的牛奶利用,同时可能已有意识开始培养微生物。奶制品不仅食用,而且用于丧葬,同样用于丧葬的还有经粗略加工的羊脂制品、牛心制品。食性分析 杨益民等对小河、古墓沟、克里雅北方墓地部分干尸的头发样本做了碳、氮稳定同位素分析,结果显示,小河人的主食主要位于C3植物的食物链上,大量发现的C4类即黍的食用比例似乎很低;而克里雅北方墓地居民食谱中则含有相当多的C4植物,该墓地草篓中也发现由黍和小麦粉碎后混合加工制成的面饼;古墓沟样品中氮同位素很高,暗示当地居民存在对鱼的食用。纺织考古 小河出土大量羊毛服饰,毛纤维颜色有红、黄、黑、棕色。刘剑等采用高效液相色谱质谱联用技术检测,结果显示红色为西茜草染色,其他为羊毛本色。 近年来,围绕小河文化展开的多学科综合研究取得了重要进展,不同学科相互交融、相互支撑,无疑将为西域史前考古、丝绸之路早期东西文化交流等诸多方面的深度研究开拓全新的局面。(作者:小河文化多学科研究课题组 李文瑛 作者单位:新疆文物考古研究所)(2013年11月8日7版)

12月27日下午,在研究生院的科技考古系列课上,赵春燕老师为同学们讲述了现代分析测试技术在考古学中的应用。赵春燕老师现为社科院考古所研究员,社科院研究生院教授,主要研究方向为锶同位素分析、化学成分分析等。 现代分析测试技术能够为考古学研究提供有效的方法与手段。赵老师将讲座内容概括为“一个技术”和“七个故事”。“一个技术”指的是锶同位素分析技术。自然界中有四种锶的同位素88Sr、87Sr、86Sr、84Sr,其中87Sr与86Sr的比值可以作为地区特征指标。通过对人和动物遗骸中锶同位素的比值进行测定,可用于追踪人和动物的迁徙。目前已经在殷墟、二里头等12个遗址开展了锶同位素的分析工作。图片 6赵春燕老师授课 赵老师还用“七个故事”别开生面地展示了现代分析技术在考古学中的应用。“一颗牙齿的故事”用清凉寺墓地出土动物与人牙垢的碳氮稳定同位素分析揭示了古人生前所吃食物种类;用牙釉质的锶同位素比值与微量元素分析说明了古人的来源地和健康状况。“一只陶缸的故事”讲述了灵宝西坡墓葬所出大口缸的内部残留物及外部颜料研究。“一只粉盆的故事”叙说了路固汉墓群出土白粉块的化学分析。“一个美女的故事”介绍了黑水国遗址人骨遗骸的锶同位素比值分析。“一座墓葬的故事”探讨了安阳殷墟花园庄东地M54的铜器、人骨、土壤的铅含量分析及其反映的相关问题。“一个作坊的故事”介绍了富阳泗洲宋代造纸遗址土壤样品的检测。“一个遗址的故事”提起了偃师二里头遗址土壤与人骨的元素分析,以及陶容器残留物的碳同位素分析。这些鲜活的实例引起了同学们的浓厚兴趣。