中國史前時(shí)期主要材料的熱處理

中國史前時(shí)期主要材料的熱處理

文明始于工具的生產(chǎn)，人類生活的水平在很大程度上取決于他們使用的工具和材料。早期人類的加工,經(jīng)常借用熱力。換句話說,就是利用熱處理的方法。新石器時(shí)代開始,人類用火將黏土燒制成陶器。青銅時(shí)代以后,人們用火來處理礦石以獲得大量的青銅制品。鐵器時(shí)代以后,熱處理的應(yīng)用更為廣泛。盡管現(xiàn)在已進(jìn)入高技術(shù)新材料時(shí)代,仍然可以毫不夸張地說,熱處理直接推動(dòng)了材料及其器件的發(fā)展和進(jìn)步。除了舊石器時(shí)代,熱處理在人類發(fā)展的各階段都起到了推動(dòng)作用。舊石器時(shí)代是以打擊加工石器為主要特征的。那么,舊石器時(shí)代人類究竟有沒有采用過熱處理,熱處理究竟如何為原始人類加工工具服務(wù),還有究竟最早的熱處理出現(xiàn)在何時(shí),這些問題對(duì)大多數(shù)的熱處理工作者來說,都不甚清楚。中國是古人類生產(chǎn)活動(dòng)較為活躍的地區(qū),也是人類較早用火的地區(qū)。那么舊石器時(shí)代中國是否出現(xiàn)熱處理,這些熱處理是否促進(jìn)中國新石器時(shí)代的發(fā)展,這些都是十分令人感興趣的問題。然而,查閱了國際上金屬和陶瓷等數(shù)據(jù)庫,均未發(fā)現(xiàn)有詳細(xì)闡述這一時(shí)期熱處理的文獻(xiàn)。為了弄清這些問題,本文通過大量閱讀對(duì)人類早期器物的考古成果,通過整理、歸納和分析,最終獲得了盡管很粗淺,但卻饒有意思的結(jié)果。希望通過本文的粗步分析,能激發(fā)人們對(duì)舊石器時(shí)代熱處理的關(guān)注,加強(qiáng)對(duì)熱處理作用的深入認(rèn)識(shí)。研究古代熱處理,也為高技術(shù)新材料的制備和加工提供可以借鑒的方法和思路。1中世紀(jì)中國古代考古研究的特點(diǎn)舊石器時(shí)代從距今約250萬年前開始到距今1萬年左右,對(duì)其一般采用三分法,即早期、中期和晚期。中國的舊石器文化的時(shí)間和空間分布很廣泛,已發(fā)現(xiàn)的來自舊石器各階段的人類化石的地點(diǎn)有200處以上,擁有大量的動(dòng)物化石和舊石器時(shí)代遺物。舊石器時(shí)代早期還可以分為早段、中段和后段。屬于舊石器時(shí)代早期早段的地點(diǎn)有山西省南部的西侯度文化遺址、云南省北部的元謀人遺址、重慶巫山人、安徽人字洞、河北省北部的小長梁、東谷坨舊石器等。其中,西侯度的年代較早,經(jīng)古地磁斷代初步測(cè)定,不晚于距今180萬年,屬于舊石器時(shí)代早期中、后段的地點(diǎn)有北京人、藍(lán)田人、匼河、大荔人和許家窯等遺址。北京人是國際上最著名的舊石器時(shí)代遺址。根據(jù)多種同位素方法和古地磁法測(cè)定的結(jié)果,北京人文化延續(xù)的時(shí)間為距今70萬~20萬年。舊石器時(shí)代中期有丁村遺址、大荔人和許家窯等遺址,丁村文化是這一時(shí)期文化的代表。