引領了一個時代
——銅的趣話（1）

供稿|賈成廠/ JIA Cheng-chang

內容導讀 銅，對我們并不陌生，日常生活中也經常能夠見到和使用。說到“銅”，你很快就想到的是什么？很多人可能會想到青銅、黃銅、紫銅，吃貨們可能第一印象會想到銅火鍋。那么，你知道嗎？人類歷史曾經以“材料”劃分，而第一個以金屬命名的時代就是“銅器時代”！現(xiàn)在，讓我們來看一下銅對人類進步、社會發(fā)展所起的巨大作用吧。

銅器時代

我們生活在材料世界里

我們所生活的世界實際上就是一個巨大的材料館?！拔拿鳌北旧砭褪墙⒃诓牧现希瑳]有了金屬、陶瓷、混凝土、玻璃、有機物等材料，我們的文明世界將不復存在。人與動物的根本區(qū)別就是能夠創(chuàng)造、使用工具?！肮ぞ摺本褪怯尚涡紊牟牧纤鶚嫵伞τ谌祟悂碇v，材料功不可沒，我們的衣食住行無不依賴于各類材料。人類歷史曾經以“材料”來劃分。

從石器時代，到銅器時代，再到鐵器時代……可以說，人類每進入一個新的時代，都是由一種新的材料所促成的。

青銅的使用與銅器時代

談到人類文明，銅是絕對避不開的一種元素。銅與金、銀還算是近親，元素周期表上，金、銀、銅屬于同一族，也就是從左往右數(shù)的第11 列。銅和金之間，不僅在化學性質上有著很強的關聯(lián)，而且在文化上也是一脈相承。在我國古代的很多文獻中，漢字“金”所指的，其實是銅，比如《過秦論》中提到秦始皇所鑄的“金人十二”（圖1），說的便是十二尊巨大的銅人[1]。

圖1 秦始皇與金人十二[1]

銅是人類最早發(fā)現(xiàn)的金屬之一，也是人類作為工具最早開始使用的金屬?？脊艑W家在伊拉克發(fā)掘的由自然銅制造的銅珠，據推測已超過1 萬年[1]。

最早的青銅器出現(xiàn)于6000 年前的古巴比倫兩河流域。早期的代表是蘇美爾文明時期雕有獅子形象的大型銅刀。在中國的堯舜禹傳說時代，古文獻上記載當時人們已開始冶鑄青銅器。甘肅馬家窯文化遺址出土的單刃青銅刀（圖2）是目前已知的我國最古老青銅器，同時也是目前世界上最古老的青銅刀。經14C 鑒定距今約5000 年。

圖2 單刃青銅刀（圖片來自網絡）

三星堆遺址是20 世紀中國考古史上最偉大的發(fā)現(xiàn)之一，它體現(xiàn)了5000 年前的古蜀文明。1986 年，在三星堆遺址發(fā)現(xiàn)了震驚世界的兩個埋藏坑，里面出土的文物近2000 件之多，包括了各種金器、青銅器、玉器、象牙器等等。其中，最令專家驚嘆的是三星堆出土的青銅器。發(fā)掘出來的青銅器數(shù)量之多，制作之精美為世所罕見。這些青銅器表示出早在5000 年前我國就掌握了精湛的青銅冶煉以及制作技術[1]，我們的老祖先從那時起便不斷嘗試精進煉銅技術。銅制器具不僅促成了人類科技的突飛猛進，還催生了其他技術，以及城市和第一次人類文明的出現(xiàn)。

青銅是銅與錫的合金，因長期氧化呈青灰顏色而被稱為青銅。青銅鑄造業(yè)的出現(xiàn)，在科技史上具有里程碑的意義。銅器時代（也稱為青銅時代），在考古學上是在新石器時代之后，早于鐵器時代之前，以使用青銅器為標志的人類發(fā)展的一個階段，其主要特點是青銅器在人們的生產、生活中占據重要地位。

