民族問題
[拼音]：xiandai kexue jishu zai kaogu shang deyingyong
[英文]：Applications of Modern Science and Techniques in Archaeology
現代科學技術正在逐漸應用到考古研究全部過程的各個方面。遺址的勘察、出土文物的保養和修復、遺蹟的保護，都需要應用物理學和化學的各種專門技術。更重要的是古代遺蹟、遺物包含了許多古代社會的資訊，單憑考古工作者的直觀觀察和傳統技術還不足以充分了解，而應用現代科學技術手段對古物的成分、原料及其來源、製造工藝、年代等進行考察、測定和分析，則會取得很多可靠的研究成果。現代科學技術還可以擴充套件研究的領域，例如可利用系統理論和控制論來對古代人類的活動及環境的演變進行模擬研究。而計算機技術的應用，則可對大量的考古資訊進行貯存、分析和運算，大大加速了研究的程序。19世紀末20世紀初，在考古發掘中採用了嚴密的地層學方法之後，考古學才漸趨成熟。20世紀50年代以來，應用自然科學方法解決考古問題取得了很大進展，考古學進入了技術革新時期。放射性碳素斷代方法應用於考古學之後，史前年代學才建立在有絕對年代作依據的可靠基礎之上，這被認為是史前考古學上的一場革命。考古學上應用的現代科學技術種類繁多，牽涉到數學、物理、化學、生物、地質等各個學科，內容廣泛，技術專門。
勘測技術
空中勘測
這一技術特別適用於考察大面積的遺址和沙漠中的古代城址或建築物，也可以從地面上顯示的幾何圖形來分辨埋在地下的遺蹟。空中鳥瞰，視野廣闊，藉助照相可以得到在地面調查中不易察覺的現象，如土壤、地形的細微差別，不同季節中植物生長狀態的對比，早晨或傍晚地面遺蹟顯現出的陰影等。分析對比各種現象的差別，就有可能找到埋藏在地下的遺址或遺物。空中照相是藉助高架、雲梯、氣球、飛機以至衛星來完成的。技術的改進主要是從黑白相機發展到彩色、紅外和多光譜等各種照相裝置和遙感裝置。
20世紀50年代以來迅速發展起來的遙感技術，實際上是空中照相技術的擴充套件。“遙感”顧名思義就是遙遠感知。人眼觀察物體是由於來自物體的可見光刺激人眼產生的視覺。而遙感裝置取得目標的資訊，除了靠物體輻射或反射的可見光外，還靠微波、紅外線、紫外線、X射線和γ射線等在遙感裝置中產生的反應。 對於不同波段要使用不同的遙感裝置。各種物體具有不同的波譜特性，例如霜雪對可見光是全反射，看起來是白色的，對紅外線則是全吸收，因此在紅外遙感器中霜雪就成為黑色的了。同時使用多個波段接受地面目標資訊的裝置，稱為多光譜遙感裝置，它能同時獲得被測地區的、突出顯示不同目標的多幅影象或資訊，使得對地面不同目標的觀察郊率大大提高。
空中考古勘測的奠基者首先要推英國人O.G.S.克勞福德(1886～1957)，他原是英國皇家空軍的成員，1922年從事考古工作。他從空中照片上發現了史前時期和羅馬-不列顛時期的田野系統佈局，證實了可以從地面痕跡、作物特徵去發現古代遺蹟。英國劍橋大學設有空中照相系，每年都發現許多新的遺址。美國人在新墨西哥州查科峽谷地區作了遙感考古實驗，是將最新的空中遙感技術和遙感資訊解釋技術應用於考古的全面試驗，有許多新的發現，積累了不少經驗。他們對遙感考古技術作了整理，併為考古工作者和文化資源管理工作者編寫了考古遙感手冊。大規模的考古勘測工作，通過遙感來完成，在時間和經費方面比傳統的地面工作方法更為節省。
地面勘測
主要採用地球物理勘探技術，根據大地的物理性質的差異勘查地下的遺蹟、遺物。如古代遺蹟中的溝、坑、道路、窯址等和周圍土壤的電阻率不同，並存在著磁性差異，可用磁性測量儀器和地電阻率計來進行分辨。使用磁性測量儀，工作速度快，靈敏度高，但很容易受鐵器的干擾，如與地電阻率計配合使用則效果較好。此外，還有電磁法測量儀器，即對被測部位發射電磁波，觀察地下物質的磁化或渦流產生的二級電磁場。若地下有金屬物體，則產生渦流，表現為異常。但目前電磁法儀器的有效探測深度只有數十釐米，使用受到限制，有待於儀器的進一步改進。
土壤中磷酸鹽和植物花粉的分析也可以用來勘察遺址，因為磷酸鈣是骨頭的主要成分，人類居住地含磷量比較高。土壤中如果出現古代人工培植的植物花粉，則是農業或種植區的標誌。
