化學與文物考古

 　　在人類社會發展的歷史長河中，歷代先民建造和使用過的具有歷史、藝術或科學價值的各種遺存實物形成了我們今天的文物。

　　我國是一個歷史悠久的文明古國，文物更是枚不勝舉，為了保護珍貴的文物，學習一些文物保護知識是非常必要的。

　　作為一個基礎化學教育工作者，如果要提到化學在文物考古中的應用，很容易想到的可能是在無機化學中接觸到的14C 斷代法。該法建立在活的有機體中14C/12C之比保持恒定，而死的有機體中14C的含量由于衰變而逐漸減少這一基礎上，1950年，美國芝加哥大學教授W·F·Libby創立了14C斷代法，并因創立該法而獲得了諾貝爾化學槳。

　　我國文物考古工作者應用14C斷代法，取得了許多重大成就，其中有些成果甚至改變了舊的觀點。如河套人、峙峪人、資陽人和山頂洞人等，原來認為其活動年代為5萬年或5萬年以上，但應用14C斷代法證明其均在4萬年以內，甚至山頂洞人可晚到1萬多年，這一研究結果表明舊石器晚期文化變遷和進展速度比

　　考古工作者原先想象的要快。再如，在漢代冶鐵遺址中曾發現有煤的使用，這一發現使一些考古工作者認為在漢代時就已把煤用于冶鐵，但后來從鐵器中l4C的鑒定結果推斷，我國在宋代才開始把煤炭用于冶鐵，盡管漢代冶鐵遺址中發現有煤,但并末用于煉鐵。

　　以上兩個例子都表明了化學應用于考古學，對文物考古工作的重大影響，單從對現代考古學具有重大推動作用的14C斷代法能夠獲得諾貝爾化學獎這一事實，我們已不難想象化學對考古學的重大意義了。當然，化學在文物考古上 的應用不會、也不可能僅限于14C斷代法，在文物考證、文物腐蝕損害過程和文物保護等各方面，都涉及和應用著很多化學知識。

　　一、化學在文物考證上的應用

　　據義獻報道，我國出土古代玻璃(琉璃)的地區已遍及二十多個省市。那么這些出土的玻璃究竟是國內燒制的還是出外國傳入的呢?化學在判定這些文物的產地上顯示了其價值—這可以通過測定玻璃中鉛的含量而確定。原來，我國唐宋以前的玻璃主要是鉛鋇玻璃, 其成分屬Na2O-PbO-BaO-SiO2系統玻璃，而西方和印度古代玻璃屬于鈉鈣玻璃類。

　　化學上的很多儀器分析方法都可應用于文物考證上, 從下面的兩個例子就可見一斑。

　　本世紀四五十年代,在歐洲古董市場, 曾有售價很高的“戰國陶俑”出現，人們難辨其真假, 后來，英國牛津實驗室采用熱釋光技術—一種化學中的熱分析方法進行鑒定，結果證明是近代制作的贗品。其所以熱釋光方法能推斷古陶的年代，這是因為粘土中含有石英、長石、云母等固體結晶顆粒，受粘土中少量長 壽命天然放射性物質如238U、232Th、40K等及宇宙射線作用，一部分電子躍遷到高能級上。當用粘土燒制陶器的時候，這些高能級上的電子以熱釋光的形式將能量釋放又回到低能級，而古陶從燒成時起，重新受其中放射性物質和宇宙射線作用，低能級電子再一次向高能級躍遷，這樣，陶器的燒成時間越長，年代愈久，則 積累的能量也就越多，也就是說，古陶的熱釋光強度與本身受到輻射的時間(即燒成時間) 成正比，因此，測量古陶樣品的熱釋光強度，就可以計算出古陶燒成的年代。

　　1965年在湖北楚墓中出土的越王勾踐劍，應用X-射線熒光分析方法，由于不同元素具有不同的特征x-射線熒光，且其強度反映了元素含量，因而人們推測該劍身為銅錫金，并經過了硫化處理。應用化學方法，考古工作者研究考證了文物的制作工藝。

　　二、文物腐蝕及損害過程

　　文物腐蝕及損害過程不僅僅是一個化學過程，除去人為因素的破壞，也可能有細菌侵蝕、蟲蛀等生物作用，或如變形、開裂等機械因素等等。但文物與化學物質作用，是文物發生腐蝕和損害的一個重要因素。

　　關于文物腐蝕過程的化學，一個最熟悉的例子可能是鐵器的腐蝕，這個過程起碼涉及一個眾所周知的電池反應：

　　正極：O2+H2O+2e®2OH-

　　負極：Fe-2e®Fe2+

　　還有一個容易理解的例子，就是在某些墓壁畫中常可見到其上有一種白膜覆蓋，研究發現這種損害的發生是由于滲入壁畫中溶有二氧化碳的水可緩慢溶解碳酸鈣形成碳酸氫鈣經蒸發干燥后又沉淀出碳酸鈣凝結在壁畫表面。

　　對于紙質文物，酸性環境顯然是有害的，因為紙張在中性或偏堿性時，其耐久性、耐折性等機械性能及抗霉性和化學穩定性都比較好，但空氣中的氮氧化合物、二氧化硫等都是酸性氣體，它們都易使紙質文物的酸性增大，而對文物造成損害。

　　三、化學與文物保護

　　化學化工及材料保護學上的科技成果，可以文物保護上借鑒和應用。如苯三氮唑(BTA)是銅及銅合金優良的緩蝕劑，而BTA被借鑒用于青銅器的保護，也取得了良好的一般出士的漆木文物都飽含水分，易發生干縮、變形、彎曲、脫皮、干裂、因而必須脫水定形。明礬[KAl(SO4)2·12H2O]法就是漆木文物脫水定形的常用方法之一。這種方法主要是利用了明礬在不同溫度下水溶性差別大的特

　　點,先將飽含水分的漆木文物在濃的明礬溶液中煮沸數小時，這一過程使明礬充滲入文物內部，然后趁熱拿出，冷卻時明礬溶解度減小凝結在木質內部而將其中的多余水分排出。這樣既排除了漆木文物中的多余水分，還對文物有加固作用。

　　壁畫顏料中的鉛白[Pb2(OH)2CO3]由于受空氣中硫化氫氣體的作用而變成黑色的硫化鉛，影響畫面的色澤，當用過氧比氫處理時，就可使黑色的硫化鉛氧化成白色的硫酸鉛。

　　化學在文物考古中有著廣泛的應用，以上只是其中一些方面的簡單介紹。但從其中我們應該認識到化學及其它自然科學正在與考古學融合發展，這正如化學與其它自然科學、其它社會科學融合發展一樣。