[拼音]：xiandai kexue jishu zai kaogu shang deyingyong

[外文]：Applications of Modern Science and Techniques in Archaeology

现代科学技术正在逐渐应用到考古研究全部过程的各个方面。遗址的勘察、出土文物的保养和修复、遗迹的保护，都需要应用物理学和化学的各种专门技术。更重要的是古代遗迹、遗物包含了许多古代社会的信息，单凭考古工作者的直观观察和传统技术还不足以充分了解，而应用现代科学技术手段对古物的成分、原料及其来源、制造工艺、年代等进行考察、测定和分析，则会取得很多可靠的研究成果。现代科学技术还可以扩展研究的领域，例如可利用系统理论和控制论来对古代人类的活动及环境的演变进行模拟研究。而计算机技术的应用，则可对大量的考古信息进行贮存、分析和运算，大大加速了研究的进程。19世纪末20世纪初，在考古发掘中采用了严密的地层学方法之后，考古学才渐趋成熟。20世纪50年代以来，应用自然科学方法解决考古问题取得了很大进展，考古学进入了技术革新时期。放射性碳素断代方法应用于考古学之后，史前年代学才建立在有绝对年代作依据的可靠基础之上，这被认为是史前考古学上的一场革命。考古学上应用的现代科学技术种类繁多，牵涉到数学、物理、化学、生物、地质等各个学科，内容广泛，技术专门。

勘测技术

这一技术特别适用于考察大面积的遗址和沙漠中的古代城址或建筑物，也可以从地面上显示的几何图形来分辨埋在地下的遗迹。空中鸟瞰，视野广阔，借助照相可以得到在地面调查中不易察觉的现象，如土壤、地形的细微差别，不同季节中植物生长状态的对比，早晨或傍晚地面遗迹显现出的阴影等。分析对比各种现象的差别，就有可能找到埋藏在地下的遗址或遗物。空中照相是借助高架、云梯、气球、飞机以至卫星来完成的。技术的改进主要是从黑白相机发展到彩色、红外和多光谱等各种照相设备和遥感设备。

20世纪50年代以来迅速发展起来的遥感技术，实际上是空中照相技术的扩展。“遥感”顾名思义就是遥远感知。人眼观察物体是由于来自物体的可见光刺激人眼产生的视觉。而遥感设备取得目标的信息，除了靠物体辐射或反射的可见光外，还靠微波、红外线、紫外线、X射线和γ射线等在遥感设备中产生的反应。 对于不同波段要使用不同的遥感设备。各种物体具有不同的波谱特性，例如霜雪对可见光是全反射，看起来是白色的，对红外线则是全吸收，因此在红外遥感器中霜雪就成为黑色的了。同时使用多个波段接受地面目标信息的设备，称为多光谱遥感设备，它能同时获得被测地区的、突出显示不同目标的多幅图像或信息，使得对地面不同目标的观察郊率大大提高。

空中考古勘测的奠基者首先要推英国人O.G.S.克劳福德(1886～1957)，他原是英国皇家空军的成员，1922年从事考古工作。他从空中照片上发现了史前时期和罗马-不列颠时期的田野系统布局，证实了可以从地面痕迹、作物特征去发现古代遗迹。英国剑桥大学设有空中照相系，每年都发现许多新的遗址。美国人在新墨西哥州查科峡谷地区作了遥感考古实验，是将最新的空中遥感技术和遥感信息解释技术应用于考古的全面试验，有许多新的发现，积累了不少经验。他们对遥感考古技术作了整理，并为考古工作者和文化资源管理工作者编写了考古遥感手册。大规模的考古勘测工作，通过遥感来完成，在时间和经费方面比传统的地面工作方法更为节省。

主要采用地球物理勘探技术，根据大地的物理性质的差异勘查地下的遗迹、遗物。如古代遗迹中的沟、坑、道路、窑址等和周围土壤的电阻率不同，并存在着磁性差异，可用磁性测量仪器和地电阻率计来进行分辨。使用磁性测量仪，工作速度快，灵敏度高，但很容易受铁器的干扰，如与地电阻率计配合使用则效果较好。此外，还有电磁法测量仪器，即对被测部位发射电磁波，观察地下物质的磁化或涡流产生的二级电磁场。若地下有金属物体，则产生涡流，表现为异常。但目前电磁法仪器的有效探测深度只有数十厘米，使用受到限制，有待于仪器的进一步改进。

土壤中磷酸盐和植物花粉的分析也可以用来勘察遗址，因为磷酸钙是骨头的主要成分，人类居住地含磷量比较高。土壤中如果出现古代人工培植的植物花粉，则是农业或种植区的标志。

水下勘测

水下勘测比陆地勘测要困难得多。考古工作者在陆地上凭直观和经验就可以踏勘遗址，但对沉没于海底的船只和由于海陆变迁被淹没的古代遗址，则只有潜水观察或借助于仪器勘测。通常可使用磁性勘测仪器和声纳技术。声纳相当于水下雷达，因为海水是电的良导体，强烈吸收电磁波，但传声性能很好，因此利用发射声波和接受回声的技术，可以探测海底的目标。对于已经发现的目标可以使用水下电视进行观察。

