鍶同位素溯源法在古代紡織品研究中的應(yīng)用

吳曼琳　楊小明

摘要： 古代紡織品的研究作為一個(gè)歷史學(xué)、考古學(xué)與自然科學(xué)相融合的交叉學(xué)科，數(shù)十年來在國內(nèi)的研究并未有長足的發(fā)展，目前依舊以歷史和經(jīng)典考古為主。文章介紹近年國外在古代紡織品研究領(lǐng)域，借助自然科學(xué)領(lǐng)域最前沿的地球科學(xué)與化學(xué)的理論，應(yīng)用追溯起源的鍶同位素溯源法。通過闡述鍶同位素溯源法的原理及其如何應(yīng)用于紡織品研究領(lǐng)域，并分析目前的實(shí)驗(yàn)研究案例，認(rèn)為這一新技術(shù)可以成功判定古代毛紡品的原材料來源，但仍存在一定的局限性，并不適用于所有天然纖維。

關(guān)鍵詞： 自然科學(xué)；鍶同位素；古代紡織品；考古學(xué)；新技術(shù)

中圖分類號： TS101.8

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號： 10017003（2017）05005104

引用頁碼： 051109

Abstract： Archaeological textile research is an interdiscipline combined with history， archaeology and natural science. For decades， this area failed to achieve a great progress in China. Current research is still dominated by history and classical archaeology. This article introduces the cuttingedge science and technology methods in archaeological textile research abroad based on geosciences and chemistry， i.e. strontium isotope tracing method. Besides， this paper expounds the principle of strontium isotope tracing method and how it is applied in textile research field and analyzes current experimental study cases. It is believed that this new technology can successfully judge the raw material source of ancient woolen textile， but it still has its limits so that it is not applicable to all natural fibers.

Key words： natural science； strontium isotope； ancient textile； archaeology； new technology

紡織品遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止是“交錯(cuò)的紗線”，它是考古學(xué)和科技史研究中重要的對象和課題。它們是由人類創(chuàng)造的產(chǎn)物，能夠告訴人們隱藏在其背后的社會、年代及文化，關(guān)于創(chuàng)造它們的人類、人類的選擇、人類所使用的技巧，以及當(dāng)時(shí)所能夠使用的材料。它能揭示出穿著者的性別、年齡、家庭從屬關(guān)系、社會地位、職業(yè)、宗教信仰及種族，所有這些方方面面的零碎信息都為揭開過去社會的關(guān)鍵特性做出了貢獻(xiàn)，使得人們能夠更進(jìn)一步地了解過去。

識別考古文物的來源，并非不可能，但是通常是十分困難的。特別是考古紡織品，由于可用的原材料范圍十分廣泛，而其使用的技術(shù)，許多又頗為相似且經(jīng)過長時(shí)間的傳承，因此很難用類型學(xué)將其分門別類，來判斷其起源。想要進(jìn)一步接近這些幾千年前存在過的人類，就需要借助新穎的、基于自然科學(xué)理論與研究手段的科技考古學(xué)方法，使得相關(guān)研究者可以盡可能地去識別這些古老的紡織原材料。

1鍶同位素溯源法

鍶（Sr）是一種可追蹤的堿土金屬元素，有四種天然變化的同位素。鍶同位素的追蹤是依靠其中兩種同位素，即87Sr和86Sr，特別是兩者的比例變化。地質(zhì)材料（巖石、土壤、金屬）中87Sr和86Sr比例的變化取決于初始物及其衍生物的比例，巖石的種類與材料的存在時(shí)間。鍶取代了礦物晶格中鈣的位置，從而通過與地質(zhì)材料的接觸或者食物鏈存在于人和動(dòng)物的體組織中。鍶同位素的比值在化學(xué)分離后，可用熱電離質(zhì)譜器測量出來[1]。

