走进狮龙大道考古工地⑤:当考古遇上科技

原标题:走进狮龙大道考古工地⑤:当考古遇上科技

科技考古

前几期我们为您呈现了狮龙大道项目考古发掘的全过程,也讲了很多关于田野考古以及茶岭遗址、甘草岭遗址、沙岭遗址的故事,就算是没有九层妖塔、没有僵尸大BOSS,考古仍然是穿越时光、发现历史的一场华丽冒险与科学探索。

那么,作为一种科学探索的考古遇上新科技,会碰撞出什么样的火花?今天,小编依旧带您走进狮龙大道考古工地,去看看科技对考古这一传统学科的渗透与改变。

什么是科技考古?

科技考古学是利用自然科学的理论方法和技术,分析古代实物资料,从中提取古代人类的活动信息,用以探讨人类行为、生存方式、生产技能以及人与自然的关系及其发展规律的一门学科。

科技考古最主要的特点就是用现代科技手段进行考古研究。这些科技手段来自于自然科学的各个领域,如物理学、化学、地质学、地理学、生物学、环境学等学科。很多人可能并不是十分了解科技考古与文物保护的区别。

文物保护是以采取保护性手段,来减缓文物劣化的速率或尽量保持文物的现状。而科技考古则是采用大量的监测分析手段来研究文物的结构和成分,这些检测分析手段适用于文物保护领域。

科技考古涉及了多个自然科学相关学科在考古学中的应用,其研究领域大致可以区分为年代测定、环境考古、动物考古、植物考古、陶瓷考古、冶金考古、计算机技术在考古中的应用等等。

无人机航拍& RTK测量

科技渗透到考古工地来了!面朝黄土背朝天的考古队员们,不仅仅会使用探铲(俗称“洛阳铲”)、手铲、刷子等传统考古工具,还要会操纵无人机航拍、RTK测量等技术。

考古队员使用无人机在狮龙大道项目进行航拍,在前几期走进狮龙大道工地系列中我们看到那些漂亮的探方照片,就是这样拍到的。

为了获得精确的地理信息,考古队员们使用RTK考古测量技术。RTK(Real- time kinematic)载波相位差分技术,是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法,将基准站采集的载波相位发给用户接收机,进行求差解算坐标。这是一种新的常用的GPS测量方法。以下是RTK工作原理示意图:

下图正在用全站仪在茶岭测量遗迹:

遗迹清理完成后,考古队员使用全站仪进行测绘。

数据主要用来绘制遗迹图:

此外,高精度的测绘无人机已成为了考古工作的宠儿,它便于携带和操控,结合RTK技术能得到精确的地理信息,为野外调查和考古发掘提供宝贵的测绘成果,方便对遗址进行科学分析和判定。

植物考古

听闻广州史前考古有重大发现,北京大学、厦门大学、中国科学院地理科学与资源研究所、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所等专家学者闻讯前来。各位学者纷纷关心起遗址的土样!这土壤里到底有怎样的秘密?

植物考古以考古出土的植物遗存为研究对象,借助一些植物学的方法认识和了解古代人与植物的相互关系,比如古代人吃什么、耕种什么、当时有什么植物和树木等,这些信息对于研究古代人类经济生活、农作物的起源和传播、生态环境对人类生活的影响有重要意义。

目前,有可能被发现和获取的古代植物遗存共有四类,即植物遗骸、植硅石、孢粉和淀粉粒。这四类遗存中,按照它们的个头体积大小又可分类为植物大遗存和植物微小遗存。

其中,植物遗骸指植物死后的残留部分,如茎、叶、根、果实、种籽等,用肉眼或放大镜就可观察到,称为植物大遗存。对绝大多数考古遗址来说,只有那些炭化的植物遗骸(植物在埋藏前经过了火的烧烤变成了不易腐朽的炭化物)才可能长期保存在古代文化堆积中。

炭化植物遗骸

(此图摘自文献邱振威, 刘宝山, 李一全等. 江苏无锡杨家遗址植物遗存分析[J].中国科学:地球科学, 2016(8))

植硅石、孢粉和淀粉颗粒体积都非常小,要借助高倍显微镜下才能观察到,所以被统称为植物微小遗存。

植硅体是植物从地下水中吸收的可溶性二氧化硅,沉淀于植物细胞内部或外部而形成的非晶质含水二氧化硅。植硅体具有耐高温、耐酸腐蚀、种属可鉴等优势,可弥补考古地层中大粒径炭屑提取时易受损伤、难以鉴定的缺陷。

给大家贴几张图看看植物微小遗存。

显微镜下的植硅体形貌:

(此图摘自文献:孙青丽, 夏秀敏, 王慧等. 广州榄园岭遗址先民祭祀遗迹的炭屑和植硅体分析[J]. 文物保护与考古科学,2017, 29(4):53-61.)

孢粉是无性生殖类植物的孢子和有性生殖类植物的花粉的合称。

淀粉粒是植物细胞在生长和分化过程中以及成熟后所产生的并储藏在植物的块根、块茎和种子胚乳里的储藏物质。不同的植物淀粉在形态、类型、大小、层纹和脐点等方面各有特征,可以根据淀粉粒的形态特征作为鉴定植物种类的依据之一。

显微镜下的淀粉粒形貌(左边为显微镜正常光下图像,右边为偏光下图像。)未被破坏的淀粉粒在正交偏光显微镜下呈现消光十字;而受过烹煮的淀粉粒,消光十字会部分或完全消失,据此可以判断该植物是否经过加工烹煮哦~~

▲ 小麦

▲ 粟

▲ 黍

▲ 豌豆

(淀粉粒显微图片摘自文献张永辉. 裴李岗文化植物类食物加工工具表面淀粉粒研究[D]. 中国科学技术大学,2011.)

