【編者按】中國冶金技術起源於何方何時？對這一問題的探索，是涉及到中國文明起源與發展的重大命題。郭靜雲教授團隊近期刊發《中國冶煉技術本土起源：從長江中游冶煉遺存直接證據談起》（郭靜雲、邱詩螢、範梓浩、郭立新、陶洋著，全文分上下篇，分別刊發於《南方文物》2018年3期和2019年3期）。
【該文】通過對長江中游迄今已發現的可能與冶銅有關的證據的再疏理，認為當前中國青銅技術西來的說法仍有許多難以自圓其說的疑問，包括傳入路線不明、技術發展脈絡不同、青銅器的器型和製造方式不同等等。中國青銅技術並非接受外傳，而是本土自行發展，其源頭在長江中游地區。長江中游具備礦物易得和陶窯技術先進兩項優勢，且其國家社會已經足夠發達和複雜，足以供養工匠，並形成對金屬器的需求。儘管目前學界普遍將長江中游大溪文化、屈家嶺文化、石家河文化乃至後石家河文化都歸類為“新石器時代”，因此發掘時並不留意與青銅技術相關的遺蹟遺物，留下的資料稀少零散，但是通過仔細梳理考古資料，仍可以發現長江中游地區公元前第四千紀和公元前第三千紀的諸多遺址，如龍嘴、屈家嶺、一百三十畝、石家河、殷戴家灣、金雞嶺，以及幕阜山區的諸多遺址等，其實均已經發現銅塊、青銅工具、紅銅及青銅煉渣、冶煉工具和設施、相關廢品等直接證據，並先後出現過普通圓型爐、豎穴式圓型爐、長型橫穴式爐，長條型龍窯式熔銅爐以及用煉缸進行冶煉和熔銅的坑式冶鑄工作坊，並且其冶煉活動深入其精神文化中，影響整個社會。這說明，長江中游經歷了漫長的認識銅料並探索冶煉的過程；此時，周圍地區並沒有別的掌握青銅技術的文明，因此長江中游冶煉技術無疑是本土起源的。
因全文較長，現分節摘發。
二、長江中游第四~三千紀遺址中發現銅料的意義
（一）天門龍嘴城址出土氧化銅料標本的意義
長江中游地區的上古文化對銅礦的認識很早，蓋因長江中游定居的社會生活依其原生的稻作技術[i]，從全新世初期以來穩定地進步及擴展，文化未曾中斷，數千年來代代相承，是以當地居民對定居的環境和資源非常熟悉。而該區域東部鄂湘贛交接的幕阜山地區，銅礦資源豐富，此地為蘊藏多種金屬的礦帶，有眾多能讓人們輕易觀察和採集的地表裸露礦。
但是，由於考古界直到最近都很少注意到長江中游地區早期文明與冶煉技術的發展，而使此地早期人們有意識地採集銅料的證據較為零碎，更因為先驗地貼上“新石器文化”的標籤，使迄今注意和發現並在發掘報告中加以記錄的相關資料極少。在此情況下，仍然還是可以發現，油子嶺、屈家嶺文化人們有意將產于山區的銅礦石（孔雀石）帶到100-300百公里外的平原遺址。比如，在湖北天門龍嘴城址中期探溝內發現了銅料，報告稱之為“孔雀石”（標本LZ TG25:24，圖三），根據同一期遺蹟碳十四測年數據，年代範圍落在3430-3400 cal BCE[ii]或 3300-3100 cal BCE（BA07212, 3248±113），相當於屈家嶺文化中期。
為什麼孔雀石的發現一定與鍊銅有關？這與長江中游礦脈所產孔雀石的屬性有關。由於本地孔雀石成分中缺鈣，雖然色彩豔麗卻質地鬆軟，不適合用來雕刻或作裝飾品。龍嘴遺址所在之地離鄂東南礦區直線距離雖有200多公里，不過水路便利。平原地區的人想方設法取得這些不能雕刻加工、沒有其它用處的石頭，明顯是因為早已認識到，它們可以煉成銅，並重視此用途。
孔雀石在早期鍊銅技術發展過程中具有關鍵作用。銅礦有很多種，大體分為氧化銅（oxidizedore，其中孔雀石冶煉價值最高）與硫化銅（sulphidic ore，指數種含硫磺的化學式）兩大類，加工提煉的難易程度大不相同。總體來說，冶煉硫化銅比冶煉氧化銅容易一些，產量也高：冶煉孔雀石既需要高溫度，亦需要控制氧氣，這一矛盾造成很多困難；至於冶煉硫化銅礦，在1100─1200℃高溫容易發生化學反應，飛出硫氣而獲得純銅。[iii]但是冶煉硫化銅需要具備以下兩種條件：第一，硫化銅礦料很少露出在地表上，只有當人們對銅料已熟悉，專門開設礦井去開採時才有可能接觸到這種礦石；第二，需要較成熟的煉爐，一方面保持高溫度，另一方面要特別考慮排除硫氣的煙道。而孔雀石色如孔雀羽毛般鮮豔翠綠，埋藏不深，多出露於地表上，容易引起人的注意而使人採集。況且，像幕阜山地區一些礦源品質較純的孔雀石的提煉相對容易，不需要達到銅熔點那麼高的溫度，只要在密封還原的坩鍋或窯裡，在還原氣氛中燃燒孔雀石就可以獲得純銅，隨即可鍛造成器，亦可再經火煉，熔為銅液後鑄造銅器。雖然產量不如用硫化銅，但便於最初發明鍊銅的情況。所以，若在不位於原礦區的遺址中發現孔雀石，應可作為直接的冶銅證據之一。
