朴瑞思来我所访问,锶同位素分析技术在研究出

2019-08-29 作者:文物考古   |   浏览(122)

 

(作者单位: 北京王府井大街27号,中国社会科学院考古研究所,100710)

作者简介

1. 学习与工作简历 1983年7月毕业于吉林大学化学系无机化学专业,获理学学士学位;1988年评为讲师。1993年获理学硕士学位。1997年7月毕业于吉林大学研究生院无机化学专业,获理学博士学位,指导教师为冯守华院士,毕业论文“温和条件下氟化物及复合氟化物材料的水热制备方法”获优秀毕业论文。同年进入中国社会科学院历史学博士后流动站,合作导师为仇士华学部委员。在站其间完成了科研项目“黄河中上游地区商周青铜器制作工艺的综合研究”并获得中国博士后科学基金一等资助金。出站后,在中国社会科学院考古研究所化学实验室从事出土遗物遗迹的分析与研究。1999年被评聘为副研究员。金沙国际唯一官网 1 来考古所工作之前,曾在吉林大学等高校任教,师从李彬教授、冯守华院士从事无机非金属材料的合成与研究。作为主要参加者参与“溶胶-凝胶镀制发光玻璃陶瓷薄膜的研究”、“Sol-Gel法制备发光材料及机理研究”、“功能性陶瓷玻璃材料的微观结构和掺杂质的电子态及其光学性质的研究”、“稀土氟化物发光材料的水热合成与发光性能的研究”等科研项目。在考古所工作期间,参加了国家科技部科技支撑项目“中华文明探源工程预研究(2002~2003)”,承担偃师二里头遗址出土青铜器的化学成分分析与研究工作。参与“中华文明探源工程”子课题“3500BC-1500BC中国文明形成与早期发展阶段的技术和经济研究”,承担陶寺、二里头、瓦店、古城寨等遗址出土动物及人类遗骸锶同位素的分析与研究。参加中国社会科学院A类重大课题“中国考古学的方法和技术(2004-2007)”,完成其中“科技考古中的仪器分析方法简介” “土壤化学分析方法与技术在考古学研究中的应用”等部分的工作。作为课题主持人承担的2007年度中国社会科学院重点课题“安阳殷墟54号墓出土陶容器内存积土的化学分析及埋藏环境特征重建”已于2008年12月圆满完成并结项。金沙国际唯一官网 2在二里头遗址采集人骨样品 迄今为止,利用原子吸收光谱、电感耦合等离子体发射光谱等现代分析技术,已完成对山西陶寺遗址、偃师二里头遗址、安阳殷墟遗址、山东前掌大遗址等地出土的500多件青铜器的分析工作,获得5000多个检测数据。在此基础上,结合考古背景资料,对检测数据进行了数理统计分析。一系列研究结果不仅进一步加深和扩展了对我国古代青铜合金配比技术的认识,也使化学实验室成为目前国内对古代青铜器进行科学分析数量最多的实验室之一。 与此同时,还配合田野考古工作,进行了出土残余物、陶器、玻璃、颜料等的化学成分分析,积累了丰富的经验。近年来,在科技中心和所领导的大力支持下,在国内率先开展了现代化学分析方法和技术在古代土壤分析中的应用研究,完成了对山西陶寺、河南二里头、安阳殷墟、夏县东下冯、灵宝西坡、徐水西黑山、广西风门岭等重要遗址的土壤分析与研究工作。同时,根据考古学研究的需要及现代分析技术的发展,提出了与田野考古挖掘同步,进行土壤样品采集与分析的先进理念。