二里头考古背后有哪些“黑科技”
位于河南偃师的二里头遗址是公认的中国最引人瞩目的古文化遗址之一，也是迄今为止我国综合运用各领域科技考古取得研究成果最多的遗址之一。
在由中科院考古所与河南省文物考古研究院共同举办的“二里头遗址考古与夏文化研究系列学术讲座”中，中科院考古所研究员、复旦大学科技考古研究院院长袁靖为大家详细介绍了二里头遗址的科技考古。
什么是科技考古
在考古发掘中，手铲是考古研究人员的必备工具。通过手铲发掘，考古研究人员挖到了很多古代的人工遗迹和遗物。他们挖到了新石器时代的陶器，挖到了商代的墓葬，挖到了汉代的城墙，还挖到了唐代的宫殿。
然而，随着考古发掘和研究的不断推进，我们在全面建立了古代物质文化谱系的基础上，需要进一步探索更多的问题。比如，遗址的绝对年代、当时的自然环境状况及变迁、古人的体质特征、古人获取食物资源的生存活动情况、古人的生活方式、古人的营造方法、古人制作各种器物的工艺、古人的社会组织、古人的丧葬习俗、古人的祭祀特征、古人的文化交流等等。也就是说，我们今天探索的问题要比几十年前复杂得多、深刻得多、全面得多。
再来看看世界考古学发展的现状和方向。在英国考古学家科林·伦福儒所著的《考古学：理论、方法与实践》一书中，共有16个章节。其中，只有3个章节与科技考古没什么关系，其他包括考古学史、证据的多样性、遗址与遗迹的调查和发掘、断代方法与年代学、社会考古学、环境考古学等内容都涉及科技考古。
回顾考古学的发展历史，特别是20世纪50年代碳14测年方法确立并应用于考古研究以后，不断有自然科学的方法、技术应用于考古学，使考古学研究不断完善，思路不断开拓。比如，借助遥感来了解地下遗迹、遗物的形状和特征，通过基因研究了解古人的体质特征。不再是简单地通过器物的形状、纹饰来探讨不同地方的物质文化的交流，而是借助测试来分析器物的成分、结构，以确定它们来自哪里、有哪些共性等等。
那么，究竟什么是科技考古?科技考古就是以考古学研究的思路为指引，把自然科学等相关学科的方法、技术应用于考古发掘和研究之中。通过对考古遗址所在的区域进行调查和取样，对多种遗迹和遗物进行鉴定、测试和分析，对各类与考古研究相关的资料进行定量统计，在一定程度上认识遗址或遗迹的空间信息、遗存的绝对年代、自然环境的特征、人类自身与体质相关的特征、人类的多种生存活动以及生产和社会行为特征，获取更多、更丰富的古代信息。
进入21世纪，在坚持考古学传统的地层学、类型学等研究方法的基础上，能否更加科学、系统、广泛、有效地运用科技考古的研究方法，已经成为衡量一个国家考古学研究水平的极为重要的标尺之一。
二里头有怎样的山川面貌
科技考古大致可以分为年代测定、环境考古、人骨考古、动物考古、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、纺织品考古等领域。这些领域的众多科研成果，为考古遗存测定了绝对年代，复原了当时的自然环境状况，为研究古人的体质、基因、饮食等特征提供了各种信息，涉及从生产力到生产关系、从经济基础到上层建筑方方面面的研究，勾勒出古代历史发展进程中的诸多细节。
今天，我们以二里头遗址作为一个精彩的案例，来讲述科技考古在考古工作中的运用以及取得的成果。
学术界一般认为，二里头遗址是夏王朝晚期的都邑，是古代中华文明的核心地带。在二里头遗址的发掘和研究过程中，科技考古的诸多领域都介入其中。可以说，它是迄今为止我国综合运用各领域科技考古取得研究成果最多的遗址之一。
第一，年代测定。
碳14测年方法是考古学中最主要的确定绝对年代的方法。它通过在考古遗址中采集动植物遗存、含碳沉积物或其他含碳物质，测定生物体的死亡或沉积物的形成年代，以此推测考古遗址存在的绝对年代。这是目前考古研究的“标配”。
从20世纪70年代初，我们就开始对二里头遗址出土的遗存进行碳14测定，这个工作目前仍在继续。通过研究基本确定，二里头遗址一共分四期：一期的年代为公元前1750年至公元前1680年，二期的年代为公元前1680年至公元前1610年，三期的年代为公元前1610年至公元前1560年，四期的年代为公元前1560年至公元前1520年。
从更大范围来看，包括二里头在内的郑洛地区中，新砦遗址的早期年代为公元前1870年至公元前1785年，晚期的年代为公元前1790年至公元前1720年。王城岗遗址的年代为公元前2200年至公元前1800年。这样，几个相近地区遗址的年代框架基本确立。
