大贯静夫教授讲演纪要,碳14测年与中国考古年代

2019-07-15 作者:文物考古   |   浏览(164)

 

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国家科技支撑计划项目“中华文明探源工程”--3500BC-1500BC中国文明形成与早期发展阶段的考古学文化谱系年代研究承担单位:北京大学

本站记者:张老师您好,感谢您接受“中国考古网”的采访! 张雪莲:您好,很高兴能通过中国考古网给大家介绍我们学科的发展。

  2014年1月7日,东京大学考古学研究室主任、原(日)中国考古学会会长大贯静夫教授在我所学术报告厅举行了一场主题为“夏商周与C14测年”的学术讲演。本次讲演由陈星灿副所长主持,“夏商周断代工程”首席专家、专家组副组长、碳十四测年研究课题组负责人仇士华研究员、考古研究所碳十四测年实验室负责人张雪莲研究员、丰镐队队长徐良高研究员、考古研究所其他研究人员以及各高校老师、学生也参加了这次讲演。

基本信息:

、课题目标 采用碳十四测年方法对 3500BC-2500BC 间参与中华文明形成与早期发展的各主要文化区的考古学文化分期进行绝对年代测定,建立探讨中华文明形成阶段不同区域间的可比性年代尺标和可靠的年代学基础,同时开展碳十四测年关键技术的研究,建立碳十四测年样品的相关规范,为以上研究提供科学可靠的年代数据。

1、在您进入中国社会科学院攻读碳十四年代学之前,曾在我国著名的文物保护专家王丹华、胡继高等先生的指导下从事文物科技保护工作,继而于90年代又承担了国家文物局“古代纺织品保护研究”的课题,并取得了成果,发表了一系列的文章。那么您缘何放弃从事文物保护而走向碳十四年代学的研究呢?在您看来,这两个方向在方法论上有什么相通性吗?之前的文物保护工作对您后来的研究有产生了什么样的影响?

 

作者:仇士华 著

、课题任务

张雪莲老师:正像您上面提到的,王丹华、胡继高、陆寿麟等先生是我国著名文物保护专家,从八十年代开始,我有幸得到这几位先生的指导,从事文物保护工作,先后做过青铜器、石器、竹木漆器等文物的保护,后来又承担了国家文物局“古代纺织品保护研究课题”,在工作上取得了一定的成绩。在文物保护这个我最初踏进的文物考古领域的行业中,不仅让我学习了有关文物科技保护方面的知识、技能,而且由于周围的许多人、许多事在时时刻刻地影响着我、教育着我,使我在关于人生的认识上也受益良多,至今仍让我十分留恋。 1996年,国家九五科技攻关项目—夏商周断代工程启动,我报考了断代工程首席科学家碳十四年代学家仇士华先生的博士生,从此开始了碳十四测年研究工作。

  讲演持续了3个小时,仇士华研究员、张雪莲研究员、徐良高研究员等参与了“夏商周断代工程”的学者就讲演中涉及的问题,与大贯静夫教授展开了热烈而友好的讨论。大家一致认为,年代学与考古学并不是孤立而存在,双方是相互依赖和支持的;考古学家应当与年代学家通力合作,共同解决考古学问题。

出版社:中国社会科学出版社

1、碳十四测年关键技术研究 主要对碳十四样品的考古学背景、样品的污染去除、样品中不同组分年代的代表性、δ13C和树轮校正、系列样品的拟合、小样品的测定等影响测定结果及其解释可靠性的一些问题进行进一步研究,并提出有关碳十四测年规范草案。

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出版时间:2015年6月

2、3500BC-2500BC 参与中华文明形成与早期发展的各主要文化区的考古遗址的碳十四年代测定 在已有的“区系类型”研究的基础上,确定3500BC-2500BC间参与中华文明形成与早期发展的各主要文化区的重点考古学文化谱系作为研究对象,在这些重点研究区域选择遗址,严格按照系列碳十四样品采集和测定方法,完成碳十四样品的采集和精确测量工作,并对碳十四数据进行δ13C校正、树轮校正和系列样品拟合研究等,最后得到高精度的日历年代数据。

和碳十四实验室先生们在一起

  现就讲演内容简述如下:

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3、3500BC-1500BC 中华文明形成与早期发展阶段考古学文化谱系年代框架的构建 在高精度的日历年代数据基础上,对测年数据进行比对和数据拟合,首先构建起各重点区域考古学文化谱系内部精细的碳十四年代框架,然后整合区域间的碳十四数据,综合提出 3500BC-1500BC 中华文明多元一体化起源过程的时空框架。

