中國碳十四考古年代學的開拓者

文 圖 / 張雪蓮

中國碳十四考古年代學的開拓者

文 圖 / 張雪蓮

考古學家夏鼐先生曾援引國外學者的話贊譽碳十四測年給西方考古學帶來的變化如此之大，認為是考古學上的一次革命。因為她顛覆了已有的年代框架體系，使年代序列上的謬誤得以澄清，加速了西方考古年代學科學化的進程。而在中國，同樣有這樣一位拓荒者，通過艱苦的努力，開創(chuàng)了碳十四考古年代學的探討之路，使中國的新石器考古學有了確切的年代序列而進入了一個新時期。他就是中國社會科學院榮譽學部委員，中國社會科學院考古研究所研究員仇士華。我們有幸采訪了仇先生夫婦。

碳十四原子

碳十四測年技術可以告訴我們古代遺物的年代，這聽起來讓人感覺神奇，甚至還有些神秘。英國考古學家科林?倫福儒將碳十四測年技術喻為“計算時間的時鐘”，認為只有通過這一方法的測算，才能知道人類的歷史有多長，走過的路有多遠。這是因為雖然目前年代測定方法有多種，但從所適應的年代時段和可獲得的測年樣品的物質種類上看，碳十四測年可謂是考古學最為適宜的測年手段。

中國第一個碳十四實驗室

碳十四測年對于中國史前考古學研究的最大貢獻是在數以千計的碳十四測年數據的基礎上建立了舊石器晚期以來史前考古年代序列，使史前考古年代有據可依。

考古學常用測年方法列表

不同測年方法的適用范圍（引自《考古學：理論、方法與實踐》（第6版），上海古籍出版社）

1955年，夏鼐先生在《考古通訊》雜志上專門撰文介紹碳十四測年方法，及時把握國際考古學研究的動態(tài)和前沿，在半個多世紀前就清楚地意識到未來中國考古學的發(fā)展應該走一條怎樣的路。在夏鼐先生的積極推動下，中國科學院原子能研究所的仇士華和蔡蓮珍伉儷于20世紀50年代末調入考古研究所開展碳十四測年工作。

碳十四測年，從其原理、方法上看，是一種科學的、理想的，甚至近乎完美的測年手段，使其由此成為客觀、公正、嚴謹的年代學標尺。在碳十四測年方法提出的十年后，隨著世界各地大批碳十四數據的面世，為考古學、地學等領域帶來了翻天覆地的變化，該方法的建立者美國科學家利比（W. F. Libby）因此獲得諾貝爾化學獎。但是由于碳十四同位素在自然界含量很低，僅為10-10%，其放射性能量低，強度也較微弱，肉眼難以觀察到，而且還容易受到來自周圍環(huán)境的干擾，使其基于測量放射性比度進行年代測定的方法，真正實施起來難度較大。甚至當今國際科技考古界的權威專家也認為碳十四測年無論其實驗室制備工藝的復雜程度、操作的繁瑣程度，還是精細程度的要求均遠非一般學科所能相比。因而其研究頗具難度，更何況是在當時連專門探測設備也不具備的情況下。

20世紀60年代初，由于“三年自然災害”等原因，國家經濟不景氣，考古研究所的科研條件也可想而知。仇先生說當時所能參照的文獻資料僅為夏鼐先生從國外帶回的一本英文書籍，而可以獲得的設備材料，許多是從街邊小店里找來的。雖然條件極其簡陋，但他們并沒有因此氣餒，而是白手起家，從繞制線圈、裁減硅鋼等最為基礎的工作做起。由于有著扎實的核物理學專業(yè)基礎，又在原子能研究所從事過核技術研究工作，碳十四衰變所用探測儀的制作對他們來說并不算陌生。同時，碳十四測年還涉及到高真空技術、電子技術、屏蔽材料、化學工藝、制備方法等，而且制作過程需要具備鉗工、焊工、玻璃工等技能，所以對于兩位剛參加工作不久的年輕人來說仍需要具有相當的勇氣才能面對。他們就這樣一個組件一個組件地制作，一部分一部分地研發(fā)，克服了一個個的困難，解決了一個個的難題。經過幾年的艱苦努力，終于完成了探測儀、計數器的研制，以及制樣、提純、測定等相關設施的設計與制造。接下來又用了一年多的時間對儀器設備進行調試與改進。

1965年初冬，考古研究所的史前考古專家佟柱臣先生給二人提供了四塊木頭樣品以做測試。通過使用自主研發(fā)的測年設備進行盲測，所得結果與考古學家所認定的年代相吻合，由此考古研究所碳十四實驗室正式宣告成立。

