科技考古

作者：中国社会科学院考古研究所考古科技中心编

页数：192

出版社：科学出版社

出版日期：2007

ISBN：9787030207227

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内容简介

本书收录了中国社会科学院考古研究所考古科技中心研究人员的论文。内容涉及公元前2500年～公元前1500年中原地区农业经济研究、动物考古学研究，陶寺和二里头遗址古绵羊线粒体dna序列多态性分析，二里头遗址出土冶铸遗物初步研究，二里头遗址陶器样品中子活化分析与研究，遥感与gis支持的洛阳盆地聚落与环境研究等。本书探讨最先进的科技考古手段、科技考古的方法论，展现了科技考古取得的丰硕成果，为我国考古学的发展提供了极有价值的科技信息。

本书特色

本书是“公元前2500年～公元前1500年中原地区经济指数发展状况汲取与文明演进关系研究”课题项目的成果汇编。研究范围涉及植物考古、动物考古、dna分析、食性分析、冶铸遗物分析、陶器成分、烧成温度分析、石器研究、玉器成分缝隙和制作工艺研究等八个领域，从多个角度揭示了公元前2500年～公元前1500年中原地区的经济发展状况，阐释了中原地区文明形成与经济、技术发展的关系。

目录

节选

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    考古学自产生之际就与自然科学有着不解之缘。作为考古学两大基本方法的考古地
  层学和考古类型学就是从地质学和生物学中借鉴过来的。考古学无论是其研究方法和研
  究对象在诸人文社会科学的学科中与自然科学关系都是最为紧密的。正因如此，在20
  世纪70年代末中国社会科学院组建之时，围绕考古研究所究竟是应归属于科学院还是
  社会科学院曾经引起激烈的争论。
    当今世界科学技术的发展日新月异，学科的交叉渗透和融合已经成为一种不可逆转
  的趋势。作为本来就与自然科学有着千丝万缕的联系的考古学理所当然地成为多学科交
  叉和融合的焦点。在中国考古学界，在考古学研究中运用各种自然科学的技术手段被称
  做“科技考古”。实际上，“科技考古”包含着两个方面的内容，一是运用考古资料研究
  古代科学技术的发展状况，如对冶金、陶瓷、琢玉等工艺技术的研究；另一方面是，在
  考古调查发掘和研究的各个环节中使用自然科学技术手段，如年代测定、物探、遥感、
  古代遗物中所含化学成分分析等。各种自然科学的方法手段在考古学上日益广泛的应
  用，极大地丰富了考古学的研究手段。以前考古学家连想都不敢想的事情现在已经可以
  轻而易举地做到了。例如，对于考古学绝对年代测定者来说，最为重要也是在一般情况
  下最难以确定的考古遗存的绝对年代问题，通过20世纪五六十年代c测年方法的发
  明，特别是近十几年来AMs测年技术的日益成熟而不再是可望而不可即的了。再如，
  对于考古学家来说，用传统的方法所难以直接了解的古人类的饮食状况、亲缘关系等问
  题，由于有了对人骨内残存的c和N等微量元素的分析来复原古人类食谱的方法和
  古人类遗传基因的分析而成为可能。总之，自然科学技术手段在考古学研究的各个环节
  中日益广泛的应用，极大地增加了获取考古资料的信息量，极大地丰富了考古学研究的
  手段，极大地扩展了考古学研究的领域，或可将其形象地比喻为给考古学家提供了望远
  镜和显微镜以便能够使考古学家看得更远、看得更细。可以穿透时光的重重迷雾，看到
  那些曾经发生过的历史真实，将被人们遗忘的记忆恢复过来，将被后人所误传误记的部
  分纠正过来，还历史以本来面目。
    我国是具有悠久历史的文明古国。中华文明又是世界上几大古老文明中唯一未曾中
  断、延续至今的文明。因此，中华文明在世界文明百花园中占有举足轻重的地位。这样
  一个历史久远、光辉灿烂的文明是怎样起源、形成、发展起来的?具有怎样的内涵?作
  为文明三个组成部分的物质、精神和制度层面都取得了哪些成就，经历了怎样的发展过
  程?这些问题是研究中华文明不可回避的问题。鉴于这一研究所具有的重要意义，“十
  五”期间，在科技部的支持下，开展了“中华文明探源工程(第一阶段)”。探源工程的
最大特色之一就是跨部门、跨学科的联合攻关。探源工程第一阶段共设置了五个课题，
包括年代、环境、经济技术、聚落与社会、综合与总结等内容。经过参加工程的学者们
的共同努力，工程取得了丰硕的成果。其中经济技术课题的成果尤为显著。本辑所收录
的文章就是探源工程经济与技术课题所取得的主要成果。作为探源工程第一阶段的负责
人，当我看到这本论文集所收录的论文之后，回想起工程立项之前我们在设计课题的时
候各个学科的专家齐聚一堂，共商工程大计，通过我们自己的努力来实践将自然科学技
术手段与考古学有机结合的理想的情景，真是感慨万千!说心里话，当时我们虽然设置
了这些课题，并商定了技术路线，但是对于是否能够取得预期的成果还是没有把握的。
经过课题组成员的共同努力，这一课题取得了超出预想的成果。我们已经能够对公元前
2500年。公元前1500年期间，农业、畜牧业、冶铜、琢玉、石器和陶器制作等方面的
发展状况有了相当程度的理解，对于中原地区文明形成时期的经济基础及其在文明进程
的地位和作用的认识有了一定程度的深化。很多方面是属于原始创新，属于突破性进
展。我要感谢参加这一课题的全体研究人员，他们不仅为探源工程第一阶段的顺利开
展，为中原地区文明起源研究做出了积极的贡献，而且为已经开展的中华文明探源工程
第二阶段积累了经验，奠定了基础。参加这本论文集编写的学者们基本上是探源工程第
二阶段经济与技术课题的主要力量。我相信，在大家的共同努力下，探源工程第二阶段
经济与技术课题一定会取得比第一阶段更加辉煌的成果!
    王  巍．