舊石器時(shí)代晚期,文化的分布范圍進(jìn)一步擴(kuò)大,華北地區(qū)的舊石器地點(diǎn)幾乎遍布黃土高原,蒙古高原和華北平原也有如薩拉烏蘇、劉家岔、禹門口、小南海、峙峪,鴿子洞、西八間房、小孤山、昂昂溪等地點(diǎn);中原、西部和南部地區(qū),有大量的遺址被發(fā)現(xiàn),如下川、富林、銅梁、貓貓洞、百色盆地、元謀-宜良(路南)等,特別是在臺(tái)灣省發(fā)現(xiàn)了這個(gè)時(shí)期的人類化石和文化遺物。由于有著幅員遼闊的國土和豐富的早期人類化石及文化遺物,使中國日益成為世界上研究人類起源、進(jìn)化及遠(yuǎn)古文化發(fā)展的重要地區(qū)之一。中國的舊石器時(shí)代考古,已初步建立起比較完整的體系。擁有這些豐富的考古成果使我們有條件對(duì)舊石器時(shí)代材料熱處理進(jìn)行專題分析。當(dāng)然,由于這一研究課題屬交叉學(xué)科領(lǐng)域,要得出很肯定的結(jié)論還有賴于考古學(xué)界的配合。2量材料的加工制作舊石器時(shí)代的人類最主要的工具之一有木棒。如《商君書·畫策》云:“昔者昊英之世,以伐木殺獸,人民少而木、獸多”。這時(shí)期的人們經(jīng)常用木棒,并將木和竹等有機(jī)物制成尖狀的工具,如木矛、標(biāo)槍和弓箭等。由于竹、木等有機(jī)物很難保留到今天,在中國地區(qū)的舊石器遺址的考古中,尚未見有關(guān)報(bào)導(dǎo)。實(shí)際上在全世界范圍內(nèi)發(fā)掘的這類文物也不多。但是,在舊石器文化遺物中有很多的刮削石器,特別是月牙狀的刮削石器,很明顯這主要是用以加工木棒的。另外,在很多遺址中都出土了尖狀石器,有些小型的尖狀石器主要是用作為標(biāo)槍和弓箭的石簇。石制品是舊石器時(shí)代的象征。中國舊石器時(shí)代早期早段的文化中年代較早的是西侯度文化,有刮削器、砍斫器和尖狀器。在這個(gè)階段末期的東谷坨和小長梁,石器包括好幾種類型的刮削器、尖狀器和鉆具等,加工技術(shù)已經(jīng)達(dá)到較高的水平。舊石器時(shí)代早期的中、后階段,發(fā)現(xiàn)的材料很豐富,北京人遺址出土了很多器形都比較穩(wěn)定的石器,如三棱大尖狀器、手斧、石球和好幾種刮削器和尖狀器。在以小型石器為特征的周口店和峙峪、大荔、許家窯等遺址都發(fā)掘出很多的刮削器、尖狀器、雕刻器和砍斫器。在舊石器時(shí)代中期和晚期,中國舊石器文化空前繁榮,出現(xiàn)了典型的細(xì)石器工藝及石器工藝的多樣化,其中狹長的石葉制作的工具占了很大的比例。這種石葉是在石片上進(jìn)行鑿削和壓削等第二次加工制成的,使用這種技術(shù)可以制造各式各樣的工具和武器,如切割器、刮削器、端刮器、雕刻器、石矛、石刀等,磨制石器的方法也在這時(shí)出現(xiàn)了。所以在這一時(shí)期的許多遺址中出土了眾多的刮削器、尖狀器、雕刻器、錐、鋸等,個(gè)別遺址中還出現(xiàn)了箭頭。角是舊石器時(shí)代的重要材料之一。特別是長形的角,如鹿角,可以作武器和工具。尖形的角,如牛、羊角,可以作為武器,比木器更硬、更耐久。角材也類似于木材不易保存,所以在早期的遺址中發(fā)掘得較少。為了利用這些角材,古人類要對(duì)其進(jìn)行加工,所以在發(fā)掘出的角器通?？梢娂庸さ暮圹E。距今約180萬年的西侯度文化遺址,1959年發(fā)現(xiàn)大批古脊椎動(dòng)物化石、32件石制品,其中有切割刮削痕跡的鹿角和被火燒過的骨、角、牙等。其中兩件具有人工痕跡的鹿角,一件表面有用銳利器物割切或砍斫出來的“V”形溝槽,另一件表面有很清楚的刮痕,表明當(dāng)時(shí)的人類可能已經(jīng)會(huì)制作骨角器了。