學(xué)科進(jìn)展與展望：蓬勃發(fā)展的科技考古學(xué)（特約專稿）

王昌燧

以往，我國(guó)不少考古學(xué)家認(rèn)為，不應(yīng)將科技考古學(xué)視為一門學(xué)科，只能理解為自然科學(xué)的理論、方法和手段在考古學(xué)中的應(yīng)用。與此同時(shí)，也有專家認(rèn)為，科技考古學(xué)可視為考古學(xué)的分支學(xué)科。然而，隨著科技考古學(xué)的迅速發(fā)展，人們對(duì)其認(rèn)識(shí)不斷深化和提高，對(duì)其重視程度也日益增強(qiáng)。當(dāng)前，考古學(xué)與科技考古學(xué)間的聯(lián)系日趨緊密，一個(gè)全新的考古學(xué)或科技考古學(xué)已初顯輪廓，呈現(xiàn)出互為促進(jìn)、蓬勃發(fā)展的喜人態(tài)勢(shì)。

近年來，科技考古學(xué)的發(fā)展，首先，也主要體現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)全面而深入地應(yīng)用于考古學(xué)的諸多領(lǐng)域。為便于敘述，擬按不同領(lǐng)域逐一介紹。

一、考古年代學(xué)

人們知道，時(shí)間標(biāo)尺的建立，是考古學(xué)研究的基礎(chǔ)，它使考古學(xué)從定性描述轉(zhuǎn)變?yōu)槎勘硎龅目茖W(xué)，由此可以理解，斷代測(cè)年方法，特別是碳十四測(cè)年方法，何以歷來最受考古學(xué)家的青睞，也何以新的斷代測(cè)年方法總是不斷出現(xiàn)。

仇士華、蔡蓮珍教授是我國(guó)著名的碳十四測(cè)年專家，我國(guó)碳十四年代學(xué)的主要奠基者。長(zhǎng)期以來，他們始終關(guān)注并跟蹤著國(guó)際碳十四測(cè)定技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)系列樣品精確測(cè)定的碳十四數(shù)據(jù)與高精度樹輪校正曲線匹配擬合的思路初露端倪時(shí)，他們即意識(shí)到，該方法將能獲得“誤差甚小、頗為可靠的年代結(jié)果”，并可望“解決我國(guó)古史中武王克商年代這一難題”。

在充分準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上，借助夏商周斷代工程提供的多學(xué)科協(xié)作條件，兩位先生領(lǐng)導(dǎo)的碳十四測(cè)年技術(shù)改造與研究課題組，經(jīng)過多年的努力，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年之間，確保了夏商周斷代工程的圓滿完成①。近年來，系列樣品貝葉斯統(tǒng)計(jì)方法又成功地應(yīng)用于新砦、二里頭、偃師商城和鄭州商城等遺址的年代測(cè)定，得出了若干誤差甚小、重要異常的年代數(shù)據(jù)②，為歷史界和考古界深入探索先商和商代歷史奠定了堅(jiān)實(shí)的年代學(xué)基礎(chǔ)。

隨著環(huán)境考古、農(nóng)業(yè)科技考古的迅速發(fā)展，人們已不再滿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(nèi)所蘊(yùn)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，且常常“受到農(nóng)業(yè)施肥和現(xiàn)代植物根系滲透的影響”，致使碳十四年齡偏輕。針對(duì)這一難題，中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所周衛(wèi)健研究員等，采用新的熱處理方法，有效排除了土壤有機(jī)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(cè)得較為可靠的年代數(shù)據(jù)。目前，該方法已成功地應(yīng)用于中國(guó)黃土——古土壤的年代測(cè)定中③④。

曾被學(xué)界寄予厚望，后因誤差過大而受到冷遇的熱釋光測(cè)年技術(shù)，近年來得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。以王維達(dá)教授為首的上海博物館熱釋光課題組，潛心研究數(shù)十載，認(rèn)真分析了古劑量和年劑量測(cè)量準(zhǔn)確性的影響因素，提出了相應(yīng)的解決方法，完善了熱釋光前劑量飽和指數(shù)法，并將其成功地應(yīng)用于中國(guó)古瓷器的真?zhèn)舞b定中，其準(zhǔn)確率達(dá)到95％以上⑤。目前，這一方法的測(cè)年上限為距今1500年，而測(cè)年下限竟至幾十年，幾乎覆蓋了我國(guó)古瓷器的主要發(fā)展歷程?？梢灶A(yù)料，它將有助于中國(guó)古瓷器市場(chǎng)的穩(wěn)定和發(fā)展。

