关于青铜器
众所周知，人类社会分为石器时代、青铜时代、铁器时代、电子时代（我将其戏称为“黄铜时代”）等。由此可见，铜是影响人类社会发展的一种重要金属，在人类社会发展历史中具有举足轻重的地位。青铜器是人类最早大规模使用的金属，大幅度地推动了人类社会的进步，是古文明的一个重要的判别指标。现在公认的世界四大古文明都拥有灿烂的青铜文化。
人类最先使用的金属应该是在自然界中能直接找到的，如自然金、自然银和自然铜。自然铜虽然储量比自然金和自然银大很多，但是分布范围很局限，是富铜流体遇到大量还原物质时出现的，主要分布在美洲。我国的峨眉山也有少量自然铜产出。而人类使用的铜则主要从孔雀石、黄铜矿等矿石中冶炼。根据我的研究，铜可能是人类最早冶炼的金属。考古学家在以色列发现了
9000-7000
前的采铜矿坑。但是，比较纯的铜（如红铜）质地软，熔点高
(1084.62 °C)
，不适合做切削工具。因此，铜最初被人类所认识、利用的很长一段时间内，并不能完全代替石器。这段过渡期被称为铜石混合时代或者红铜时代。只有当人类开始制造青铜，才真正大幅度提高了生产效率，从而改变了人类社会的发展进程，使人类进入青铜时代。
青铜
(Bronze)
是红铜与锡及铅、锌的合金。相对于红铜，青铜的熔点大幅度降低、易于熔融铸造。与红铜不同，青铜不仅需要冶炼铜，还需要冶炼锡、铅、锌等金属。仅从冶金的角度讲，青铜相对于红铜是一次革命性的进步。
青铜的熔点与其成分有密切的关系，一般小于摄氏
950
度。在含锡达到
25%
时，其熔点可以降低到摄氏
800
度或者更低。在普通的炭火炉灶上就可以融化，因此，青铜时代，很多兵器都是铸造的，如刀枪剑戟斧钺钩叉箭镞等各种武器，以及锤子、锯子、钉子等各种工具等。此外，还有大量的青铜食器、酒器、水器、乐器、车马器、农器与工具、货币、玺印与符节、度量衡器、铜镜等，也都是铸造的。
更关键的是，与红铜相比，青铜的硬度大幅度提高。与生铁相比，青铜的柔韧性好，不像生铁那样脆，容易折断。与钢相比，青铜硬度要低，但是，青铜比钢耐腐蚀。青铜在空气中被氧化后，会形成碱式碳酸铜，即常说的铜绿，阻断内部的金属与空气的接触，因此，青铜器可以历经数千年而保存完好。正是由于青铜的这些众多的优点，使青铜在铁器出现后很长的时间内，仍牢牢地占据主导地位。在我国，是秦末农民起义后，百炼钢出现，青铜兵器才慢慢退出历史舞台。
根据现有考古资料，迄今为止，发现的最早的青铜器出现于约
7300
年前的中东地区的美索不达米亚
(Mesopotamia)
。但是，在开始的很长一段时间内，青铜器与石器并用，因此被称为铜石混合期
(Chalcolithic Age)
，或者青铜
-
新石器过渡时代。目前公认的真正青铜时代始于
6000
年前的两河流域的苏美尔，其代表性的青铜器物是雕有狮子形象的大型铜刀等。青铜器是苏美尔、古埃及文明起始的标志之一，也是其迅速发展，成为人类文明的发源地的主要推动力。
我国历史文献和传说中，很早就开始使用青铜器等金属。但是考古发掘方面，我国的青铜是公元前
1400
多年的殷墟之后才大规模出现的。这些青铜器中有著名的后母戊鼎等一批最大、最精美的青铜器。与殷墟几乎同时的是四川广汉三星堆青铜器。此前，虽然有青铜器零星出现，但是时代和产地存在疑问。
问题是青铜技术也不可能突然产生并达到顶峰，其发展也需要很长的时间，为什么我国国家迄今为止发现的最早的青铜器是最好的？而且其铅同位素组成在我国境内找不到。难道我们的青铜器是外来的？这个问题曾经困扰我很长时间。
追根溯源：青铜器的铅同位素
我国在上世纪
80