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印刷时间:2015年6月

、取得的重大科技成果 通过课题实施,完成了中原地区、长江中游、黄河下游和长江下游的47个遗址各种不同类型1168个样品的采集并得到了723个碳十四年代数据,其中使用了607个精确碳十四年度数据建立并不断完善3500BC-1500BC中国文明形成与早期发展阶段中原地区、长江中游、黄河下游和长江下游主要文化区考古学文化谱系的绝对年代框架。取得了一系列重要的研究成果,获得了一些新的认识,主要有以下几个方面: 、对传统的考古学文化谱系的绝对年代框架进行了重大修正 与传统的考古学文化谱系的绝对年代框架相比,新的年代框架解决了传统考古年代学研究中存在的诸多矛盾和问题,对中国文明形成和初步发展的重大历史进程进行了年代上的重新定位,为中华文明探源工程总项目的顺利实施奠定了坚实的年代学基础。 A、中原地区:与传统的考古学文化谱系的编年框架相比较,新的认识普遍晚了约200至300年。新的测年数据表明:仰韶文化庙底沟类型的年代下限可晚至公元前3000年前后,比传统的认识晚了约300年;庙底沟二期文化晚期的年代下限也可晚至公元前2300年前后,比传统的认识晚了约200年;陶寺文化可延续至公元前1800年前后龙山时代的末期,比传统的认识晚了至少约200年;二里头文化形成和中原地区早期国家的出现约为公元前1800年前后,比传统的认识也晚了至少100年。 B、黄河下游:大汶口文化结束的时间和龙山文化兴起的时间约为公元前2300年前后,比传统的认识晚了约200年。同样龙山文化的下限可至公元前1800年前后中原地区二里头早期国家诞生之际,比传统的认识也晚了约200年的时间。 C、长江下游:良渚文化结束的时间不晚于公元前2300年,良渚文化没有进入到龙山时代。这比认为良渚文化的下限为公元前2000年的传统观点早了约300年。 、考古学文化谱系的研究表明,在文明化的过程中,黄河、长江流域的不同地区经历了不同的文化发展历程 长江中游地区在广泛接纳周边地区文化的基础上,在大溪文化晚期率先完成了区域文化的整合,形成了相对稳定的文化共同体,进而稳步发展出了石家河古城的文明形态。黄河下游和长江下游地区在文明化进程中,看不到文化动荡的现象,但也稳步发展出了各自独特的文明形态。中原地区的文明化进程则伴随着激烈的文化动荡,多元文化融入中原,经过一体化的整合,最终发展出了二里头早期国家的文明形态。因此,中国文明形成的多元一体化的历史进程,也正是各地文化融入中原的文化多元一体化过程。 、碳十四年代研究方法的创新 A、在国内首次将红外光谱分析的方法引入到碳十四年代样品制备的质量控制过程中,大大降低了碳十四样品测年组分的不确定性,使得碳十四样品制备过程更加科学准确。 B、对骨质样品和木炭样品前处理过程进行了系统研究,建立了骨质样品前处理流程的标准草案,骨质样品的碳十四年代测定不论在数量上还是在质量上都达到了国际领先水平。 C、发展并完善了系列样品碳十四年代测定方法,基于单个遗址的地层堆积,采集能够反映考古学文化谱系演变的系列样品进行测年,根据成组的地层关系所提供的有效考古背景信息对样品的测年结果进行考古学的检讨。本课题的实施,在构建中国文明形成和初步发展阶段主要文化区考古学文化谱系年代框架之时,通过比对单个遗址系列测年数据,逐级建立起了不同遗址之间,不同区域之间以及更大区域之间考古学文化谱系的绝对年代关系和时空框架。这种探索和实践是建立在考古学对田野发掘和文化堆积形成过程和后过程的深刻认识基础之上,使得碳十四绝对年代学的研究不再是考古学文化谱系相对年代学的点缀,拓展了考古年代学研究的新视野。

采访导师

  1)他先介绍了日本学者对待碳十四测年的态度、碳十四在日本考古学研究中的应用情况。日本绳纹文化开始的年代,碳十四测年结果得不到传统考古学者的认同,认为绳纹文化来源于朝鲜-西伯利亚新石器文化,绳纹文化开始年代不可能早于2500BC。大贯静夫教授通过自己的研究认为,环日本海的新石器文化不是从西伯利亚传播过来的,而是独立起源的,碳十四测年的结果则与他的研究结果基本吻合。由于他研究的东北亚考古与中国考古联系密切,因此继而将研究视角转向中国考古学。他认为,考古学者应当重视碳十四年代,但是由于碳十四校正方法愈来愈复杂,尤其是通过考古地层学和分期来校正的测年结果感到十分困惑。以二里头遗址为代表,二里头一期拟合后,只有30年,四期仅有25年。