周口店遺址中也發(fā)現(xiàn)了經(jīng)加工制作痕跡的鹿角。在舊石器中、晚期,角器出土的更多了,如在貴州穿洞和貓貓洞都發(fā)現(xiàn)了角鏟,它們多為鹿角干或枝叉制成。穿洞的角鏟是用鹿角基部制成,長度65mm,刃寬為60mm,為兩面平齊勻稱的刃口。骨也是舊石器時(shí)代的一種常見材料,器物有骨鏟、骨椎和骨刀等。舊石器時(shí)代的骨鏟由大塊肢骨弄破成骨片制成,通常是先在端部刮削開出刃口,加以磨制成刃。在舊石器時(shí)代還發(fā)掘出其它骨材制品,包括牙制品和魚骨制品,如小孤山、山頂洞、四川資陽、水洞溝、貓貓洞和穿洞等遺址出土的骨針、魚叉、骨錐、骨刀等,它們是采用一套不同于制作石器的工藝精心制作的。在王府井東方廣場(chǎng)遺址也出土了豐富的骨制品。骨制品可分為骨核、人工骨塊、骨片、骨屑和骨器五大類,其中骨片約占骨制品總數(shù)一半,骨器包括刮削器、尖頭器、雕刻器和骨鏟四類。3熱加工材料的研究舊石器時(shí)代的材料熱處理必然涉及到古人類的用火。中國古人類的用火遺跡一直在世界范圍內(nèi)倍受關(guān)注。表1統(tǒng)計(jì)了所發(fā)現(xiàn)的舊石器時(shí)代有關(guān)的30處用火遺跡,其中還有一些遺跡是否真正屬于人類用火遺跡存在爭(zhēng)議。可以看出我國有很豐富的考古資源,我國的考古工作者曾經(jīng)對(duì)當(dāng)時(shí)使用的材料有否用火加工做了分析,這些資源為舊石器時(shí)代的材料熱處理進(jìn)一步分析提供了很好的借鑒。從我國的考古資料上可以看出,中國古人類在采用角質(zhì)材料方面有很長的歷史。早在180萬年前的西侯度人就懂得加工鹿角,該遺址發(fā)掘的鹿角化石長80cm,在靠近角節(jié)主枝的后外側(cè),有一個(gè)用人工砍切出來深5cm的溝槽,其橫斷面呈“V”型。這在全球的同類物品中,是屬于較先進(jìn)的。在許多遺址中都發(fā)現(xiàn)了燒角,其中引起國際注意的是發(fā)現(xiàn)了北京人加工鹿角的痕跡,如許多鹿頭骨只保留一個(gè)頭蓋,上面有清楚的打擊痕跡。如果結(jié)合使用的過火的角器,如一段頭部燒焦的鹿角,說明北京人是經(jīng)常將鹿角砍下作為工具,并可能進(jìn)而用火來加工鹿角。文獻(xiàn)提出了北京人已掌握先用火燒使鹿角局部變軟后容易截?cái)嗟姆椒?。鹿角通過加熱不僅利于切削、塑形,而且可以硬化。這使得古人類較容易發(fā)現(xiàn)熱處理可以被利用。所以,應(yīng)該說北京人用加熱方法加工鹿角是國際上發(fā)現(xiàn)的人類第一例的熱處理,可以說這是人類技術(shù)史上的一個(gè)重要進(jìn)步。中國古人類對(duì)骨質(zhì)材料用火進(jìn)行加工的遺跡也有過許多報(bào)導(dǎo)。在貴州穿洞發(fā)掘出有大量石器、骨器和角器。其中骨鏟長度為70~140mm,寬度為20~40mm,是由大塊肢骨剔出的骨片制成,其端部經(jīng)刮削、磨制,成利刃。長度為40~120mm,寬度為10-14mm的骨椎的經(jīng)加工端部也很尖銳。值得注意的是這些骨器的端部有用火燒過的痕跡。發(fā)現(xiàn)者認(rèn)為這是古人類為了改變骨材的性質(zhì)而采用的火燒加工。在三亞發(fā)現(xiàn)的舊石器時(shí)代遺跡中,也有被火燒加工過的骨器。