第二，环境考古。
环境考古主要是运用地貌学、第四纪地质学、地球化学、古地磁学、古生物学、沉积学和年代学等诸多学科的理论和方法，对遗址及其周边地区的古代自然环境进行综合研究。
通过对二里头遗址出土的木炭的研究发现，遗址周围分布着大量的栎树阔叶林、杂木林和少量的松柏针叶林。这些树种大多喜暖湿，由此可以推测当时的气候总体上是温暖湿润的。
史前的二里头有怎样的山川面貌呢?研究发现，二里头遗址所在的伊洛河流域多次发生洪水事件，其中公元前2000年左右的洪水事件直接与二里头都邑的兴起相关。那次洪水属于特大洪水，洪水过后，这里出现了广阔平坦的泛滥平原，平原上的冲积土土质肥沃，有利于农业的发展，特别是泛滥平原上多积水洼地，利于稻作生产。
洪水还造成了古洛河的决口和改道，导致洛河在二里头以西就注入伊河，从而使洛河和伊河合并成伊洛河。学者们推测，当时的二里头北依邙山、南傍伊洛河，二里头遗址位于冲积平原最南端的高地上。这与今天的环境地貌并不相同，正是通过环境考古，复原了当时二里头的样貌。
环境考古还发现，二里头遗址周边的野生动物有中国圆田螺、多瘤丽蚌、洞穴丽蚌等10余种贝类，鲤鱼等鱼类，龟、鳖、鳄等爬行类，雉、雕科、雁等鸟类，兔、豪猪、鼠、熊、虎等哺乳动物。周围的植被和野生动物为当时古人的生活提供了丰富的动植物资源。
二里头居民以什么为主食
第三，人骨考古。
在二里头遗址中发现的人骨标本共有76个个体。其中可以判断性别的有44个，男性15个，女性29个。男女比例为0.52:1，男性明显少于女性。这与新石器时代其他考古发现中男女比例约为1.5:1、男多女少的情况不太一样。
在这些人骨个体中，可准确判断年龄的有38个，其中未成年人有18个，最小的是个夭折的婴儿，仅有一例个体属于老年，多数为壮年。平均年龄约为23岁，整体来看非常年轻。这也与其他考古情况不一样，一般来说，新石器时代男性的平均年龄在35岁以上，女性比男性小一两岁。
有专家认为，这个结果可能和人骨样本少有关系，还有待于今后的进一步研究。
从人骨的形态特征来看，当时的二里头居民基本属于“古中原类型”，与河南龙山文化居民的体质特征大致相同。“古中原类型”是介于蒙古人种的东亚类型和南亚类型之间的体质类型。
另外，对二里头遗址28个人骨个体的线粒体DNA研究结果显示，单倍数种类较多，显示其母系来源多样，说明当时的二里头可能是一个父系社会。
从二里头遗址人的碳氮同位素测试结果来看，当时居民的食物结构以小米为主。锶同位素测试结果显示，大部分人是土生土长的当地人，但也有少部分是外来人口。
第四，动物考古。
动物考古的主要工作是对出土的动物遗骨进行研究，区分它们是家养动物还是野生动物。研究显示，二里头遗址内以家养动物为主，当时的居民获取的肉食资源主要来自家养动物。
通过对出土家养动物遗存的定性定量分析，确认这些家养动物为猪、狗、黄牛、绵羊，其中猪的地位最高，数量最多。对二里头遗址出土的人和动物遗存的碳氮同位素分析结果显示，当时猪、狗、黄牛的食物主要是小米的秸秆。说明这些家养动物不是放养的，而是人工喂养的。
还有一个有意思的现象：通过对绵羊的研究发现，二里头二期时，大部分羊在3岁前就被宰杀了，应该是用于食肉。但到了二里头四期，大多数羊在3岁后才被宰杀，年龄超过6岁的羊占50%以上，这与产羊毛为目的的宰杀模式十分相近。
第五，植物考古。
研究发现，在二里头植物遗存中有一个特殊现象，那就是从一期到四期，稻米的出土比例都很高，和粟(即小米)不相上下。根据统计数据，在中原地区的龙山文化遗址中，出现水稻遗存的现象非常普遍，但是在各遗址出土的农作物中，水稻所占比重都相对较低。
之所以出现这个特殊现象，有两种可能。一种可能是，根据环境考古的结论，当时的气候条件温暖湿润，环境适于稻作农业，所以在二里头遗址周边曾经大规模种植水稻。另一种可能是，这些稻谷是从其他种植水稻的地区运来，专门供贵族食用的，这反映了一种特殊的社会现象。
青铜器生产已相当成熟
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、微量元素分析和电镜观察等。研究发现，从二里头文化一期到四期，纯铜所占的比例不断减少，青铜的比例不断增加，特别是四期青铜的铅含量有较大提高，说明合金材质发生了较大变化，这可能与使用的矿料来源和冶炼技术的变化有关。在二里头遗址发现的铸铜作坊只能进行熔炼和铸造，说明获取矿料和冶炼是在其他地区完成的。目前科学家仅初步探明红铜从采矿到冶炼的整个产业链，锡和铅的产业链尚有待于今后的研究。
