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新技術在陶瓷考古中的應用

發布時間:2019-09-25所屬分類:科技論文瀏覽:1

摘要陶瓷文物在考古遺跡中出土的數量最多,其包含的大量考古信息對于揭開遺址的性質具有十分重要的意義。越來越多的新技術,在陶瓷考古中發揮著傳統地層學和類型學方法不能代替的作用,為陶瓷文物的測年、原料來源、燒造工藝等方面提供越來越多的解讀。筆者

  摘要陶瓷文物在考古遺跡中出土的數量最多,其包含的大量考古信息對于揭開遺址的性質具有十分重要的意義。越來越多的新技術,在陶瓷考古中發揮著傳統地層學和類型學方法不能代替的作用,為陶瓷文物的測年、原料來源、燒造工藝等方面提供越來越多的解讀。筆者就常見的幾種與陶瓷考古相關的新技術的應用做簡單闡述和對比,主要涉及14C測年法、熱釋光技術和穆斯堡爾技術。

新技術在陶瓷考古中的應用

  關鍵詞陶瓷考古14C測年法熱釋光技術穆斯堡爾技術

  前言

  考古活動的重要目的之一,就是解讀遺跡和遺物中包含的大量考古信息,以達到證史補史,揭示古人的生活狀態,進而最大程度地還原古代社會的面貌,探究古人物質和精神世界的目的。那么,如何解讀這些信息就成為擺在考古學家面前的重要任務之一。在傳統的考古方法中,地層學和類型學確定遺物的時間序列,建立遺存的時空坐標,為探究其背后的文化因素提供了較為有效的方法。然而,在確定遺物的絕對年代、探究遺物的生產過程和原料產地等問題上,傳統的方法有時顯得捉襟見肘。

  1新技術應用

  隨著科學技術的快速發展,越來越多的新技術被應用到考古研究中,按照學科分類,主要包括核技術、生物方法、物理和化學方法、地球物理方法和計算機技術。在最近的一次關于考古學相關的期刊中涉及新技術論文發表情況統計中,核技術和物理化學技術的論文數量占到了所有新技術發表論文總量的80.5%,可見,此兩個領域的技術在考古活動中的應用是十分廣泛。究其原因,除去技術本身的可操作性和成本之外,技術與考古活動的結合也取決于其研究對象的廣泛性,即遺跡或遺物本身的出土數量和考古信息載量。

  陶瓷的出土數量是各類遺物中最多的,各種器物的形態和組合能夠很好地幫助斷定遺址的相對年代,在某種程度上代表著考古學文化的特征。那么關于陶瓷的絕對年代判定對于考古學文化的年代推斷、考古學文化序列的確定有著重要的意義。另外,陶瓷文物原料產地的探明,對于古代人類的活動范圍、技術交流、商品流布等問題也具有實證作用。因陶瓷文物出土數量多,蘊含考古信息豐富,與其相關的考古學新技術的發展也起著推波助瀾的作用,而上述的核技術和物理化學技術,正是研究陶瓷文物的主要技術手段。

  1.1核技術

  目前常用的陶瓷年代測定技術主要有放射性14C同位素測年法、熱釋光技術等。

  1.1.1放射性14C同位素測年法

  自1955年夏鼐先生首次將“放射性碳素革命”方法介紹到我國考古學界,14C在考古研究中的滲透非常廣泛。此技術的優點是測年快捷且精度較高,能夠將田野考古的層位關系和文化分期的相對年代轉換為精度較高的絕對年代序列。然而,也正因其對于碳元素的敏感性,14C測年要求樣品要“純粹未經污染”的,在底層不清楚的情況下,測定的結果反而可能會引起錯誤的推論;另外,常規14C測年方法一般需要的樣品量為4g碳,而陶片中的含碳量是很低的,通常情況下,一塊重約10g的陶片,約含16~100mg的基質碳,所以,進行常規測試時,樣品的需求量大,再加上樣品中通常會有碳化的稻谷殼、稻草、無機碳等等,使得測年結果的偏離較大,故需要花較長時間去準備材料。這些不足,隨著加速器質譜14C測年(AMS)方法的出現,某種程度上被彌補。這種新技術僅需要2~3mg的碳就可以進行測年,而且速度得到進一步提高,幾十分鐘就可以完成一個樣品的測年工作。然而,說新方法比常規方法更好是不準確的,在精度方面,常規的14C測年數據更為可靠,因為AMS方法的取樣是隨機且非均質的,那么同一樣品的取樣,除了考慮到樣品污染的影響之外,不同點的微量取樣往往造成測年結果會出現較大的偏離。所以在考慮使用14C相關技術對陶瓷文物進行測年時,需要根據文物的情況,選擇合適的方法進行。如當文物比較珍貴或稀少時,可以考慮使用AMS方法進行;而當陶片中發現有草、稻摻合在陶土中做坯的情況出現時,可以考慮使用常規14C方法進行測年。