如果說，熱釋光測(cè)年技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域是古陶瓷鑒定的話，那么，其“同胞兄弟”光釋光(OSL)測(cè)年方法則在第四紀(jì)碎屑沉積物年齡測(cè)定方面顯示出特有的優(yōu)勢(shì)。德國(guó)馬普學(xué)會(huì)海德堡核物理研究所的G.Wagner教授是最早將光釋光測(cè)年技術(shù)應(yīng)用于考古學(xué)領(lǐng)域的學(xué)者之一，也是對(duì)光釋光測(cè)年技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)最多的學(xué)者之一。在這些貢獻(xiàn)中，表面光釋光方法的建立似乎最為重要。他開發(fā)了一種新技術(shù)，將OSL空間分辨率降至25um，這樣，直接測(cè)定巖石表面的光釋光，即可獲得巖石埋藏或沉積之初的年代。借助這一方法，人們可望測(cè)定玉器、石器的埋藏年代，甚至根據(jù)可靠的考古背景，推測(cè)其加工制作的時(shí)間⑥⑦。

我國(guó)學(xué)術(shù)界十分重視光釋光測(cè)年技術(shù)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用探索，并取得了一系列重要成果。例如，中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所的王旭龍博士在導(dǎo)師盧演儔研究員的指導(dǎo)下，探討了黃土細(xì)顆粒石英回授OSL(Recuperated OSL)的性質(zhì)及其形成機(jī)制，創(chuàng)立了多片石英回授OSL劑量再生法的測(cè)年技術(shù)，測(cè)定了約80萬年以來黃土樣品的沉積年齡，并可望將其擴(kuò)展至距今一百萬年⑧。又如，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所的趙華研究員采用石英單片再生法(sAR)等測(cè)年技術(shù)，開展了大量工作，初步構(gòu)建了科爾沁地區(qū)全新世沙丘活動(dòng)的年代學(xué)框架，并指出，沙丘活動(dòng)主要緣自人類的干預(yù)。

盡管光釋光的測(cè)年精度難以與碳十四方法相媲美，但其測(cè)年范圍的延伸，則在一定程度上，彌補(bǔ)了碳十四方法的缺憾，而其樣品選取的便宜，在自然地層，特別是古耕作地層的測(cè)年領(lǐng)域，更展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)?？梢灶A(yù)見，光釋光測(cè)年方法和土壤有機(jī)質(zhì)加速器質(zhì)譜碳十四測(cè)年方法的結(jié)合，將有力地推動(dòng)環(huán)境考古和農(nóng)業(yè)科技考古的發(fā)展。

二、環(huán)境考古學(xué)

揭示古代人類所處的自然環(huán)境，探索人類社會(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。國(guó)際上環(huán)境考古發(fā)軔于20世紀(jì)20-30年代。20世紀(jì)60年代以來，環(huán)境科學(xué)、生態(tài)人類學(xué)和考古學(xué)的交叉融合，使環(huán)境考古學(xué)在西方日臻成熟，成為考古學(xué)的基石之一∞。相比之下，我國(guó)的環(huán)境考古研究起步較晚，然而，自20世紀(jì)80年代末以來，在周昆叔先生的倡導(dǎo)和推動(dòng)下，我國(guó)的環(huán)境考古發(fā)展迅速，業(yè)已貫穿于考古調(diào)查、發(fā)掘和研究的全過程。不難發(fā)現(xiàn)，如今的考古發(fā)掘報(bào)告，環(huán)境考古研究已成為其不可或缺的組成部分?？梢赃@樣說，它在一定程度上改變了我國(guó)考古學(xué)研究的面貌。

