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吳小紅:為文明探源提供一把精確的時間“尺規”
2018-06-05 10:35:33 來源: 新華社客戶端
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北京大學考古年代實驗室主任吳小紅(新華社記者屈婷攝)

  新華社北京6月5日電(記者屈婷 全曉書)北京大學考古年代學實驗室主任吳小紅至今記得,在一次中華文明探源項目的學術討論會上,她作為最後一位發言人公布了良渚測年數據,結果令在場的各方專家吃驚不小。

  良渚,位于浙江省杭州市余杭區瓶窯鎮,在中華文明初始階段的漫天星鬥中,它是一顆耀眼的明星。

  考古學家發現,良渚古城有著周長約6000米的城墻,城墻內外有兩道防禦性的水溝,每面有兩座水門。先人們或乘舟楫,穿行在池沼縱橫的古城中。在古城北面的大遮山中,他們還築起了多座水壩,以抵擋山洪對城池的衝擊。

  過去幾年來,吳小紅帶領團隊與浙江省考古所合作,對良渚遺址的年代問題進行了細致研究。其中,良渚水壩經測定距今約5000至4900年,是迄今在中國發現的最早的水利工程。而良渚古城最晚的年代在距今約4300年前。

  這是正在發掘中的良渚古城遺址(2011年3月9日,新華社記者 徐昱 攝)

  在此之前,有人依據進化論的觀點,認為良渚文化差不多和中原龍山文化同時,甚至略晚。但年代學的研究卻遠遠出乎人們意料——良渚文化進入衰亡之時,龍山文化才剛剛興起。良渚擁有大型宮殿、高等級墓葬、規模浩大的城墻以及成體係的多處大型壩體,這麼先進的文化其絕對紀年卻如此之早,這一有趣的現象為考古學家審視和梳理中國多元一體文明進程添加了生動元素。

  在訪談中,吳小紅一直強調,考古是一門多學科交叉的學問,需要不同的團隊相互合作才能取得令人信服的成果,其中,年代是各項研究的基礎,它提供了一把“時間尺規”。

  “中華文明多元一體,要將這個過程説清楚,需要將一個區域內部的文明形態梳理清楚,還需要做跨區域的比較研究。這要求我們針對每個地區開展年代研究,一個遺址一個遺址地做工作,按照地層疊壓採集樣品測定年代。年代基礎打扎實了,才能展開其他的研究和討論。”吳小紅説。

  能“説”出時間的原子

  從本科到博士,吳小紅一直專攻化學,博士畢業後經導師推薦,到北大考古年代學實驗室工作。在此之前,和很多人一樣,吳小紅認為,考古工作就是拿著小鏟去挖土。

  “來到考古係後發現,這裏還真有實驗室,而且很先進。知道可以做實驗,之前所學有了用武之地,這是一件令人愉快的事情。”吳小紅説。

  在實驗室裏,吳小紅團隊要對來自遺址的生物類樣本,比如人骨、動物骨骼、植物葉片、莖稈、種子等,進行化學處理和物理測量,從而捕捉到一種會“説”出時間的原子——碳十四。

  北京大學考古年代學實驗室中堆放的樣品 (新華社記者 屈婷 攝)

  據她介紹,碳十四是一種會衰變的放射性元素,它的物理半衰期為5730年。大氣中的氮十四由于熱中子反應而生成碳十四,碳十四衰變又生成氮十四,大氣中的碳十四就是處于這樣一個生成與衰變的平衡之中。植物在活著的時候,由于光合作用,其體內的碳十四和大氣保持平衡,動物因為食用植物的緣故,其體內的碳十四和植物體保持一致。但生物死後,其體內的碳十四與大氣的平衡不復存在,而且遵循放射性衰變規律逐漸減少。

  就像考古界的“法醫”一樣,測年專家要測定的正是這些生物的死亡時間,“通過測量生物遺存裏剩余的碳十四數量,就可以根據其放射性衰變規律反推出它們死了多長時間。”

  對于土壤、墻基、陶片這樣的無機物遺存,吳小紅團隊也自有辦法。在良渚,他們通過裹泥的草包,測出了水壩的年代;在江西萬年縣的仙人洞遺址,他們通過測定與陶片同出的骨頭、木炭等的年代,確定了世界上已知的最早的陶器為兩萬年。

  不過,捕捉碳十四並不是一件容易的事。“自然界中的碳十四含量非常低,我的同事曾經打過這樣一個比方,要從一眾碳原子中找到碳十四,就好比從天安門廣場上鋪的一層麥子裏找到一粒金子那麼難。”吳小紅説。