年代初，中国科技大学的金正耀和彭子成等开始利用铅同位素进行考古工作。特别是金正耀博士先后发表了大量青铜器铅同位素数据。由于最初使用的是我国于
1965
年自行设计制造的
ZHT 1301
电子管质谱。该质谱测定的同位素精度差，一般在
0.1%
，而且无法获得准确的
204
Pb
数据。因此，我国学者早期发表的数据主要是以
207
Pb/
206
Pb
的数据。金老师等人的最大贡献是发现了商代青铜器具有高放射成因铅。
我开始博士论文研究的时候，我们国家启动了“夏商周断代工程”。由于彭子成老师曾经做过青铜器铅同位素研究，而国内另一位从事此项研究的科研人员，金正耀老师，当时在日本留学，夏商周断代工程的一位老师找到了彭老师，让我们协助测定从商代到秦汉的两百多件青铜器和一件锡锭的铅同位素。
由于青铜器中铅含量很高，可达到
30%
，所以我们采用了彭子成老师做访问学者时的合作导师美国地调局
R.E. Zartman
等人的电解法富集铅。将青铜器渣用强酸溶解后，用铂电极电解，然后在用加双氧水的硝酸将电极上的铅溶解下来。最后到冶金部天津地质研究所张英臣研究员的实验室，用当时最先进的质谱仪，英国
VG
公司的
VG-354
测定铅同位素。测定结果证实了金正耀老师关于商早期的青铜器具有高放射成因铅同位素结果。更关键的是，这种高放射铅同位素只出现在殷商青铜器中。商晚期和周以后的青铜器同位素在国内都能找到类似组成的矿床。
我当时非常兴奋。经常与彭老师讨论这些数据。同时，我还向国内从事铅同位素研究的著名地球化学家，中科院广州地球化学研究所的朱炳泉研究员请教，得到的答复是，国内没有具有这种铅同位素特征的铅矿。
这就是说，迄今为止我国境内发现的最古老的青铜器，其铅同位素与我国发现的其它青铜器有着明显的差异。金正耀老师认为，在我国境内，除了云南边陲的金沙外，没有见到这种铅同位素组成的矿石。
对于殷商青铜器高放射成因的铅同位素，金正耀老师认为是武丁王时期，他的妃子之一，著名的女将军妇好能征善战。是她通过征战获得的战利品，或者是从云南金沙附近购买的。
我对此有很多疑问。真的是我们的祖先从云南南部边陲买来青铜器的原料或者是通过战争缴获制作了商朝早期的青铜器？云南和河南的殷墟之间相隔万水千山，古人是如何跨越秦岭、长江等天险，到云南南部大量开采、运输青铜原料的？要知道，中原地区与四川盆地之间的联系是秦人打通秦岭后才真正建立起来的。到唐朝时，李白还写了著名的蜀道难：“蜀道之难，难于上青天！”。而从四川到云南南部还有千山万水。
更重要的是，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演化线上。从而从根本上否定了这种可能性。
此外，如果商的势力范围内没有制作青铜的原料，我们的祖先是如何发明青铜技术的？如果真是这样，是不是商朝在此之前我们没有青铜器？如果商没有青铜器，一个石器国家如何打败拥有先进的青铜器的部族？难到这些青铜确实就来自异国他乡？这些想法时常在我脑海里萦绕，但是强烈的民族自豪感让我每次出现这种想法时，就很快摈弃它。当时，我始终觉得中华文明是世界上最先进的。而且商的青铜器非常精美。但是，如果不是外来的，又无法解释这些铅同位素数据。
当时，我天天纠结如何解释这些数据。有时候甚至梦想着要取得震动世界的重大发现。这时候，彭子成老师让我把数据上交，同时安排我做锇同位素的工作。我非常不情愿，也不理解。彭老师告诉我，这些样品是考古界重要人物的，我们不能随便写文章。不过，据我检索，彭子成老师还是发表过湖北盘龙城等地青铜器铅同位素的数据。
1999
年
8
月，我出国，此后主要的精力投入到板块俯冲与成矿等元素地球化学研究工作中，再没有去过问当年测定的那些青铜器铅同位素数据的去处。不过，脑子里对这些青铜器始终放不下。有空会查阅资料、思考解决问题的办法。