實驗室通過大量碳十四數據的測定，使許多考古上難以把握的問題得到釋解。例如較早的在關于中原地區(qū)仰韶文化的探討中，是半坡類型早，還是廟底溝類型早，有比較熱烈的討論。對此，20世紀70 年代初發(fā)表的碳十四測年數據，則給出了比較明確的解答。再如稍后的關于長江流域的錢山漾遺址的年代，最初有些考古學家質疑其年代是否會那樣早，通過碳十四測年，使該遺址的年代確定在公元前3000年前后。還有，華南地區(qū)有些史前洞穴遺址，相對年代早晚的判定比較困難，通過碳十四的測定，不僅理順了它們的早晚關系，而且其絕對年代也得以明確。

碳十四測年對于中國史前考古學研究的最大貢獻是在數以千計的碳十四測年數據的基礎上建立了舊石器晚期以來史前考古年代序列，使史前考古年代有據可依。

仇先生和蔡先生對于中國考古學的推進工作受到了國際考古學界的關注，特別是他們主編的《中國考古學中碳十四年代數據集（1965～1981）》，讓國外學者感覺非常難得，甚至說沒想到中國還有這樣一本書，這對于史前考古研究太有意義了。曾任考古研究所所長的王仲殊先生經常給年輕人介紹當年他所經歷的國外學者來實驗室的情景：面對手工制作的測年設備，參觀的學者感嘆道你們是用手工作坊（式）的設備，測出了國際一流的數據。在仇先生家的書柜里至今保存一本20世紀80年代的論文集，那是碳十四測年方法創(chuàng)建人利比研究論文匯編，由其夫人在利比去世后派秘書專程拜訪仇先生時一并送上的?？梢?，當年仇先生和蔡先生的工作也受到利比的關注和關心。

20世紀70年代國外學者參觀實驗室（左三夏鼐、左四仇士華）

早期常規(guī)碳十四測年系統(tǒng)

中國糖碳標準

經國內外多家實驗室的試用后，中國糖碳標準被一致認為在其穩(wěn)定性、易處理程度以及分餾效應等方面較之目前的其他國際標準更具優(yōu)勢。

在仇先生家里我們看到一份1989年由國家科學技術獎評審委員會頒發(fā)的國家科技進步三等獎證書。仇先生說那是根據1975年在貴陽召開的全國地學會議上由中國科學院、國家地質部和冶金部三個部委共同提出的建立國家同位素標準的要求，在1978年后借著科學大會的東風完成的一項工作——中國糖碳標準的研制。

糖碳是用于碳十四測年的標準物質，它是繼美國的草酸、澳大利亞的蔗糖、維也納的淀粉等標準物質之后中國的標準物質。由于隨著碳十四測年工作的普及和推廣，國際主要使用的草酸標準物質日趨減少，甚至將要使用殆盡，而且國內的使用者也不方便購買。因此仇先生希望能制造我們國家自己的標準，以補充國際標準之不足，也方便國內的研究使用。研制申請得到上級批準后，便立即組織成立了研發(fā)小組。經過資料調研與實驗研究，首先確定了原材料并設計了制備方案。1978年向國家商業(yè)部申請調撥了一噸蔗糖，又聯(lián)系組織上海試劑廠進行加工制備。制備工作完成后，隨即組織進行放射性的測定。當時除了國內的三家實驗室，還有美國、法國、瑞士、蘇聯(lián)、澳大利亞等國家的六個著名碳十四實驗室參加了比對測定。標準物質的比對測定是一項要求很高的比對工作，類似于目前學界比較關注的國際比對，是實驗室測定準確度和精度的考量，而標準物質的比對較之一般的國際比對則又更勝一籌。仇先生主持了這一比對工作，通過研究設計，選定了不同的標準物質進行比較測定，并對所得到的結果進行統(tǒng)計學處理，得出了糖碳的放射性測定標準值。這實際是一次高水準的國際比對，體現了中國碳十四測年的實力和水平。1987年糖碳標準被國家標準局定名為“中國糖碳”，批準號為：GSB A650001-87。該標準物質經國內外多家實驗室的試用后，被一致認為在其穩(wěn)定性、易處理程度以及分餾效應等方面較之目前的其他國際標準更具優(yōu)勢。

夏商周斷代工程

夏商周斷代工程使我國的碳十四測年水平上了一個新臺階，第一是年代精度的提高，第二是系列樣品方法應用研究模式的建立，這為其后“中華文明探源工程”研究中的年代研究奠定了基礎，也為今后高精度測年研究模式新常態(tài)提供了條件。

除了上述研究，仇先生和蔡先生還承擔過史前時代白灰面的研究，即通過碳十四測年證明了人類至少在距今4000多年前就能燒制石灰，并使用燒制過的石灰鋪抹房間；最早使用煤進行冶鐵的年代，即通過分析測定，發(fā)現用煤冶鐵的時代最早為宋代前后；古人類食譜研究，即結合年代校正研究，最先在國內建立了用于人類主食研究的碳十三分析方法等等。而其中令兩位先生體會最深的研究經歷莫過于20世紀90年代中期進行的國家“九五”重點科技攻關項目——“夏商周斷代工程”。

