你好，这是本兔的第
107
篇推送。
烧骨的颜色由
黄
至黑、
灰
，以至
白色
。有一些黑色的骨头可能是被
氧化物染色
的结果，或者既被烧过，又被染了色。
烧骨是考古遗址骨骼遗存中比较常见但是占相对较小数量的一类。在比较古老的史前遗址中，烧骨和石器共存被作为
人类用火的证据
，例如在中国的周口店遗址，
骨头可能是有意作为燃料而被燃烧，也可能因为处于火塘附近而恰好被燃烧，也有人骨被火化的情况，因此出现烧骨的情况是非常多样的。鉴别燃烧的温度，以及量化烧骨占全部骨骼遗存的比重，可以帮助理解燃烧的情况。
烧骨形成的情况通常是难以确定的。如果是在温度高于650°C的篝火中燃烧，骨头会由于煅烧而失去它原本的形状，因此不太可能被保存下来。对于炭化成黑色或灰色的烧骨，它们只能是在篝火的边缘，或者火焰下方的沉积物中。在我所考察过的遗址中，并没有发现过能够指征后一种情况的遗存组合。烧骨似乎总是与未经烧灼的骨骼遗存混杂。因此烧骨很有可能是来自
火焰的外缘
，形成原理与木炭类似。
骨骼经烧灼时颜色会发生变化，主要是因为有机物不同程度地发生炭化。
Stiner等人介绍了一种评估烧灼程度的颜色系统。
白色对应超过650°C的煅烧，所有的有机物都被氧化。温度的提升也影响到晶体的
原子有序度和晶体尺寸
，并且会破坏有机组份。有一个颜色变化和红外光谱的关系：
不同程度烧骨的颜色和红外光谱变化。其中颜色对应Stiner et al. 1995
现代山羊骨烧灼至不同程度的红外光谱。样本和烧灼程度都来自Stiner et al. 1995：
0度为未经灼烧
，
6度为煅烧
。峰位置：1, 1650; 2, 1458和1419双峰; 3, 1091; 4, 0度位于1033, 6度位于1048; 5, 874; 6, 631; 7, 603和569双峰。
燃烧程度2，有机物峰（主要是骨胶原的酰胺I和其它峰，上图1）消失；
主要的磷酸盐峰（上图4）从未燃烧骨的1033移动至完全燃烧骨的1048；
在特别高的温度下，上图峰6变得显著。这个峰大概是烧骨
最好的标志
。Schiegl等人描述了史前洞穴中烧骨的红外光谱。
单纯用红外光谱来鉴定烧骨的主要问题在于，暴露于瞬间高温对红外光谱产生的很多变化，长期在温和条件中的成岩作用也能够导致
/*只要功夫深，铁杵磨成针*/
。也许唯一确定为高温导致的变化就是631处的显著的峰（上图6）。注意，在成岩作用严重的样本中，这个位置也会出现一个小峰，如下图光谱e。
因此，鉴定烧骨需要
同时参考颜色和红外光谱
。颜色有时候会误导，因为如果被氧化物染色骨头也会变黑。这种黑色一般只在表面最强，或者仅存在于表面。红外光谱可以用于区分烧灼的黑色和氧化物染色的黑色，或是兼而有之。主要是依据535cm-1处一个强且宽的峰，指示氧化物的存在。
磷酸盐矿物相对难溶，因此容易在考古记录中保存下来。
自生磷酸盐矿物中保存着重要的信息，可以帮助我们重建遗址古代化学环境，以及遗址中某些特殊活动。
磷酸盐矿物通常高度无序，因此很难鉴别。
有机物中几乎都含有磷。通常在动物畜栏，储存室，下水道，垃圾堆，以及燃料仓库中都会大量聚集有机物。在洞穴遗址中，在没有人居住时鸟粪和蝙蝠粪便也会富集。总体来讲，鸟类和蝙蝠的粪便中富含磷酸盐。
微生物降解有机物的过程会产生磷酸根，同时会释放酸性物质，这会使得沉积物的pH降低。产生的酸会与沉积物中相对不稳定的矿物反应，导致它们部分或完全溶解。溶解的阳离子则与磷酸根结合，生成
自生磷酸盐矿物
。产生的矿物种类与存在的阳离子种类、以及反应的化学环境（稳定场）都有关系。
因此，某些特定的自生磷酸盐矿物就可以指示
古代的化学环境
，因此可以用于重建沉积物在过去的pH和磷酸根浓度等。而这反过来，又向我们提供了信息帮助我们判断考古记录
保存是否完整
。
这一系列反应可能需要几十年的时间，对于考古学应用来说，可以视作是
“立即完成”
的。
在过去的50年里，沉积物中的磷酸盐含量被用于寻找考古遗址中的
活动区域
，因为磷酸盐的产生能够表征过去有机物的浓度。有些磷酸盐已经是自生矿物的形式，有些仍然是与有机物结合的形式。
