科技日?qǐng)?bào)記者?頡滿斌 通訊員?法伊莎 劉宇萱

在中國(guó)新疆伊犁尼勒克縣，喀什河河邊，十幾米高的斷崖上顯露出黑褐色斜向紋理的巖石。當(dāng)夏季氣溫較高時(shí)，裸露的煤炭偶爾會(huì)發(fā)生自燃，升起縷縷青煙。3000多年前的古人是否同樣看到如此景象，從而受到啟發(fā)，開(kāi)始使用煤炭作為燃料？

近日，在蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院教授董廣輝的指導(dǎo)下，該學(xué)院自然地理學(xué)專業(yè)博士生仇夢(mèng)晗牽頭，聯(lián)合新疆維吾爾自治區(qū)文物考古研究所、中國(guó)人民大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)的科研人員，在《科學(xué)·進(jìn)展》期刊合作發(fā)表了一篇研究論文。該研究通過(guò)多學(xué)科證據(jù)，深度揭示了中國(guó)新疆伊犁尼勒克縣吉仁臺(tái)溝口遺址先民自3600年前起系統(tǒng)利用煙煤燃料的內(nèi)涵，將人類最早系統(tǒng)燃煤的歷史推前了約1000年。

(資料圖)

證據(jù)鏈還原史前煤炭系統(tǒng)開(kāi)發(fā)利用圖景

基于考古學(xué)證據(jù)和文獻(xiàn)記錄，世界公認(rèn)最早系統(tǒng)開(kāi)發(fā)利用煤炭作為燃料的可靠證據(jù)來(lái)自漢朝。但有關(guān)史前時(shí)代系統(tǒng)開(kāi)發(fā)煤炭燃料的直接證據(jù)始終缺失，直到中國(guó)新疆伊犁尼勒克縣吉仁臺(tái)溝口遺址的考古發(fā)掘工作推進(jìn)，相關(guān)證據(jù)才浮出水面。

自2015年起，新疆維吾爾自治區(qū)文物考古研究所開(kāi)始對(duì)吉仁臺(tái)溝口遺址和墓地進(jìn)行考古挖掘，發(fā)現(xiàn)了煤炭的使用現(xiàn)象，還發(fā)現(xiàn)了冶銅活動(dòng)的相關(guān)證據(jù)。隨后的一系列發(fā)現(xiàn)表明吉仁臺(tái)溝口遺址很可能是該時(shí)期伊犁河上游地區(qū)的一處中心性聚落。此后，中國(guó)人民大學(xué)與蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院的環(huán)境考古研究團(tuán)隊(duì)在考古工地開(kāi)展合作研究。

吉仁臺(tái)溝口遺址在伊犁河的一條主要支流——喀什河出山口右岸的臺(tái)地上，北、東、西三面環(huán)山，河流向南出山流入尼勒克谷地?！凹逝_(tái)溝口遺址是一處青銅時(shí)代大型聚落遺址。相比于墓葬，聚落遺址能夠?yàn)槲覀兲峁└Ⅲw、豐富的人群生活信息。”仇夢(mèng)晗說(shuō)。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)吉仁臺(tái)溝口遺址進(jìn)行碳十四測(cè)年，并利用貝葉斯模型對(duì)年代數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將遺址主要的人類活動(dòng)厘定為兩個(gè)時(shí)段，即距今4500—4300年（早期）和距今3600—2900年（晚期）。其中，遺址的主體屬于晚期階段，大量的煤炭遺存廣泛出土于這一時(shí)代的文化地層。

在遺址中有成堆放置的煤炭，一般分布在房址的周邊，這很可能是古人有意為之，方便隨時(shí)取用。在房址的地面上，有時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)灰色的煤灰，還有一些沒(méi)有完全燃燒的煤，在一些爐子和房址的火塘里也存在煤渣。

研究團(tuán)隊(duì)對(duì)遺址周邊的6處煤層露頭和遺址中采集的部分煤炭樣品進(jìn)行了鍶釹同位素、碳氮元素含量以及38種微量元素含量的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)其中3處煤炭露頭與遺址遺存的煤炭聯(lián)系更緊密，很可能是遺址煤炭的來(lái)源，表明古人煤炭選擇的多源性。

同時(shí)，遺址中的煤炭碳含量相對(duì)較高且比較穩(wěn)定，但是不同露頭的煤炭碳元素含量的波動(dòng)比較大，說(shuō)明人類可能已經(jīng)了解到不同地點(diǎn)煤炭性質(zhì)的差異，進(jìn)而有選擇地取用了更優(yōu)質(zhì)的煤炭。