  1.1.2熱釋光技術

  有時在古陶瓷測年中可能會面臨缺少14C標本,即遺存標本中含碳量過少,以及14C標本來源不明確的情況。這時,熱釋光技術可以就陶瓷樣本中所含的石英、長石、云母等物質進行熱釋光測年。熱釋光測年的關鍵是正確測定古陶瓷中的含碳量,其來源主要為2個部分,一部分來自陶瓷器內部,另一部分來自外部環境,即包括陶瓷器內部放射性物質提供的α、β劑量和外部環境提供的γ和宇宙射線劑量。在實際操作中,將樣品瓷片的厚度經過加工后,使其具有200μm,這樣厚度的瓷片樣品,其中的α劑量可以換算為等效的β劑量,而γ的波長較長,可以忽略不計,那么在這樣的樣本中,可以理解為只包含β劑量和環境劑量。而根據文獻可知,中國古代陶瓷的平均年劑量D=4.9±0.85(17%,±1σ)mGy/a,其中環境劑量率用典型值1mGy/a。通過這個公式可以得出,環境劑量和古劑量β的比值為1∶4,所以古陶瓷的熱釋光測年主要是測定瓷器內部放射性物質提供的β劑量。這種方法有一個致命弱點,即所取的200μm的樣本中的β劑量并不能代表整個樣本的平均β劑量,所以,對于任意厚度的瓷片的β劑量平均值的計算能夠更加準確的反應其包含的年代信息,從而能夠更準確的進行測年。

  以上2種測年方法是陶瓷考古中較為常用的方法,然而,它們均屬于有損測試,是破壞性的分析方法,對于一些珍貴文物和樣品而言,使用破壞性的測試是不可取的。而穆斯堡爾譜分析為古陶瓷器的無損分析和斷代提供了可能。

  1.1.3穆斯堡爾譜技術

  穆斯堡爾效應是由德國科學家魯道夫·穆斯堡爾在完成其博士論文時發現的,從那時起,關于穆斯堡爾譜的研究就熱情不斷。穆斯堡爾效應的發現為研究物質的微觀結構提供了一個非常實用的方法:它具有高能量分辨率,可以測出10-13eV到10-16eV的原子核的能級變化,其測試方法和試驗設備也比較簡單,另外,它還具有較強的抗干擾性和高靈敏度等優點7。然而,穆斯堡爾譜技術也有自身的不足:穆斯堡爾效應只針對有限的元素,而且很多元素必須在低溫條件下進行。目前這種技術主要針對57Fe、119Sn、151Eu等少數元素在室溫下得到實際的應用。

  在考古研究上,因穆斯堡爾效應可以針對Fe元素發生,而粘土等陶瓷原料中含有豐富的鐵元素,故而穆斯堡爾譜可以作為研究古陶瓷結構成分、燒成制度和測年的手段。穆斯堡爾譜在考古學研究最早的應用是由Cousins和Dharmawardena通過這一技術測試樣品中Fe3+/Fe2+的比值,從而推斷古陶瓷的燒制是在還原氣氛還是在氧化氣氛中進行的。我國開展了用穆斯堡爾譜進行古陶片記年效應的研究,潘賢家等學者進行了不同歷史時代和不同燒制工藝的年代陶片的穆斯堡爾譜研究,他們的試驗結果表明,古陶瓷的年齡與其順磁成分中的二價鐵QS值,值件有正線性相關性,且年代久遠的陶片磁性成分基本消失。此外,Eis-sa等認為古陶瓷老化的主要原因是由于收到自然輻射的作用,若有已知燒造年代的陶器樣本作為材料來構建時間軸數據,從而推算未知樣本中的穆斯堡爾譜數據在時間軸重的位置來確定其燒制時間,這種方法可以作為古陶器測年的新方法。他們的實驗發現,隨著輻射劑量的增加,已知年代樣品的穆斯堡爾譜上,中間兩個順磁峰的相對強度明顯增加,根據各組樣品的中間順磁峰強度差與輻射劑量的線性關系,可以估算出未知樣品的燒制年代。

  期刊推薦:《現代技術陶瓷》Advanced Ceramics(雙月刊)1993年創刊,是實用性、可視性很強的刊物。主要介紹和評述國內外現代技術陶瓷的新工藝、新設備、新技術、新產品及新的發展動態。

  穆斯堡爾譜技術在古陶瓷的原料來源和燒制條件的推測上的應用,比其在測年方面要直觀得多。用于鑒別古陶瓷原料產地的技術手段有化學分析法、X射線、中子活化分析等技術,但是穆斯堡爾技術可以相對容易地得到陶器中的Fe2+/Fe3+比率,從而判定同一地點出土的不同風格的陶器或瓷胎的原料是否來自同一地方,進而推斷古陶瓷的流布情況。而在古陶瓷燒成的過程中,窯爐中的溫度和氣氛以及燒制的時間均能影響穆斯堡爾譜的形態。通過對確定產區的粘土在不同溫度下試燒的穆斯堡爾分析,或者對古陶瓷進行連續重燒,得到相關參數,從而建立燒制溫度的穆斯堡爾譜坐標系,可以對未知燒制溫度的古陶瓷的燒成溫度進行估算。也可以通過對古陶瓷中Fe2+的QS值與溫度的關系進行研究,建立燒成溫度坐標系,也可判斷未知古瓷器的燒成溫度。另外,通過比較在一定燒成溫度下,古陶瓷和現代陶瓷釉中Fe2+的六面體配位和Fe3+的四面體配位數的異同來考慮兩者釉料配方的差異,不僅可以推斷古陶瓷制品的工藝條件,而且可以對古陶瓷制品的修復,現代陶瓷制品的制作都有很重要的價值。

  2結語

  中國作為陶瓷古國,古陶瓷的考古研究一直是一門活躍的學科,希望通過這些新技術的進一步實踐、改進和發展,為我國陶瓷考古、古陶瓷文物保護、仿古陶瓷的制作等帶來新的保護研究手段和方向。

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