學(xué)科之間的交叉融合是當前科學(xué)發(fā)展的大趨勢。在所有交叉學(xué)科中,科技考古學(xué)頗為獨特,它既是考古學(xué)與自然科學(xué)交叉融合的產(chǎn)物,更是社會(huì )科學(xué)與自然科學(xué)交叉融合的產(chǎn)物。隨著(zhù)融合的深化,它與考古學(xué)之間的界線(xiàn)愈發(fā)模糊不清。

　　如今,科技考古學(xué)的發(fā)展,已體現在考古學(xué)的所有領(lǐng)域。追尋科技考古學(xué)的發(fā)展軌跡,既能幫助公眾了解這一學(xué)科本身,又能為它的發(fā)展開(kāi)闊思路。

碳14斷代測年:從定性到定量

　　人們知道,時(shí)間標尺的建立,是考古學(xué)研究的基礎,它使考古學(xué)從定性描述轉變?yōu)槎�量表述的科學(xué)。碳14測年方法的建立,為解決這一問(wèn)題提供了技術(shù)手段。

　　仇士華、蔡蓮珍教授是我國著(zhù)名的碳14測年專(zhuān)家。在充分探討系列樣品碳14數據與樹(shù)輪校正曲線(xiàn)擬合的基礎上,兩位先生領(lǐng)導的研究組經(jīng)過(guò)多年努力,解決了許多技術(shù)難題,終于將武王克商的年代限定在公元前1050—1020年,確保了夏商周斷代工程的圓滿(mǎn)完成。近年來(lái),系列樣品貝葉斯統計方法又成功地應用于新砦、二里頭、偃師商城和鄭州商城等遺址的年代測定,得出了若干誤差甚小、重要異常的年代數據,為歷史界和考古界深入探索商前和商代歷史奠定了堅實(shí)的年代學(xué)基礎。

　　隨著(zhù)環(huán)境考古、農業(yè)科技考古的迅速發(fā)展,人們已不再滿(mǎn)足遺址文化層提供的信息,而逐漸將視角拓展至遺址周邊的自然地層。不難理解,欲揭示自然地層內所蘊含的信息,首先需明確其不同層位的所屬年代。然而,土壤中通常難以獲得理想的木質(zhì)材料,且常�！笆艿睫r業(yè)施肥和現代植物根系滲透的影響”,致使測定的碳14年齡偏輕。針對這一難題,中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所周衛健院士等采用新的熱處理方法,有效排除了土壤有機質(zhì)中“死碳”和“晚期含碳物質(zhì)”的干擾,并利用加速器質(zhì)譜測得較為可靠的年代數據。無(wú)疑,該方法可望為環(huán)境考古和農業(yè)科技考古帶來(lái)福音。

環(huán)境、農業(yè)科技考古結碩果

　　揭示古代人類(lèi)所處的自然環(huán)境,探索人類(lèi)社會(huì )發(fā)展與所處自然環(huán)境的相互關(guān)系,即為環(huán)境考古。我國環(huán)境考古的累累碩果中,最令人震撼而難以忘卻的,莫過(guò)于夏正楷教授等關(guān)于喇家遺址的探討。4000年前,地震、山洪和洪水給喇家先民毀滅性打擊的凄慘場(chǎng)景,借助于他們的研究,居然能夠再現于我們眼前。近年來(lái),莫多聞教授等從多個(gè)角度綜合分析了我國不同地區的古代環(huán)境,并從環(huán)境角度論述了新石器晚期以來(lái),我國中原地區成為華夏文化中心的原因。

　　世界上最早的四大主要糧食作物,中國占了兩種,即稻類(lèi)和粟類(lèi),因而中國的農業(yè)考古具有特殊重要的意義。著(zhù)名考古學(xué)家嚴文明十分關(guān)心我國農業(yè)考古的研究,他不僅從理論上對我國稻作農業(yè)起源作了有益的探討,而且還利用他的國際影響,于20世紀90年代促成了“中美農業(yè)考古隊”的組建,并開(kāi)展了仙人洞和吊桶環(huán)遺址的發(fā)掘,有力地推動(dòng)了我國農業(yè)考古的研究。

