新技術(shù)在陶瓷考古中的應(yīng)用

龐倩華 張藝博

(鄭州二七紀(jì)念館 鄭州 450000)(鄭州大學(xué)歷史學(xué)院 鄭州 450001)

前言

考古活動的重要目的之一，就是解讀遺跡和遺物中包含的大量考古信息，以達(dá)到證史補(bǔ)史，揭示古人的生活狀態(tài)，進(jìn)而最大程度地還原古代社會的面貌，探究古人物質(zhì)和精神世界的目的。那么，如何解讀這些信息就成為擺在考古學(xué)家面前的重要任務(wù)之一。在傳統(tǒng)的考古方法中，地層學(xué)和類型學(xué)確定遺物的時間序列，建立遺存的時空坐標(biāo)，為探究其背后的文化因素提供了較為有效的方法。然而，在確定遺物的絕對年代、探究遺物的生產(chǎn)過程和原料產(chǎn)地等問題上，傳統(tǒng)的方法有時顯得捉襟見肘。

1 新技術(shù)應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的新技術(shù)被應(yīng)用到考古研究中，按照學(xué)科分類，主要包括核技術(shù)、生物方法、物理和化學(xué)方法、地球物理方法和計算機(jī)技術(shù)。在最近的一次關(guān)于考古學(xué)相關(guān)的期刊中涉及新技術(shù)論文發(fā)表情況統(tǒng)計中，核技術(shù)和物理化學(xué)技術(shù)的論文數(shù)量占到了所有新技術(shù)發(fā)表論文總量的80.5%，可見，此兩個領(lǐng)域的技術(shù)在考古活動中的應(yīng)用是十分廣泛。究其原因，除去技術(shù)本身的可操作性和成本之外，技術(shù)與考古活動的結(jié)合也取決于其研究對象的廣泛性，即遺跡或遺物本身的出土數(shù)量和考古信息載量。

陶瓷的出土數(shù)量是各類遺物中最多的，各種器物的形態(tài)和組合能夠很好地幫助斷定遺址的相對年代，在某種程度上代表著考古學(xué)文化的特征。那么關(guān)于陶瓷的絕對年代判定對于考古學(xué)文化的年代推斷、考古學(xué)文化序列的確定有著重要的意義。另外，陶瓷文物原料產(chǎn)地的探明，對于古代人類的活動范圍、技術(shù)交流、商品流布等問題也具有實證作用。因陶瓷文物出土數(shù)量多，蘊(yùn)含考古信息豐富，與其相關(guān)的考古學(xué)新技術(shù)的發(fā)展也起著推波助瀾的作用，而上述的核技術(shù)和物理化學(xué)技術(shù)，正是研究陶瓷文物的主要技術(shù)手段。

1.1 核技術(shù)

目前常用的陶瓷年代測定技術(shù)主要有放射性14C同位素測年法、熱釋光技術(shù)等。

1.1.1 放射性14C同位素測年法

自1955年夏鼐先生首次將“放射性碳素革命”方法介紹到我國考古學(xué)界，14C在考古研究中的滲透非常廣泛。此技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是測年快捷且精度較高，能夠?qū)⑻镆翱脊诺膶游魂P(guān)系和文化分期的相對年代轉(zhuǎn)換為精度較高的絕對年代序列。然而，也正因其對于碳元素的敏感性，14C測年要求樣品要“純粹未經(jīng)污染”的，在底層不清楚的情況下，測定的結(jié)果反而可能會引起錯誤的推論；另外，常規(guī)14C測年方法一般需要的樣品量為4 g碳，而陶片中的含碳量是很低的，通常情況下，一塊重約10 g的陶片，約含16～100 mg的基質(zhì)碳，所以，進(jìn)行常規(guī)測試時，樣品的需求量大，再加上樣品中通常會有碳化的稻谷殼、稻草、無機(jī)碳等等，使得測年結(jié)果的偏離較大，故需要花較長時間去準(zhǔn)備材料。這些不足，隨著加速器質(zhì)譜14C測年(AMS)方法的出現(xiàn)，某種程度上被彌補(bǔ)。這種新技術(shù)僅需要2～3 mg的碳就可以進(jìn)行測年，而且速度得到進(jìn)一步提高，幾十分鐘就可以完成一個樣品的測年工作。然而，說新方法比常規(guī)方法更好是不準(zhǔn)確的，在精度方面，常規(guī)的14C測年數(shù)據(jù)更為可靠，因為AMS方法的取樣是隨機(jī)且非均質(zhì)的，那么同一樣品的取樣，除了考慮到樣品污染的影響之外，不同點(diǎn)的微量取樣往往造成測年結(jié)果會出現(xiàn)較大的偏離。所以在考慮使用14C相關(guān)技術(shù)對陶瓷文物進(jìn)行測年時，需要根據(jù)文物的情況，選擇合適的方法進(jìn)行。如當(dāng)文物比較珍貴或稀少時，可以考慮使用AMS方法進(jìn)行；而當(dāng)陶片中發(fā)現(xiàn)有草、稻摻合在陶土中做坯的情況出現(xiàn)時，可以考慮使用常規(guī)14C方法進(jìn)行測年。