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夏商周断代工程当时是建国以来历史科学领域中规模最大的科学研究项目,项目涉及了考古学、历史学、天文学和碳十四测年技术四个学科中两百多位国内一流的专家,国务院为此组织了专家组,并任命了首席科学家。工程设置了九个课题,四十个专题,其目标是建立夏商周三代年表。断代工程启动的消息那一年五月份在人民日报等大报刊登,同时还报道了围绕这一启动工作专家学者们讨论热烈、激动人心的场面。我当时也被这一消息以及相关的报道所感染、所振奋,非常希望能加入这个群体,使自己在学术上得到礰炼,同时也企盼能面对面地聆听平时仅能在学术刊物上见到的学者们的教诲及真知灼见。在接下来的岁月里,我实现了自己的愿望。现在每每想到这些,仍然让我感慨,让我欣慰。感慨和欣慰之余更多的是心存感激。我非常感谢我的父母、我的导师,感谢断代工程和考古研究所的领导和老师们给了我支持和帮助,对此我非常珍惜。 在做文物保护工作的过程中,我渐渐体会到,我们要保护的不仅仅是文物的本体,还有她所负载的信息、她所承载的内涵。实际,对文物内涵的保护和发掘也是文物保护的任务。年代研究是其重要方面,是一项基础工作。因此,在作文物保护工作的那些年里,我也经常拜读仇士华先生和蔡莲珍先生的文章,以加深对文物保护工作的理解和认识。但通过这些年来的工作和学习,对这一专业工作的认识和最初的时候相比还是有了较大的改变。从方法上看,显而易见文物的科技保护和碳十四年代学共通之处都是通过科技手段实现其工作目标。从其具体工作内容上,文物保护比之碳十四年代学似内容更广。由于文物的材质各异,如所涉及到的有青铜器、石器、陶器、竹木漆器、纺织品等,所以文物的保护同样就要涉及每一种材质文物的病害原因、病害发生条件、机理、保护方法,以及保护材料的结构、特点、保护机理等等。而碳十四年代学,主要是围绕一个方面进行研究,相对来说更专一些。这两项工作都给我留下深刻印象的共同点是他们的实践性,即在科学理论指导下的实践——科学实验。

 

ISBN:9787516160336  

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  2)针对上述问题,他指出,如何将测年学和考古学更好的融合继而进行跨学科的考古学研究,是一个非常重要的课题。大贯静夫教授举出自己曾经在俄罗斯参与的一个案例,该次发掘中,碳十四年代专家亲自取样测年。该专家通过比较陶片上的碳化物和同一层木炭的年代,试图发现两者的差别及其原因。又举出另一个案例,即日本国立历史民俗博物馆对弥生文化开始的年代学研究,测年专家与考古学者一起对陶器的碳化物进行研究,先由考古学获取研究测年遗物的考古学背景和提取测年系列样品,之后转交给测年专家测年,在测年过程中,考古学者与测年学家共同拟合校正年代。从碳十四的测年结果来看,日本学者对弥生时代的绝对年代认识错误,而与韩国对比的相对年代却是准确的。这提醒我们,在注重考古研究的相对年代结果的同时,同样要重视碳十四测年结果。对碳十四数据进行拟合时特别要注意系列样品,因为系列样品具有考古信息。单一的样品利用树木年轮曲线校正后,其年代误差反而会增大。

内容简介:

在夏商周断代工程期间

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  本书是仇士华先生的重要研究成果汇集,涵盖了测年方法研究、测年精度提高所做的技术改进、测年中的数据处理研究、夏商周考古中实际测年的情况、夏商周考古年代测定的讨论与结论等等方面,从测年技术和方法、实际测年研究等方面对其工作成果以及经验进行了总结,对中国考古学14C测年的开创和发展进行了完整的学术总结,具有重要的参考价值。

2、碳十四测年方法给考古学带来了全新的革命,自从夏鼐先生将碳十四测年引入中国,多年来的研究取得了哪些成就?大体可分为哪几个阶段?

学者们热烈讨论  

目录
第一章 14c测年方法研究
 一14c测定年代原理
 二14c年代应用中需要注意的问题和14C年代校正
 三实验技术的发展和完善
 四过去14C测年对中国新石器时代考古年代学的贡献
 五高精度l4C测定和系列样品处理年代数据新方法
 六 “夏商周断代工程”中的14C测年方法论证

张雪莲老师:碳十四年测年方法建立后,给西方的考古学带来了一场革命,使年代认识上的谬误得到澄清,由此推进了研究的深入。在夏鼐先生的关心和亲自组织下,1965年中国社会科学院考古研究所建立了国内第一所碳十四实验室,从此中国的史前考古学研究如同插上了腾飞的翅膀。