　　近年來(lái),袁靖、趙志軍研究員等綜合分析了多學(xué)科的研究成果,明確指出中華文明形成時(shí)期不同考古學(xué)文化的農業(yè)經(jīng)濟特點(diǎn)和發(fā)展模式不盡相同。例如,黃河流域居民獲取肉食的主要方式是家養動(dòng)物,而長(cháng)江流域居民的主要方式為漁獵。又如,北方為粟作農業(yè)傳統，南方為稻作農業(yè)傳統，而中原地區則由原來(lái)的粟作農業(yè)轉向稻粟等多作物農業(yè)。

　　我國農業(yè)科技考古的長(cháng)足發(fā)展還體現在植物微體化石的研究領(lǐng)域。其中,植硅體方面最為顯著(zhù)的成果當推呂厚遠研究員關(guān)于粟、黍植硅體形態(tài)及其差異的辨別�；�于這一辨別,他指出,我國黍的起源應早于粟千年之久,并認為磁山地區應為我國粟作農業(yè)的發(fā)源地。另一個(gè)值得介紹的成果是吳妍博士利用掃描電鏡和高景深數碼相機,分別實(shí)現了水稻植硅體的三維圖像重建,從而極大地提高了植硅體形態(tài)特征測量的速度,有效地推動(dòng)了植硅體分析的應用。

生物考古:勾勒人類(lèi)遷徙輪廓

　　如果說(shuō),碳14測年方法的建立使考古學(xué)從定性描述轉變?yōu)槎�量表�?那么,生物考古的開(kāi)展則可望勾勒出古代人類(lèi)遷徙和社會(huì )發(fā)展的動(dòng)態(tài)輪廓。

　　20世紀80年代以來(lái),PCR技術(shù)(聚合酶鏈反應)的建立直接催化了古代DNA分析方法的發(fā)展和應用。近年來(lái),古代人類(lèi)DNA研究有兩個(gè)頗為重要的進(jìn)展：一個(gè)是Real-timePCR技術(shù),它可有效地鑒別源自古代樣品的DNA污染,從而在相當程度上確保古代DNA分析的可靠性;另一個(gè)是焦磷酸法測序方法的建立,它奠定了核DNA測序的基礎,將整個(gè)基因組的序列分析提上了議事日程�？梢灶A見(jiàn),隨著(zhù)古代DNA技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟,古代人類(lèi)遺傳關(guān)系的復原、描繪古代人類(lèi)的遷徙路線(xiàn)終將成為現實(shí)。

　　早在1984年,蔡蓮珍、仇士華即根據穩定碳同位素比值,較為系統地分析了我國新石器時(shí)期先民的食物結構,在我國考古界產(chǎn)生了深遠影響。如今,人們已捋清我國新石器中晚期先民食譜的地域分布特征,即黃河以北主要以粟類(lèi)植物為食,長(cháng)江以南以稻類(lèi)植物為主要食物,而中間區域則兩類(lèi)兼而有之。而根據北方先民的食譜變化規律,可將距今約7000年的仰韶文化時(shí)期定為北方農業(yè)起源的下限。與此同時(shí),胡耀武、湯卓偉博士等指出,在一定條件下,家豬的食譜與飼養有著(zhù)內在的聯(lián)系,從而為動(dòng)物馴化起源的探索提供了新的思路。

　　殘留物分析是生物考古的又一重要組成部分。有關(guān)研究在我國開(kāi)展較晚,但已取得了一些成果。例如,2005年山西省絳縣西周倗國墓地發(fā)掘出土的一個(gè)銅簋中保存有大量的炭化物,楊益民博士等分析了樣品的碳氮含量和同位素比值,推測銅簋內曾盛有煮熟的大米及肉類(lèi)——“羹”,這一與文獻記載相悖的結論,引起了人們的濃厚興趣。