水下勘測
水下勘測比陸地勘測要困難得多。考古工作者在陸地上憑直觀和經驗就可以踏勘遺址，但對沉沒於海底的船隻和由於海陸變遷被淹沒的古代遺址，則只有潛水觀察或藉助於儀器勘測。通常可使用磁性勘測儀器和聲納技術。聲納相當於水下雷達，因為海水是電的良導體，強烈吸收電磁波，但傳聲效能很好，因此利用發射聲波和接受回聲的技術，可以探測海底的目標。對於已經發現的目標可以使用水下電視進行觀察。
保養和修復技術
各種古代遺物出土時的情況是不同的。如石器、陶器、玉器、玻璃等可能已經破碎；金屬器物鏽蝕情況差別很大；剛出土的漆木器極易龜裂變形；墓葬出土織物往往觸手成灰等。為使發掘物恢復並保持原樣以供考古研究或陳列展覽，需要應用專門的技術。許多國家都設有專門的文物保護技術研究機構，出版有關技術研究的專門的書籍和期刊。這其中，除原有的傳統手工技巧外，現代科技手段是必不可少的。例如，具有精細花紋的金屬工藝品，表面常常鏽蝕得不能看清，強行除鏽就可能造成損壞。若用 X射線照相，往往可以清晰地顯現出原來的花紋，然後再除鏽並復原或複製就比較穩妥可靠。又例如，對於腐朽的木質藝術品，可放在真空封閉室內，填以塑料單體分子，用γ源照射使之聚合，以形成木頭和塑料的複合體。這樣不但保持了原物的式樣，還增加了強度，不怕風吹日晒，不受乾溼環境影響，可以長久儲存。再例如，由於19世紀初期照相定影技術比較原始，許多保留下來的照片已經褪色，而將褪色照片經反應堆中子照射使銀活化，把照片緊貼在照相膠片上使之感光，原像就會再現出來。
分析鑑定技術
應用各種技術對古物進行分析鑑定是研究和復原古代人類物質文化生活面貌不可缺少的手段。
應用範圍
通常考古研究中應用分析鑑定可以解決的問題如下：
（1）確切地區分古物。例如古代的銅有純銅，有銅錫、銅鉛或銅錫鉛等合金，憑直觀難以區分。又例如古代鐵器有的是隕鐵製的，易與人工煉製的鐵製品混淆。然而隕鐵中含鎳量高，使用分析鑑定技術很容易鑑別。中國河北藁城臺西遺址出土的一件商代銅鉞的鐵刃，曾被誤認為是人工冶煉的，經分析鑑定系人工鍛打的隕鐵。
（2）研究古物的製造工藝。例如通過金相分析可以究明金屬的製造工藝。用此方法確證了中國早在漢代以前就掌握了炒鋼、百鍊鋼、鑄鐵脫碳鋼等卓越的制鋼工藝，即是一例。
（3）探明物質的來源。確定遺址中出土物或其原料的來源，可以說明古代交通運輸、貿易往來、生產水平等許多問題。通過成分分析尤其是對照特徵元素譜，可為確定物質的來源提供重要線索。例如中國唐宋以前的玻璃含鉛量很高，而埃及和歐洲的古玻璃基本上是不含鉛的，因此如在中國發現了不含鉛的古玻璃器，一般可以考慮是外來品（見玻璃器）。
（4）檢驗真偽。長期以來區分古物的真偽都是憑人們的經驗，對古物的形象、風格進行觀察，並結合歷史文獻加以判斷。現代分析技術的發展使區分古物的真偽有了可靠的科學依據。例如使用鈦白是1920年以後的事，如果在古畫的顏料中檢驗出鈦白，則此畫就不可能是真品。又如有的仿古陶瓷製品，真假難辨，但若使用熱釋光方法判別，古陶器會有明顯的熱釋光現象，而現代製品則極少。例如1940～1950年，有一批被認為是中國河南輝縣出土的戰國陶俑，出現在歐洲古董市場，真假難分。1972年英國牛津實驗室對其中的22件器物做了熱釋光鑑定，結果證明全部是近代製品。
主要技術
考古中分析考察技術的應用範圍極廣，幾乎每一種新型的分析技術都能發揮作用。對樣品的光學觀察已從一般的顯微鏡發展到各種專用的金相、礦相顯微鏡，以及最現代化的電子掃描顯微鏡，利用射線照相技術還可以更清楚地瞭解樣品深部的結構。傳統的溼化學分析，原則上可以分析各種物質的所有元素及其含量。它精確度高，適用於主要成份的分析，但取樣量多，操作繁瑣，過程較長。然而溼化學分析方法仍然具有重要性，各種分析方法的校準，大多要以溼化學分析的結果為基準。採用物理方法作化學成份分析，取樣量少，分析速度快，操作過程和資料處理利用計算機技術自動化程度高，在現代分析工作中佔有相當大的比重。有的方法甚至可以做到完全不破壞樣品，這在考古上特別有用。主要方法如下：
（1）發射光譜分析。這種方法是根據物質的原子被激發所發出的光的波長特徵來確定其所含元素成份。適用於無機物質如金屬、燧石、陶器、玻璃等的定性和半定量分析（精確度約3～5％）。它取樣少，僅需幾毫克。同時揀出元素靈敏度較高，還常用於定性分析和微量元素的分析。
