位於河南偃師的二里頭遺址是公認的中國最引人矚目的古文化遺址之一，也是迄今為止我國綜合運用各領域科技考古取得研究成果最多的遺址之一。,在由中科院考古所與河南省文物考古研究院共同舉辦的“二里頭遺址考古與夏文化研究系列學術講座”中，中科院考古所研究員、復旦大學科技考古研究院院長袁靖為大家詳細介紹了二里頭遺址的科技考古。,什麼是科技考古,在考古發掘中，手鏟是考古研究人員的必備工具。通過手鏟發掘，考古研究人員挖到了很多古代的人工遺迹和遺物。他們挖到了新石器時代的陶器，挖到了商代的墓葬，挖到了漢代的城牆，還挖到了唐代的宮殿。,然而，隨着考古發掘和研究的不斷推進，我們在全面建立了古代物質文化譜系的基礎上，需要進一步探索更多的問題。比如，遺址的絕對年代、當時的自然環境狀況及變遷、古人的體質特徵、古人獲取食物資源的生存活動情況、古人的生活方式、古人的營造方法、古人製作各種器物的工藝、古人的社會組織、古人的喪葬習俗、古人的祭祀特徵、古人的文化交流等等。也就是說，我們今天探索的問題要比幾十年前複雜得多、深刻得多、全面得多。,再來看看世界考古學發展的現狀和方向。在英國考古學家科林·倫福儒所著的《考古學：理論、方法與實踐》一書中，共有16個章節。其中，只有3個章節與科技考古沒什麼關係，其他包括考古學史、證據的多樣性、遺址與遺迹的調查和發掘、斷代方法與年代學、社會考古學、環境考古學等內容都涉及科技考古。,回顧考古學的發展歷史，特別是20世紀50年代碳14測年方法確立並應用於考古研究以後，不斷有自然科學的方法、技術應用於考古學，使考古學研究不斷完善，思路不斷開拓。比如，藉助遙感來了解地下遺迹、遺物的形狀和特徵，通過基因研究了解古人的體質特徵。不再是簡單地通過器物的形狀、紋飾來探討不同地方的物質文化的交流，而是藉助測試來分析器物的成分、結構，以確定它們來自哪裡、有哪些共性等等。,那麼，究竟什麼是科技考古？科技考古就是以考古學研究的思路為指引，把自然科學等相關學科的方法、技術應用於考古發掘和研究之中。通過對考古遺址所在的區域進行調查和取樣，對多種遺迹和遺物進行鑒定、測試和分析，對各類與考古研究相關的資料進行定量統計，在一定程度上認識遺址或遺迹的空間信息、遺存的絕對年代、自然環境的特徵、人類自身與體質相關的特徵、人類的多種生存活動以及生產和社會行為特徵，獲取更多、更豐富的古代信息。,進入21世紀，在堅持考古學傳統的地層學、類型學等研究方法的基礎上，能否更加科學、系統、廣泛、有效地運用科技考古的研究方法，已經成為衡量一個國家考古學研究水平的極為重要的標尺之一。,二里頭有怎樣的山川面貌,科技考古大致可以分為年代測定、環境考古、人骨考古、動物考古、植物考古、古DNA研究、同位素分析、冶金考古、陶器考古、玉石器考古、紡織品考古等領域。這些領域的眾多科研成果，為考古遺存測定了絕對年代，復原了當時的自然環境狀況，為研究古人的體質、基因、飲食等特徵提供了各種信息，涉及從生產力到生產關係、從經濟基礎到上層建築方方面面的研究，勾勒出古代歷史發展進程中的諸多細節。,今天，我們以二里頭遺址作為一個精彩的案例，來講述科技考古在考古工作中的運用以及取得的成果。,學術界一般認為，二里頭遺址是夏王朝晚期的都邑，是古代中華文明的核心地帶。在二里頭遺址的發掘和研究過程中，科技考古的諸多領域都介入其中。