制定了考古挖掘现场土壤样品采集与保存的方法。在国内首次开展了出土容器内存积土的现场采集与室内分析工作,并取得了初步成果。 目前在国内外相关期刊上发表论文43篇, 其中论文“ Hydrothermal synthesis of the complex fluorides LiBaF3 and KMgF3 with perovskite structures under mild conditions ” (J.C.S.Chem. Commun. 1641, 1996).发表后,美国的 <C&EN> 科技焦点栏目专题报道了我们的研究成果,受到国内外同行的高度重视和评价。承担<<当代化学前沿>>多卷本“溶胶-凝胶合成”部分的写作。 获中华人民共和国专利一项,专利号:1177568。2、主要代表作目录1.Chunyan Zhao, Shouhua Feng, et al. Hydrothermal synthesis of the complex fluorides LiBaF3 and KMgF3 with perovskite structures under mild conditions J.C.S.Chem. Commun. 1641, 1996.2. Chunyan Zhao, Shouhua Feng, et al. Hydrothermal synthesis and Rare-earth Element Doping of Complex Fluorides, LiYF4 , KYF4 and BaBeF4 under Mild Conditions J.C.S.Chem. Commun. 945, 1997.3.赵春燕,安阳殷墟出土铜器的化学成分分析与研究,《考古学集刊》,第15辑,2004年。4.赵春燕,安阳殷墟出土铜器的化学组成再研究,《21世纪中国考古学与世界考古学》,中国社会科学出版社,2002年。5.赵春燕,前掌大出土铜器化学组成的分析与研究,《山东滕州前掌大墓地》,文物出版社,2005年。6. 赵春燕,河南偃师二里头出土部分铜器的化学组成分析,《文物保护与科技考古》,三秦出版社, 2006年。7.赵春燕、岳占伟、徐广德,安阳殷墟刘家庄北1046号墓出土铜器的化学组成分析,《文物》,2008年第1期。8.赵春燕,电感耦合等离子体质谱方法测定安阳殷墟出土人骨中的元素含量,《分析仪器》,2009年第11期。9. 赵春燕、陈星灿、刘莉,东下冯遗址园形建筑地面土壤的化学成分分析,《考古学集刊》第18辑,文物出版社,2010年。10. 赵春燕、袁靖、何努:陶寺遗址出土动物牙釉质的锶同位素比值分析,《第四纪研究》,2011年第1期,22~28页.11. 赵春燕、李志鹏、袁靖、赵海涛、陈国梁、许宏:二里头遗址出土牛和羊的来源初探——根据出土动物牙釉质的锶同位素比值分析,《考古》,2011年第7期。金沙国际唯一官网 3实验室工作3、人生感悟及格言 你就是你自己。4、联系方式Tel: 010-64460270E-Mail: zhaocy@cass.org.cn

