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讲座纪要 | 中华文明起源与发展阶段的年代研究

2022-11

2022年11月11日,亚搏手机版app下载研究生课程《考古学研究》“中华文明探源的北大实践”系列讲座的第五讲《中华文明起源与发展阶段的年代研究》在考古楼A座101教室举行,由亚搏手机版app下载吴小红教授主讲。


图1:吴小红教授在讲座中


夏商周断代工程与中华文明探源工程的缘起

吴小红教授首先简要介绍了中华文明探源工程的阶段划分,并以全程参与者的视角,讲述了夏商周断代工程和中华文明探源工程的缘起和发展,并指出两者是一个连续的过程。

吴小红教授认为,1996年夏商周断代工程的启动是学术发展的必然结果。在当时,国内业已形成了一种利用多学科对年代学问题开展研究的学术基础。同时,“中华上下五千年”的说法一直缺乏可靠的绝对年代数据作为支撑,大量的考古工作基本是在运用地层学和类型学的方法,进行相对年代的构建或者考古学文化谱系的梳理。而当时的考古学作为历史学下的二级学科,有着深厚的“证经补史”的学术传统。在此背景下,国内学者迫切地希望赋予考古学文化谱系以绝对年代的概念,并能够确立起夏商周三代相对可靠的年代学框架。

在夏商周断代工程之后,于2001-2003年开展了中华文明探源工程预研究。吴小红教授对预研究阶段的课题设置情况进行了简单回顾。当时,学者们意识到,除了解决考古学文化谱系的年代问题之外,与社会发展、人类行为相关的诸多问题还亟待回答。因而,在中华文明探源工程预研究阶段,学者们的研究领域向着更宽、更深的维度拓展。从课题的设置上,一方面延续对考古学文化谱系进行年代测定及历史文献梳理,另一方面将文字、手工业、聚落形态等与文明起源密切相关的问题也纳入了研究范畴。此外,还针对礼制、古环境、中外文明起源比较研究等问题开展相关研究。

接着,吴小红教授梳理了中华文明探源工程启动的基础与背景。从新石器时期考古学文化的角度出发,苏秉琦先生在考古学文化区、系、类型理论的基础上,提出中华文明是“多元一体”的。尽管目前学术界对此有不同的理解,但多数学者认为中华文明是由“多元”走向“一体”的,或者是“多元”的前提即是“一体”,并经历了逐步中心化的过程。故而,中华文明探源工程的开展,正是为了理清和阐释中华文明“多元一体”的发展过程。新石器时期的考古学文化即呈现出逐步向中原地区汇聚的态势。从年代学角度来看,以中原地区的发展脉络为例,尽管关于夏文化年代和夏商分界等问题的研究和讨论仍在继续,但夏商周断代工程为考古学文化谱系绝对年代的研究提供了有意义的探索。在中华文明探源工程开展之初,将研究的时间范围从夏商周时期向前推至仰韶文化中晚期(公元前4000-3000年)和龙山时代(公元前3000-2000年)。与周边地区比较,中原地区的考古学文化谱系相对清晰,也有绝对年代框架可供参考,但总体来看,当时在全国范围内,考古学文化谱系的绝对年代框架构建实际上还是非常薄弱的。吴小红教授认为,构建年代框架需要考古学和年代学方法紧密结合,从夏商周断代工程到中华文明探源工程,年代学研究的方法和理念也是在不断更新中。


碳十四测年法的基本原理与革新

吴小红教授先简要列举了几项考古年代研究方法,并介绍在夏商周断代工程立项阶段,就对可用于开展项目研究的绝对年代方法进行了论证,确定了碳十四测年方法因为样品易得、数据精确度高而被用于项目研究。碳十四测年法可以分为常规碳十四测年法和加速器质谱法(AMS)。在夏商周断代工程期间,常规碳十四测年法已经相对成熟,而加速器质谱法则刚在国内起步不久,所以这两种方法在当时均有使用。现在,随着技术的成熟,加速器质谱法已经在很大程度上取代了常规碳十四测年法。

此后,吴小红教授对碳十四测年的基本原理进行了介绍。碳十四是由宇宙射线中的热中子轰击大气中的氮原子而形成的,一旦产生后,它就与大气中的氧气结合,形成二氧化碳。二氧化碳通过光合作用进入到植物体内,植物中的碳通过食物进入动物或人类体内,由此形成了一个碳从大气圈进入到生物圈的过程。同时,因为二氧化碳可溶于水,所以海洋同大气中的碳也存在一个交换平衡。碳十四作为一种放射性同位素,其衰变不受环境的影响,而只与自身的原子核性质有关,因此碳十四以一种特定的规律进行衰变,一个半衰期5730年,碳十四浓度会衰变为原来的一半。因此,如果我们知道起始的碳十四浓度,就可以通过测量样本中剩余的碳十四浓度来得到样本的年代。然而,大气中碳十四浓度也并非是恒定不变的。比如,宇宙中的行星爆炸、太阳黑子活动等会导致宇宙射线增加,会使大气中碳十四浓度上升;另由于工业革命化石燃料的使用,岩石圈中的死碳被大量释放到大气中,从而稀释了碳十四浓度;核爆实验,则会使得碳十四浓度快速上升。但大气中碳十四浓度每年的波动都会被树木年轮所“记录”,同时借助珊瑚、钟乳石等同样能吸收大气碳十四浓度的样品,可以构建出一个碳十四年代向日历年代校正的曲线。将碳十四测年得到的数据放在这个校正曲线中进行比对,就可以得到校正后的年代,即日历年代。随中国葫芦洞石笋、巴哈马群岛石笋、委内瑞拉卡里亚科海相沉积和日本水月湖湖相沉积等样本的加入,校正曲线也在不断地完善,目前采用的是IntCal20曲线的年代上限可以推至距今5.5万年。