1985年，Ericson首次提出這個(gè)概念[2]，將鍶同位素比值應(yīng)用于考古材料中，將其與特定地區(qū)地質(zhì)基巖層和土壤特性相結(jié)合，從而探尋考古材料的地理起源。其原理基于鍶同位素地質(zhì)年代學(xué)和地球化學(xué)的理論，鍶同位素的特征，是從各種傳輸途徑，例如土壤或者食物鏈進(jìn)入到人類和動(dòng)物的組織，以鍶元素來代替鈣元素。而不同地區(qū)和年代的巖石有著不同濃度的同位素比值特征，這些比值和其他微量元素的比例，可以準(zhǔn)確地提供某一地區(qū)的地質(zhì)特征。在過去的20年里，這一方法被多次應(yīng)用于史前生物的骨骼研究之中，以此來探尋史前人類和生物的生活軌跡[3]，并且重構(gòu)古代人類和動(dòng)物的遷徙路線[4]。

確定考古文物的確切出處往往是對考古資料研究中最困難的一部分，在紡織考古領(lǐng)域尤其如此。由于紡織品往往使用極其廣泛的原材料、非常相似的紡織工藝，使得類型學(xué)上的分類無法準(zhǔn)確地判定考古實(shí)物的出處及來源。蒙哥馬利在其發(fā)表的文章中，提到將牙釉質(zhì)中的鍶同位素比例作為“歷史的護(hù)照”，來對比考古材料的起源[5]。同樣的設(shè)想也可以應(yīng)用于紡織品中。

2新方法在古代紡織品領(lǐng)域的應(yīng)用

如今，鍶同位素的溯源研究正逐漸開始被應(yīng)用于紡織考古領(lǐng)域，探尋紡織原材料的來源。由于鍶同位素是可以從食物鏈中攝取的，也就是說這種方法可以應(yīng)用于大多數(shù)動(dòng)物和植物及其制品，在紡織品領(lǐng)域，即纖維及其制品[6]。

鍶同位素用于紡織品的研究最早始于2009年，丹麥紡織品研究中心與丹麥哥本哈根大學(xué)地球?qū)W研究中心共同開始了一項(xiàng)長期的實(shí)驗(yàn)性研究，運(yùn)用北歐不同地區(qū)的現(xiàn)代羊毛樣本進(jìn)行研究，測試其中的鍶同位素含量。

哥本哈根大學(xué)的此項(xiàng)研究采集了北歐多處具有代表性地區(qū)的土壤及現(xiàn)代羊毛樣品，對其進(jìn)行了鍶同位素含量的檢測，旨在測定不同地區(qū)所產(chǎn)出的羊毛標(biāo)本，其鍶同位素的含量比例是否與當(dāng)?shù)赝寥浪逆J同位素比例相同，從而可以推論這一研究方法是否可以真實(shí)可行地應(yīng)用于紡織品的研究。

實(shí)驗(yàn)初期，采取了丹麥Hje Gladsaxe mose、Farum地區(qū)，以及瑞典Boserup地區(qū)三處的土壤樣品，包括生長在這三處區(qū)域內(nèi)的綿羊種群羊毛樣品。經(jīng)過對比測試，在所測試的三個(gè)地區(qū)的樣品中，有兩個(gè)地區(qū)的羊毛樣品與土壤樣品的鍶同位素含量基本吻合，可以看出盡管存在著一定偏差，但不同區(qū)域內(nèi)生長的綿羊種群，其出產(chǎn)的羊毛中鍶同位素的含量與該地區(qū)土壤所含鍶同位素比例的確存在著相應(yīng)的關(guān)聯(lián)[7]。隨后的實(shí)驗(yàn)將樣品的采集范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，截止到目前為止，該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)覆蓋了丹麥、瑞典、挪威，以及蘇格蘭東部的設(shè)得蘭群島在內(nèi)的數(shù)十處地區(qū)約三百件土壤及羊毛樣品。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)一步證實(shí)了鍶同位素應(yīng)用于紡織品領(lǐng)域的可行性。