  3)大贯静夫教授接下来讨论了中国“夏商周断代工程”相关年代学问题。

第二章 为提高精度所做的技术改进研究
 一14C样品的选择
 二样品的前处理及化学制备研究
 三样品的放射性测量研究

(大致分为四个阶段:实验室建立,数据积累,扩展成果,系列样品研究) 上世纪五十年代末,夏鼐先生将在中科院原子能研究所进行原子能应用研究的仇士华、蔡莲珍先生调入考古研究所,进行碳十四测年研究工作。两位先生在当时一穷二白的条件下,经过几年的努力,自己动手研制了用于测年的气体计数器等设备,通过对考古学家提供的已知年代样品的盲测成功,宣告了实验室的建成。实验室建成后配合考古学研究厘清了考古年代研究中一些模糊不清的问题,如齐家文化的年代、钱山漾文化的年代、华南地区一些史前洞穴的年代、良渚文化的年代等等。由此,为使中国史前考古学走向深入奠定了科学上的基础。 在年代研究的同时,实验室还为相关单位培训业务人员,推进了国内碳十四测年研究工作的开展。 碳十四测年对中国考古学的最大贡献是对史前考古学研究的推动和深化。截止到九十年代,在对2000多个碳十四数据测定研究的基础上建立了旧石器晚期以来中国史前考古年代框架,成为史前考古时空框架建立的基础。 与此相关的研究主要还有: ①史前遗址中发现的房址白灰面的研究。 ②炼铁燃料的研究。 ③石灰岩地区年代研究。 ④中国糖碳标准的研制。 ⑤古人类食性研究。 ⑥实验室组织了国内碳十四数据比对。 上世纪九十年代中期,随着夏商周断代工程的实施,也给碳十四年代学的深入与发展带来了契机,由此使我国的碳十四年代学研究上升到一个新的水平,这也为后来的中华文明探源中的年代研究奠定了基础。 断代工程中,在高精度测年研究的基础上,通过系列样品方法的应用,使武王克商之年限定在公元前1050~1020的范围之内,同时完成琉璃河系列,殷墟系列,郑州商城系列,偃师商城系列,长安马王村H18地层系列,二里头系列等,建立起了夏商周碳十四年代框架,为三代年表的建立提供了依据。 继夏商周断代工程之后的文明探源研究中,结合系列样品方法的深入探讨,使二里头一期的年代进一步明确,为公元前1700多年,同时完成新砦-二里头-二里岗文化考古年代序列的建立。

 

第三章 系列样品14C年代测年方法中的数据处理研究
 一贝叶斯统计学的理论表述
 二贝叶斯数理统计对考古学中14C年代研究的适应性
 三应用中的具体算法和0xCal程序
 四OxCal程序的算法基础
 五OxCal程序的运算过程
 六关于边界条件

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  丰镐灰坑H18年代上限。他认为灰坑内分层的系列样品,虽然坑内②层与③层在年代上存在倒置,但在误差范围内,因此该灰坑分层年代学较为准确。该灰坑根据考古学年代,当处在13年范围内,而碳十四测定的纪年远远大于13年,两者之间存在误差。

第四章 结合夏商周考古实际测定的情况
 一山西曲沃北赵晋侯墓地M8的14C年代测定
 二北京琉璃河西周遗址l4c年代测定与拟合
 三 陕西长安张家坡遗址、马王村遗址年代测定和武王克商年代范围判别
 四殷墟的l4C年代测定与拟合
 五二里岗上层一期的水井井框圆木系列样品测定与拟合
 六郑州商城遗址洛达庙一二里岗文化系列样品的14c年代测定与拟合
 七偃师商城14c年代测定与拟合
 八偃师二里头遗址二里头文化与二里岗文化系列样品的测定与拟合
 九新砦遗址系列样品的测定与拟合
 十王城岗遗址年代测定与拟合 

参观美国盖蒂博物馆实验室

 

第五章 夏商西周考古年代测定的讨论和结论
 一基本认识和思路
 二关于考古年代框架

3、就目前来看,碳十四已成为考古界目前应用最为准确的测年方法之一,相比较其它测年方法,它有哪些优势?

  二里头文化一期年代上限。先通过单样品测定,二里头一期为BC1880,后通过系列样品,测定为1700BC。重新审视新砦一期、新砦二期前段和后段年代,发现新砦二期前段有80年(1870-1790BC),后段有70年(1735-1705BC),而二里头文化1期仅30年(1735-1705BC)。通过新砦3处地层关系、陶器分期分别校正该组年代,得出结论为新砦二期晚段和二里头遗址一期年代差不多。为了多角度验证,他利用Ocal软件拟合年代,假设了几种前提,表明不同的前提,导致数据处理的结果不一样,有些数据误差反而扩大了。

附 夏商周考古年代学研究的有关论文
 一14C断代的加速器质谱计数法
 二解决商周纪年问题的一线希望
 三为什么l4c测年能参与“夏商周断代工程”
 四晋侯墓地M8的14c年代测定和晋侯苏钟
 五14C断代技术的新进展与“夏商周断代工程”
 六 “夏商周断代工程”中的多学科合作
 七关于考古系列样品14c测年方法的可靠性问题
 八关于二里头文化的年代问题
 九 “夏商周断代工程”中的14c年代框架
 十 中国考古学中14c测年工作的新进展

