青藏高原科技考古新成果

By admin in 走进必威 on 2019年2月1日

  陶器自旧石器晚期出现以来,就在中国的考古遗址中广泛出土。古代先民利用陶器烹食、制酪、酿酒、染色等,这一系列活动都可能在陶器表面形成炭化物,甚至一些有机分子可以残留在陶器疏松多孔的胎体里。通过对陶器中这些有机残留物进行分析可以得到很多先民生产生活方面的信息,比如他们利用了何种动植物资源?如何制备这些产品?不同的陶器分别有什么功能?

  冶金考古

  近期,中国科学院大学杨益民课题组与青海省考古所王倩倩等人合作,利用红外光谱、气质联用、扫描电镜和同步辐射显微CT等手段对青海大通长宁遗址出土的齐家文化时期双耳罐内的炭化残留物(图1和图2)进行了系统分析。研究成果“Earliest
use of birch bark tar in Northwest China: evidencefrom organic residues
in prehistoric pottery at the Changning site”在《Vegetation History and
Archaeobotany》上发表。论文第一作者为中国科学院古脊椎动物与古人类研究所饶慧芸博士。

 

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  对青海省若干遗址齐家文化铜器的考察 

▲ 图一 双耳罐碎片内外壁

 

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  中国早期铜器的研究在探索冶金技术的起源及发展轨迹、中华文明的形成过程中都具有非常重要的意义。甘青及新疆地区一直是早期铜器研究的重点关注区域。目前,甘肃及新疆地区的早期铜冶金考古工作较多,而青海省早期铜器的相应工作则相对较少,这一现象应该引起重视。

▲ 图二 陶器内壁和底部炭化残留物

 

  炭化残留物经红外和气质联用分析鉴定为桦树皮加热后的产物(图3);之后利用扫描电镜和显微CT(图4),与现代炭化桦树皮进行对比分析,认定古代炭化物为桦树皮焦油,而不是炭化的树皮。因此,早在齐家文化时期(约4000~3500
BP),中国西北部的先民已经利用当地的桦树皮来生产焦油,并可能作为粘合剂用于制造复合工具,如长宁遗址发现的骨柄石刀。

  科技分析现状

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▲ 图3 桦树皮焦油的气质联用分析

  早在1980年,李虎侯先生即无损测试了尕马台墓地出土七角星纹铜镜的成分,指出其为铜锡合金。之后直至2010年,研究人员方测试了该墓地出土的8件铜器,结果表明7件铜泡均为铜锡二元合金,而唯一一件铜镯则为铜砷二元合金。显然,这些研究成果对揭示该墓地铜器的合金配比和工艺具有重要的价值。尽管如此,还是需要指出,该墓地出土铜器甚多,种类也较为多样,除铜镜、镯、泡外,还有铜环、指环、牌饰等,上述分析仅涉及少量样品(约占1/6),绝大多数器物,特别是后面三类器物,皆未经分析,这很可能使分析结果带有一定的片面性。

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▲ 图4 桦树皮焦油的显微CT分析

  鉴于此,我们对该墓地出土的5类(铜镜除外)、22件铜器进行了初步分析。与此同时,对以往未涉及的金禅口、长宁及沈那三个遗址的齐家文化青铜器也进行了系统分析(相关测试数据将随后发表),旨在全面揭示青海省出土齐家文化铜器的材质特征。

  通过分析双耳罐的内外壁残留物分布,以及与国外桦树皮焦油生产的经典方法“双罐法”进行比对,认为此双耳罐可能是桦树皮焦油的生产工具,是目前中国加工和使用桦树皮焦油的最早证据。由于甘青地区地理位置特殊,而且长宁遗址在齐家文化时期处于生存策略的转型期,并且考虑到欧洲早在旧石器晚期就已制作桦树皮焦油,中国桦树皮焦油的生产和利用可能受到西方的影响,但这仍需要更多的证据。(作者单位:中国科学院古脊椎动物与古人类研究所)

 

  结果简介

 

  本次分析的22件尕马台样品中,12件铜泡样品均不含砷、为Cu-Sn二元合金,其他10件样品中均含有一定量的砷。含砷铜器中,有四件样品的砷含量超过2%;两件样品的砷含量也接近2%;三件样品的砷含量则在0.5%~0.9%之间;剩下一件为含砷很低的红铜。

 