鍶同位素用于紡織品檢測的第一個(gè)實(shí)例，是在丹麥胡德莫斯泥炭沼澤出土的一件鐵器時(shí)代早期的羊毛服飾，如圖1所示。斯堪的納維亞半島的泥炭沼澤在鐵器時(shí)期的紡織品研究中扮演了一個(gè)十分重要的角色，在其中發(fā)現(xiàn)了大量的史前人類遺體。對泥炭沼澤中人體遺骸的解釋，通常認(rèn)為是一種懲戒的方式，或是宗教的祭祀原因，但最近的研究認(rèn)為對此還需要做進(jìn)一步的詳細(xì)調(diào)查，也許泥炭沼澤的尸體也可以視作一種下葬的方式，是當(dāng)時(shí)喪葬文化的一部分。

胡德莫斯出土的這具女性干尸，出土?xí)r包括長及腳踝的羊毛連身裙，羊毛圍巾及皮毛披肩，實(shí)驗(yàn)在羊毛連身裙上選擇15個(gè)樣本，分別采取自同一件紡織品的不同部位，連同胡德莫斯的土壤樣品一同進(jìn)行了測試。測試結(jié)果表明，在采樣的15個(gè)測試樣本中，共得出三種不同的鍶同位素比例，其中十件樣品與當(dāng)?shù)夭扇〉耐寥梨J同位素比例基本相同，另外五件樣品的鍶同位素比例則明顯高于當(dāng)?shù)赝寥罉悠?，顯然其采用的羊毛品種并非來源于當(dāng)?shù)豙8]。

實(shí)驗(yàn)證明這件紡織品是由源自至少三個(gè)不同地區(qū)的羊毛混合制作而成，其中一種來自于丹麥本地，另外兩種則源自境外其他地區(qū)。這一研究的結(jié)果從某種意義上來說，揭示了紡織品研究的新篇章，這可能是有史以來的第一次，有確切的證據(jù)證明了古代社會，最晚從鐵器時(shí)代開始，紡織品及其原材料就已經(jīng)開始遠(yuǎn)距離的引進(jìn)和交換，人們會從非常遙遠(yuǎn)的區(qū)域收集同樣品質(zhì)的紡織材料，用來制作同一件服飾，這一特性也表明了古代社會貿(mào)易及紡織知識的高度發(fā)展。

鍶同位素的分析通常只需要很少的原材料，因此在進(jìn)行檢測時(shí)往往會選擇同一紡織品中的幾個(gè)樣本，特別是中央和邊緣看起來有稍許不同的原材料，或者是采取自不同的經(jīng)線和緯線。即使整件紡織品看起來使用的是同一種材料，但實(shí)驗(yàn)的結(jié)果卻證實(shí)其原材料來源自不同的地點(diǎn)。

3局限性與不確定性

盡管新方法給考古紡織品的鑒定帶來了新的可能性，但是依賴于自然科學(xué)前沿的各種方法依然有其局限性和不確定性。以鍶同位素的檢測為例，鍶同位素的檢測結(jié)果必須要與當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)環(huán)境及其他生物的檢測結(jié)果相對比，才能確認(rèn)紡織品的纖維是否來源于該區(qū)域。

地殼是由一層一層的巖石構(gòu)成，在地殼發(fā)展過程中所形成的各種巖石層和非巖石層，共同構(gòu)成了地層系統(tǒng)。由于每個(gè)地區(qū)地殼形成的時(shí)期不同，地質(zhì)年代也有所差異，因此每個(gè)地區(qū)鍶同位素的比例均有所不同。這種技術(shù)主要依賴于當(dāng)?shù)睾推渌貐^(qū)具有地質(zhì)差異的巖石和土壤特征，是否能成功地分析紡織品，部分取決于其發(fā)掘地周圍的考古環(huán)境，同時(shí)也取決于周圍生物圈[9]。

盡管可以依此判別原材料是否來源于當(dāng)?shù)兀窍胍_切地說出非本地產(chǎn)的原材料究竟來自哪個(gè)地區(qū)，依舊是極度困難的。雖然它提供了一個(gè)潛在地區(qū)分本地和非本地纖維起源的分析，但是目前它還很難精確地描繪和分析出纖維的確切地理起源。