二里头时期的青铜器制造技术已经相当成熟。之前的铜器只有铜矛、铜铃、铜镜等小型铜器，到二里头时期出现了具有独特风格的青铜礼器。当时青铜器的生产涉及复杂的社会管理制度，需要有效地组织、调配、计划和管理，进行长距离调运金属资源。从冶炼、配制合金，到制作陶范、组合铸型，再进行浇注，这是一套非常复杂的制作工艺，需要不同专业领域之间的密切合作。北京大学的陈建立教授指出：“陶范的制作是金属铸造技术的一个组成部分。陶范和陶器的成形、纹饰制作、烧制是两种不同的工艺。当时的陶范工匠可能是一个脱离于陶器制作、拥有特殊技术传统的独立匠人集团，而且这种制范技术是世代传承的。”
第七，陶器考古。
二里头文化一至四期的陶器制作原料大致相近。一期的纹饰以篮纹为主，二期以后以篮纹和绳纹为主，还有种类繁多的其他纹饰。
研究显示，陶礼器与日常用陶器的胎土成分有明显区别，二、三期时居住于宫殿区的王室贵族所使用的陶器，在防渗水能力、原料及制作技法上都要优于普通居民使用的陶器。研究发现，陶器制作的作坊中，有专门制作陶礼器的，也有专门制作日常用陶器的。
第八，玉石器考古。
二里头遗址利用的石料种类达32种，以砂岩为最多，安山岩次之，几乎所有的石料类型都可以在伊洛河两侧露出的地层及岩体中找到。
当时的石器制作技术以磨制为主。通过对石器宽度、厚度和刃部角的测量发现，石刀、石铲、石斧等器类的专业化制作程度较高，石镰、石钺次之，可能当时存在专门化的石器加工业。
玉器以闪石玉为主，制作工艺上先以片切割技术生产毛坯，然后采用琢制、锯切割、管钻穿孔和研磨抛光等技术，具有一定的技术流程。遗址中出土的绿松石器嵌片大小只有几毫米，其毛坯的制作使用了打制、研磨和锯片切割技术，毛坯边沿经过仔细打磨，形成各种形状，说明当时的技术非常高超。这些玉器产品都是贵族专用的。
勾勒古代中国的历史细节
最后，我们来把二里头遗址的考古发现与其他古文化遗址进行一番比较。
科技考古的结果显示，二里头遗址的居民当时已经能够生产五谷(粟、黍、水稻、大豆、小麦)，有了4种家畜(猪、狗、牛、羊)，出现了青铜器、陶礼器、绿松石器等，制骨作坊以牛骨为多。
如果把二里头遗址和商朝后期的殷墟遗址进行比较，会得出什么结论呢?殷墟遗址中也发现了五谷，家养动物比二里头更多，除了猪、狗、牛、羊，还出现了鸡和马。金属、陶石器制作方面，殷墟遗址出现了铸铜作坊、制陶作坊、玉石器作坊，制骨作坊也以牛骨为多。如果说二里头遗址是门类齐全、初具规模，那么殷墟遗址则达到了规模化、规范化、系统化。
再把二里头遗址和更早的龙山文化遗址进行比较。我们发现，龙山文化遗址有五谷，有4种家畜，出现了小型的简单的铜器，也有了陶礼器，但制作工艺与二里头遗址存在明显差距。龙山文化的玉石器多磨制，骨器以鹿骨为主。可以看出，龙山文化还处于更早的文明雏形阶段。
如果把龙山文化和更早的仰韶文化进行比较的话，可以看出，仰韶文化遗址中没有小麦、大豆、黄牛、绵羊和铜器，陶器和石器的制作工艺更简单，骨器以鹿骨为主。显而易见的是，仰韶文化、龙山文化、二里头文化和殷墟文化是一脉相承的。
再以5个相近地区的遗址考古来进行比较。西坡、二里头、王城岗、新砦、瓦店遗址都位于今天的郑州附近。公元前3500年至公元前2400年，属于仰韶时代庙底沟类型的西坡遗址中，农作物有粟、黍和水稻，家养动物仅有狗和猪。公元前2200年至公元前1900年，属于龙山文化的瓦店、王城岗和新砦等遗址的文化层里，出现了五谷和4种家畜。公元前1750年到公元前1500年，属于二里头文化的二里头、王城岗、南洼、皂角树和新砦等遗址的文化层里，都出现了剪羊毛的现象。
由此可见，中华文明经历了一个持续发展的过程，新的生产力要素不断出现。虽然在不同的文化时期，中原地区有不同的政治中心，执政的统治集团也不一样，但他们都是在比较统一的生产力水平基础上运转的。
科技考古为我们更加精确地勾勒出古代中国的历史细节。无论是回顾新中国考古的历史，还是审视当下，科技考古在考古学中都发挥着举足轻重的作用。在中国考古学蓬勃发展的大好形势下，科技考古必将大有可为。中华民族有着悠久的光辉历史，通过包括科技考古在内的全方位的考古学研究，中国学者一定能够为展示全人类的文明发展史做出自己独特的贡献，为建设中国特色、中国风格、中国气派的考古学，更好地认识源远流长、博大精深的中华文明发挥自己的作用。