二里头遗址、陶寺遗址部分
人骨碳十三、氮十五分析
    张雪莲  仇士华  薄官成  王金霞  钟建
    内容提要：应用碳十三、氮十五分析方法对于二里头、陶寺遗址部分人骨样品进行
了碳、氮稳定同位素分析，研究结果表明，所分析的二里头遗址和陶寺遗址的人均是以
C4类植物为主食，但陶寺遗址的人主食中的C4类植物百分比明显高于二里头遗址的
人，这应该和当地气候环境以及社会文化的传播有关。
    关键词：碳十三  氮十五分析  古人类食物结构  二里头遗址  陶寺遗址
    该项研究工作根据中华文明探源课题研究的要求进行，应用碳十三、氮十五分析方
法分析了部分二里头遗址和陶寺遗址的人骨标本。通过分析工作获得了这两个遗址人类
食物状况的一些信息。
    同位素碳十三、氮十五分析是用于研究古人的食物结构状况的一种方法。人类吃什
么与当时的社会生产力的发展水平，与当地的自然环境状况，以及社会文化风俗等密切
相关。因而这一研究成为考古学研究中的重要内容。
    关于人类过去吃什么的主题，研究方法已有多种，如通过遗址、墓葬中出土的植
物、动物骨骼等来分析人类的主食结构；通过对出土器物中的食物残留来推断其食物组
成；通过对出土生产工具的门类、用途等的分析来研究其耕作方式从而对其作物种类做
出判断等等。但同位素分析研究与其他研究存在着不同，它可以通过分析人骨中碳氮同
位素，获取来自人类本身有关食物结构的直接信息，成为以往研究方法的补充。
    一分析原理和方法
    碳十三分析(表征为￡c)最早源于对碳十四测年的校正。由于生物体中存在着分
馏效应，使得生物体中的碳十四水平发生偏离，而这种偏离同它的稳定同位素碳十三的
变化上存在对应关系，因而其年代偏离要通过碳十三分析进行校正。
    碳十三分析是伴随光合作用途径的研究发展起来的分析方法。20世纪60年代，美
国科学家卡尔文首先发现了所谓C3类植物遵循的光合作用途径，这一途径由此就称为
卡尔文途径，即植物经过光合作用，最初的产物是三个碳的化合物(3一磷酰甘油酸)。
这一途径是大多数植物所共有的。随后，哈奇和斯莱克又发现了最初产物是四个碳，即
 c4类植物的哈一斯途径。第三种途径是多汁类植物遵循的CAM途径。这三种光合作用
途径囊括了自然界绝大多数的植物种类。而其中较大比例者又数第一和第二，这两种
途径。
    在此基础上，研究人员通过深入研究逐步获得了不同光合作用途径的植物与其各自
的g13C值的关系的规律。通过研究发现，G类植物，与我们日常生活关系密切的有稻
米、小麦等，其￡c值范围为一23％o一一30％o，平均值为一26％o。C4类植物，如玉
米、小米、高梁等，￡c值范围为…8％o    14％o，平均值为一11％o。CAM类，有菠
萝、甜菜等，￡c值范围为一12％o～一23％o，平均值为一17％o。
    植物在由光合作用生成后，经过食物链进入动物体内。人类在一定的环境中生活
时，如果长期食用某类植物，其体内就会富集相应数值的￡c。即食某类植物，相应人
体有其对应的813C值。但人体组织与所食植物的{313C值有差别，这是由于在消化、吸
收过程中，人体组织对于植物的分馏效应所至。实验表明，人体组织中各个部分的分馏
效应不同，所以各自的￡c值也不相同。人体肉质部分对于所食植物的分馏效应约为