  分析的6件金禅口样品中,仅1件铜泡不含砷,其他5件铜器均含有一定量的砷。含砷铜器中,有两件砷含量超过2%,一件样品的砷含量也接近2%,另外两件样品的砷含量则在0.5%~0.9%之间。

 

  沈那遗址残铜块含砷较高,为砷铜合金;而长宁遗址残铜环则为含砷的类锡青铜。

 

  讨   论

 

  锡青铜
 
值得注意的是,本次分析的13件铜泡均为Cu-Sn二元合金,与北科大的分析结果一致。由此可见,已分析的青海地区齐家文化铜泡合金技术较为稳定,均为锡青铜。相比之下,甘肃陈旗磨沟遗址齐家文化铜泡的合金组成较为复杂,其既有Cu-Sn二元合金,又有其他类型合金,其合金配比不稳定,对铜的合金认识尚不够充分。由此可知,尕马台墓地出土铜泡的合金配比稳定、技术较高,自身特征鲜明。

 

  砷铜
 
北科大研究指出,我国早期砷铜主要出现在甘肃和新疆两地的四坝文化遗址及墓葬中。近期分析表明,甘肃陈旗磨沟和青海尕马台、宗日等部分齐家文化遗址中也出土有砷铜。然而,陈旗磨沟遗址出土铜器中,含砷铜器的比例甚低,而锡青铜比例较高。此前,尕马台9件铜器的分析表明,除1件铜镯为砷铜外,其他器物均为锡青铜;宗日遗址出土3件铜器的分析显示,其皆为含砷的铜合金,其中2件为Cu-As合金,另1件很可能是Cu-As-Sn合金。

 

  由此可知,以往分析中,能确定为齐家文化砷铜的器物总共只有5件:宗日3件,尕马台1件,陈旗磨沟1件。而本分析新发现有7件齐家文化砷铜器:尕马台4件、金禅口2件、沈那1件。可见,迄今为止已确认的齐家文化砷铜器总共12件,而11件在青海地区。显然,这些发现具有非常重要的意义。

 

  潜伟先生曾对四坝文化的砷铜进行过研究,认为这些砷铜可能为本地生产,并可能影响至南西伯利亚的卡拉苏克文化。而本文及近年来同行学者的分析结果表明,早在齐家文化时期,甘青地区就存在砷铜,且最早的砷铜出土于青海省宗日遗址。目前看来,我国境内的砷铜主要分布于西部地区(包括青海东部、甘肃大部及新疆东北部),而最西部的新疆天山北路地区的年代最晚。显然,就现有材料来看,我国的砷铜技术由新疆经河西走廊传入的可能性值得重新讨论,砷铜技术在我国很可能存在其他的传播路线。

 

  现有分析结果表明,齐家文化时期砷铜主要在中、西齐家文化遗址中发现,而未见东齐家文化遗址出土砷铜的报道。目前所见最早的砷铜出土于宗日遗址,该遗址经分析的3件样品均为砷铜,而其他齐家文化遗址出土的铜器则为红铜、砷铜、锡(铅)青铜等多种合金并存。根据上述分析,并综合前人研究成果,似乎可推测我国早期砷铜的演变、传播存在东南及西北两条路线:一条源自共和盆地南缘的宗日遗址,向东南经陈旗磨沟,传至中原地区的陶寺、二里头遗址,即所谓的东南线;另一条自宗日遗址经尕马台、金禅口,通过东灰山及干骨崖墓地,传至新疆东部的哈密天山北路墓地,并进一步影响到南西伯利亚的卡拉苏克文化,即所谓的西北线。目前大多数学者认为,在中国金属器的起源中,外来因素占有重要的地位。研究表明,南亚印度Ganges山谷的Copper
Hoard彩陶文化(公元前第3千纪)出土的金属中,有超过一半是含砷1%以上的砷铜,那么甘青地区的砷铜技术有没有可能从印度传播而来呢?

 

  结   论

 

  基于青海省尕马台、金禅口、长宁及沈那4个遗址共30件齐家文化铜器的分析,可获得以下两点初步认识:

 

  第一,目前经分析的青海省齐家文化铜器共42件,约占出土齐家文化铜器总量的60%;其中,砷铜11件,类砷铜3件,含少量砷的铜器16件,以上三类器物占已分析器物的71%以上。可见,砷铜合金在青海齐家文化铜器中占有十分重要的地位。这与甘肃齐家文化铜器含极少量砷铜的情况形成鲜明对比。显然,有必要就甘肃与青海齐家文化时期砷铜技术的关系进行深入研究。

 