我國(guó)環(huán)境考古的累累碩果中，最令人震撼而難以忘卻的莫過于夏正楷教授等關(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(xiàn)于我們眼前⑩。近來，中華文明探源工程(二)順利通過了結(jié)項(xiàng)驗(yàn)收。其中，莫多聞教授負(fù)責(zé)的環(huán)境研究課題取得了頗為豐碩的階段性成果。他們從多個(gè)角度綜合分析了我國(guó)不同地區(qū)的古代環(huán)境，指出距今約4000年時(shí)，隨著全球氣候變冷，東亞夏季風(fēng)減弱，我國(guó)內(nèi)蒙古和甘青地區(qū)的降水相應(yīng)減少，氣候逐漸干燥，嚴(yán)重影響了那里脆弱的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和人類文化。盡管在新石器晚期，長(zhǎng)江中下游地區(qū)的文化和經(jīng)濟(jì)得以迅速發(fā)展，但好景不長(zhǎng)，距今4000年左右，長(zhǎng)江中下游地區(qū)低平地勢(shì)的進(jìn)一步下沉以及海平面的明顯抬升，導(dǎo)致長(zhǎng)江干支流水系嚴(yán)重淤積、河湖水位提升，加之長(zhǎng)江兩岸低濕地區(qū)的過度開發(fā)，直接加劇了洪患災(zāi)害。相比之下，中原地區(qū)的水熱、地貌、土質(zhì)和多種作物條件，使古代人類可以在不同海拔高度生存發(fā)展，十分有利于多樣性旱作農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。盡管其局部河谷低地不時(shí)難免洪水災(zāi)害，但整個(gè)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)和文化總能保持發(fā)展趨勢(shì)。無疑，這些抵御災(zāi)害、可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)越條件，奠定了中原文化崛起的基礎(chǔ)。

三、農(nóng)業(yè)科技考古學(xué)

先民的定居生活促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的誕生、傳播與發(fā)展，而農(nóng)業(yè)的發(fā)展反過來又穩(wěn)定了定居生活，使社會(huì)財(cái)富得以積累，并進(jìn)一步促進(jìn)了社會(huì)分層、分工和經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的發(fā)展。長(zhǎng)期以來，農(nóng)業(yè)科技考古為考古學(xué)家高度關(guān)注，其原因大抵在此。國(guó)際上農(nóng)業(yè)考古開展甚早，其研究?jī)?nèi)容主要

集中于中東地區(qū)小麥的起源與傳播以及中美洲玉米的起源與傳播。美國(guó)威斯康星大學(xué)的P.Price教授集世界農(nóng)業(yè)考古之大成，除中國(guó)外，他對(duì)世界各地的農(nóng)業(yè)考古皆作了系統(tǒng)的總結(jié)，并出版了多卷專著。世界上最早的四大主要糧食作物，中國(guó)占了兩種，即稻類和粟類，因而中國(guó)的農(nóng)業(yè)考古具有特殊重要的意義。著名考古學(xué)家嚴(yán)文明先生十分關(guān)心我國(guó)農(nóng)業(yè)考古的研究，他不僅從理論上對(duì)我國(guó)稻作農(nóng)業(yè)起源作了有益的探討，而且還利用他的國(guó)際影響，于20世紀(jì)90年代，促成了“中美農(nóng)業(yè)考古隊(duì)”的組建，并開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(guó)農(nóng)業(yè)考古的研究。

近年來，在中華文明探源工程(二)經(jīng)濟(jì)與技術(shù)子課題的資助下，袁靖、趙志軍研究員等綜合了多學(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，其農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)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(yǎng)動(dòng)物，而長(zhǎng)江流域居民的主要方式為漁獵。又如，北方為粟作農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)；南方為稻作農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)；而中原地區(qū)則由原來的粟作農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)向稻粟等多作物農(nóng)業(yè)。結(jié)合上述環(huán)境研究的成果，他們對(duì)多元一體中華文明的形成過程所作的初步而較為全面的詮釋，無疑是一項(xiàng)奠基性的工作。

我國(guó)農(nóng)業(yè)科技考古的長(zhǎng)足發(fā)展，還體現(xiàn)在植物微體化石的研究領(lǐng)域。其中，植硅體方面最為顯著的成果當(dāng)推呂厚遠(yuǎn)研究員關(guān)于粟、黍植硅體形態(tài)及其差異的辨別，借助這一成果，利用植硅體探索粟作農(nóng)業(yè)的起源與傳播便可望付諸實(shí)施。另一個(gè)頗為重要的成果為吳妍博士利用掃描電鏡和高景深數(shù)碼相機(jī)，分別實(shí)現(xiàn)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(cè)量的速度，有效地推動(dòng)了植硅體分析的應(yīng)用。