通過加熱,骨質(zhì)材料中的生物質(zhì)和骨疏質(zhì)會(huì)揮發(fā)和炭化,可以提高骨刀的硬度。在舊石器時(shí)代,古人類用的粗制石器,顯然大部分是人工加工制成的?？梢韵胂笤谑鞯闹谱鬟^程中,原始人如果采用了熱處理加工的方法,即采用火燒甚至火燒加水淬的辦法進(jìn)行石器的初加工,則可以明顯省時(shí)省力。在中國古人類的用火遺跡上有很多的燒石遺存,這些過火的石塊中是否有為打擊石器而準(zhǔn)備的坯料,還有待進(jìn)一步的分析。當(dāng)然,古人類是否采用了這一方法還需要考古學(xué)界的詳細(xì)分析,包括石器表面紋理的分析和石器表層和內(nèi)層組織的分析。通過熱處理加工的方法可以分解石塊,這也可以在開鑿巖石時(shí)使用。2005年9月,遼寧省文物考古研究所發(fā)布了對(duì)5000年前的牛河梁遺址的考古結(jié)果,在這些遺址中考古人員發(fā)現(xiàn)了大量的紅燒土面。根據(jù)專家推測(cè),古人為了開鑿花崗巖,想出的辦法就是火水并用,先是火燒巖石,使巖石膨脹,然后再澆冷水,在這樣的冷熱作用下,堅(jiān)硬的巖石也就破裂,變得容易開鑿了。紅燒土面被考古人員認(rèn)為可能是巖石經(jīng)火燒風(fēng)化的產(chǎn)物。如果證實(shí),那么可以說這是古人類在得知采用火燒可以弱化巖石的基礎(chǔ)上所發(fā)明的熱處理方法。值得注意的是在中國古人類的用火遺跡上尚未找到木器遺存。關(guān)于古人類以木器作為工具是毋庸置疑的。那么熱處理有可能被用在木質(zhì)材料的加工上嗎?木質(zhì)材料的缺陷主要是硬度較低。木質(zhì)材料在熱的作用下,會(huì)產(chǎn)生熱分解反應(yīng),溫度越高分解速度越快。當(dāng)加熱溫度超過220℃以上未達(dá)到燃點(diǎn)時(shí),木材中釋放出大量的可燃性氣體,這些易燃?xì)怏w揮發(fā)以后,木質(zhì)就得以硬化。原始人類采用木棒撥火時(shí)有可能發(fā)現(xiàn)不完全燃燒的木質(zhì)材料會(huì)變硬,進(jìn)而自然會(huì)用火燒來處理木質(zhì)物品使其硬化。國外的考古學(xué)家認(rèn)為古人有意地?zé)灸景艉湍久?使其堅(jiān)硬,并認(rèn)為是人類用火技藝的提高。因?yàn)樵谟死水?dāng)舊石器時(shí)期的遺址中曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)一件木矛,其尖部曾經(jīng)火燒處理變得堅(jiān)硬,非洲也有少數(shù)類似的木器被發(fā)現(xiàn)。遺憾的是我國還沒有找到熱處理已被應(yīng)用在木質(zhì)材料加工的實(shí)例。4材料熱處理的應(yīng)用中國古人類舊石器時(shí)代的用火遺跡一直在世界范圍內(nèi)倍受關(guān)注。本文分析了有關(guān)的30多處用火遺跡,可以看出我國舊石器時(shí)代所用的主要材料有石質(zhì)材料、骨質(zhì)材料、角質(zhì)材料和木質(zhì)材料。這些材料在加熱后性能的改變?yōu)槿祟惒捎脽崽幚硖峁┝丝赡苄浴Ｔ缭?0萬年前,中國古人類在舊石器早期的鹿角加工上就采用了熱處理,這是人類歷史上的一項(xiàng)重大進(jìn)步。舊石器中、晚期,古人將熱處理更多地用在骨質(zhì)材料加工上。在古人類文化遺跡中有大量的燒石,