可以說，它是迄今為止我國綜合運用各領域科技考古取得研究成果最多的遺址之一。,第一，年代測定。,碳14測年方法是考古學中最主要的確定絕對年代的方法。它通過在考古遺址中採集動植物遺存、含碳沉積物或其他含碳物質，測定生物體的死亡或沉積物的形成年代，以此推測考古遺址存在的絕對年代。這是目前考古研究的“標配”。,從20世紀70年代初，我們就開始對二里頭遺址出土的遺存進行碳14測定，這個工作目前仍在繼續。通過研究基本確定，二里頭遺址一共分四期：一期的年代為公元前1750年至公元前1680年，二期的年代為公元前1680年至公元前1610年，三期的年代為公元前1610年至公元前1560年，四期的年代為公元前1560年至公元前1520年。,從更大範圍來看，包括二里頭在內的鄭洛地區中，新砦遺址的早期年代為公元前1870年至公元前1785年，晚期的年代為公元前1790年至公元前1720年。王城崗遺址的年代為公元前2200年至公元前1800年。這樣，幾個相近地區遺址的年代框架基本確立。,第二，環境考古。,環境考古主要是運用地貌學、第四紀地質學、地球化學、古地磁學、古生物學、沉積學和年代學等諸多學科的理論和方法，對遺址及其周邊地區的古代自然環境進行綜合研究。,通過對二里頭遺址出土的木炭的研究發現，遺址周圍分佈着大量的櫟樹闊恭弘=叶 恭弘林、雜木林和少量的松柏針恭弘=叶 恭弘林。這些樹種大多喜暖濕，由此可以推測當時的氣候總體上是溫暖濕潤的。,史前的二里頭有怎樣的山川面貌呢？研究發現，二里頭遺址所在的伊洛河流域多次發生洪水事件，其中公元前2000年左右的洪水事件直接與二里頭都邑的興起相關。那次洪水屬於特大洪水，洪水過後，這裏出現了廣闊平坦的泛濫平原，平原上的沖積土土質肥沃，有利於農業的發展，特別是泛濫平原上多積水窪地，利於稻作生產。,洪水還造成了古洛河的決口和改道，導致洛河在二里頭以西就注入伊河，從而使洛河和伊河合併成伊洛河。學者們推測，當時的二里頭北依邙山、南傍伊洛河，二里頭遺址位於沖積平原最南端的高地上。這與今天的環境地貌並不相同，正是通過環境考古，復原了當時二里頭的樣貌。,環境考古還發現，二里頭遺址周邊的野生動物有中國圓田螺、多瘤麗蚌、洞穴麗蚌等10餘種貝類，鯉魚等魚類，龜、鱉、鱷等爬行類，雉、雕科、雁等鳥類，兔、豪豬、鼠、熊、虎等哺乳動物。周圍的植被和野生動物為當時古人的生活提供了豐富的動植物資源。,二里頭居民以什麼為主食,第三，人骨考古。,在二里頭遺址中發現的人骨標本共有76個個體。其中可以判斷性別的有44個，男性15個，女性29個。男女比例為0.52:1，男性明顯少於女性。這與新石器時代其他考古發現中男女比例約為1.5:1、男多女少的情況不太一樣。,在這些人骨個體中，可準確判斷年齡的有38個，其中未成年人有18個，最小的是個夭折的嬰兒，僅有一例個體屬於老年，多數為壯年。平均年齡約為23歲，整體來看非常年輕。這也與其他考古情況不一樣，一般來說，新石器時代男性的平均年齡在35歲以上，女性比男性小一兩歲。,有專家認為，這個結果可能和人骨樣本少有關係，還有待於今后的進一步研究。,從人骨的形態特徵來看，當時的二里頭居民基本屬於“古中原類型”，與河南龍山文化居民的體質特徵大致相同。“古中原類型”是介於蒙古人種的東亞類型和南亞類型之間的體質類型。