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探微知著——记文化与自然遗产日专场报告之“稳定同位素在无机材料考古中的应用”

  • 文/王睿哲 校/李敬朴,罗武干
  • 创建于 2021-06-15
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2021年6月11日,北京大学考古文博学院副院长崔剑锋副教授来到玉泉路校区,为中国科学院大学文化与自然遗产日主题活动带来专场报告——“稳定同位素在无机材料考古中的应用”。本次主题活动得到【谷雨计划∙国科大文化遗产保护宣教公益行动】的支持,旨在促进我校师生关心、关注文化遗产事业,助力校园文化建设。

崔剑锋老师在讲座之初介绍了稳定同位素的定义、分类,测量同位素所用仪器质谱仪的基本原理、构成要素以及针对不同含量的同位素测量选择对应的质谱仪。之后崔剑锋老师对轻同位素和重同位素在无机材料考古中的应用分别展开讲述。

崔剑锋老师首先讲解了常见轻元素稳定同位素的分析仪器IRMS及其适用性,同位素分馏是同位素各种应用的基础。在考古学中,稳定同位素多用于食性分析。动物食物中的稳定同位素(特别是碳氮稳定同位素)发生变化时,动物体内的稳定同位素也相应发生变化,因此可通过对动物体内不同组织和部位的碳氮同位素进行分析比较,即可获得动物摄取食物的情况,根据这一原理不仅可以对古代人类进行食性分析还可以反推人的来源。氧碳同位素可以用于古代碳酸盐文物研究,以双王村遗址盐业遗存的研究为例,对遗址中的碳酸盐进行碳氧同位素分析,计算碳酸盐成盐温度,推测制盐工艺。根据温度计算结果商周时期采用了温火慢炖的方法,成盐温度在60℃左右;而到了宋元时期,由于铁盘煎炼,成盐温度已经接近水的沸点。氧碳同位素也可用于大理石产地方面研究。崔剑锋老师在讲解轻同位素分析原理和应用案例后,对其考古研究中的应用前景进行了总结。C、N同位素除了骨胶原食性分析外,可能用来做人类迁徙也很有用;O、C同位素在碳酸盐文物中有相当的应用前景、需要根据实际文物区分O、C同位素究竟作何用途碳酸盐锶含量很高,也可与锶同位素结合,将得到更好的效果;O同位素可应用范围也较为广泛,如玉器的产地、玻璃产地、骨骼产地等;S同位素在朱砂等产地应用方面开始发挥作用。

随后,崔剑锋老师讲解了重同位素在无机材料考古中的应用。铜同位素与锡同位素的分馏主要是低温氧化-还原作用引起的,已有德国学者据此通过锡同位素的分析来鉴别铜器的真假,崔剑锋老师由此提出铜同位素用于铜器真假判别应也具有一定的可行性。铜同位素还有一特性是造成铜同位素的差别矿床种类密切相关,即区分氧化矿床、硫化矿床类型,铜同位素可以被用来研究金属铜冶炼时的原始矿物种类。铅同位素可用于古代材料的产源研究,针对铅同位素分馏效应引发铅同位素适用性的争论,崔剑锋老师设计并进行了铅同位素分馏模拟实验,结果表明由于铅的蒸发损失,铅同位素会发生变化,但类似的变化非常微小,其变化范围在普通热电离质谱仪的测量误差范围内,所以并不影响用铅同位素比值进行判源研究。锶同位素应用的基本原理与铅同位素相似考古学中锶同位素可用于古代玻璃的产地研究和古人类、古动物迁徙地的研究。

讲座结束后,中国科学院大学考古学与人类学系教工党支部书记罗武干副教授副书记尚雪副教授向崔剑锋老师赠送了【谷雨计划∙国科大文化遗产保护宣教公益行动】讲座嘉宾纪念盘