沉积物中常见的自生磷酸盐矿物可以通过红外光谱来鉴别。总体来讲，当pH降低时，首先生成
碳酸羟基磷灰石
，这是考古环境中最常见的自生磷酸盐矿物。当pH降到7以下，碳酸羟基磷灰石溶解，然后，如果磷酸根浓度高，形成纤磷钙铝石（
crandallite
，CaAl3(PO4)2(OH)5 • H2O），磷酸根浓度低，则形成磷铝镁钙石（
montgomeryite
，Ca4MgAl4(PO4)6(OH)4 • 12H2O）。如果pH继续降低，则根据环境中的阳离子种类形成淡磷钾铁矿（
leucophosphite
，KFe (III) 2(PO4)2(OH) • 2H2O），磷铝石（
variscite
，AlPO4 • 2H2O）或磷钾铝石（
taranakite
，K3Al5(HPO4)6(PO4)2 • 18H2O）。
洞穴沉积物中常见的自生矿物，按溶解性降低排序。a,
碳酸羟基磷灰石
，特征峰的位置：1, 1450和1414; 2, 1040; 3, 872; 4, 604和565。b,
纤磷钙铝石
，特征峰位置：5, 3412; 6, 3138; 7, 1113; 8, 1040; 9, 859; 10, 618; 11, 511和467。c,
磷铝镁钙石
, 特征峰位置：12, 1058, 13, 595。d,
淡磷钾铁矿
，特征峰位置：14, 3450和3323; 15, 1070和985; 16, 614和592。e,
磷钾铝石
，特征峰位置：17, 3380和3270; 18, 1102, 1062和1020; 19, 555; 20, 456。
鉴定自生磷酸盐矿物的一个主要难点在于，在考古遗址中，这些矿物的
结晶度
（由晶体大小和原子有序度共同决定）通常都很低，因此红外吸收峰都比较宽。事实上，由于结晶度过低，它们中的很多都无法通过X射线衍射得到。下图展示以色列Kebara洞穴中低结晶度的磷铝石和磷铝镁钙石与高结晶度矿物的对比。
有序和无序的磷酸盐矿物红外光谱对比，无序的吸收峰显著宽于有序的。a,
高结晶度的磷铝石
，来自美国犹他州，b,
高度无序的磷铝石结核
，来自以色列Kebara洞穴; c,
高结晶度的磷铝镁钙石
，来自美国南达科他州; d,
部分结晶的磷铝镁钙石
，来自以色列Kebara洞穴。a光谱的特征吸收峰：1, 3446和3373; 2, 3117; 3, 1653; 4, 1065和1032; 5, 822; 6, 609和572; 7, 431。b的特征吸收峰：1, 3430; 2, 3140; 3, 1640; 4, 1039;5, 859; 6, 610。c的特征吸收峰：1, 3435; 2, 1094和1037; 3, 788, 762, 744和724; 4, 590。d的特征吸收峰：1, 3413; 2, 1643; 3, 1036; 4, 590到562; 5, 906处一个肩峰，这个平坦的肩说明淡磷钾铁矿的存在。
/*兔曰：
磷酸盐三部曲，历时大半年（并没有）终于完结散花了。第一篇是关于磷酸盐的种类和红外光谱的一般介绍，第二篇重点关注晶体的有序度，并介绍了利用红外光谱裂分因子来评估晶格有序度的方法，第三篇其实是没什么关系的两部分，关于烧骨的部分其实放到第二篇逻辑更完整，但是就显得第二篇太长而第三篇太短，所以本天秤座觉得还是强行拆迁一下吧。
如今，距microarchaeology一书出版已经过去了十年，老专家又有很多学生做了很多工作，所以其中的方法也有一些更新，比如关于裂分因子，同一个样品随着研磨的程度不同也会发生变化，因此也有人开发了研磨曲线的方法
后来同一个作者
又通过一些理论模拟发现6
04峰的宽度也很能说明问题
关于自生磷酸盐，这几年没见到很显著的更新，甚至老专家那个测磷酸用的便携式UV都落灰了，大概是因为
热衷于研究鸟类和蝙蝠粪便的那位老师被以色列一所知名大学挖走并转向研究偶蹄目动物粪便了吧，这几年在新的领域也是硕果累累。
等我把这本书翻完，也许可以出几篇番外介绍一下最新的研究成果
（
又在乱立flag
了啊喂
*/