四、生物考古學(xué)

如果說，碳十四測(cè)年方法的建立，使考古學(xué)從定性描述轉(zhuǎn)變?yōu)槎勘硎龅目茖W(xué)，那么，生物考古的開展，則可望勾勒出古代人類遷徙和社會(huì)發(fā)展的動(dòng)態(tài)輪廓。由此不難理解，何以生物考古一經(jīng)問世即呈蓬勃發(fā)展之勢(shì)，又何以對(duì)考古學(xué)的影響如此之深遠(yuǎn)。鑒于此，擬繼斷代測(cè)年、環(huán)境考古、農(nóng)業(yè)科技考古之后，簡(jiǎn)要介紹當(dāng)今生物考古的研究狀況。

20世紀(jì)80年代以來，PCR技術(shù)(聚合酶鏈反應(yīng))的建立，直接催化了古代DNA分析方法的發(fā)展和應(yīng)用。提起古代DNA分析，現(xiàn)代人類非洲單一起源說，即所謂“夏娃說”，似乎已婦孺皆知。盡管“夏娃說”存在頗多疑點(diǎn)，但它對(duì)重大科學(xué)問題——現(xiàn)代人類起源研究的有力推動(dòng)，對(duì)古代DNA分析方法的推廣應(yīng)用，起到了極其重要的作用。與“夏娃說”的命運(yùn)不同，德國(guó)Piiiibo教授關(guān)于尼安德特人不是“現(xiàn)代人”的直系祖先，而是人類進(jìn)化旁支的觀點(diǎn)，則基本得到公認(rèn)。近年來，古代人類DNA研究有兩個(gè)頗為重要的進(jìn)展，一個(gè)是Real-time PCR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(dāng)程度上，確保了古代DNA分析的可靠性；另一個(gè)是焦磷酸法測(cè)序方法的建立，它奠定了核DNA測(cè)序的基礎(chǔ)，將整個(gè)基因組的序列分析提上了議事日程?？梢灶A(yù)見，隨著古代DNA技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，古代人類遺傳關(guān)系的復(fù)原，描繪古代人類的遷徙路線，終將成為現(xiàn)實(shí)。

古代人類食譜分析是生物考古又一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域。適應(yīng)環(huán)境、攫取資源，是人類的本能，也是人類進(jìn)化的主要?jiǎng)右蛑弧Ａ私馊祟愂澄锝Y(jié)構(gòu)的演變，探索人類獲取資源的方式，同樣可為人類的起源與進(jìn)化提供不可或缺的信息。如前所述，尼安德特人滅絕的觀點(diǎn)之所以被學(xué)界承認(rèn)，一定程度上得益于食譜分析證據(jù)的支持。穩(wěn)定同位素分析顯示，與尼人相比，歐洲的現(xiàn)代人食物來源更為廣泛，表現(xiàn)出更強(qiáng)的適應(yīng)性。于是，物競(jìng)天擇，尼人終被淘汰。目前，國(guó)際上古代食譜研究的動(dòng)向是，逐步細(xì)化所謂的“食譜”，力圖明確至具體的食物種類。不過，這里尚有許多科學(xué)難題需要認(rèn)真解決，絕非短時(shí)間內(nèi)可以企及的。

早在1984年，蔡蓮珍、仇士華先生即根據(jù)穩(wěn)定c同位素比值，較為系統(tǒng)地分析了我國(guó)新石器時(shí)期先民的食物結(jié)構(gòu)，在我國(guó)考古界產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。然而，之后停頓了約15年，直至近年來才有了頗為迅速的發(fā)展?，F(xiàn)在，有關(guān)成果大致集中在兩個(gè)方面，一是新石器中晚期，我國(guó)先民食譜的地域分布特征，即黃河以北主要以粟類植物為食，長(zhǎng)江以南以稻類植物為主要食物，而中間區(qū)域則兩類兼而有之。進(jìn)一步分析還指出，氣候無疑是導(dǎo)致先民食譜地域分布的決定性因素，然而，在中間區(qū)域，文化因素同樣有著十分重要的影響。另一個(gè)是家豬起源的探討。胡耀武、湯卓偉博士等發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，家豬的食譜與飼養(yǎng)有著內(nèi)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。