隨著青銅器的廣泛使用，農業(yè)和手工業(yè)的生產力水平得以提高，物質生活條件也漸漸豐富，對提高社會生產力起了劃時代的作用。中國的青銅時代為夏、商、西周和春秋戰(zhàn)國時代。

為什么是青銅

在炭火的加熱下，銅礦石能夠容易還原成銅。例如主要成分為堿式碳酸銅的孔雀石，就可以被炭火燃燒時產生的一氧化碳所還原，在不太高的溫度下就可以得到銅。因此，無論是哪個成熟的文明，其冶煉技術的開端都是從煉銅術開始，這絕非偶然。

青銅是金屬冶鑄史上最早的合金，和純銅相比，青銅強度高且熔點低。從圖3 的Cu-Sn 相圖可以看出，純銅的熔點為1083 °C，而含質量分數(shù)20%錫的青銅，熔點就會降低到約900 °C。

圖3 Cu-Sn 相圖

古代冶煉時的主要燃料是木柴和木炭，將熔爐加熱到1000 °C 以上還是有一定困難。不像現(xiàn)代，有電、煤、石油、天然氣等加熱方式，可以輕而易舉地將熔爐加熱到2000 °C 甚至更高。所以熔點降低了近200 °C，是非常有實際意義的。

青銅克服了純銅器具的固有弱點，其質地堅硬，化學性質穩(wěn)定，耐磨性好，韌性高，并有持久的金屬光澤。青銅鑄造性能好，熔液的流動性能好，不像純銅熔液那樣稠黏，利于灌入成型模具，凝固時體積收縮很小，能夠鑄造尺寸要求精確、器型復雜、紋飾繁褥、花紋清晰的鑄件與工藝品。

由于錫比較稀有，青銅時代的人開發(fā)了許多精心找出的貿易路線，從康瓦爾和阿富汗等地運送錫礦到中東各文明的中心，就是為了能夠冶煉出青銅這一目的。

精美的青銅鑄件

青銅的冶煉和制造如果從新石器時代晚期發(fā)現(xiàn)青銅器開始算起，到商代晚期也有數(shù)千年的歷史了。青銅器分為以下幾大類：

1）生產工具。有農業(yè)用的鋤、鏟、?，還有實用的手工業(yè)生產工具斧、錛、斤、鑿、鉆、刀、削、鋸、錐等。

2）武器。有戈、矛、鉞、鏃、劍、戟等。

3）禮器和生活用品。包括宗廟中的祭器，會盟時使用的禮器，陪嫁、賞賜和隨葬的各種器具。

4）樂器。有鐃、鼓等。

5）車馬器。裝飾在車和駕車馬頭上的各種青銅器。

青銅的冶煉和青銅器的鑄造工藝水平在商代達到相當驚人的高度，有一整套科學的冶鑄流程，包括采礦、熔煉、制模、翻范、配料、拋光等。鼎最初是燒煮食物的炊具，逐步演變?yōu)橐环N禮器，是權利與財富的象征。聞名世界的司母戊方鼎（圖4）是商代青銅器的代表，它是商王朝王室的青銅祭器，是一個腹部呈長方形，上有兩耳、下有四只圓柱形的鼎足。其腹內壁鑄有銘文“司母戊”三字，因此稱為“司母戊鼎”。該商代重器通高133 cm、器口長110 cm、寬78 cm、質量為875 kg，是目前我國已發(fā)現(xiàn)的最大古代青銅器。司母戊方鼎的結構復雜，鼎體飾以饕餮紋，耳上鑄有兩虎相向張口吞食一人頭的形象，耳、身、足是分別鑄成后再合成一個整體。它也是目前世界青銅文化中最大的一件青銅器。