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在过去的二十年来,锶同位素分析技术已经成为国际考古学界用于探索人和动物迁移活动的主要方法,在这一方法中,确立当地的锶同位素比值标准是这一研究的基础和前提。根据何种动物确立当地的锶同位素比值标准无疑是当前考古学研究的前沿课题之一。 众所周知,人和动物的生存方式都要受到自然环境的制约,从某种意义上来讲,对动物骨骼的分析与研究应与人一样重要。通过研究人对动物的来源、分配、消费的过程和方式,可以有助于我们认识当时人类的行为模式,探讨人类社会的经济成分、组织结构和意识形态等诸方面的问题。因此,动物牙釉质和骨骼的锶同位素分析对考古学研究而言具有十分重要的学术价值。 目前,国际考古学界利用锶同位素分析技术追溯古人类或动物栖息地的报道呈逐年增多的趋势。而国内关于锶同位素分析技术应用于考古学研究才刚刚起步,特别是关于出土动物牙釉质和骨骼的锶同位素的分析和研究尚未见报道。这一现象表明与我国历年来出土的人和动物骨骼的数量相比其所投入的研究力度是远远不够的,而这恰恰是应该加大力度进行的基础研究。 中国社会科学院考古研究所科技中心在国家科技支撑计划项目-中华文明探源(批准号:2006 BAK 21B03)的资助下,于近期也开展了对一系列遗址出土动物牙釉质的锶同位素比值测定。其原理并不复杂,概括起来说,在自然界中锶有4种天然稳定的同位素,即88Sr ,87Sr,86Sr和84Sr,其中87Sr是由87Rb的放射性衰变形成,所以87Sr与矿物的含铷数量、地质历史时间有关。不同的矿物和岩石因成矿或成岩的年代不同以及母岩的铷锶含量比不同,其锶同位素组成也是不同的。一般以87Sr/86Sr比值作为某一地区的表征指标。地层中的锶,在进入食物链中以后,由于其质量数较大,一般认为不发生分馏。这样,生活在不同地质背景的人或动物,其机体内锶同位素也就存在一定的差异。由于不同的地质构成特征形成了不同的锶的分布区域,这成为人们通过锶同位素的地区特征追溯人类或动物栖息地的依据。对于出土人或动物来说,一般在易于保存的牙齿、骨骼中这种区域性指标都可以找到。尤其是人类或动物的牙齿,能够很好的保持其生存地的同位素比值特征,且很少受到污染,因而成为锶同位素比值测定的首选标本。 根据上述原理,若要探索出土人或动物的来源,首先必须建立当地的锶同位素比值范围,才能以此判断其他人或动物是否为当地出产抑或来源不同。 如何建立当地锶同位素比值范围,在过去的20年来,国际上许多研究人员作了许多有意义有价值的探索,因为同一地区的不同矿物和不同岩石之间的锶同位素组成是可能有显著差别的,岩石的风化导致锶进入地表水和地下水系,也进入地表的各类沉积物及土壤中。植物从土壤和水中吸收锶,将锶结合进机体。吃这些植物的食草动物会把锶同位素摄入并保存在体内的骨骼系统中,以这些食草动物为食物来源的食肉动物,同样会把锶同位素保存在骨骼系统中。根据Sillen等对南非的司特克方丹遗址土壤和植物锶同位素比值的研究,植物的锶同位素比值变化范围小于土壤,动物主要以当地植物为食,导致其机体内锶同位素水平进一步的平均化,锶同位素比值变化小于植物,因此可以利用当地的动物牙釉质或骨骼的锶同位素比值确定地区锶同位素比值特征。 如此一来,在一个具体的遗址如何确认何种动物是当地动物成为建立当地锶同位素比值特征的关键所在。Bentley等人测定了德国新石器时期Vaihingen遗址出土的猪、牛、狗、鹿等动物牙釉质的锶同位素比值,经过计算得出猪的标准偏差远远小于其他动物,而且他们还认为当时的猪吃的食物主要是人类剩余的食物,也就是说猪吃的食物与当地人类食物基本一致。因此其骨骼和牙齿中锶同位素比值可以代表当地的锶同位素水平。之后,许多学者采用了他们的实验结果,以遗址当地出土的动物牙釉质的锶同位素比值的平均值加2倍的标准偏差来确定当地的锶同位素比值范围,此作为判断人是否来自当地的依据。 