后来，我发现金正耀老师对三星堆青铜器研究的文章提到三星堆青铜器也具有高放射成因铅同位素。三星堆距离金沙要近很多，这似乎说明殷商青铜器是可以用战争或者商业交换来解释的。但是，如前所述，两者铅同位素组成不在一条演化线上。退一步讲，即使殷商的青铜器来自三星堆，三星堆青铜器是如何起源的？有一些人认为三星堆来自古埃及。金沙就是沿用了古埃及的“吉萨”的名字。真的是这样的吗？我们有哪些证据支持这种说法？哪些证据反对这种说法？如果三星堆真的来自古埃及，我们与古埃及人之间有什么关系？是不是说明我们中华文明是向古埃及偷学的？我们是不是比古埃及人落后？每次想到这些问题，我总是会忍不住要推究一番。
事实上，我国早期的青铜器很多具有高放射成因铅同位素组成。北京大学崔剑锋等一些考古学家总结认为，我国古代最早的青铜器，如郑州商城（应该是指二里岗）、偃师商城（应该是指二里头）、三星堆和殷商早期等，都是具有高放射性铅同位素特征的。
作为同位素地球化学专业的，我们都知道铅同位素在地质演化过程中很难发生大幅度的同位素分馏。但是，我还是想过一种可能：青铜器是战略物资，特别是早期的青铜器，很可能被反复熔炼。在熔炼过程中会不会发生铅同位素分馏？因为做过铅同位素分析的人都知道，在热电离质谱测定时，铅被加热气化然后电离，这个过程铅同位素可以发生分馏。当时有这种想法的人可能很多。我的老师，中国科学技术大学的陈江峰教授，就曾经跟我提过这种可能性。如果熔炼过程中，铅被气化了，可以出现铅同位素分馏。
铅的熔点是摄氏
327.502
度，沸点是摄氏
1740
度。如果青铜器被反复回炉，其中的铅在每次熔炼过程中都发生气化，则分馏会被累加，最后会表现出较大的变化。但是三千多年前，古人应该不能达到摄氏
1749
度的炉膛温度。更重要的，铜的熔点是摄氏
1084.62
，青铜器的熔点小于摄氏
900
度。在青铜器回炉过程中，并不需要达到铅的挥发温度。
但是，铅具有挥发性。金属铅在受热到摄氏
400-500
度时，会发生挥发，形成“铅烟”。早在
20
世纪
60
年代，西方学者就发现在铅冶炼加工过程中会发生同位素分馏。
1995
年英国学者
Budd
曾经提出古代冶金过程中，由于铅的挥发，会使同位素发生很大的分馏。这似乎支持我关于早期青铜器铅同位素的解释。
那么是不是在形成铅烟的过程中，青铜器的铅同位素发生了分异呢？这种同位素分异是否可以解释我国早期青铜器的铅同位素组成呢？
对此，
Budd
和后来北京大学的崔剑锋在专门做了青铜器冶炼过程中铅同位素分馏的实验，结论是冶炼过程中，铅同位素确实可以发生分馏，但是不能解释我国早期青铜器的高放射成因铅同位素。首先青铜器在冶炼过程中确实会丢失铅，造成一定的铅同位素分馏，但是这种分馏的幅度太小。这个也许不是致命的问题，因为可以通过多次冶炼挥发来增加分馏。其次，也是更重要的。挥发过程中铅同位素的分馏遵循瑞利分馏原理，其变化趋势与自然界中由铀钍放射而产生的铅同位素变化趋势不同。也就是说，青铜器铅同位素可以用来示踪其源区。
崔剑锋等人认为，二里头和殷商早期的青铜器原料可能来自中条山。中条山有铜矿峪等铜矿。他们认为这些矿的铅同位素具有高放射铅的特点。青铜器中的铅是在炼铜过程中混入的。铜矿峪铜矿由于有较高的铀钍含量，加之成矿时代久远，是
17
亿年前的矿，有很高的放射性成因铅同位素。但是比殷商等青铜器的铅同位素要高出很多，而且与殷商青铜器的铅同位素不在一条演化线上。铜矿峪是以黄铜矿为主。金正耀认为当时我们的商朝先民已经能用硫化物炼铜了。