中國學者經常將達到1083.4℃銅熔點溫度作為鍊銅的前提條件，以此為標準來評估冶煉起源的問題。但是1083.4℃的溫度條件是針對熔化銅液而言，這實際上只是發明銅鑄造技術所需要的溫度，而並不代表從原礦冶煉的溫度，有些銅礦耐火，需要1200℃以上的溫度才能提煉出銅，有些銅礦則不然，比如，從孔雀石中用還原法提煉紅銅所需溫度就比較低。還原法鍊銅的關鍵在於，需要在氧氣不足的條件下燃燒木炭，使得爐內形成一氧化炭（CO），這樣孔雀石（鹼式炭酸銅，(CuOH)2CO3，malachite）在一氧化炭的環境內產生化學反應，其公式如下：(CuOH)2CO3+2CO→3CO2+2Cu+H2O。換言之，如果在還原氣氛中灼燒孔雀石，就可以獲得純銅，此外還會產生水與二氧化碳。實驗表明，當溫度達到710 °C時，窯內一氧化碳最為穩定，此時可以較為穩定而連續地發生還原反應，提煉出紅銅[iv]。之後，紅銅的加工處理，溫度範圍可以更大。紅銅只需要650℃以上溫度就會變軟，在650℃─1000℃溫度範圍內都可以熱鍛。如果溫度低於650℃，也可用冷鍛的方式製造小型器物。
龍嘴遺址出土銅料的TG25富含紅燒土顆粒和草木灰[v]，很明顯是冶煉的火爐所留下來的遺蹟。可惜，該探溝沒有被仔細記錄，導致外人難以瞭解該冶煉遺蹟的性質。
另外，雖然龍嘴的報告將其命名為“孔雀石”，但觀察出土背景，我們認為這未必就一定是原生礦料（original ore）。就化學成份而言，孔雀石屬氧化礦料，自然界在潮溼的環境中由銅金屬與氧氣、二氧化碳緩慢反應而形成這種礦石。所以，如果一塊純銅幾千年保存在長江中游那麼潮溼的環境裡，緩慢吸收水、氧化及與二氧化碳產生化學反應，很容易再次形成孔雀石次生礦（secondary ore）。這個問題在冶金考古學中（archaeometallurgy）早已被提出，不僅是理論，實際發掘也有發現，小銅塊或銅渣若長期被埋藏在文化層中，可能重新變成為孔雀石；與作為原生礦脈出現的孔雀石相比較，這種次生孔雀石的化學成份更純，雜質較低；不過，有些礦區原生的孔雀石也很純，雜質物很低。[vi]幕阜山孔雀石恰好是這種含雜質物不高的礦物。所以判斷的主要標準還是出土背景以及文化中孔雀石是否有冶煉之外的作用。前文已說明，幕阜山的孔雀石易碎，不能雕刻用作裝飾品或者其他作用，而且龍嘴出土所謂“孔雀石”的地方共出有燒土和灰燼，因此從這兩個指標來思考，這很難是原生的孔雀石。
進一步來說，這塊器物的化學式也不一定是鹼式炭酸銅（孔雀石）。比如說，早期冶煉經常會留下氧化銅（黑銅CuO, tenorite）或氧化亞銅（赤銅Cu2O, cuprite）等廢料，尤其氧化亞銅是在技術不成熟的情況下冶煉失敗的常見產物。這種廢料若埋藏在潮溼環境裡，吸收環境中的水，其外觀也會變得像孔雀石。
所以，要分辨出土物是因雜質成份（impurity）高而未被冶煉的孔雀石原礦，或者是冶煉後留下的赤銅廢料，或者是冶煉好的銅塊（小銅器）被通體鏽蝕後的碎塊，只有經過化學微觀分析（microanalysis）才能判斷。遺憾的是，迄今在長江中游出土的此類標本極少有經過化學微觀分析。長江中游發現的銅塊銅料一般情況是，大部分這類標本並未公佈，偶爾寫進報告裡，也概被指稱為 “孔雀石”或“銅礦石”。實際上，這些判斷基本上都值得懷疑。這類標本的出土地點均伴出大量灰燼和燒土堆積，似乎為冶煉遺蹟。由此，筆者更傾向於認為這些所謂的“孔雀石”標本實際上是古人曾經冶煉出來的銅，這或者是氧化、鏽蝕的金屬銅（oxidized cooper，其中有一些可能重新變成次生孔雀石），或者是被丟棄的冶煉廢料（slag）。
（未完待續）
註釋
[i]郭靜雲、郭立新，〈論稻作萌生與成熟的時空問題〉，《中國農史》，2014年第5—6期，第3—13；3—13頁。
[ii]陳樹祥、連紅主編：《銅綠山考古印象》，文物出版社2018年，頁23.
[iii]Grigoriev,Stanislav 2015.Metallurgical production in northern Eurasia in the BronzeAge, pp.4-5, 38-40.
[iv] CharlesJ.A. The Coming of Copper andCopper-Base Alloys and Iron: A MetallurgicalSequence. The Coming of the Age ofIron. Yale University Press. NewHaven, London , 1980, pp.151-182.
[v]湖北省文物考古研究所、天門市博物館編著，《天門龍嘴》，第14、305、329─330頁。
[vi]Stanislav Grigoriev. MetallurgicalProduction in Northern Eurasia in theBronze Age. Oxford: ArchaeopressPublishing, 2015, p.8.
【聲明】本文作者為郭靜雲、邱詩螢、範梓浩、郭立新、陶洋，為《中國冶煉技術本土起源：從長江中游冶煉遺存直接證據談起（一）》（原載於《南方文物》2018年3期）之一部。若有引用或轉載，務請說明作者與來源。
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