在后來(lái)的發(fā)掘中，考古隊(duì)還在遺址中發(fā)現(xiàn)了木車，這或許能解釋古人運(yùn)輸煤的交通工具問(wèn)題?！斑@些考古學(xué)現(xiàn)象揭示了一個(gè)完整的有關(guān)煤炭燃料開(kāi)發(fā)的證據(jù)鏈，表明當(dāng)時(shí)人類已經(jīng)系統(tǒng)地開(kāi)發(fā)使用煤炭燃料?！背饓?mèng)晗說(shuō)。

開(kāi)啟人地關(guān)系新篇章

當(dāng)時(shí)的古人為什么需要大規(guī)模地使用煤炭呢？

研究團(tuán)隊(duì)對(duì)遺址周邊的自然土樣及遺址早晚兩期不同區(qū)域的土樣進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，遺址晚期地層中的冶煉地點(diǎn)重金屬元素明顯富集，某些點(diǎn)位的銅元素濃度甚至達(dá)到了自然值的50倍。

結(jié)合考古發(fā)掘中發(fā)現(xiàn)的冶金活動(dòng)證據(jù)鏈，進(jìn)一步證實(shí)了吉仁臺(tái)溝口是當(dāng)時(shí)的區(qū)域性冶金中心的判斷，而冶金必然伴隨著大量能源需求。

研究團(tuán)隊(duì)還對(duì)遺址早晚兩期的炭化木材遺存進(jìn)行了種屬鑒定，發(fā)現(xiàn)遺址早期人群在選擇木材燃料時(shí)，更傾向于選擇燃燒熱值更高、質(zhì)地更軟的針葉材。

但是，遺址晚期人群卻棄用針葉材，轉(zhuǎn)而選擇煤炭作為主要燃料，這又是為什么呢？

團(tuán)隊(duì)推測(cè)，到遺址晚期時(shí)，相對(duì)寒冷的氣候?qū)е铝酥苓呏脖坏耐嘶貏e是針葉林的萎縮。規(guī)模更大的聚落和更高強(qiáng)度的冶金活動(dòng)帶來(lái)的燃料能源需求，疊加木材資源供給的減少，共同激化了當(dāng)?shù)厣鐣?huì)與環(huán)境間的矛盾，最終促使當(dāng)?shù)厝巳捍蚱苽鹘y(tǒng)，進(jìn)行能源轉(zhuǎn)型。

選擇性開(kāi)采、有計(jì)劃地存儲(chǔ)以及生產(chǎn)生活中廣泛的燃燒利用，表明煤炭并非為某一社會(huì)階級(jí)或某個(gè)生產(chǎn)部門所獨(dú)占。“在吉仁臺(tái)溝口，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)煙煤燃料最終推動(dòng)形成了一個(gè)獨(dú)特的復(fù)雜化社會(huì)?！背饓?mèng)晗說(shuō)。

研究人員介紹，在中國(guó)伊犁地區(qū)，可能是受到了距今4200年前開(kāi)始的一次全球性氣候惡化事件的影響，距今4200—3800年間的人類活動(dòng)出現(xiàn)衰退。

距今約3600年前，新疆西北部地區(qū)形成了更為復(fù)雜成熟的生產(chǎn)作業(yè)方式。吉仁臺(tái)溝口遺址晚期人群不僅掌握多種農(nóng)作物的種植和家畜的養(yǎng)殖技術(shù)，還具有制銅工業(yè)，顯著增強(qiáng)了社會(huì)的復(fù)雜化程度和穩(wěn)定性。社會(huì)發(fā)展需求、氣候環(huán)境惡化共同脅迫史前社會(huì)進(jìn)行能源轉(zhuǎn)型。

人類活動(dòng)和環(huán)境總是相互影響的。“我們的研究有兩個(gè)有意思的點(diǎn)：以往的研究大多從動(dòng)植物利用的視角去觀察人類生業(yè)怎樣適應(yīng)環(huán)境的變化，但是這次是從燃料的視角揭示了人類面對(duì)資源短缺時(shí)會(huì)做出怎樣的選擇；第二是人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響。在進(jìn)行土壤元素分析時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)人的冶銅活動(dòng)導(dǎo)致了土壤污染，這是典型的人類活動(dòng)影響環(huán)境的表現(xiàn)?！倍瓘V輝說(shuō)。

董廣輝說(shuō)，團(tuán)隊(duì)一方面會(huì)繼續(xù)拓展研究區(qū)域，探尋周邊甚至更遠(yuǎn)的地方是否有新的證據(jù)，推進(jìn)對(duì)于早期用煤的時(shí)空分布特征的認(rèn)識(shí)；另一方面，團(tuán)隊(duì)著眼于大量燃煤產(chǎn)生的環(huán)境影響，不只局限于局部的土壤污染，還計(jì)劃對(duì)遺址不遠(yuǎn)處的湖相沉積地層開(kāi)展研究，進(jìn)一步完善對(duì)史前時(shí)代煤炭資源利用的認(rèn)識(shí)。

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