与青铜器相关的另外两个问题是：为什么殷商早期的青铜器似乎是突然出现的？为什么这些青铜器如此精美，此后的青铜器似乎再也没有超过殷商青铜器？对于第一个问题，我的解释是，青铜是战略物资，由于资源紧缺，早期的青铜被反复回炉。所以考古发现很少。对于第二个问题，我将其归结为战乱。周朝打败商朝后，相关的技术受到了影响。这一点在项羽灭秦时出现过。由于匠人在战乱中被杀，致使很多技术失传。
这些问题曾经困扰我很多年，直到十几年前，我开始系统对比研究古埃及和苏美尔文明，很多疑团才慢慢解开。从青铜器、甲骨文、战场到复合弓、小麦、圈养牲畜等，殷商时期，在现今中国这片土地上，我们的祖先突然创造出来璀璨的文明。从这个文明的发展路线看，商朝文明先是在河南郑州附近出现，然后逐渐拓展。就像数百年前的欧洲人移居美洲一样，我们的祖先从古埃及带着青铜等一批先进的技术，漂洋过海，来到我们现今中国这片土地，在新的土地上创造出了殷商及后世的灿烂文明。期间，商朝先民可能在马来半岛等地居住过一段时间。所以，带来了热带海洋独有的一些东西，如贝币和用于做甲骨文的马来龟。
附录：精美的中国古代青铜器
后母戊鼎
说到中国的青铜器，就不得不提后母戊鼎。后母戊鼎原称“司母戊鼎”，是中国商代后期王室祭祀用的青铜方鼎，
1939
年
3
月
19
日在河南省安阳市武官村一家的农地中出土，因其腹部著有“后母戊”三字而得名，现藏中国国家博物馆。后母戊鼎器型高大厚重，又称后母戊大方鼎，高
133
厘米、口长
110
厘米、口宽
79
厘米、重
832.84
千克，鼎腹长方形，上竖两只直耳，下有四根圆柱形鼎足，是中国目前已发现的最重的青铜器之一。该鼎是商王祖庚或祖甲为祭祀其母所铸。这是迄今为止，我国出土的最大的青铜器。
四羊方尊
四羊方尊是商朝晚期青铜礼器，祭祀用品。
1938
年出土于湖南宁乡县黄材镇月山铺转耳仑的山腰上，是中国仍存商代青铜方尊中最大的一件。方尊每边边长为
52.4
厘米，高
58.3
厘米，重量
34.5
公斤，长颈，高圈足，颈部高耸，四边上装饰有蕉叶纹、三角夔纹和兽面纹，尊的中部是器的重心所在，尊四角各塑一羊，肩部四角是
4
个卷角羊头，羊头与羊颈伸出于器外，羊身与羊腿附着于尊腹部及圈足上。因高超的铸造水平，被史学界称为“臻于极致的青铜典范”，位列十大传世国宝之一。
毛公鼎
周朝的青铜器中，毛公鼎是最有名的。这是西周晚期毛公所铸青铜器，出土于陕西宝鸡市岐山县，收藏于台北故宫博物院。鼎高
53.8
厘米，口径
47.9
厘米。圆形，二立耳，深腹外鼓，三蹄足，口沿饰环带状的重环纹，造型端庄稳重。鼎内铭文长达四百九十九字，记载了毛公衷心向周宣王为国献策之事，被誉为“抵得一篇尚书”。其书法乃成熟的西周金文风格，奇逸飞动，气象浑穆，笔意圆劲茂隽，结体方长。是研究西周晚年政治史的重要史料。
虢季子白盘
商周时期盛水器，晚清时期出土于宝鸡，现收藏于中国国家博物馆，是镇馆之宝。盘形制奇特，似一大浴缸，为圆角长方形，四曲尺形足，口大底小，略呈放射形，使器物避免了粗笨感。四壁各有两只衔环兽首耳，口沿饰一圈窃曲纹，下为波带纹。长
137.2
厘米，宽
86.5
厘米，高
39.5
厘米，重
215.3
千克。盘内底部有铭文
111
字，讲述虢国的子白奉命出战，荣立战功，周王为其设宴庆功，并赐弓马之物，虢季子白因而作盘以为纪念。铭文语言洗练，字体端庄，是金文中的书家法本。
编钟
中国古代汉族大型打击乐器，编钟兴起于西周，盛于春秋战国直至秦汉。中国是制造和使用乐钟最早的国家。它用青铜铸成，由大小不同的扁圆钟按照音调高低的次序排列起来，悬挂在一个巨大的钟架上，用丁字形的木锤和长形的棒分别敲打铜钟，能发出不同的乐音。
西周的编钟一般是由大小