张雪莲老师:碳十四测年是考古领域目前应用最为普遍的测年方法。 年代测定方法有多种,但并不是每一种方法均可应用于方方面面,而是据其可测范围与可测对象,适用于不同的学科或领域。碳十四年代学可测对象为含碳物质,如木头、木炭、动植物遗存等,这往往是考古遗迹中容易得到的,其可测年代范围为五万年以内,属于旧石器晚期以来的时间段,而这恰是考古学研究的年代范畴。所以,碳十四测年是目前考古领域应用最为普遍的测年方法。 如果论其准确度,从表面上看似乎热释光方法比之碳十四方法更有优越性,因为热释光方法的测定对象是经过烧制的陶器,而陶器比之遗址中的木头或木炭在其年代上应更具代表性,由此也应更为准确。但由于热释光方法测年误差较大,较好的情况可达到±5%,因而相对来它说更适合用于陶器真伪的鉴定。 从年代测定精度上看,比之碳十四测年精度更高的应属树轮年代法,它可以精确到每一年。但一方面目前国内树轮年代建立的范围较为有限,另一方面考古遗址中可获得的树轮样品也常常是有限的,因而限制了这一方法的应用。 碳十四测年方法目前可测精度为3‰左右,误差范围最小可达20年上下。但由于碳十四年代要经过碳十四-树轮年代校正曲线校正为日历年代才能使用,而校正后的日历年误差往往较大,这使得对于测年精度要求较高的年代研究,对于进入历史时期的年代研究受到影响。而近十几年来,随着系列样品方法的研究与应用,有效地缩小了日历年误差,由此也使碳十四测年方法获得了更为广阔的应用空间。 加速器测年方法是碳十四测年近二十余年来发展的新手段,这一方法的突出特点是所用样品量小,仅为毫克级的,是传统方法用量的千分之一,这使得样品的可获得率和可测率提高。目前北京大学和中科院地球环境研究所已经具备这样的设备,我们所今年也有望建成可用于加速器测年的样品制备系统,这将有力地推进我所的年代学研究。

 

后记  

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  二里头文化三、四期年代。用系列样品处理,结果显示二里头三、四期晚到1500BC,与《简本》年代一致。

在考古工地

 

4、碳十四测年对样品有什么特殊的要求?您在文章中提到,不同的样品其年代代表性不同,能详细解释一下吗?

  郑亳、西亳争论。关于对C1H9相对年代的鉴定,考古学者有不同的意见,一种观点认为其与二里头四期同时而属于先商,另一观点认为其属于偃师商城二段,这导致两城的早晚关系存在分歧。在断代工程进行时,将C1H9归为二里岗下层早段,与偃师商城一段同一时代,从类型学来说,偃师商城的筑城早一点。针对有学者提出二里头四期晚段偏晚和偃师商城一期二段同时,大贯静夫通过两者的碳十四数据比较,发现二里头四期的年代数据确实比偃师商城一期一段早一点。

张雪莲老师:如前所述,碳十四测年所用样品为含碳物质,如木头、木炭、动植物遗骸、贝壳、湖相沉积、纸张、纺织品等。采集的样品应为干燥状态,并独立包装。包装应采用具有一定刚性的容器,如塑料盒、金属盒等,以避免运输过程中样品因受挤压而破碎、混杂。内附的样品标签应采用带有封口的塑料袋单独封装,以与样品隔开。 所谓样品代表性是指样品能否真正代表遗存的年代。 首先,样品未必是遗存本身。即使是遗存本身的话,也要分析一下,看它能否一定代表遗存的年代。如陶片本身所含的碳,如果是泥土中的碳,则不能代表制陶的年代。 如木头、木炭有心材和边材之分,若所取的样品为边材,则所测得的年代接近该树的砍伐年代,反之,若样品为心材,则测得的年代会较之砍伐年代偏老。人的寿命一般为几十年,所以人骨测年,其偏离往往会小于木头或木炭。而动物骨则会更好些。窖藏中的粮食颗粒在其代表性方面就更具优势。这里也可以据其实例来进一步理解。如断代工程中我们测定的郑州电力学校出土的郑州商城二里冈上层一期的水井井圈木。该木保存完好,其外层年代为公元前1400年左右。这表明该井的使用不应早于这一年代。

 

5、自“夏商周断代工程”以来,“系列样品”的概念深入人心,但并不是所有考古学家都明了什么是“系列样品”及“系列样品”的意义,您能否谈谈对这个问题的看法。

大贯静夫教授简介:

张雪莲老师:断代工程中通过系列样品的研究与应用,建立了夏商周碳十四年代框架,为三代年表的建立提供了依据。这一方法最早是在上世纪六十年代提出,八十年代高精度碳十四-树轮校正曲线的建立为这一方法的实施建立了条件。 系列样品法,它是针对单一样品而言的。因为单一样品测年,校正到日历年代后往往误差较大。而通过系列样品的曲线拟合,可以有效减小日历年误差。所以系列样品法也称为系列样品曲线拟合法。 所谓高精度系列样品曲线拟合法,是指选取前后有序、互有间隔、在时间上连续、具有测年意义的系列含碳样品,在高精度测年的基础上,通过作数据的曲线拟合,使校正后的日历年误差缩小。研究结果表明,由于系列样品在样品之间所具有的相互关联性,可以有效缩小校正后年代误差。 系列样品据其形成条件可分为两类,一是标准的系列样品模式类——树轮样品。因为树轮清晰可数,数据拟合后的日历年误差最小。第二是由地层叠压关系和以考古学文化分期为依据的系列样品,虽然其条件比树轮系列差一些,但仍然对缩小误差十分有效。 对于提供的系列样品进行高精度测年,然后对所得的数据作曲线拟合,才能得到最终的日历年代。所谓曲线拟合,是将由系列样品通过碳十四测定得到的数据所组成的小线段放到高精度碳十四—树轮年代校正曲线上进行匹配拟合,以寻找到最佳位置,由此确定日历年误差。曲线拟合最早是用目测法来进行,之后又发展了最小二乘方法。1995年牛津研究人员研制了量化程度更高的贝叶斯统计数据拟合软件——OxCal,大大提高了数据拟合的精度,而且也保证了这项工作的方便和快捷。 综合起来,符合系列样品条件可以做数据拟合的要素主要有三,一是可靠的考古学信息;二是较小的测年误差(在拟合可允许的范围);三是高精度的碳十四—树轮年代校正曲线。