我们的研究目标主要想解决3个问题:第一,是建立样品的预处理标准方法。锶同位素的分析主要是通过分析人或动物牙釉质及骨骼中的无机组分来进行,分析中要充分考虑外界环境中无机盐的可能污染,所以分析前的处理过程非常重要。要准确测定锶同位素比值,就要制备纯的样品锶,但在处理样品时如没有利用正确的方法则实验数据很可能不能反映样品的实际情况,这是因为样品在同位素分析过程中比其他化学分析过程更容易被污染。但从古人类或动物的骨骼中提取锶并在制样的过程中如何防止样品的污染目前少有报道。我们认为建立一套标准的古代样品锶同位素分析方法是当务之急。 第二,建立遗址当地锶同位素比值标准。因为中国国土资源丰富,幅员辽阔,地质状况复杂,国外的研究结果是否就适合中国的情况尚需要实验验证。必须根据遗址的具体情况建立当地锶同位素比值特征。而有关这一方面的研究尚未见报道。所以,我们选择了河南省偃师市二里头遗址、山西襄汾陶寺遗址、禹州瓦店遗址及古城寨遗址出土的部分猪、牛、羊等动物的牙釉质进行了锶同位素比值分析,在此基础上,探讨何种出土动物牙釉质的锶同位素比值可以反映遗址当地锶同位素比值特征;以便为今后研究古人类和动物迁移活动打下基础。 第三,是在确定了遗址当地锶同位素比值标准的基础上,将遗址出土的其它动物牙釉质的锶同位素比值与遗址当地锶同位素比值进行比较,判断个体的来源地,从而为探讨动物的驯养方式及古人的生存状态提供依据。 根据上述研究目标,我们在参考了国际上的一系列研究结果后,经过反复实验,首先,建立了样品的预处理方法。在此基础上,我们采用固体热电离质谱方法,对河南省偃师市二里头遗址、山西襄汾陶寺遗址、禹州瓦店遗址及古城寨遗址出土的部分猪、牛、羊等动物的牙釉质进行了锶同位素比值分析。首先以猪牙釉质样品确定了当地的锶同位素比值范围。其理由如下:第一、动物考古学研究结果证明猪是我国最早进行饲养,也是最重要的家畜之一。其判别标准有动物生理形态的标志、动物群组成的标志、动物群年龄结构的标志、社会和文化的标志、分子遗传学的标志及动物食物的标志等。袁靖先生根据家畜的判别标准,认为早在距今约8000年的磁山遗址出土的猪就已是人为饲养的家猪。我们所选择的二里头遗址、陶寺遗址、禹州瓦店遗址及古城寨遗址的年代大致在距今4500~3500年的范围内,出土的猪依据牙齿的测量数据、猪的死亡年龄以及猪遗骸出土时的考古学背景认为其为家猪。第二、动物考古学的研究结果表明,在上述遗址,出土的动物中猪的数量是所有动物中最高的,如此高的比例说明猪由当地饲养的可能性是最大的,也就是说,猪是当地出产的动物。第三、根据遗址出土人及猪骨骼的13C分析结果,人的主食以C4类植物为主,而猪也以C4类植物为主食,与人的食物结构基本相同,圈养的可能较大;第四、根据我们此次对遗址出土动物牙釉质的锶同位素比值的测定结果,经过计算得出猪牙釉质的锶同位素比值的标准偏差远远小于其他动物,可以推断猪由当地饲养的可能性也是最大的。 在确定每个遗址当地的锶同位素比值范围后,将上述遗址出土黄牛和绵羊牙釉质的锶同位素比值与当地的锶同位素比值范围进行比较可以发现,每个遗址出土的绵羊和黄牛来源情况比较复杂,有一部分绵羊和黄牛来自当地,还有一部分绵羊和黄牛来自外地。说明当时的人已经能够饲养绵羊和黄牛作为家畜,但所饲养的绵羊和黄牛不能满足当地人的全部需要,还要从外部引进一部分作为补充。 综上所述,锶同位素分析技术为研究古代人群和动物的迁移和来源提供了重要的科学依据,是当前国际考古学研究领域的一项前沿课题。毋庸置疑,随着分析技术的不断发展,其在考古学研究中的应用也必将越来越广泛,在实际应用中,只有当我们把采用这一新的分析技术所得出的结果与考古学研究中的文化因素、时代特征和地域风格等考古学背景资料加以整合的情况下,才能凸显出对于考古学研究的重要意义。

