作者：王清晨/中国科学院地质与地球物理研究所（已退休）
史前，日出而作、日落而息的农、牧生产实践让人类很自然观察到天有冷热、月有圆缺。人类由物候观测逐渐转为天象观测，积累了丰富的天象资料。这些资料在人类发明文字后被记录下来。四大古老文明都有令人惊叹的天文学知识。因此，人们很容易想到，天文学可能是最早出现的科学知识。不过，别着急下结论，我要告诉大家，地质学才是自然科学史上最早出现的科学知识。
人类和石头的不解之缘
250万年以前，东非出现了最初的人类—能人。之所以被称为“能人”，是因为和能人化石一起发现的还有石器，表明能人是目前所知最早能制造石器工具的人类祖先。考古学家把人类的历史分为石器时代、青铜器时代和铁器时代，而石器时代就是从250万年前开始的。
人类进化谱系告诉我们，能人之后有直立人、早期智人、晚期智人和现代人。在时间上，正好对应旧石器时代、新石器时代、青铜器时代和铁器时代（表1）。这当然不是巧合啦。人类的历史本来就是人类创造的嘛！
表1
<table><tbody>
年代
（万年）
人类进化
谱系
考古学
历史分期
年代
（万年）
250～150
能人
旧石器时代早期
250～25
200～20
直立人
30～4
早期智人
旧石器时代中期
25～7
10～1
晚期智人
旧石器时代晚期
7～1
1～
现代人
新石器时代
1～0.4 B.C.
青铜器时代
0.4～0.1 B.C.
铁器时代
0.1 B.C.～
石器制造技术在发展
石器时代进一步划分为旧石器时代和新石器时代，划分依据是石器制造技术。旧石器时代的石器制造技术是由摔击法发展成的砸击法和压制法，造出的石器叫“打制石器”，从砾石或石块上砸下来的薄片稍微修理一下就叫 “石片石器”，砸剩下的叫“石核石器”（图1）。新石器时代的石器制造技术有了很大进步，发展出了切割、磨制、穿孔、雕刻等技术，造出的石器叫“磨制石器”（图2）。
图1 石核和石片（旧石器时代）
图2 新石器时代的磨制石器：铲（上图）和镞（下图）
从打制到磨制，石器制造技术的进步用了近250万年。虽然我们看不到古人是怎样制造石器的，但制造技术进步的结果真真切切地反映在石器的外观上。
其实，进步的不只是制造技术，进步也不只是反映在石器的外观上，还反映在石器的石料上。
石器的石料在变化
考古发掘出的石器有各种不同的石料，包括玛瑙、燧石、脉石英、火山岩、砂岩、石英砂岩、灰岩、板岩、千枚岩、片麻岩、角岩、石英岩、大理岩等，各有各的用途（图3）。考古学家对出土磨制石器的石料统计表明，从旧石器时代晚期到新石器时代中期，砂岩逐渐成为磨制石器的主要原料，灰岩明显增加，石英砂岩、石英岩和燧石这些打制石器的主要原料明显减少，脉石英已经消失不见（表2）。
表2
<table><tbody>
旧石器时代晚期
新石器时代中期
砂岩
44.4
52.6
石英砂岩
22.2
7.9
石英岩
22.2
13.2
燧石
3.7
5.3
脉石英
3.7
0.0
灰岩
3.7
21.1
合计
100.0
100.0
图3 不同的工具，不同的石料
图4 硅质岩（上）和黑曜岩（下）是打制石器的常见石料
15世纪以前，人们把岩石和矿物都叫石头。石器时代的人类当然叫不出这些石头的名称，也不知道这些石头的地质成因，但他们已经对石料的性质有了相当程度的认知，懂得区分石头的软硬韧脆，能根据需要用不同的石料去制作不同的石器。打制石器需要的石料要硬、脆、质地均匀，如硅质岩和黑曜岩（图4），而磨制石器需要的石料则不需太硬，颗粒不要太粗，要不易脱落，如砂岩（图5）。这表明，旧石器时代的人类已经逐步摸索掌握了许多关于石头的地质学知识。
图5 磨制石器常用的石料是砂岩
全民学地质
对旧石器时代早期石器遗址石料的统计和周围地质情况的调查表明，那些石料就来自遗址附近的古河道砾石或出露的基岩，甚至不超过方圆2公里（图6中的红圈内）。这叫“就地取材”。
图6 浙江小黄山遗址石器的石料
采自方圆两公里的崇仁江和长乐江
在旧石器时代早期，人类群体（部落或氏族等）的每个人都要劳动，去打猎、捕鱼、采集野果，他们所需要的工具只能靠个人的能力和努力去解决。换句话说，每个人都要自己去打制需要的石器，每个人都需要去寻找适用的石头，一旦一个人发现了适当的石头，其余人就会学着去找同样的石头。一旦在某地找到适当的石头，大家就会蜂拥而至，集中取材。于是，出现了石料就地取材的特点。
为了找适用的石头，群体内大家互相学习，小孩子向家大人学习；群体间大家背靠背地学习，几乎每个部落、群体乃至每个人都积累了对石头的知识。这样，在旧石器时代早期就形成了一个全民找石头，全民学地质的社会现象。
有了全民学地质的基础，地质学家的出现是或早或晚的事。
地质学家诞生啦
石料的就地取材现象一直持续到旧石器时代中期，到旧石器时代晚期终于发生了变化。
图7 采石地和用石地的供需关系由旧石器时代中期的“向心型”（A）向旧石器时代晚期的“辐射型”（C）转变，表明出现了专用的石料场
对我国阳原地区的考古发现，旧石器时代中期, 人类选择石料主要在来自遗址附近, 各遗址的石料表现出强烈的地方色彩，采石地和用石地的供需关系为“向心型”，即，遗址生活的人只在周围几公里之内的范围就地取材。在旧石器时代晚期早段,已有少量石料被输送到几十公里之外。到旧石器晚期晚段,逐渐出现了专用的石料场，从那里向周围几十公里之外输送优质石料（图7）。采石地和用石地的供需关系已经变为“辐射型”，即，由石料场向周围输送经过初加工的优质石料。对于旧石器时代的人来说，光着脚走几十公里山路运输石料，至少需要一两天的时间。采石地和用石地的供需关系由“向心型”向“辐射型”转变表明，人类对石料的选择表现出刻意的追求。另一方面，石料场的出现必定有人专职在那里工作，远离繁华的闹区去寻找石头、精选石头、加工石头。生存的需要和社会的分工使这些人成为地球上第一批地质学家，当然也是
地球上第一批科学家。从采石地和用石地供需关系的转变时间判断，这时人类已经进化为晚期智人（图8）。第一批地质学家就是从他们中间涌现出来的。这些地质学家的职责是，寻找合适的石材和产地,充分认识石料的力学特性，制定相应的石器制作策略，并实施到石器制作过程中。这些地质学家所掌握的关于石头种类的知识，关于石头软硬韧脆等物理性能的知识，关于石料力学各向异性的知识，以及关于石料产地的知识等，就是旧石器时代地质学的主要内容。
图8 我国的山顶洞人属晚期智人，生活在旧石器时代晚期
结语
旧石器时代的人都无名无姓，那时涌现出的地质学家自然是“无名英雄”，没有史料记载他们的贡献，也没有史料记载他们掌握的地质学知识，只有不断改进的石器折射出他们的研究成果和广博的地质学知识。
向旧石器时代的地质学家们致敬！
美编：张 岳
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