+1％o，骨胶原约为+5％o，而皮肤可能会富集得更多些。
    人体中吸收的氮，主要由两个来源。一是通过固定大气中的氮吸收，另一种是直
接吸收已转化了的氮的化合物。固氮吸收是通过食用豆科类植物。这类植物由其本身
根瘤菌的固氮作用将大气中的氮截留下来，并将其转化为氨和氮的其他化合物进行吸
收。直接吸收已转化了的氮的化合物是通过非豆科类植物、陆相动物、海洋生物等食
物的食用。这类植物或动物能够吸收周围环境中已转化了的氮的化合物，使其体内富
含氮。
    关于氮同位素(表征为￡N)与食物种类的关系，经过科学研究人员多年的探索，
也获得了一些可参照的结果。
    根据氮的来源不同，植物可分为豆科类和非豆科类。豆科类植物均为C3类植物，
由于这类植物是通过固氮作用吸收大气中的氮，而大气中的￡N值较低，所以豆科类
植物的￡N值相应也较低，为0％o一1％o。非豆科类植物是通过吸收土壤中的硝酸根、
铵来获得氮，而这类含氮物质的￡N值稍高一些，所以非豆科类植物的￡N值比之豆
科类的也高一些，其值为+3‰左右。
    同样，海洋植物也可分成两类，海洋豆类，海洋非豆类。海洋豆类其实不能算作植
物，它是一种蓝绿藻，由于同样是吸收大气中的氮，所以其￡N为0％o一1％o左右。海
洋非豆类，吸收的是海洋中溶解的硝酸根和铵，其￡N为7％o左右。
    海洋动物的￡N值约为15％o左右，陆相食草动物的￡N值为6％o左右。人体骨胶
原对于所食食物分馏效应的￡N值差别约为3％o。陆相食肉动物与食草动物之间的差值
约为3％o。每一营养级之间￡N的差别约为3％o。
    由此我们可以看出，一般食肉动物体内的氮十五比值高于食草动物的，鱼类的高于
陆生动物的。因而，以鱼类为生的人体内氮十五值较高；其次是常食用陆相动物的。仅
以植物类为生的人，其氮十五比值是最低的。
  上述关于￡c、￡N的研究结果为古人类食物结构分析提供了依据。
  具体做法：
  应用同位素碳十三分析方法研究人类食物组成实际可以取人体的不同组织进行分
析，但对于考古遗存来说能保存下来的较为常见的是骨骼，所以这里具体介绍骨样品分
析的基本方法。
    取数厘米长的骨样一酸浸泡去除无机物一制备成骨胶原一水解成为明胶一燃烧制备
气体一收集气体一作质谱分析。现在燃烧和气体收集一般是通过元素分析以来做。质谱
分析可以去专门的实验室，这种实验室比较多，价格也不高，具有可行性。
    最后将质谱测得的结果代入这样一个公式可进行C3和C4类植物百分比的计算。
    B=6一[26(1一x)+13x]
式中B为测得的￡C值(千分值)，x为C4类所占的比例，1一x为C3类所占的比例。
数值6为骨胶原发生富集￡c的变化值(千分值)，26为C3类植物￡C的平均值(千
分值)，13为C4类植物￡C的平均值(千分值)。
  上式简化后有
    ×(20+B)／13
    另外要做一个说明，由于计算中所取c3、C4类植物的￡C值分别是两者的平均值，
而实际C3或C4类￡c值本身分别是一分布范围，所以在应用公式计算百分比时，所得
到的数值有可能出现超过100％的情况，为了避免误解，此类情况均写作100％。另外
这样得到的计算结果，并非严格意义上的百分比，再加之考虑到所取样品的代表性，因
此所描述的只能是大致的情况。