具有高放射成因铅同位素的殷商青铜器的来源

发布时间：2016-06-17

中国科学院矿物学与成矿学重点实验室&广州地化所 科技 与规划处 供稿
我国商朝有灿烂的青铜文化。出土了大量精美的青铜器。有意思的，最精美的青铜器似乎是在商朝中晚期的殷商时期突然出现的。在此之前，青铜器在甘肃、青海、山西等地有零星出现。中科院广州地球化学研究所的孙卫东研究员及其领导团队，从铅同位素、锡矿等角度探讨了殷商青铜器的物源。提出殷商早期具有高放射成因铅同位素的青铜器可能来自非洲。论文发表在Nature出版集团的Scientific Reports上。

1984，中国 科技 大学金正耀博士首次报道了商早期的青铜器中有高放射性成因铅的现象，并且提出这种高放射性成因铅来自云南边陲的金沙。随着越来越多的青铜器高精度铅同位素数据的发表，人们发现三星堆、盘龙城等与殷商时代接近的遗址中出土的青铜器均具有类似的高辐射成因铅的特征。中国科学院广州地球化学研究所的朱炳泉研究员和广州大学的常向阳教授又有重要发现：殷商早期青铜器的高辐射成因铅，与云南金沙的铅高放射成因铅分布在不同的“等时线”上。青铜器高放射成因铅落在25亿年的等时线上，而金沙等地则是很年轻的铅同位素。换句话说——这两个地方的铅是不同的。从已发表的铅同位素数据来看，现今中国境内没有这种具有高放射成因铅同位素的铅矿。

这种古老的高放射成因铅非常少见。至少需要两个重要的条件才能产出：年龄老且铀/铅比值高。要同时满足上述条件，最佳区域是超过25亿年的古老地质体—“克拉通”中远离板块俯冲的中心地带。这是因为，板块俯冲过程中铅比铀更活动，会使铀/铅比值降低。

华北是古老的克拉通地体，但是后期多次受到板块俯冲的改造，发生了“克拉通破坏”，失去了产生这种铅矿的条件。文献中有报道铜矿峪黄铁矿、黄铜矿中有类似殷商早期的铅同位素，问题是，黄铁矿、黄铜矿中铅含量非常低，不足以解释青铜器中的铅。那么会不会在铜矿峪有已经用完的高放射成因铅矿呢？为此，作者们对铜矿峪铜矿进行了研究。铜矿峪是一个商晚期就开采的大型铜矿。形成于18亿年前，其铅同位素可以落在25亿年等时线附件。但是，铜矿峪属于古老俯冲带，并不是形成古老高放射成因铅同位素的最佳地质背景。流体包裹体显示铜矿峪成矿流体中除了铜以外确实有铅和锌，但是没有任何锡。更重要的是，在铜矿峪附近出土的垣曲铜商朝青铜器冶炼遗址中，所有的炉渣和绝大多数青铜器铅同位素属于正常范围，只有一件青铜器落在殷商高放射成因铅同位素青铜器的区域。由于青铜器和炉渣的铅同位素应该接近，这些数据排除了铜矿峪作为高放射成因铅同位素的来源。

此外，作者还讨论锡的来源问题。锡是青铜器的关键元素。在华北地区迄今为止没有发现锡矿。如果华北没有锡矿，我们商朝的祖先是如何突然发明了青铜器并且建立了全世界最灿烂的青铜文化？

从地质条件来看，非洲、美洲和澳大利亚最有可能产出这种高放射成因铅同位素。从全球范围已经发表的铅同位素数据来看，美洲密西西比河谷型铅锌矿中有少量此类铅同位素报道；澳大利亚也有少量此类铅同位素。而非洲则是中国以外，唯一报道青铜器中有古老高放射成因铅同位素的地方。考虑到美洲的古文明起始时间远晚于非洲，作者推断非洲应该是我们殷商早期具有高放射成因铅同位素特征的青铜器的最可能的来源。

问题是：如果商早期的青铜器真的是来自非洲，古人又怎么能把这种铅从非洲运过来呢？难道是：我们的祖先到了非洲学了青铜的制造技术，然后又把原料买了回来？这样，我们引以自豪的殷商文明岂不是非常落后？会不会是我们祖先原来在非洲生活，由于某种原因迁徙到中原地区，带来了青铜器？这些都有待进一步工作的验证。



Sun, W D, L P Zhang, J Guo, C Y Li, Y H Jiang, R E Zartman, and Z F Zhang (2016), Origin of the mysterious Yin-Shang bronzes in China indicated by lead isotopes, Sci Rep-Uk, 6, doi: Artn 23304 101038/Srep23304
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