 

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  1952年生于千叶县。现任东京大学考古学研究室主任,曾担任日本的中国考古学会会长。二十世纪八十年代曾在北京大学留学。长期从事东北亚考古。出版《东北亚的考古学》等著作和多篇论文。

在斯坦福大学图书馆

 

6、国内的碳十四测年工作较之于国外又有哪些不足呢?在未来的发展上有何前景规划?

 

张雪莲老师:国际碳十四领域随着不断的发展其研究呈现愈来愈活跃的势态。从目前来看,在其年代学方面近几年的研究在以下三个方面比较显著。 一是围绕测年精度方面的工作,这反映了测年的基本功,主要包括样品前处理、样品制备、样品测量等方面的实验室质量控制,其目标是具有可靠性,精准程度较高的高质量的年代数据。这类工作比较典型的体现在持续进行的国际碳十四数据的比对,2000年进行了第四次国际比对,目前已完成了第五次,这有力地促进了国际碳十四测年的基础研究。 第二是加速器测年的发展和普及。前已述及,加速器测年由于其计数方式与常规方法不同,它不是计数样品中β衰变的粒子数而是其中未衰变的碳十四粒子的个数,因而所用样品量大为减小,仅为β衰变计数法的千分之一,由此使样品的可获得率和可测率提高,促进了考古年代学、地学、环境等研究的深入。所以尽管其设备价格比较昂贵,但加速器测年的发展近年来一直呈上升趋势。据不完全统计,在本世纪初加速器测年研究机构仅有二十几家,目前其数量已发展到两倍左右。 第三是系列样品法的应用。随着考古学研究的深入,随着多学科研究的开展,学科研究之间的比较,相互之间的交叉定年,特别是进入历史时期的年代研究等等,都需要日历年精度的提高,所以系列样品法的研究与应用愈来愈受到重视。著名考古学家伦福儒也认为系列样品方法、贝叶斯统计,包括加速器测年是碳十四年代学上的重大进步,由此称之为碳十四年代学上的一次革命。 国内碳十四年代学研究近年来在上述几方面的工作也比较突出,比较典型地体现在断代工程期间的工作。第一,在测年精度研究方面,断代工程中碳十四年代学研究首先围绕这一问题展开。据此,工程设置了三个专题,即常规碳十四测年研究及设备改造,加速器质谱测年研究及设备改造,以及骨质样品制样研究。通过这三项研究,常规方法测年精度达到3‰,加速器方法精度好于5‰,为断代工程年代研究提供了保障,由此,也使我国碳十四测年精度迈上了一个新台阶。第二,夏商周断代工程的年代学研究也促进了我国加速器测年研究的发展,目前北京大学以及中科院西安地球环境研究所的加速器测年在其稳定性和测年精度上都达到国际先进水平,带动了国内加速器测年工作的开展。第三,夏商周断代工程是系列样品方法在我国高精度测年研究应用中的一次重要实践。工程中通过这一方法的研究与应用,建立了夏商周碳十四年代框架,为最终三代年表的建立发挥了重要作用。 今后一个时期的工作主要还应该是两个方面的,一是技术层面上的,即高精度测年研究,主要包括样品去污染、制样、测量、误差探讨等。第二是配合考古学研究层面的,即通过系列样品方法的深入探讨,综合样品的考古学背景,使年代结果更为精准、可靠。在未来的工作中,结合考古学背景的系列样品应用研究是一个重要方向。 通过夏商周断代工程和文明探源等研究,二里头及其之后的年代序列相对比较明确,下一步的工作重点是其前面的年代的探讨。其中,陶寺遗址的年代是我们面临的一项具体任务,这方面我们所围绕陶寺遗址的发掘与研究已有几十年的积累,但结合较高精度测年的深入探讨还需要一个过程,希望通过接下来的工作,通过考古学与碳十四年代学两个学科的共同努力能获得实质性进展。 随着加速器测年的运用和发展,使碳十四年代学的潜力进一步得到发掘和施展,相信在今后的研究中,碳十四测年在与之相关的如古环境研究、农业起源等学科研究中也将发挥较大的作用。

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在德国基尔高精度碳十四实验室

7、古人类食物结构的分析也是您研究的重要方向之一,如今该领域越来越受到考古界的关注。关于这个方向的研究最早有仇士华和蔡莲珍先生引进的碳十三,之后您又在该基础上进行了氮十五分析方法的研究,能具体介绍一下您当时研究的过程吗?