陶瓷、冶金科技考古受關(guān)注

　　說(shuō)到陶瓷科技考古,人們必然想到中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所的李家治。他主編的《中國科學(xué)技術(shù)史·陶瓷卷》是我國陶瓷科技考古界值得驕傲的里程碑,對世界陶瓷科技考古所產(chǎn)生的影響無(wú)論怎樣評價(jià)都不為過(guò)。近年來(lái),考古發(fā)掘和科技分析基本改變了以往我國北方不產(chǎn)原始瓷的認識。聯(lián)想到北朝時(shí)期我國北方高質(zhì)量的青瓷和剛剛問(wèn)世的白瓷,不難意識到,長(cháng)期以來(lái)被學(xué)術(shù)界忽略的我國北方漢代之前的陶瓷發(fā)展史,應成為今后研究的熱點(diǎn)。順便指出,當前我國陶瓷科技考古的主要動(dòng)向有:利用X射線(xiàn)吸收近邊結構譜(XANES)等方法探討呈色元素的價(jià)態(tài),從物理層次探討釉、彩的呈色機制;明清時(shí)期斗彩、五彩、粉彩、琺瑯彩等制作工藝;基于海上絲綢之路的中西方陶瓷研究等。

　　冶金科技考古中,中國冶金的起源最受學(xué)術(shù)界關(guān)注。對此,國外學(xué)者大多持來(lái)源于西方的觀(guān)點(diǎn)；國內老一輩考古學(xué)家則多從我國考古學(xué)文化連續性考慮,認為我國的冶金技術(shù)應為獨立起源；而年輕一代考古學(xué)家又較傾向于來(lái)源西方�？驴≡菏亢臀腋鶕�姜寨等遺址出土的黃銅推測,我國冶金技術(shù)當為獨立起源,而在此之后受到西亞的影響,也是不爭的事實(shí)。值得指出的是,最近在上海光源,采用X射線(xiàn)熒光面掃描分析,發(fā)現姜寨黃銅片不同區域的鋅含量差異顯著(zhù),而鉛元素呈零星點(diǎn)狀分布,其特征與固態(tài)還原法制備的黃銅完全相同,從而證明先民在使用天然金屬與發(fā)明金屬鑄造之間,都曾采用熱煅法或固體還原法冶煉金屬。中國最早人工冶煉金屬的年代與西亞相近,其冶煉金屬為黃銅,不同于西亞的砷銅和紅銅——這一事實(shí)有力地支持了中國冶金起源的本土說(shuō)。

　　毫無(wú)疑問(wèn),科技考古的崛起還體現在其發(fā)展的全面性。除上述領(lǐng)域外,至少應包括古代鐵器、古代玉器、古代漆器、古代玻璃和古代紙張等領(lǐng)域。特別是古代漆器和紙張,原先幾乎無(wú)人問(wèn)津的研究,現已出現一些較高水平的成果,且呈迅速發(fā)展之態(tài)勢。

　　科技考古學(xué)的崛起還體現在人們對多學(xué)科協(xié)作的認可。特別在文明探源工程的推動(dòng)下,人們開(kāi)始注意到農業(yè)起源與傳播、人類(lèi)的遷徙、社會(huì )的分層、文化的交流等重要科技考古問(wèn)題,并通過(guò)多學(xué)科協(xié)作,將問(wèn)題逐步引向深入。不僅如此,隨著(zhù)國際合作的深入發(fā)展,我國科技考古專(zhuān)家業(yè)已借助陶瓷科技考古等研究,探討中西方文化交流等重大問(wèn)題；而在政府的大力支持下,我國考古學(xué)家也已走出國門(mén)。

　　總之,無(wú)論研究廣度抑或研究深度,都清晰地表明，我國的科技考古學(xué)正在迅速崛起,其成果必將日益深入人心。

　　(作者為中國科學(xué)院研究生院科技史與科技考古系主任、教授)

背景知識·碳14測年法

　　碳14是碳的一種具放射性的同位素，于1940年首被發(fā)現。它是透過(guò)宇宙射線(xiàn)撞擊空氣中的氮原子所產(chǎn)生，半衰期約為5730年，衰變方式為β衰變，碳14原子轉變?yōu)榈�原子�?

　　由于其半衰期達5730年，且碳是有機物的元素之一，人們可以根據死亡生物體的體內殘余碳14成份來(lái)推斷它的存在年齡。生物在生存的時(shí)候，由于需要呼吸，其體內的碳14含量大致不變,生物死去后會(huì )停止呼吸，此時(shí)體內的碳14開(kāi)始減少。由于碳元素在自然界中各個(gè)同位素的比例一直都很穩定，人們可透過(guò)檢測一件古物的碳14含量來(lái)估計它的大概年齡——這種方法稱(chēng)之為碳14測年法。