圖4 司母戊方鼎（圖片來自網絡）

春秋戰(zhàn)國時期青銅鑄造技術顯著提高，新工藝失蠟法也在此時出現(xiàn)。失蠟法是一種精密鑄造方法。先用蠟做成鑄件的模型，再用沾漿法將耐火材料敷成外范。加熱烘烤后，蠟模全部熔化流出，使整個鑄件模型變成空腔。再澆灌青銅熔體，鑄成器物。失蠟法鑄造的器物玲瓏剔透，有鏤空的效果。用失蠟法鑄造器物，由于采用整模不會出現(xiàn)合范帶來的鑄痕，表面光滑精細，并且可以鑄造相當繁縟復雜的紋樣。

曾候乙尊盤（圖5）是春秋戰(zhàn)國時期最復雜、最精美的青銅器。它于1978 年在湖北曾侯乙墓中出土，尊盤通體用陶范渾鑄而成，尊足等附件為另行鑄造，然后用鉛錫合金與尊體焊在一起，尊頸附飾是由繁復而有序的鏤空紋樣構成，屬于熔模鑄件。曾候乙尊盤是十大傳世國寶之一，它巧妙地運用了分鑄和嵌鑄技術，巧奪天工，被史學界稱為“臻于極致的青銅典范”，中國著名歷史學家李學勤說：“鏤空做得非常輕巧，我看著它琢磨了半天，甚至不敢用手去碰它”。在科學如此發(fā)達的今天，推測這件文物是用失蠟法鑄造的，但卻不了解具體的工藝步驟，復制文物也難以做到。

圖5 曾候乙尊盤（圖片來自網絡）

使用青銅制造工具

純銅制成的物件太軟，易彎曲，且很快就鈍。人們發(fā)現(xiàn)，只要加入百分之幾的其他金屬，形成合金，就能改變金屬的顏色、硬度。把錫摻到銅里去制成銅錫合金——青銅，這樣其硬度就得到了很大程度的提升（假如把錫的硬度值定為5，那么銅的硬度就是30，而青銅的硬度則是100～150）。青銅的強度也是隨著錫含量的增加而增大（在錫質量分數(shù)小于20%時），見圖6，在Sn 質量分數(shù)為20%時，青銅的強度是純銅的2 倍以上。用青銅制造的刀具，要比用純銅鋒利得多。

圖6 青銅的強度與錫含量關系

中國在出土的商初青銅器中，青銅的生產工具占相當比重，說明在商代的手工業(yè)中，青銅工具（圖7）已廣泛使用。歷年出土的鋤、鏟等說明青銅的大量使用主要還是從事制作工具。青銅工具在生產中的效用，使青銅冶鑄技術日益重要，因而能獲得飛速的發(fā)展。

在南亞次大陸和東南亞、北亞、南亞，公元前2500 年前后，青銅工具（圖7（a））和武器（圖7（b））廣泛使用，有斧、鐮、鋸、刀、劍、鏃和矛頭等，手工業(yè)匠人對金屬的熱加工和冷加工都已達到較高的水平，能用焊接法制造金屬器具，并刻有銘文。東南亞地區(qū)至今發(fā)現(xiàn)的最早青銅冶鑄中心是泰國烏隆府的班清墓地，青銅器有矛頭、手鐲、腳鐲，矛頭（圖7）是鑄造后再鍛打成形的。越南紅河流域的青銅文化時期大量地制造銅鼓。菲律賓在公元前600 年出現(xiàn)青銅器和鐵器，是從大陸沿海經巴拉望島傳入的，其器類與中國南部和中南半島的相似?？ɡK克文化的代表性器物為曲柄刀、短劍、錛、弓形器、蹼形垂飾，并有裝飾性動物紋樣。朝鮮半島的青銅文化以素面陶為特征。日本的青銅文化從彌生時代前期開始，約在公元前300 年前后。

圖7 青銅工具（a）與青銅兵器（b）（圖片來自網絡）

巴爾干和東南歐是一個青銅文化中心，以烏涅茨基文化著稱，分布在捷克、摩拉維亞、多瑙河以北的下奧地利、西里西亞以及撒克遜等地。另一青銅文化中心是西班牙東南和葡萄牙南部的埃爾阿爾加爾文化，工具武器有刀、斧、劍、戟、弓箭等。