张雪莲老师:人骨稳定同位素碳十三、氮十五分析是古人类食物状况研究的一种分析方法,碳十三分析可以追溯其人们的主食状况,氮十五分析可以探讨其食肉程度、蛋白摄入状况,两者结合可以使人们的食物状况得到较全面的反映,由此可以判断样品是取自一般的农业区、牧区还是海河边,从而区分出不同的群体。这一分析目前已成为国际科技考古界的热点。上世纪八十年代,蔡莲珍、仇士华先生结合碳十四年代的校正建立了碳十三分析,分析了陶寺、仰韶等遗址人和动物的主食状况,在国内开辟了这项研究工作。 上世纪末,我在考古所博士后流动站做博士后期间,“古人类食物状况分析”其中包括氮十五分析方法的建立,是我的一项研究工作。这项工作得到考古所领导的支持,得到夏商周断代工程的资助,之后又获得博士后基金资助。 由于氮的惰性因而使氮十五分析难度较大,这也是国内迟迟没有开展这一研究的主要原因。十几年前,国内鲜见用于氮十五分析的专用设备,即便有的话,在资金很少的情况下耗资数百万购置这样一台仪器也不太现实。所以分析研究工作只能就我们碳十四实验室现有条件进行。当时是利用用于碳十四年代校正的做碳十三分析的元素分析仪,并通过对其真空系统改造进行这项研究。由于设备条件相对简陋,而收集氮气的条件又相当苛刻,所以从设备硬件的改造,到各项实验条件的设置等都是多方探索、几经波折,历经多次失败,最终应用元素分析仪完成了氮十五分析方法的建立,这在国内尚属首次。 试验工作中得到了实验室各位先生的帮助,特别是仇士华先生等前辈,为此项研究提出了许多指导性意见。所以,我的每一步工作进展,取得的每一点成绩都得益于我们的实验室,得益于前辈的指教。 2001年,正值夏商周断代工程结束,断代工程期间我们结合年代校正做了大量碳十三分析工作,此时又完成了氮十五分析方法的建立,两种分析相结合使许多遗址的人类食物状况得到揭示,特别是许多年代久远的史前遗址,比如八千年前的兴隆洼遗址、七千多年前的河姆渡遗址,还有一些根据目前的考古学研究还难以推论的遗址如青海、新疆、甘肃等地青铜时代的遗址等等。通过这些遗址人类食物状况的研究,为有关人类食物生产,食物获取等的探讨,为考古学研究的深入提供了依据。这些工作的开展,也使国内关于食性分析工作得到推进。 国内目前许多研究单位也已开展这项研究,并取得了许多令人瞩目的成果,如北京大学,中国科技大学,中科院研究生院,吉林大学、西北大学等等。

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开会途中

8、您近年来承担了科技部中华文明探源研究课题中碳十四测年任务及古人类食物结构研究的子课题的任务。关于碳十四测年的重要性已经被大家熟识,在这里请您谈谈以碳十三和氮十五为主的食性分析在文明探源中发挥着什么作用?

张雪莲老师:中华文明的体现首先来自于文明的创造和承载者本身——人的生产和生活,人类的社会生活及其方方面面。而食物是人类生存的第一需要,是最基本、同时又是最重要的生存元素。因而,人类吃什么,我们的祖先以什么为生,其发展演变状况是怎样的,每一个阶段的主要特征,以及导致的原因,等等,这些自然也就成为中华文明研究中不可或缺的,重要的方面。 通过食物,我们还可以了解人类生存发展的许多方面。如它的来源,从最初的采集、渔猎,到后来逐步的种植、驯化、饲养,甚至交换、贸易、传播等等,是人类生存模式、农业起源研究所必需关注的。它的生存环境,提供了当时人类的生存环境的参照。它的获取方式、获取手段,显示了当时的生产能力,是社会生产力水平的标志。它的分配方式,体现了权力、阶层,以及在此基础之上的社会组织、社会结构等等。所以,关于古人类食物状况的研究目前已为学界特别关注,也成为国际人类学、考古学的热点。 另外,从其研究方法上来说,对于史前人类的食物状况,传统研究方法仅是通过遗迹、遗存进行推论,如通过出土的生产工具、各种器物以及动植物遗存等等,推断其主食及肉食状况。而人骨稳定同位素分析可以获取来自人类本身关于食物的直接信息,同传统方法相结合,可以使所得结果更为明确、具体,成为以往研究的补充。也正是由于这一方法的特点或优势,在探源研究中发挥了作用,并受到重视。

9、关于古代人类和动物的食性分析目前取得了哪些重要的进展?除了碳十三和氮十五外,还有什么前沿性的研究方法?