,另外，對二里頭遺址28個人骨個體的線粒體DNA研究結果显示，單倍數種類較多，显示其母系來源多樣，說明當時的二里頭可能是一個父系社會。,從二里頭遺址人的碳氮同位素測試結果來看，當時居民的食物結構以小米為主。鍶同位素測試結果显示，大部分人是土生土長的當地人，但也有少部分是外來人口。,第四，動物考古。,動物考古的主要工作是對出土的動物遺骨進行研究，區分它們是家養動物還是野生動物。研究显示，二里頭遺址內以家養動物為主，當時的居民獲取的肉食資源主要來自家養動物。,通過對出土家養動物遺存的定性定量分析，確認這些家養動物為豬、狗、黃牛、綿羊，其中豬的地位最高，數量最多。對二里頭遺址出土的人和動物遺存的碳氮同位素分析結果显示，當時豬、狗、黃牛的食物主要是小米的秸稈。說明這些家養動物不是放養的，而是人工餵養的。,還有一個有意思的現象：通過對綿羊的研究發現，二里頭二期時，大部分羊在3歲前就被宰殺了，應該是用於食肉。但到了二里頭四期，大多數羊在3歲后才被宰殺，年齡超過6歲的羊佔50%以上，這與產羊毛為目的的宰殺模式十分相近。,第五，植物考古。,研究發現，在二里頭植物遺存中有一個特殊現象，那就是從一期到四期，稻米的出土比例都很高，和粟（即小米）不相上下。根據統計數據，在中原地區的龍山文化遺址中，出現水稻遺存的現象非常普遍，但是在各遺址出土的農作物中，水稻所佔比重都相對較低。,之所以出現這個特殊現象，有兩種可能。一種可能是，根據環境考古的結論，當時的氣候條件溫暖濕潤，環境適於稻作農業，所以在二里頭遺址周邊曾經大規模種植水稻。另一種可能是，這些稻穀是從其他種植水稻的地區運來，專門供貴族食用的，這反映了一種特殊的社會現象。,青銅器生產已相當成熟,第六，冶金考古。,冶金考古的方法主要包括金相分析、同位素分析、微量元素分析和電鏡觀察等。研究發現，從二里頭文化一期到四期，純銅所佔的比例不斷減少，青銅的比例不斷增加，特別是四期青銅的鉛含量有較大提高，說明合金材質發生了較大變化，這可能與使用的礦料來源和冶鍊技術的變化有關。在二里頭遺址發現的鑄銅作坊只能進行熔煉和鑄造，說明獲取礦料和冶鍊是在其他地區完成的。目前科學家僅初步探明紅銅從採礦到冶鍊的整個產業鏈，錫和鉛的產業鏈尚有待於今后的研究。,二里頭時期的青銅器製造技術已經相當成熟。之前的銅器只有銅矛、銅鈴、銅鏡等小型銅器，到二里頭時期出現了具有獨特風格的青銅禮器。當時青銅器的生產涉及複雜的社會管理制度，需要有效地組織、調配、計劃和管理，進行長距離調運金屬資源。從冶鍊、配製合金，到製作陶范、組合鑄型，再進行澆注，這是一套非常複雜的製作工藝，需要不同專業領域之間的密切合作。北京大學的陳建立教授指出：“陶范的製作是金屬鑄造技術的一個組成部分。陶范和陶器的成形、紋飾製作、燒制是兩種不同的工藝。當時的陶范工匠可能是一個脫離於陶器製作、擁有特殊技術傳統的獨立匠人集團，而且這種制范技術是世代傳承的。”,第七，陶器考古。,二里頭文化一至四期的陶器製作原料大致相近。一期的紋飾以籃紋為主，二期以後以籃紋和繩紋為主，還有種類繁多的其他紋飾。,研究显示，陶禮器與日常用陶器的胎土成分有明顯區別，二、三期時居住於宮殿區的王室貴族所使用的陶器，在防滲水能力、原料及製作技法上都要優於普通居民使用的陶器。