1. 采集土样

采集土样是获取古代植物遗存的首要环节。我们从揭露的遗址剖面上采取土样,先剔除表层污染面,按地层取,每个地层至少取一份浮选土样,逐层取样。如果某堆积层比较厚,则取两个取样点。剖面采样有助于了解该遗址各文化层植物遗存的保存和埋藏情况。

这就是茶岭考古发掘时划分的地层。每个堆积地层都要取大半袋浮选土样,每份大概5~10 升。浮选土样一般用体积来衡量。

除了剖面采样,考古工作人员也会结合针对性采样法,有针对地从遗址中选择不同的埋藏背景进行采样,如灰坑、灰沟、灶坑、窖穴、墓葬、器物内存土或破碎器物下积土等。在发掘过程每发现一处遗迹即采集一份土样。

与植物遗骸浮选相比,淀粉粒和植硅体等植物微小遗存的研究所需土样体积比较少。

下面广州市考古院跟着中科院古脊椎动物与古人类研究所夏秀敏博士一起来采集用于植硅体分析的土样。

先用手铲凿出一个柱状剖面,刮去表面的壁土以避免现代植硅体污染;然后,按照考古地层学的方法划分地层(与发掘时划分地层基本一致)。

固定标尺,划好等距线:

根据地层,自下而上按照一定的间隔逐层取样:

将所取土壤样品装入密封袋保存,依次编号。详细记录采样过程,绘制采样剖面图,取样结束后,拍摄剖面照片:

学者们往往根据研究方向来确定采集样本。中科院地理科学与资源研究所杨晓燕研究员提取石器表面残留物。

石器在使用过程中表面孔隙会保存部分淀粉粒和植硅体,陶器里也可能残留植物遗存。通过采集石器和陶片上的植物残渍,分析淀粉粒和植硅体,可以了解先民对相关植物的机械加工和烹饪活动,从而增强对石器、陶器等器物功能的认识。也就是说,在石器上或陶器里获得淀粉粒和植硅体等,可以鉴定植物种属,还可以通过判断器物残留淀粉粒的状态,知道该器物曾经加工或装盛烹煮过某种植物。

中科院古脊椎动物与古人类研究所夏秀敏博士采集陶片表面残留物,以分析研究土壤中的植硅体等。考古工地也有发现炭粒炭屑等,采集炭粒时要避免暴晒,用锡箔纸包裹,避光保存。炭屑不仅能鉴定植物种属、测年断代,还是指示人类用火的直接证据,可以初步判断古代祭祀活动的发生地点。

也有学者对墓葬里的土样感兴趣,采集了墓葬底部人骨架腹部位置的土样(人骨早已腐蚀),打算探讨下古人腹部是否有蛔虫卵。是不是感到很新奇,没准4000多年前的古人也得了蛔虫病!?

2. 植物遗骸浮选

怎样从土壤中提取古代植物遗存呢?浮选法能够获取埋藏在考古遗址中的碳化植物遗骸,即植物大遗存。而微小植物遗存的提取和鉴定则必须在实验室内进行。

北京大学考古文博学院的邓振华老师采用“水桶浮选法”对甘草岭遗址采集的土样进行浮选,这个名称很直观,将浮选土样倒进水桶里,加水、搅拌后静置,还需要准备一个纱网、一个在市场上随处可以买到的带孔纸篓,把纱网固定在纸篓上,反复倒水冲洗,浮选物最终会留在纱网内,有植物根系、古代植物种子等,这些是研究古环境、古代农业的重要材料。

厦门大学人文学院历史系葛威老师来狮龙大道工地对茶岭遗址的土样进行浮选。下面的大箱子学名叫“水波浮选仪”,是常用的处理土样的浮选方法之一。

下图正在冲洗的纱网上的东西就是浮选获得的植物遗骸,在田野风干后带回实验室进行分类、鉴定和分析。

4000多年前,广州先民们吃什么?有哪些农作物已经出现?先人用哪些石器陶器对食物进行加工烹煮?在当地是否有植物祭祀活动?相信大家也很想一探究竟,那就让我们拭目以待,期待此次狮龙大道遗址的植物考古研究成果早日发表。

物质结构与成分分析

这拿着个仪器是在做什么呢?原来是在检测出土玉器的成分,手上握着的仪器叫便携式X射线能量色散型光谱仪(HXRF)。这仪器神通广大,用它测一测就能知道器物是什么成分,由哪些化学元素组成。用它给出土文物“刷脸”就可以完成考古界最看重的分类。

便携式X射线能量色散型光谱仪能分析钠之后的元素。快跟着小编拿起化学元素周期表看看,它可分析的元素范围为Mg、Al、Si、P、S……U。

HXRF还能检测墓坑的土壤成分,广州地区的土壤含有非常高的铁元素(Fe)。

尾声:当考古遇上科技

考古队员通过使用测试和分析仪器,对考古遗址中出土的陶瓷器、金属器、玉石器及与特殊遗存相关的土壤等进行有机或无机的分析与研究,可以认识各类器物的成分、结构、人工痕迹和制作工艺等;通过对特殊器物内的残留物及位于特殊遗迹的人或动物腹腔部分的土壤进行研究,分析其所包含的特殊化学元素,进而认识当时人和动物的行为。科技分析为探讨不同的考古学文化及其文化传播、交流提供了重要信息。

新技术推动考古工作不停地改变和创新,拓展着考古学科的分支与研究边界,同时也在改变着每一个考古人。

朋友们,这一期就说到这里了,将来小编带您走进考古实验室,看看这些文物碎片修复起来后又会讲述哪些不为人知的故事。

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