张雪莲老师:近年来,通过文明探源研究,以及结合国家文物局资助的课题项目等,使古人类食性研究在不同层面上获得进展。 首先,通过主食状况分析,中国早期农业的发展,黄河流域、中原一带以粟类为主,长江流域以稻类为主、淮河流域为粟稻混交地带这一由几十年考古学研究所得出的结论得到印证。如,地处中原的二里头遗址,山西临汾陶寺遗址,山东聊城教场铺遗址等等,人们主食中C4类植物接近90%,甚至更高。遗址植物遗存显示,C4类植物主要为粟类。而浙江余姚的河姆渡遗址、上海青浦的崧泽文化遗址等则C3类植物为80%上。遗址植物遗存显示,C3类植物主要为稻类。而青龙泉遗址则C4、C3类之间的比例不象前两者那样有较大的差距。 第二,随着所分析遗址数量的不断增多,各区域主要考古学文化遗址人类食物状况特征逐渐清晰。所涉及的区域除上述黄淮河流域、长江流域所列区域考古学遗址外,还有如甘肃、青海、新疆、内蒙等等。同时,结合人骨的考古学文化背景,使一般农业区、牧区、海边等不同遗址类型得到区分。 第三,结合墓葬结构类型、随葬品状况等的分析显示,至少在仰韶文化中期前后分层社会已经出现,不仅表现在墓葬结构、规模,随葬品多寡等方面,而在其营养级上也有体现。如西坡遗址,其中墓葬规模较大,随葬品较多的几座大墓,其墓主人的食肉程度明显高于中小型墓葬,两者形成鲜明对照。 第四,结合人骨食性分析的动物骨分析显示,家养动物与同一区域中的人的食性具有相关性。如陶寺遗址、二里头遗址等,人的食物中C4类植物占到90%左右,而所饲养的猪,其食物中C4类植物的比例也相当高,但鹿等其它野生类动物,其主食状况则明显不同,这一结论在以C4类植物为主要农作物区域中的多处遗址得到印证。 总之,通过食性分析,为文明形成及演进过程复杂社会中多角度、多层面的探讨拓展了新的研究途径。

关于食性分析的其他方法目前应用较多的主要还有锶同位素分析,钙、锶、钡等元素微量元素分析等。 在人们的饮用水以及食物中有一定的锶同位素的分布特征,而这一分布特征是与当地的地质特征相一致。由于饮用水和食物链作用,长时期生活在一个地区的人们,其体内的锶同位素比值就具备其相应的一致性,因而通过人骨、牙齿中锶同位素的分析,可以追溯其迁徙地,由此也可以探讨其食物状况。 钙、锶、钡等元素微量元素分析,主要依据Sr/Ca和Ba/Ca的比值特征分析其食物状况。简单说来,不同植物、食物链上不同等级的动物,其Sr/Ca和Ba/Ca的比值不同,当不同种类的动植物进入人体,人体组织就会有相对应的Sr/Ca和Ba/Ca的比值,通过人类遗存的骨骼、牙齿中这些元素比值的分析,可以推断其食物状况,当然这其中也要结合具体地区、结合遗存背景进行具体分析,以排除有可能的干扰因素。 上述方法在国内也已有应用。在未来的研究中,通过这些不同方法的相互补充、相互印证,将会使我们的研究进一步走向深入。

10、无论是碳十四测年还是以碳十三、氮十五为代表的食性分析,得出的都是一系列的实验数据,请您谈谈如何把这些实验数据和考古学研究的实践相结合起来。

张雪莲老师:考古所碳十四实验室一直把为考古学服务视为其宗旨,这是从仇士华先生、蔡莲珍先生建立实验室时起就一直倡导的,也是在实验室几十年来的工作和研究中贯穿始终,并得到充分体现的。要做到这一点,就要时刻关注考古学,注意学习和了解考古研究动态,围绕考古研究的需要去思考问题。如果朝着这个方向去努力,当我们面对那些数据时,就不再会仅仅把它们看作为一个个简简单单的数值,站在这个背景下去对它们进行解读,我们就会多些了解、多些认识。 我们做的年代工作是考古年代学,所以必须结合考古学才有实际意义;古人类食性分析也必须以考古遗存及相关环境为背景。所以,我们的分析研究离不开考古学的发现与研究。

11、从事科研工作的过程是枯燥和乏味的,您进行这么多年的研究一定是享受在其中的,有没有什么体会和感受可以和大家分享的?

张雪莲老师:首先,学习本身是一种快乐,更何况周围还有我所敬重的先生的指教。博士、博士后期间我跟随仇士华、蔡莲珍先生进行夏商周断代工程的碳十四年代研究工作,在这个过程中得到断代工程专家组成员张长寿先生、殷玮璋先生等在考古方面的指导。此后,在配合所里各遗址做年代工作中,也从各位学者身上学到许多宝贵的东西。在考古所这样一个优秀的群体中,我在丰富了自己专业知识的同时,也感受到在夏鼐先生等老一代学者影响下所形成的求真务实、科学严谨的学风。在这样一块沃土中,我在多方面得到了滋养。 对于研究工作中问题的探究、认识,通过各种方法、各种手段去寻得解答,这其中也很具吸引力,会使人感到欣喜、振奋,有时甚至还有神往。 工作中每个阶段上小小的成功,都是对自己的奖励。加之所里的各位先生、考古所的领导,乃至社科院领导都给了我许多关心、帮助和支持。所以,虽然困难常常难免,但快乐也时而相伴,带来些许鼓励,些许宽慰。

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