圆明园科技考古概略

自1994年圆明园第一次科学的考古发掘以来，圆明园考古勘探、发掘的遗址数量达百处左右，但科技考古起步略晚，始于2000年之后的雷达勘探和无人机航拍，随着科技考古的普及，圆明园应用科技考古的范围逐步增加，至今已在数字考古、陶瓷科技考古、碳十四测年、环境考古、植物考古、冶金考古等多方面有所涉及。

 

数字考古

数字考古主要是在计算机技术支持下进行三维重建、虚拟现实、现代测绘、遥感、地理信息系统等。圆明园的数字考古较为常见，主要含括科技勘探、数字测量、高程模型、虚拟复原等。

 

早期在圆明园西部勘探过程中曾使用雷达装备进行考古勘探，但因圆明园地下扰动严重，存在砖石、铁块、现代垃圾等缘故，对雷达精度干扰很大，因此雷达勘探并未被推广开来。多数遗址在考古勘探和发掘过程中都使用了RTK以及三维扫描设备等进行数据采集和测量，早年还曾使用无人机拍摄，提升了测量精度，比如大宫门河道就采用三维激光扫描技术获取遗址表面形貌信息[1]，碧澜桥破损石构件也采用三维激光扫描技术进行虚拟重建和复位[2]。北京大学对西部26处遗址和如园进行勘探时，采用了数字高程模型（DEM）分析遗址地形及其与遗迹的位置关系，直观呈现了建筑遗迹与现存地形地势之间的关系。在舍卫城和澹泊宁静，考古发掘结束时都曾采集遗址数据进行虚拟考古体验小程序的制作，丰富了公众考古的手段。

 

数字考古因其基础性而在圆明园中应用较多，在三维数据扫描、三维重建、GIS建设方面显示出强劲的势头。

 

澹泊宁静、舍卫城虚拟考古界面[3]

 

环境考古

环境考古主要探讨考古材料中所呈现的古代人类与环境之间的关系，分为以遗址为单位的局域环境、以一个地貌单元如盆地为单位的小区环境、以及以一个自然区为单位的大区环境，研究内容包括地貌、气候、水文、土壤、动植物资源等。圆明园涉及环境考古的遗址有大宫门、如园、澹泊宁静等。

 

杨菊、刘乃涛《圆明园大宫门河道遗址和如园遗址土样初步分析》，借助能量色散型X射线荧光分析（pXRF）、X射线衍射（XRD）、显微拉曼光谱（Raman）等测试手段，分析了大宫门河道和如园8份土样的化学成分及物相，结果表明样品中主要成分是SiO₂和CaO，以石英和方解石为主要物相，由此确定了大宫门和如园遗址使用三合土[4]。

 

马悦婷、岳升阳等人对宫门区剖面的沉积物粒度、孢粉进行分析，确定其为清河洼地，圆明园的河湖水源及其建造方法都受到了古地貌环境的影响，并将地貌演变划分为分支河道发育、河漫滩发育、浅湖发育、湖沼发育和漫滩发育5个时段[5]。

 

此外，在澹泊宁静考古发掘中也曾采集沉积物样品。

 

以上研究涉及圆明园两项重大问题：建园自然条件和园内存在最广泛的三合土，但未明确圆明园三合土为哪三合，与其它遗址三合土成分的异同，清河故道的古地貌环境对于园内河湖水系、建筑的具体影响也不甚明晰。

 

残存地上夯土墙

 

陶瓷科技考古

陶瓷科技考古主要是利用各种科学技术手段，对考古出土陶瓷器的化学元素、显微结构、物理性能、烧成温度、微痕、真伪、年代等进行分析和鉴定。圆明园进行陶瓷科技考古的主要是琉璃瓦。

 

中国科学院大学、北京市文物研究所及北京大学使用光学显微镜、EDXRF、SEM、XPS和XRD等对圆明园出土的黄色琉璃瓦、绿色琉璃瓦釉层进行变色机理研究，黄釉琉璃瓦表面铁元素以 Fe³⁺与Fe²⁺在高温条件下，Fe²⁺ 被氧化为Fe³⁺，Fe³⁺又析出富聚为六角片状的α-Fe₂O₃晶体颗粒，从而导致琉璃表面呈现红色。绿色琉璃瓦表面铜以Cu²⁺的形式存在，高温条件下还原为CuO和Cu₂O，从而呈现鲜红或黑红色[6]。

 

此项分析证明了圆明园遭遇火劫焚毁的历史事实，但对于变色琉璃的分布与火劫范围之间的关系，其它经火烧遗迹遗物如地面、玉石器、瓷器、砖等的化学元素变化情况，还有待进一步尝试性分析。

经火烧的琉璃瓦

植物考古

植物考古主要是对考古出土的植物遗存进行鉴定分析，包含种子、果实、木材等植物大遗存和植硅体、孢粉、淀粉粒等植物微小遗存。目前圆明园涉及植物考古的主要是大宫门和澹泊宁静。

 

大宫门孢粉分析还原了不同时期自然植被的类别，主要是在探讨环境考古相关问题。澹泊宁静为寻找水稻遗迹作了植物考古，浮选法结果未知，但植硅石分析发现有水稻植硅石，此外，稻田土的土样分析也在进行中[7]。

 

圆明园植物考古的尝试出现较晚，园内有多片水稻田，以及果蔬菜圃，既往也发现有较多过火木、柏木钉等，因此日后仍需在农业考古、木材考古等方面进一步探究。

 

圆明园稻田剖面

 

其他

此外，如园出土莲子还曾进行碳十四测年分析，铜壶、西洋钟、佛像等进行过化学元素分析，石质文物进行了脱盐、加固、修复等文保工作。总体来说，金属物和石质文物的工作更偏向文保科技，而非科技考古，对于金石及锈蚀物的金相、物相结构，合金配比，专门化生产等问题关注很少。

 

坦坦荡荡遗址出土铜壶

 

由此可见，圆明园科技考古起步略晚于考古发掘工作，当下数字考古的应用最为广泛和成熟，科技考古的引入在一定程度上为遗址数据测量、公众传播、古地理环境等方面谋求了新的出路，证实了1860年火劫的存在。但总体上圆明园科技考古还处于比较薄弱的状态，科技考古的深度和广度不足，不成系统，难以回答“透过科技考古，解决了什么样的学术问题”这个命题。

 

因此，结合圆明园遗迹遗物特征，圆明园科技考古在未来仍具有广阔的发展空间，首先是要多手段结合，扩充科技考古深度，尽可能保留更多的数据资料，为日后的研究储备材料。其次是要明确为什么作科技考古，摒弃“为了科技而科技”的桎梏，让科技考古在学术问题中发挥应有的作用。在此举两个例子，比如为证实1860年火劫历史，可对各类火烧面、火烧遗物的检测与规律总结，而非单纯的检测几片琉璃瓦样品。为了解圆明园山形水系与古环境的关系，在建筑、河湖、农田等多个点位作环境数据采集与分析，比较异同，发现规律，而非仅对某一处遗迹作环境检测。