青藏高原科技考古新成果

▲ 图3 桦树皮焦油的气质联用分析

  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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  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。

▲ 图一 双耳罐碎片内外壁

  大槽子墓地先民颅骨测量性状研究

奥门永利误乐域,  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。

 

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▲ 图4 桦树皮焦油的显微CT分析

  样品背景

▲ 图二 陶器内壁和底部炭化残留物

  植物考古

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  金禅口遗址发现的动物骨骼共计2000多块。动物遗存中以野生动物为主,家养动物也占了相当的比例。动物群中鹿的可鉴定标本数占50%多,最小个体数所占比例占30%左右,鹿包括马鹿、梅花鹿、狍子、獐、麝等大中型鹿类动物。其次为家养的羊,主要为绵羊,也有少量山羊。羊在动物群中可鉴定标本数所占比例占30%左右,最小个体数占20%多。再次为狗,在动物群中可鉴定标本数所占比例占4%左右,最小个体数约占8%。其他的野生动物还有斑羚、岩羊、羚羊、熊、狐、貉、旱獭、野猪、中型猫科动物、鼬科和鼠类等,数量比例均很少。可以看出,金蝉口遗址齐家文化时期先民的生业模式是狩猎经济和畜牧业经济相结合的动物资源开发模式,其中狩猎经济比重更大,且狩猎的野生动物种类较为集中,主要为马鹿、梅花鹿和狍子等鹿科动物。

  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?

 

  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。

 

  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)

  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。

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  (中国科学院大学人文学院科技史与科技考古系  青海省文物考古研究所
杨益民  饶慧芸  任晓燕 王倩倩 )

  (李墨岑  孙志超  王路思  胡晓军)

 

  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。

  大槽子墓地先民古人口统计分析

 

 

 

 

 

  陶器是承载古代社会信息的最重要载体。传统考古通过陶器的分型分式来研究考古学文化面貌,科技考古则通过理化分析来挖掘陶器的潜信息,如烧成温度、元素分析和衍射等无机分析可提供陶器制作工艺和产地等方面的信息。此外,陶器疏松多孔,在使用过程中较易吸附脂类、蛋白质等有机残留物,因而往往蕴含着丰富的动植物利用信息。

 

青海平安大槽子墓地人骨的初步研究

  显然,在齐家文化时期,不仅有比较发达的农业、畜牧业和手工业,而且先民已经认识到特定的植物资源——桦树皮,而双耳罐有储存或加工桦树皮产品的功用。这是目前我国发现最早利用桦树皮的证据。

  由此可知,大槽子墓地所代表的人群显示出两种不同的体质类型,多数先民更多地融入了黄河中下游地区“古中原类型”居民的体质性状。而只有少数先民保留了甘青地区的土著人群——“古西北类型”居民的体质特征。青海平安大槽子墓地显示出东汉时期外来的“古中原类型”人群已大量迁入该地,融合并取代了当地“古西北类型”的土著人群,体现了不同人群迁徙、交流与融合的特点。而“古中原类型”人群在大槽子墓地占据多数的原因可能与西汉以来大量中原地区“古中原类型”的汉人进入西北地区屯田戍边有关。

 

  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?

 

  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。

 

  金禅口遗址发现的家畜只有羊与狗两种,猪数量极少,很可能为野猪,但也不能完全排除存在少量家猪的可能性。金禅口遗址的先民主要的畜牧经济为养羊业。羊是家畜中利用价值非常高的一种动物,不仅可以产肉和脂肪等,还可提供奶、毛、皮。此外,羊为草食性动物,
养羊所消耗的饲料以野草为主,
以谷物的秸秆等饲料为辅,不会与猪、狗等传统家畜争夺食物。因此, 家羊的出现,
代表人类开始以草食性动物来开发新的生计资源(
草本植物),表明畜牧业发展到一个新阶段。金禅口遗址以养羊业为主,其畜牧业经济与大多数齐家文化遗址以猪骨占绝大多数的家畜饲养经济形态相比有着鲜明的特色,这也说明齐家文化的先民在个别地区的畜牧业经济有了新的发展,适应当地的生态环境,牧业的比重开始增大。狗为人类看家护院、放牧或狩猎的助手,金禅口遗址狩猎经济和牧羊业都很重要,狗可能在其中扮演了较为重要的助手角色。

 

图2 块状残留物的总离子流图

  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。

  展望

  综合牙齿颊面、咬合面的微磨耗形态特征,可知大槽子墓地人群牙釉质表面多表现出条痕与小坑均大量存在的特点,表明该墓地人群食物结构既有柔韧的植物类食物,也有粗糙的肉食,食物结构多以杂食为主。其间也存在个体间食物结构的差异,依据牙齿表面不同的微磨耗形态,可将存在差异的个体分为两类。第一类包括21例个体,显示出牙釉质表面条痕多于小坑的磨耗形态,表明这部分人群的食物结构中植物类食物居多。另一类包括5例个体,显示出牙釉质表面小坑多于条痕的磨耗形态,表明这部分人群的食物结构中粗糙的肉食居多,且这5例个体均为成年男性。

  (中国科学院大学科技史与科技考古系  罗武干)

 

 

 

  有机残留物分析能够为重建或复原先民的生产生活提供丰富信息,有着广阔的应用前景。在考古工作中,尽管以炭化物形式存在的可见残留物屡见不鲜;但是这些残留物受到的关注很少甚至轻易被抛弃,很多潜信息已经无可挽回地消失。包括残留物分析在内的科技考古,其从古代遗存中提取的潜信息;付诸图文后能流传久远,这也是对文物中隐含历史、文化和科学等信息的有效和长久保护。在今后的工作中,需大力贯彻新版《田野考古工作规程》,重视文物隐含信息的提取和分析,不应亚于对文物实体的保护!

  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。

 

 

 

 

 

 

  陶器残留物组成复杂,这使得鉴定其生物来源较为困难。近三十年来,随着各种质谱和色谱联用技术的发展,能够对复杂的有机残留物样品进行有机分子的分离和结构鉴定,从而推断其生物来源。陶器残留物的理化分析已在国外得到广泛应用,而国内相关工作甚少。本文对青海大通长宁遗址出土的陶器残留物,开展有机分析并鉴别其生物来源;通过此案例,期冀推动相关领域的发展。

 

  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。

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  大槽子墓地先民牙齿微磨耗形态观察

 

 

 

  科技分析现状

 

  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。

 

  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。

  大槽子墓地牙齿微磨耗形态观察样本共采集有84例牙齿,属于47例成年个体,其中包括男性个体35例、女性个体12例。使用扫描电镜(Scanning
Electric
Microscope)放大牙齿表面,利用垂直光束扫描牙齿的咬合面和颊面,即可观察牙釉质表面的微磨耗形态。

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