1.1.2 熱釋光技術(shù)

有時在古陶瓷測年中可能會面臨缺少14C標(biāo)本，即遺存標(biāo)本中含碳量過少，以及14C標(biāo)本來源不明確的情況。這時，熱釋光技術(shù)可以就陶瓷樣本中所含的石英、長石、云母等物質(zhì)進(jìn)行熱釋光測年。熱釋光測年的關(guān)鍵是正確測定古陶瓷中的含碳量，其來源主要為2個部分，一部分來自陶瓷器內(nèi)部，另一部分來自外部環(huán)境，即包括陶瓷器內(nèi)部放射性物質(zhì)提供的α、β劑量和外部環(huán)境提供的γ和宇宙射線劑量。在實際操作中，將樣品瓷片的厚度經(jīng)過加工后，使其具有200 μm，這樣厚度的瓷片樣品，其中的α劑量可以換算為等效的β劑量，而γ的波長較長，可以忽略不計，那么在這樣的樣本中，可以理解為只包含β劑量和環(huán)境劑量。而根據(jù)文獻(xiàn)可知，中國古代陶瓷的平均年劑量D=4.9±0.85(17%，±1σ)mGy/a，其中環(huán)境劑量率用典型值1 mGy/a。通過這個公式可以得出，環(huán)境劑量和古劑量β的比值為1∶4，所以古陶瓷的熱釋光測年主要是測定瓷器內(nèi)部放射性物質(zhì)提供的β劑量。這種方法有一個致命弱點(diǎn)，即所取的200 μm的樣本中的β劑量并不能代表整個樣本的平均β劑量，所以，對于任意厚度的瓷片的β劑量平均值的計算能夠更加準(zhǔn)確的反應(yīng)其包含的年代信息，從而能夠更準(zhǔn)確的進(jìn)行測年。

以上2種測年方法是陶瓷考古中較為常用的方法，然而，它們均屬于有損測試，是破壞性的分析方法，對于一些珍貴文物和樣品而言，使用破壞性的測試是不可取的。而穆斯堡爾譜分析為古陶瓷器的無損分析和斷代提供了可能。

1.1.3 穆斯堡爾譜技術(shù)

穆斯堡爾效應(yīng)是由德國科學(xué)家魯?shù)婪颉つ滤贡栐谕瓿善洳┦空撐臅r發(fā)現(xiàn)的，從那時起，關(guān)于穆斯堡爾譜的研究就熱情不斷。穆斯堡爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)為研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)提供了一個非常實用的方法：它具有高能量分辨率，可以測出10-13eV到10-16eV的原子核的能級變化，其測試方法和試驗設(shè)備也比較簡單，另外，它還具有較強(qiáng)的抗干擾性和高靈敏度等優(yōu)點(diǎn)7。然而，穆斯堡爾譜技術(shù)也有自身的不足：穆斯堡爾效應(yīng)只針對有限的元素，而且很多元素必須在低溫條件下進(jìn)行。目前這種技術(shù)主要針對57Fe、119Sn、151Eu等少數(shù)元素在室溫下得到實際的應(yīng)用。