其次，由于史前紡織品的原材料通常經(jīng)過長時(shí)間的掩埋，土壤的成巖作用可能會對其產(chǎn)生交互影響，所以如何改善原材料凈化程序，如何確保獲取其真實(shí)的鍶同位素比例，如何從中提取基因，都是需要逐步改進(jìn)和研究的課題[10]。且紡織品的原材料——羊毛或者植物纖維，與人類和動(dòng)物的骨骼有著巨大的差別。其中最重要的一點(diǎn)在于鍶的濃度有很大的區(qū)別，牙釉質(zhì)和骨頭中鍶的比例比毛發(fā)（例如羊毛）要高得多[11]。牙齒琺瑯質(zhì)和骨骼組織中的鍶濃度大約為50～1000mg/kg，而毛發(fā)中的濃度只有0.05～15mg/kg。因此，紡織品的預(yù)清洗、色譜分析和質(zhì)譜分析，都更為困難[12]。

另一個(gè)局限則是在于適用于此方法的纖維品類。目前鍶同位素溯源法在紡織品上的應(yīng)用尚處于起步階段，實(shí)驗(yàn)均應(yīng)用于羊毛類的紡織品。與強(qiáng)韌的羊毛纖維不同，絲綢等其他天然纖維相對較為脆弱，目前可用于羊毛纖維凈化和預(yù)清洗的試劑，會對這些纖維的成分造成嚴(yán)重的破壞，因此鍶同位素?zé)o法用于棉麻和絲綢紡織品的檢測和研究。如何擴(kuò)大這些新方法的使用范圍，使其應(yīng)用于更多種類的紡織品纖維，將是有待解決的一大難題。

再者，盡管考古紡織品的表面總是呈現(xiàn)棕色或是深色，但這并不一定是他們本來的顏色。染色一直是紡織品制造的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。染料和媒染劑的識別通常需要非常復(fù)雜的化學(xué)分析，而天然植物染料及其染色時(shí)使用的媒染劑，也會影響紡織品中原始同位素等的比例，從而對很多檢測的結(jié)果產(chǎn)生干擾。因此，這些新方法在紡織品應(yīng)用領(lǐng)域的另一重要研究方向，則是如何將天然染料從這些被染過色的紡織品中去除，以防止天然有機(jī)染料對原材料的檢測結(jié)果造成影響。

此外，古代土壤有機(jī)物的來源復(fù)雜、成分繁多，因此對于不同的樣品需要使用不同的方法，如果條件允許，最好能做交叉檢驗(yàn)，以此來選擇可靠的測年樣本。但是如此一來，勢必對古代紡織品完整性造成破壞，使其在一定意義上失去文物價(jià)值。這也使得各項(xiàng)新技術(shù)的檢測方法在紡織品的應(yīng)用無法像在其他古代文物的檢測上一樣普遍。

4結(jié)論

文物最重要的學(xué)術(shù)意義在于為人類提供了解以往事物真相的依據(jù)，鍶同位素這一結(jié)合了歷史考古學(xué)與地球科學(xué)、生物學(xué)及化學(xué)的新方法，向人們展示了一種在科技日益發(fā)展的情形下，結(jié)合自然科學(xué)先進(jìn)手段，對古代紡織品進(jìn)行研究的極大可能性。紡織品的研究不僅是關(guān)于紡紗、捻線或是纖維的拼接，最重要的是紡織材料、技術(shù)和社會的交互作用而形成的結(jié)果。

雖然這項(xiàng)研究仍在起步階段，并不非常成熟，但其前景非常樂觀，借助這些先進(jìn)的方法，大家對古代紡織品了解得越多，離許多謎團(tuán)的答案也就更近。例如到底是誰精心制作了這些紡織品，怎么樣的人穿著這些紡織品?？脊艑W(xué)和歷史學(xué)家能夠處理更為廣泛的考古問題，并對古代紡織品進(jìn)行更為全面的研究和解釋，為探索古代紡織生產(chǎn)和人文社會提供了更多的技術(shù)和技巧，獲取更多的關(guān)于古代社會及生產(chǎn)的信息，從而對其進(jìn)行更好的解讀。

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