  為了辨別和捕捉碳十四,科學家們用加速器來加速碳原子。吳小紅解釋説:碳十四作為碳的同位素,與碳十二、碳十三相比,因為中子數多,所以“體重”更重,可算是碳界“胖子”。碳原子們在賽跑時,體重大的就會跑得慢,拐彎也費勁,加速器就是利用這個原理把碳十四和碳十三、碳十二分開的。

  北京大學考古年代學實驗室與物理研究所合作使用的加速器,使碳十四測年方法有了新的發展, 體現了多學科的優勢。(北大考古文博學院供圖)

  測年工作要“回歸田野”

  過去十多年來,吳小紅很高興地看到,測年工作正在“回歸田野”“回歸地層”。

  以前,在加速器質譜碳十四測年方法出現之前,由于受樣品量的限制,測年材料大多由田野考古工作者在發掘之後提供。這些樣品通常被認定屬于同一文化分期,但可能來自不同地層和堆積單位。這樣得到的測年結果可能會受一些主觀因素的影響。

  比如,針對一段古城墻,以前是考古學家先確定它處于什麼文化分期,如果是同一期的,測年專家拿到兩三個樣品測出年代數據,那麼,整段古城墻就是這個年代的了。有時,甚至可以不在城墻裏取樣,而是在遺址的同一文化分期的其他堆積單位裏取樣,就可以指代城墻的年代了。

  “對于文化分期與地層單位關係相對復雜的遺址,這種採集樣品的方式可能會帶來更大的不確定因素,測定的年代數據一旦出錯,也沒有辦法進一步檢查和糾錯。”吳小紅説。

  現在,科技考古會依據地層和堆積單位採集樣本、測定年代,再結合文化譜係和分期進行年代研究和討論。

  做實驗的吳小紅(2000年,北大考古文博學院供圖)

  “這樣做,才能為考古研究提供扎實的年代基礎。這就像搭積木,我們把每塊積木的年代測出來,學者們利用這些積木去搭建一座文明起源和演進的大廈,即使一時把積木放錯了位置,也很容易找到出錯的地方,因為,每塊積木都有年代可考。”吳小紅説。

  “回歸田野”“回歸地層”導致測年工作量大大增加,以前以分期為單位測定年代,一個遺址頂多需要幾個、十幾個數據;現在根據地層和堆積單位的情況,一個遺址可能需要幾十個、上百個數據。

  “回歸地層”也有利于對同一文化分期內的遺存進行更加精細的年代研究。比如,通過在不同地層分別取樣,可以把一段城墻始建、使用和廢棄年代一一恢復。“這為更加細致地探討人類行為、了解遺址空間布局、探究聚落發展過程提供了可能。”吳小紅説。

  最害怕給出一個“糟糕的數據”

  北京大學考古年代學實驗室建于1972年,幾十年的傳承和創新使其一直保持高水準的運轉。

  碳十四測年法説來已不稀奇了。美國科學家因發明瞭碳十四年代測定法,而獲得1960年諾貝爾化學獎,在此前後,這一方法被廣泛應用于考古學、地質學等領域。但是,要做到頂尖水準是非常不容易的。

  “對技術細節的把握是實現高水準運轉的關鍵。”吳小紅説。

  北京大學考古年代學實驗室裏的真空處理係統 (新華社記者屈婷 攝)

  她所言的細節,滲透在測年過程的各個環節。比如,從考古遺址中取出的樣品帶有各種污染,首先要細心清理去除污染,把原生組分提取出來。有時,空氣中的一點飄塵落進了樣品,也會造成污染,影響數據的準確。

  比如一個五萬年的樣品,如果混入了實驗者棉或毛衣服上的纖維,哪怕這個纖維小到肉眼看不到,測年結果就會變成距今3萬年,可謂失之毫厘,謬以千裏。而且,對于越老的樣品,這種影響就越大。

  “一個糟糕的數據比沒有數據還要糟糕。”吳小紅鄭重地説。

  一個樣品從進入實驗室到測出結果,往往需要一兩個月甚至更長的時間。吳小紅所在的實驗室絕不會為了省時間而放松對細節的要求:維持儀器的穩定性、保持係統高的真空度、認真去除樣品污染……正是對這些細節的把控,使北大測年團隊達到了世界一流水準。

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【糾錯】 責任編輯: 雷東瑞
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