那是在1996年，兩位先生退休不久準備安享晚年生活，而夏商周斷代工程啟動了。對他們而言，這又是一場硬仗，需要面對壓力和挑戰(zhàn)。但多年科學研究工作的體會更讓他們深刻地意識到，只有能夠攀登險峰的人，才有機會領略山下看不到的風景。

斷代工程是由時任國家科委主任的宋健和國務委員李鐵映共同倡導并發(fā)起的，是歷史科學領域中建國以來規(guī)模最大的研究項目。包括歷史學、天文學、考古學和碳十四測年技術四個學科的國內兩百多位專家學者參加了這一課題研究。其目標是通過多學科的合作研究建立夏商周三代年表。由國務院任命了四位首席科學家，仇士華先生是其中之一，負責斷代工程中碳十四測年研究任務。

斷代工程中碳十四測年面臨的最大難題是碳十四測年的高精度。如果要讓碳十四測年真正在斷代工程中發(fā)揮作用，必須要應用系列樣品方法，而系列樣品方法應用的前提，首先需要年代的高精度。精度的提高涉及到許多因素，如實驗室環(huán)境條件、儀器和設備性能、方法技術、應用模式、統(tǒng)計學等方方面面，其難度較大。

在資金、條件、時間有限的情況下，圍繞課題任務，碳十四測年課題組設置了三個專題，一是常規(guī)碳十四測年方法的設備改造與研究；二是骨質樣品的制樣研究；三是加速器測年方法的設備改造與研究。通過一番改造與研究，常規(guī)測年精度達到3‰，加速器質譜測年精度好于5‰，這為高精度測年研究奠定了基礎。

接下來的樣品測試中首先進行測定的是樹輪系列，因為樹輪系列的測定可以對測定的精準度進行校正。其后是對山西天馬曲村晉侯墓地M8的測定。該墓是晉獻侯蘇的墓，出土有晉獻侯蘇編鐘共16件，銘文凡355字。經過研究測定，所得結果為公元前808±8年，這與《史記?晉世家》所載晉獻侯蘇死于周宣王十六年相合。之后便開始了各系列的樣品測定。

通過系列樣品方法的研究與應用，與考古學密切結合完成了以下系列的研究測定：

北京房山琉璃河西周墓葬系列、陜西長安馬王村H18先周—西周系列、河南安陽殷墟墓葬系列、鄭州商城系列、偃師商城系列、二里頭系列、二里崗水井井圈木系列等。

通過上述系列的研究測定，使學界關注的武王克商之年、二里頭一期的年代、鄭州商城年代等均獲得突破性進展，為夏商周三代年表的建立提供了依據。

夏商周斷代工程使我國的碳十四測年水平上了一個新臺階，第一是年代精度的提高，第二是系列樣品方法應用研究模式的建立，這為其后“中華文明探源工程”研究中的年代研究奠定了基礎，也為今后高精度測年研究模式新常態(tài)提供了條件。

20世紀60年代在碳十四實驗室工作的蔡蓮珍研究員

開拓者的情懷

仇先生說他從江蘇南通中學畢業(yè)后考入了浙江大學物理系，當時和蘇州考來的蔡先生在同一班。在早年進入大學念書的女生就不多，更何況就讀的是一向被認為由男性占據統(tǒng)治地位的物理系。我們對蔡先生更加仰慕了，她在班級里就非常優(yōu)秀，后來的研究工作也都是和仇先生一起完成的。特別是在外國文獻的研究方面，蔡先生更有過人之處，每當說起這些，仇先生話里話外都飽含著贊許。

當年他們結婚時，科學院原子能研究所將錢三強所長尚未入住居所中的一間臨時提供給兩位新人暫住。那時是1956年，他們剛從物理專業(yè)畢業(yè)，作為優(yōu)秀生被分配到科學院原子能研究所?？吹贸?，對美好未來的憧憬讓這對年輕人心里充滿了希望。然而，沒過多久，他們就雙雙被劃為右派。直到20世紀70年代末，伴隨著科學的春天來臨，才重新恢復名譽。在這長達二十多年的漫長歲月中，兩位先生雖然背負著沉重的壓力，卻不計個人榮辱仍舊為國家勤奮工作，為中國考古學的科學騰飛貢獻著自己的青春和年華。當年由于測年工作的需要，他們往往二十四小時連續(xù)工作，夜以繼日。對此，他們無怨無悔。回憶起那段歲月，仇先生說當年夏所長等領導對兩位很尊重，有關科技方面的事情都要征求兩位的意見，讓他們很受鼓舞，他們仍然對未來充滿信心。

在老一輩們的足跡中后來者前行，我們的事業(yè)就是這樣一步一步向前發(fā)展的。

（作者為中國社會科學院考古研究所研究員、碳十四實驗室負責人）