研究發現，陶器製作的作坊中，有專門製作陶禮器的，也有專門製作日常用陶器的。,第八，玉石器考古。,二里頭遺址利用的石料種類達32種，以砂岩為最多，安山岩次之，幾乎所有的石料類型都可以在伊洛河兩側露出的地層及岩體中找到。,當時的石器製作技術以磨製為主。通過對石器寬度、厚度和刃部角的測量發現，石刀、石鏟、石斧等器類的專業化製作程度較高，石鐮、石鉞次之，可能當時存在專門化的石器加工業。,玉器以閃石玉為主，製作工藝上先以片切割技術生產毛坯，然後採用琢制、鋸切割、管鑽穿孔和研磨拋光等技術，具有一定的技術流程。遺址中出土的綠松石器嵌片大小隻有幾毫米，其毛坯的製作使用了打制、研磨和鋸片切割技術，毛坯邊沿經過仔細打磨，形成各種形狀，說明當時的技術非常高超。這些玉器產品都是貴族專用的。,勾勒古代中國的歷史細節,最後，我們來把二里頭遺址的考古發現與其他古文化遺址進行一番比較。,科技考古的結果显示，二里頭遺址的居民當時已經能夠生產五穀（粟、黍、水稻、大豆、小麥），有了4種家畜（豬、狗、牛、羊），出現了青銅器、陶禮器、綠松石器等，制骨作坊以牛骨為多。,如果把二里頭遺址和商朝後期的殷墟遺址進行比較，會得出什麼結論呢？殷墟遺址中也發現了五穀，家養動物比二里頭更多，除了豬、狗、牛、羊，還出現了雞和馬。金屬、陶石器製作方面，殷墟遺址出現了鑄銅作坊、制陶作坊、玉石器作坊，制骨作坊也以牛骨為多。如果說二里頭遺址是門類齊全、初具規模，那麼殷墟遺址則達到了規模化、規範化、系統化。,再把二里頭遺址和更早的龍山文化遺址進行比較。我們發現，龍山文化遺址有五穀，有4種家畜，出現了小型的簡單的銅器，也有了陶禮器，但製作工藝與二里頭遺址存在明顯差距。龍山文化的玉石器多磨製，骨器以鹿骨為主。可以看出，龍山文化還處於更早的文明雛形階段。,如果把龍山文化和更早的仰韶文化進行比較的話，可以看出，仰韶文化遺址中沒有小麥、大豆、黃牛、綿羊和銅器，陶器和石器的製作工藝更簡單，骨器以鹿骨為主。顯而易見的是，仰韶文化、龍山文化、二里頭文化和殷墟文化是一脈相承的。,再以5個相近地區的遺址考古來進行比較。西坡、二里頭、王城崗、新砦、瓦店遺址都位於今天的鄭州附近。公元前3500年至公元前2400年，屬於仰韶時代廟底溝類型的西坡遺址中，農作物有粟、黍和水稻，家養動物僅有狗和豬。公元前2200年至公元前1900年，屬於龍山文化的瓦店、王城崗和新砦等遺址的文化層里，出現了五穀和4種家畜。公元前1750年到公元前1500年，屬於二里頭文化的二里頭、王城崗、南窪、皂角樹和新砦等遺址的文化層里，都出現了剪羊毛的現象。,由此可見，中華文明經歷了一個持續發展的過程，新的生產力要素不斷出現。雖然在不同的文化時期，中原地區有不同的政治中心，執政的統治集團也不一樣，但他們都是在比較統一的生產力水平基礎上運轉的。,科技考古為我們更加精確地勾勒出古代中國的歷史細節。無論是回顧新中國考古的歷史，還是審視當下，科技考古在考古學中都發揮着舉足輕重的作用。在中國考古學蓬勃發展的大好形勢下，科技考古必將大有可為。中華民族有着悠久的光輝歷史，通過包括科技考古在內的全方位的考古學研究，中國學者一定能夠為展示全人類的文明發展史做出自己獨特的貢獻，為建設中國特色、中國風格、中國氣派的考古學，更好地認識源遠流長、博大精深的中華文明發揮自己的作用。