  第二,似有迹象表明,我国早期砷铜技术的传播路线存在东南及西北两条线路。东南线自共和盆地南缘经甘肃南部,直至中原地区;西北线则自共和盆地南缘往北经河西走廊,传至新疆东部的哈密天山北路墓地,并进一步影响到南西伯利亚的卡拉苏克文化。人们不禁要问,甘青地区的砷铜技术源自何处?有无传自印度的可能性?无疑,这里提及的我国砷铜技术的传入路径及境内两条砷铜传播线路皆为初步推测,欲确证其实际存在与否,还需要做大量的工作。这既需要冶金考古学者与考古学家密切交流合作,还有赖于更多、更新的考古发掘资料。

 

  (中国科学院大学科技史与科技考古系  罗武干)

 

  植物考古

金禅口齐家文化遗址发现青海省早期大麦、小麦遗存

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大麦遗存

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小麦遗存

 

  金禅口遗址位于青海省互助县加定镇加塘村金禅口一社西侧,
地处黄河二级支流大通河南岸的二级阶地上,南距大通河谷约300米。该遗址为齐家文化遗址,南北长100米、东西宽80米,面积约8000平方米。2012年青海省文物考古研究所对该遗址进行了发掘,发掘面积约285平方米。

 

  为研究金禅口遗址齐家文化时期人类对植物资源的利用,在该遗址的发掘过程中,采取了针对性采样法在灰坑、房址等不同遗迹单位系统地采集了土样(108份,总计1212.93升),并利用水波浮选仪对所采集的样品进行了浮选,样品的分类及炭化植物种子的种属鉴定工作分别在兰州大学西部环境教育部重点实验室和中国社会科学院科技考古中心进行。共鉴定出22个植物种属的炭化种子11243粒,其中粟(Setariaitalica)、黍(Panicum)、大麦(Hordeumvulgare)、小麦(Triticumaestivum)和大麻(Cannabis
sativa)五种农作物的炭化种子为10163粒,约占碳化植物籽粒总数的90%。农作物遗存中,粟、黍碳化种子占绝大多数(97%),分别为7055粒和2128粒,大麦、小麦和大麻碳化种子分别为271粒、15粒和1粒。

 

  我们选取了10份碳化作物种子样品,在北京大学考古文博学院考古年代学实验室进行加速器质谱(AMS)测年。所采用碳十四半衰期为5568年,所测得的碳十四年代(未校正)统一使用OxCal
v3.10校正软件中的Intcal04树轮校正曲线进行校正。测年结果显示,金禅口遗址的年代范围为2200-1770
BC。碳化粟黍种子年代(4个)为2200-1770BC,而碳化大麦、小麦种子年代(6个)为2030-1770BC,可能表明金禅口遗址粟黍种植较早,而大麦、小麦两种起源于西亚的农作物传入时间稍晚。尽管如此,金禅口大麦、小麦遗存出现的时间在2000
BC左右,是青海省目前已发表的直接测年结果最早的。但金禅口遗址大麦、小麦的出土概率仅为16%和2%,表明其不是该遗址齐家文化时期人类利用的主要植物资源,暗示外来农作物大麦和小麦从传入青海,到作为主要植物资源加以应用经历了较长的过程。

 

  金禅口遗址地处大通河沿岸台地,而大通河—扁都口—河西走廊是中国历史时期连接河湟谷地和河西走廊平原的重要通道。从已发表的资料看,小麦传入河西走廊的时间稍早于2000
BC,如皇娘娘台遗址(2043-1746 BC)和缸缸瓦遗址(2026-1759
BC),说明大麦和小麦很可能是由河西走廊经扁都口、大通河传入湟水和黄河上游谷地的。

 

  (董广辉  杨颖  任晓燕  王忠信)

 

  动物考古

 

  金禅口遗址出土动物遗存及其先民的动物资源开发  

 

  青海省互助县金禅口遗址地处大通河南岸的二级阶地上,面积约8000平方米,海拔2419米,遗址的树轮校正年代为公元前2000年左右,属于齐家文化。金禅口遗址位于河西走廊、青海东部河湟地区、黄土高原西缘的三角地带,交通位置极为重要。青海省文物考古研究所2012年发掘了该遗址,对遗址出土的动物骨骼进行了细致收集。中国社会科学院考古研究所科技考古中心动物考古实验室受委托鉴定、分析了这批动物遗存,在此对金禅口遗址先民利用的动物资源情况作一初步介绍和分析。

 

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