（2）原子吸收光譜分析。利用氣態自由原子對同種原子發射出的特徵光譜有吸收現象，來確定物質中的元素及其含量。適用於分析金屬，非金屬等無機制品。取樣少，僅1～10毫克;精確度是儀器分析方法中較高的，可達1％。可以測物質中大量（<20％）、少量和跡量成分，是目前考古中常用的分析技術之一。
（3）X射線熒光分析。利用原子被高能X射線或γ射線激發後發出的特徵X射線，據以確定元素及其含量可以取樣極少或完全不取樣，可測物質中大量、少量及跡量成份。適用於原子序數大於10的元素的檢出，精確度為1～10％，視方法和儀器而定。不需化學制樣，故可以快速測定，但由於 X射線穿透能力弱，只能對物質表面作淺層分析。
（4）中子活化分析。物質被中子照射後因核反應而產生放射性同位素，測其特徵射線可確定物質成份。分析時可完全不破壞標本或僅取少量標本。常用於陶器、石器、金屬製品中跡量元素的分析，快速而靈敏。
（5）電子探針顯微分析。實際上是使用掃描電子顯微鏡和X射線熒光譜儀組合成的儀器。 用聚焦的電子流集中激發樣品1微米大小的區域，然後用X射線譜儀探測被測元素的特徵X射線強度，從而達到定量測定的目的。如果用電子流對樣品的一小區域進行掃描，而在陰極射線管熒光屏上作同步掃描，用被測元素的特徵X射線強度控制熒光屏的亮度，那麼熒光屏上就可顯示樣品表面掃描區域被測元素的濃度分佈圖。這個方法取樣、制樣比較複雜，對古物稍有一點破壞，可用於繪畫顏料的分析，陶器、石器、玻璃、金屬製品內含物的分析，特別適用於表層現象的分析。
（6）β射線反向散射分析。用一個準直的β射線源照射樣品，探測反向散射的電子。如果樣品中包含高原子序數的元素，則反向散射顯著加強。用此法可判別玻璃和釉中是否大量含鉛，以及估計佛像金層的厚度等，無需破壞樣品。
（7）X射線衍射分析。單色X射線通過晶體表面發生衍射，波長λ、衍射角θ與晶格間距d之間的關係服從布拉格公式 nλ＝2dsinθ。利用X射線衍射可以確定樣品中晶體的晶格常數，從而鑑定樣品中的物相及化學成份。常用於分析陶器、石器、顏料和金屬表面的鏽蝕物。還可以分析判斷金屬製品的冷加工或熱處理工藝。
（8）紅外吸收譜分析。樣品僅需數毫克，可以是固體、液體或氣體。通過樣品的紅外線吸收譜的分析可以鑑定礦相和有機化合物。考古上通常用於分析繪畫的顏料及各種有機物，如食物、油膏、琥珀、樹脂、粘劑等。
（9）穆斯堡爾譜分析。穆斯堡爾效應是指放射源中激發態原子核放出的無反衝γ射線被樣品中相同同位素原子核所吸收。用機械運動方法改變λ射線、γ射線的能量可以獲得樣品的共振吸收譜，稱穆斯堡爾譜。這種譜與該同位素在樣品中所處的狀態有關。考古上可用來研究顏料，測定陶器中57Fe的穆氏譜，研究陶器中鐵心型礦物，推定陶器的燒製火候和窯的型別等。
（10） 熱分析。在把樣品從室溫加熱到1000℃的過程中，可以觀察到各種各樣的物理化學變化。具體分析方法有差熱分析、熱重量分析和熱膨脹分析等。考古上常用來分析陶器中的礦物及其結構的變化以及陶器燒製時的溫度等。
同位素質譜分析。用於物質中穩定同位素比的分析。如分析貝殼、骨頭中的氧的穩定同位素18O/16O比，可以瞭解它們的生存環境；分析碳的穩定同位素13C/12C比，可以瞭解大理石的產地、古代人類和動物的食譜及以植被等；通過鉛同位素分析，則可以瞭解鉛的來源等。
斷代技術
應用於考古的年代測定方法，包括：古地磁斷代、放射性碳素斷代、熱釋光斷代、骨化石含氟量斷代、鉀-氬法斷代、裂變徑跡法斷代、 樹木年輪斷代、氨基酸外消旋法斷代、黑曜岩水合法斷代、鈾系法斷代等。其中應用最廣泛的是放射性碳素斷代，其次有熱釋光斷代，古地磁斷代，鉀 -氬法斷代等。而樹木年輪斷代在距今數千年內是最精確的測年方法，定出的年代幾乎沒有誤差，可以與日曆年相對應，但不能普遍應用。近30年來由於年代測定方法的發展和應用，為第四紀以來人類的發展史提供了絕對年代依據，為建立舊石器時代晚期和新石器時代以來的世界史前年代學體系奠定了比較可靠的基礎。
參考書目
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