在考古研究上，因穆斯堡爾效應(yīng)可以針對Fe元素發(fā)生，而粘土等陶瓷原料中含有豐富的鐵元素，故而穆斯堡爾譜可以作為研究古陶瓷結(jié)構(gòu)成分、燒成制度和測年的手段。穆斯堡爾譜在考古學(xué)研究最早的應(yīng)用是由Cousins和Dharmawardena通過這一技術(shù)測試樣品中Fe3+/Fe2+的比值，從而推斷古陶瓷的燒制是在還原氣氛還是在氧化氣氛中進(jìn)行的。我國開展了用穆斯堡爾譜進(jìn)行古陶片記年效應(yīng)的研究，潘賢家等學(xué)者進(jìn)行了不同歷史時代和不同燒制工藝的年代陶片的穆斯堡爾譜研究，他們的試驗結(jié)果表明，古陶瓷的年齡與其順磁成分中的二價鐵Q S值，值件有正線性相關(guān)性，且年代久遠(yuǎn)的陶片磁性成分基本消失。此外，Eissa等認(rèn)為古陶瓷老化的主要原因是由于收到自然輻射的作用，若有已知燒造年代的陶器樣本作為材料來構(gòu)建時間軸數(shù)據(jù)，從而推算未知樣本中的穆斯堡爾譜數(shù)據(jù)在時間軸重的位置來確定其燒制時間，這種方法可以作為古陶器測年的新方法。他們的實驗發(fā)現(xiàn)，隨著輻射劑量的增加，已知年代樣品的穆斯堡爾譜上，中間兩個順磁峰的相對強(qiáng)度明顯增加，根據(jù)各組樣品的中間順磁峰強(qiáng)度差與輻射劑量的線性關(guān)系，可以估算出未知樣品的燒制年代。

穆斯堡爾譜技術(shù)在古陶瓷的原料來源和燒制條件的推測上的應(yīng)用，比其在測年方面要直觀得多。用于鑒別古陶瓷原料產(chǎn)地的技術(shù)手段有化學(xué)分析法、X射線、中子活化分析等技術(shù)，但是穆斯堡爾技術(shù)可以相對容易地得到陶器中的Fe2+/Fe3+比率，從而判定同一地點(diǎn)出土的不同風(fēng)格的陶器或瓷胎的原料是否來自同一地方，進(jìn)而推斷古陶瓷的流布情況。而在古陶瓷燒成的過程中，窯爐中的溫度和氣氛以及燒制的時間均能影響穆斯堡爾譜的形態(tài)。通過對確定產(chǎn)區(qū)的粘土在不同溫度下試燒的穆斯堡爾分析，或者對古陶瓷進(jìn)行連續(xù)重?zé)玫较嚓P(guān)參數(shù)，從而建立燒制溫度的穆斯堡爾譜坐標(biāo)系，可以對未知燒制溫度的古陶瓷的燒成溫度進(jìn)行估算。也可以通過對古陶瓷中Fe2+的Q S值與溫度的關(guān)系進(jìn)行研究，建立燒成溫度坐標(biāo)系，也可判斷未知古瓷器的燒成溫度。另外，通過比較在一定燒成溫度下，古陶瓷和現(xiàn)代陶瓷釉中Fe2+的六面體配位和Fe3+的四面體配位數(shù)的異同來考慮兩者釉料配方的差異，不僅可以推斷古陶瓷制品的工藝條件，而且可以對古陶瓷制品的修復(fù)，現(xiàn)代陶瓷制品的制作都有很重要的價值。

2 結(jié)語

中國作為陶瓷古國，古陶瓷的考古研究一直是一門活躍的學(xué)科，希望通過這些新技術(shù)的進(jìn)一步實踐、改進(jìn)和發(fā)展，為我國陶瓷考古、古陶瓷文物保護(hù)、仿古陶瓷的制作等帶來新的保護(hù)研究手段和方向。