姓名:杨磊 工作单位:

    朴瑞思教授从锶同位素应用原理以及在考古学中的应用入手,并结合在美国和洪都拉斯考古遗址进行锶同位素研究案例进行了直观演示,探讨锶同位素在古代人类的迁徙研究中的作用。此外,加拿大英属哥伦比亚大学的荆志淳教授介绍了在安阳殷墟遗址中应用锶同位素研究人类迁徙的最新成果。

喇家遗址人骨

 

中国社会科学院考古所李志鹏副研究员

 

同时还例举了在“冶金考古”、“陶瓷器科技考古”、“玉石器科技考古”等方面科技考古的应用与研究。

 

金沙js7799,在第四部分介绍了“中华文明探源工程”中的科技考古的应用案例。

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而“同位素分析”对“由不同的光合作用途径生成的植物进入人体,相应人体有与之对应的碳十三的比值。由此,反过来可以通过人骨稳定同位素的分析获知人们的主食状况”,以及锶同位素分析对人和动物群体在追踪溯源方面的研究应用和相关研究成果。

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在绝大多数人眼里,考古都是一门地地道道的人文学科,它与自然科学应该是泾渭分明的。其实不然,考古学从它诞生之日起,就与自然科学结下了不解之缘,甚至从某种角度上说,自然科学可以说是“考古之母”。在第六届“中国公共考古—贵州论坛”第六场公共讲演现场,来自中国社会科学院考古所副研究员李志鹏老师主讲的《展科技之翼,探考古之秘:科技考古在考古中的应用》就把考古带进了神圣的科学殿堂。

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“人骨考古”对骨骼的性别、年龄、个体鉴定,包括根据人骨对人类的身高、容貌进行复原,并进一步对古人种学,古人口学,古病理学的研究。“动物考古”对各种家养动物的起源进行的研究。“植物考古”研究中对各种种植作物的起源的研究,而对木材种属的分析可以重建古代的气候情况。“分子考古学”的核心则是DNA 研究,它利用现代分子生物学的手段提取和分析保存在古代人类和动植物遗骸中的古DNA 分子以期解决考古学研究中的相关问题,包括从人类线粒体分析人类起源问题等,并列举以喇家遗址F3中的2例个体Y3( 女性,35岁左右)和Y4不存在明显的母系亲缘关系却有明显的护犊行为进而推测当时的社群关系作为例子。

    6月24日美国威斯康星大学人类学系欧洲考古学温斯顿讲座教授道格拉斯·朴瑞思(T. Douglas Price)应邀来考古所访问并作学术报告。报告的题目为:“锶同位素和人的迁徙:原理和应用”。考古所陈星灿副所长主持报告会,荆志淳教授现场翻译。

人类线粒体DNA迁移图

讲座上,李志鹏老师从科技与考古的结缘,科技考古的定义、特征及价值,科技考古的领域与门类,并结合“中华文明探源工程”中的科技考古研究的应用案例四个方面介绍了科技考古的产生发展过程,以及科技考古各研究领域的原理和应用。

在第二部分“科技考古的定义、特征及价值”中介绍了科技考古的定义,以及以自然科学在以考古资料作为特定的研究对象,具有“多个特定角度”、可“重复验证”,研究标准和结果适用于同类研究领域等属性方面,系统阐述了科技考古结论的可靠性。

在第三部分“科技考古的领域与门类”中则是详细介绍了各种科技考古的原理、应用领域和研究成果等,比如“年代测定与年代学研究”里碳十四测年的原理和应用、树木年代学里古树木年轮年表的建立对精确断代的帮助。“航空考古和物探”研究中地理信息系统、无人机和多视角影像三维重建的原理和应用。“环境考古”研究则是“通过遗址内外环境的考察和采样分析,恢复各种时空框架内的自然环境,研究自然资源、自然灾害对区域社会文化发展的影响,了解古代人类对自然环境的认知和利用,探讨自然环境对聚落选址、生产布局、食物结构、经济形态、文化演进、人类迁移的影响以及人类对环境的作用等人地关系问题”,比如土壤中孢粉、淀粉、植硅体的相关包含物的分析可以推测古代人类生活的自然环境等情况。

在讲座的第一部分“科学技术与考古的结缘”中,着重介绍了考古学的两大基本理论——类型学和地层学就来自于生物学和地质学。而科技考古的产生正是缘于考古遗存中储存着大量的非直觉和经验所能认识的信息,我们今天唯有借助现代科学技术才能破译其中的奥秘,为了获取这些重要信息,科技考古便应运而生。

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