保养和修复技术

各种古代遗物出土时的情况是不同的。如石器、陶器、玉器、玻璃等可能已经破碎；金属器物锈蚀情况差别很大；刚出土的漆木器极易龟裂变形；墓葬出土织物往往触手成灰等。为使发掘物恢复并保持原样以供考古研究或陈列展览，需要应用专门的技术。许多国家都设有专门的文物保护技术研究机构，出版有关技术研究的专门的书籍和期刊。这其中，除原有的传统手工技巧外，现代科技手段是必不可少的。例如，具有精细花纹的金属工艺品，表面常常锈蚀得不能看清，强行除锈就可能造成损坏。若用 X射线照相，往往可以清晰地显现出原来的花纹，然后再除锈并复原或复制就比较稳妥可靠。又例如，对于腐朽的木质艺术品，可放在真空封闭室内，填以塑料单体分子，用γ源照射使之聚合，以形成木头和塑料的复合体。这样不但保持了原物的式样，还增加了强度，不怕风吹日晒，不受干湿环境影响，可以长久保存。再例如，由于19世纪初期照相定影技术比较原始，许多保留下来的照片已经褪色，而将褪色照片经反应堆中子照射使银活化，把照片紧贴在照相胶片上使之感光，原像就会再现出来。

分析鉴定技术

应用各种技术对古物进行分析鉴定是研究和复原古代人类物质文化生活面貌不可缺少的手段。

通常考古研究中应用分析鉴定可以解决的问题如下：

（1）确切地区分古物。例如古代的铜有纯铜，有铜锡、铜铅或铜锡铅等合金，凭直观难以区分。又例如古代铁器有的是陨铁制的，易与人工炼制的铁制品混淆。然而陨铁中含镍量高，使用分析鉴定技术很容易鉴别。中国河北藁城台西遗址出土的一件商代铜钺的铁刃，曾被误认为是人工冶炼的，经分析鉴定系人工锻打的陨铁。

（2）研究古物的制造工艺。例如通过金相分析可以究明金属的制造工艺。用此方法确证了中国早在汉代以前就掌握了炒钢、百炼钢、铸铁脱碳钢等卓越的制钢工艺，即是一例。

（3）探明物质的来源。确定遗址中出土物或其原料的来源，可以说明古代交通运输、贸易往来、生产水平等许多问题。通过成分分析尤其是对照特征元素谱，可为确定物质的来源提供重要线索。例如中国唐宋以前的玻璃含铅量很高，而埃及和欧洲的古玻璃基本上是不含铅的，因此如在中国发现了不含铅的古玻璃器，一般可以考虑是外来品（见玻璃器）。

（4）检验真伪。长期以来区分古物的真伪都是凭人们的经验，对古物的形象、风格进行观察，并结合历史文献加以判断。现代分析技术的发展使区分古物的真伪有了可靠的科学依据。例如使用钛白是1920年以后的事，如果在古画的颜料中检验出钛白，则此画就不可能是真品。又如有的仿古陶瓷制品，真假难辨，但若使用热释光方法判别，古陶器会有明显的热释光现象，而现代制品则极少。例如1940～1950年，有一批被认为是中国河南辉县出土的战国陶俑，出现在欧洲古董市场，真假难分。1972年英国牛津实验室对其中的22件器物做了热释光鉴定，结果证明全部是近代制品。

考古中分析考察技术的应用范围极广，几乎每一种新型的分析技术都能发挥作用。对样品的光学观察已从一般的显微镜发展到各种专用的金相、矿相显微镜，以及最现代化的电子扫描显微镜，利用射线照相技术还可以更清楚地了解样品深部的结构。传统的湿化学分析，原则上可以分析各种物质的所有元素及其含量。它精确度高，适用于主要成份的分析，但取样量多，操作繁琐，过程较长。然而湿化学分析方法仍然具有重要性，各种分析方法的校准，大多要以湿化学分析的结果为基准。采用物理方法作化学成份分析，取样量少，分析速度快，操作过程和数据处理利用计算机技术自动化程度高，在现代分析工作中占有相当大的比重。有的方法甚至可以做到完全不破坏样品，这在考古上特别有用。主要方法如下：

（1）发射光谱分析。这种方法是根据物质的原子被激发所发出的光的波长特征来确定其所含元素成份。适用于无机物质如金属、燧石、陶器、玻璃等的定性和半定量分析（精确度约3～5％）。它取样少，仅需几毫克。同时拣出元素灵敏度较高，还常用于定性分析和微量元素的分析。

（2）原子吸收光谱分析。利用气态自由原子对同种原子发射出的特征光谱有吸收现象，来确定物质中的元素及其含量。适用于分析金属，非金属等无机制品。取样少，仅1～10毫克;精确度是仪器分析方法中较高的，可达1％。可以测物质中大量（<20％）、少量和迹量成分，是目前考古中常用的分析技术之一。