同时,利用加速器质谱法测量样品量小的特点,可以有更多的单一年轮的数据纳入校正曲线,数据量的增加也使得IntCal20相较于之前的校正曲线更加精细。吴小红教授举出圣托里尼的例子来说明越精细的校正曲线对校正后日历年代数据的影响是有一定影响的。公元前两千纪,圣托里尼的火山喷发是地中海地区青铜时代中的一个重要事件,该事件发生的时间历来存在争议。碳十四测年的数据显示火山喷发发生在距今3350±10年,但由于这一区间恰好处于此前的校正曲线的平台期,因此所对应的日历年代很难更加精细,IntCal13校正的结果始终比考古认定的年代早一世纪。而将同样的碳十四测年数据用IntCal20进行校正,可以看出曲线越精细,越容易划分出多段的概率区间。使用IntCal20曲线的校正结果显示,约有17%的概率进入公元前16世纪(95.4%置信度),从而与考古研究得出的年代结果更为接近。尽管碳十四测年结果并不能给出一个确切的数字,但是其提供的年代区间为其他方向的研究提供有效参考。


图2:圣托里尼火山喷发测年数据经IntCal13与IntCal20校正对比


吴小红教授指出,随着技术的进步,碳十四测年方法的革新主要体现在以下两个方面:第一,加速器质谱法相较于常规碳十四测年法的优势是显著的。常规碳十四测年法是通过β衰变计数,测量一段时间内样本中发生衰变的碳十四原子数,但由于其衰变规律的影响,此种方法所需的样本量大,时间长。加速器质谱法是直接测量和计算样本中的碳十四原子数,不必考虑它们是否发生衰变,因此这种方法所需的样本量明显要少,所需的测量时间也明显更短。第二,贝叶斯统计模型的使用。在年代测定中,贝叶斯统计模型可以将分期、地层叠压关系等考古背景信息纳入数据统计中,从而使得数据范围被压缩,年代测定的准确度有显著提升。


图3:贝叶斯公式


碳十四测年样本的选择

笼统来讲,只要是跟大气中碳十四有过充分碳交换,此后不再有碳交换而进入封闭状态的样品都可以被用来进行年代测定。但在考古学背景下,要求样本来源的堆积单位要明确,并且样本的形成时间和进入到堆积单位的时间要明确。满足以上两点,才可以用来进行碳十四年代测定。吴小红教授以如何测一道墙的年代为例,指出要寻找到与人类行为相关联的样本。假设墙体中发现有炭化种子,炭化种子的年代不一定是墙的建造年代,因为不清楚炭化种子进入墙体的具体方式;如果有草拌泥抹在墙的表面,则其中的草可以用来测定墙的建造年代;又如果发现与建墙时相关的祭祀坑,祭牲可以被选择用作测年样本。取得理想的测量结果需要具备两个条件:第一,弄清什么才是能够进行碳十四测年的样本;第二,样本本身的年龄和需要解决的考古问题的年代之间是否存在对等关系。


年代学研究重点的转变和研究成果

吴小红教授指出年代学的研究重点发生了几次转变:从夏商周断代工程到中华文明探源工程预研究至第二期,主要是构建考古学文化谱系的碳十四年代。从第三期开始着眼于研究关键时间节点的年代。此后,又转向了对文明起源及发展进程中的年代研究以及对遗址空间布局的年代梳理。这些转变表现出考古中的年代学研究向着更科学的方向迈进。

夏商周断代工程中年代学的研究方法是:以文献中所记载的最为可靠的、最早的确切纪年(公元前841年)为基点向前推算。在此过程中,文献中的诸王世系和在位时间,以及青铜器铭文所记载的王年等信息,均对年代的测定起到了重要作用。例如,在西周年代学研究中,晋侯墓地的测年是重要的组成部分。将利用加速器质谱法测得的年代数据与《史记·晋世家》所记的晋侯年代对比,发现两者的吻合度很高。还有就是利用多学科手段对“武王克商”之年进行系统研究。一方面通过关键考古遗址的碳十四测年和甲骨文、文献记载来缩小大致年代范围,另一方面通过金文历谱和天文推算寻求克商的可能年代,最后将以上结果进行比较相互印证。夏代的年代研究难度更大,其研究难点在于考古遗址和历史中的“夏”如何对应,并且夏代没有出土文字,这需要大量细致的考古学研究工作。进行夏代的绝对年代测定的前提是考古学研究确定了夏代都城,针对夏代都城,比如二里头遗址、王城岗遗址开展系列年代测定,进而确定夏的年代。好在历史文献资料的存在,提供了许多的年代线索可供参考印证。

讲座最后,吴小红教授用中华文明探源工程中几个都邑性遗址的年代学研究作为案例,结合遗址的布局、样品的选择、贝叶斯统计模型的使用等做了细致介绍。可以看到,考古年代研究是一个系统工程,与考古发掘过程密切相关,与考古堆积单位的形成过程密切相关,与样品的种类密切相关,与考古学文化的梳理密切相关。要得到准确的年代研究结果,在测年样品的选择阶段,需要和考古研究密切结合,这是一个面对面携手工作的过程;样品进入实验室,需要严格按照实验过程完成样品的前处理、制备,然后是测量和数据处理,这是一个背对背的工作过程;最后是结合考古背景信息进行年代分析和使用的过程。中华文明探源中考古多学科联合攻关的工作机制在考古年代学领域得到了充分的体现。



本文已经吴小红老师审核

文稿、摄影:王岱琳