殘留物分析同樣是生物考古的重要組成部分。所謂殘留物，主要指動(dòng)植物及其相關(guān)制品長(zhǎng)期腐爛、降解的產(chǎn)物，其蘊(yùn)含著大量的信息，諸如食物加工、器物功能、材料加工、動(dòng)植物馴化、印刷、造紙、紡織、醫(yī)藥、化妝品和祭祀等。

英國(guó)Evershed教授是國(guó)際著名的殘留物分析專家，作出過一系列開創(chuàng)性的工作。其中，特別有意思的是，通過陶器內(nèi)殘留物的脂肪酸分析，結(jié)合動(dòng)物考古學(xué)的證據(jù)，他發(fā)現(xiàn)在新石器時(shí)代農(nóng)業(yè)傳人英國(guó)之際，人們養(yǎng)牛不僅為了獲取肉食，也為了獲取牛奶飲料。

殘留物中的DNA分析是一新動(dòng)向，并具有廣闊的應(yīng)用前景。這里有一個(gè)發(fā)人深思的例子，即德國(guó)科學(xué)家根據(jù)陶器內(nèi)有機(jī)殘留物中的DNA分析，發(fā)現(xiàn)了一種類似爬山虎的攀緣植物，而如今它卻廣泛分布于洪都拉斯至巴西一帶。這一結(jié)果暗示這種攀緣植物最初應(yīng)起源于歐洲。

也不知什么原因，我國(guó)學(xué)者直至近年方開始關(guān)心殘留物分析。不過，憑借我國(guó)豐富的文化遺產(chǎn)和考古學(xué)家的支持，有關(guān)工作一經(jīng)開展，即取得了一些頗有價(jià)值的成果。例如，2005年山西省絳縣西周傭國(guó)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，與現(xiàn)代大米、小米(黍粟)相比，古代樣品的C／N比值較小，暗示古代樣品中含有動(dòng)物蛋白；而古代樣品的uN值也高于現(xiàn)代大米、黍粟，這就進(jìn)一步說明古代樣品中確實(shí)含有動(dòng)物蛋白，因?yàn)榈卦诓煌瑺I(yíng)養(yǎng)級(jí)之間存在著同位素的富集現(xiàn)象，沿營(yíng)養(yǎng)級(jí)上升時(shí)，每上升一格，大約富集3％～4％。古代樣品的8c落在c，植物范圍內(nèi)，表明古代樣品的植物來源為c，植物，肉類來源應(yīng)該是以c，植物為食物鏈底層的動(dòng)物。因此推測(cè)銅簋內(nèi)曾盛有煮熟的大米及肉類——“羹”，這一結(jié)論與文獻(xiàn)記載相悖，似乎可解釋為古代銅簋的使用存在多樣化現(xiàn)象。

為有效開展殘留物分析，妥善保存考古遺址內(nèi)的殘留物顯得至關(guān)重要。希望今后在考古發(fā)掘時(shí)，盡可能將陶瓷器和青銅器內(nèi)的殘留物妥善保留，特別注意保存破碎陶器的底部，以免遺失重要信息。

五、陶瓷、冶金等領(lǐng)域的科技考古學(xué)

眾所周知，陶瓷、冶金和玉器領(lǐng)域的科技考古研究始終是我國(guó)的強(qiáng)項(xiàng)。說到陶瓷科技考古，人們首先想到的必然是中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所的李家治先生。他所主編的《中國(guó)科學(xué)技術(shù)史-陶瓷卷》，是我國(guó)陶瓷科技考古界永遠(yuǎn)值得驕傲的里程碑，它對(duì)世界陶瓷科技考古所產(chǎn)生的影響，無論怎樣評(píng)價(jià)都不為過。盡管如此，我們?nèi)詰?yīng)清醒地認(rèn)識(shí)到，科學(xué)的發(fā)展是沒有止