（3）X射线荧光分析。利用原子被高能X射线或γ射线激发后发出的特征X射线，据以确定元素及其含量可以取样极少或完全不取样，可测物质中大量、少量及迹量成份。适用于原子序数大于10的元素的检出，精确度为1～10％，视方法和仪器而定。不需化学制样，故可以快速测定，但由于 X射线穿透能力弱，只能对物质表面作浅层分析。

（4）中子活化分析。物质被中子照射后因核反应而产生放射性同位素，测其特征射线可确定物质成份。分析时可完全不破坏标本或仅取少量标本。常用于陶器、石器、金属制品中迹量元素的分析，快速而灵敏。

（5）电子探针显微分析。实际上是使用扫描电子显微镜和X射线荧光谱仪组合成的仪器。 用聚焦的电子流集中激发样品1微米大小的区域，然后用X射线谱仪探测被测元素的特征X射线强度，从而达到定量测定的目的。如果用电子流对样品的一小区域进行扫描，而在阴极射线管荧光屏上作同步扫描，用被测元素的特征X射线强度控制荧光屏的亮度，那么荧光屏上就可显示样品表面扫描区域被测元素的浓度分布图。这个方法取样、制样比较复杂，对古物稍有一点破坏，可用于绘画颜料的分析，陶器、石器、玻璃、金属制品内含物的分析，特别适用于表层现象的分析。

（6）β射线反向散射分析。用一个准直的β射线源照射样品，探测反向散射的电子。如果样品中包含高原子序数的元素，则反向散射显著加强。用此法可判别玻璃和釉中是否大量含铅，以及估计佛像金层的厚度等，无需破坏样品。

（7）X射线衍射分析。单色X射线通过晶体表面发生衍射，波长λ、衍射角θ与晶格间距d之间的关系服从布拉格公式 nλ＝2dsinθ。利用X射线衍射可以确定样品中晶体的晶格常数，从而鉴定样品中的物相及化学成份。常用于分析陶器、石器、颜料和金属表面的锈蚀物。还可以分析判断金属制品的冷加工或热处理工艺。

（8）红外吸收谱分析。样品仅需数毫克，可以是固体、液体或气体。通过样品的红外线吸收谱的分析可以鉴定矿相和有机化合物。考古上通常用于分析绘画的颜料及各种有机物，如食物、油膏、琥珀、树脂、粘剂等。

（9）穆斯堡尔谱分析。穆斯堡尔效应是指放射源中激发态原子核放出的无反冲γ射线被样品中相同同位素原子核所吸收。用机械运动方法改变λ射线、γ射线的能量可以获得样品的共振吸收谱，称穆斯堡尔谱。这种谱与该同位素在样品中所处的状态有关。考古上可用来研究颜料，测定陶器中⁵⁷Fe的穆氏谱，研究陶器中铁心型矿物，推定陶器的烧制火候和窑的类型等。

（10） 热分析。在把样品从室温加热到1000℃的过程中，可以观察到各种各样的物理化学变化。具体分析方法有差热分析、热重量分析和热膨胀分析等。考古上常用来分析陶器中的矿物及其结构的变化以及陶器烧制时的温度等。

 同位素质谱分析。用于物质中稳定同位素比的分析。如分析贝壳、骨头中的氧的稳定同位素¹⁸O/¹⁶O比，可以了解它们的生存环境；分析碳的稳定同位素¹³C/¹²C比，可以了解大理石的产地、古代人类和动物的食谱及以植被等；通过铅同位素分析，则可以了解铅的来源等。

断代技术

应用于考古的年代测定方法，包括：古地磁断代、放射性碳素断代、热释光断代、骨化石含氟量断代、钾-氩法断代、裂变径迹法断代、 树木年轮断代、氨基酸外消旋法断代、黑曜岩水合法断代、铀系法断代等。其中应用最广泛的是放射性碳素断代，其次有热释光断代，古地磁断代，钾 -氩法断代等。而树木年轮断代在距今数千年内是最精确的测年方法，定出的年代几乎没有误差，可以与日历年相对应，但不能普遍应用。近30年来由于年代测定方法的发展和应用，为第四纪以来人类的发展史提供了绝对年代依据，为建立旧石器时代晚期和新石器时代以来的世界史前年代学体系奠定了比较可靠的基础。

参考书目

1. M.S.Tite， Methods of Physical Examination in Archaeology，Seminar Press，London，1972.
2. B.Keisch， Secrets of the Past， Nuclear Energy Applications in Art and Archaeology， USAEC Tech.Inf.Cen.，1972.
3. M.J.Aitken，Physics and Archaeology，2nd edition，Clarendon Press，Oxford，1974.
4. D.R.Wilson， ed.， Aerial Reconnaissance for Archaeology， Derry & Sons Limited， England，1975.