美洲的青銅手工業(yè)最早發(fā)生于中南美，以秘魯和玻利維亞為冶鑄中心，然后傳到智利、阿根廷西南部和墨西哥，再傳到北美。到13～15 世紀時南美安第斯山區(qū)的印第安人已大量使用紅銅、青銅、金、銀、鉛等金屬制造器物。

金字塔與銅

古埃及文明歷史悠久、璀璨輝煌，它留給世人最大的瑰寶就是被譽為人類歷史上七大建筑奇跡之一的古埃及金字塔（圖8）。

圖8 埃及金字塔（圖片來自網絡）

在埃及首都開羅郊外的吉薩，有一座舉世聞名的胡夫金字塔，這是世界上最大的金字塔，是世界八大奇跡之一，此乃第四王朝第二個國王胡夫的陵墓，建于公元前2690 年左右。據說，10 萬人用了30 年的時間才得以建成。

在1889 年巴黎的埃菲爾鐵塔建成以前，胡夫金字塔一直是世界上最高的建筑物。高146.5 m；底座每邊長230 m 以上，三角面斜度52°，塔底面積52900 m2；塔身由230 萬塊石頭砌成，每塊石頭平均2.5 t，最大的重達160 t。如果用火車裝運金字塔的石料，大約要用60 萬節(jié)車皮；如果把這些石頭鑿碎，鋪成一條一尺寬的道路，能夠繞地球一周。

金字塔是用大量巖石砌成的，與銅有什么關系呢？這無數(shù)形狀規(guī)整、大小相似的巖石，難道是天然生成的嗎？顯然不是。埃及金字塔就是銅制器具大量應用的結果。建造金字塔用的巖石都是從礦場挖出來，再用銅鑿子一塊塊削成固定大小。據估計，古埃及人挖掘了大約1 萬t 銅礦，制造出30 萬把銅鑿子。這是空前的成就。為了造金字塔，古埃及人制造出了銅鑿子來鑿出理想的巖石形狀。沒有金屬銅就造不出金字塔。少了金屬工具，就算召集再多奴隸也蓋不出金字塔。

經過粗略估算，修建金字塔需要500 萬t 石頭，需求量雖然龐大，但吉薩附近就可以供應大部分。采石場在金字塔建筑地點南面，約有1500 名采石工人在那里工作（圖9）。由于銅是古埃及人當時掌握的最硬金屬，因此每名采石工人會配有一把銅制鑿刀。他們用銅鑿刀將巨石鑿開小孔，打入木楔，并在上面澆水，木楔浸水膨脹的力量就可以將石塊脹裂。

圖9 金字塔的施工（圖片來自網絡）

但銅鑿子因為硬度不夠，并不適合鑿切巖石，拿來敲打巖石很快就會變鈍。因此需要另一組人用火將鈍鑿軟化，磨利后過水降溫，以便石匠們再次使用。專家估計，銅鑿子每敲幾下就得重新磨利才能繼續(xù)使用。建造金字塔的人需要強大的工具（圖10），來切割金字塔的石頭。埃及人長途跋涉開采銅礦，以獲得切割金字塔石料的工具原料。

圖10 加工金字塔石塊的工具（圖片來自網絡）

也有的觀點認為金字塔是由外星人修建的，還有觀點認為，用于制造金字塔的石塊，實際上是由幾種材料——石灰石、黏土和石灰，在水中混合而成。金字塔內部和外部的石頭，似乎都是“重組”的石灰石。當然，這些都有待于進一步考證。

結束語

對青銅冶煉鑄造技術的掌握在人類歷史上具有劃時代的意義，青銅所主導的銅器時代延續(xù)了數(shù)千年。我們的祖先在數(shù)千年之前就已經掌握了精湛的青銅鑄造技術，某些方面可能令現(xiàn)代人望塵莫及。青銅的工具還在埃及金字塔的修建中立下了汗馬功勞。而且，在現(xiàn)代社會，“銅”在我們的生產和日常生活中仍然發(fā)揮著重要的作用。