你好，这是本兔的第47篇推送。
骨骼材料的成岩作用包含了一系列复杂的过程，它们在不同尺度上对骨骼材料有着不同的影响。与我们的直觉不同的是，成岩作用的程度与埋藏的时间并不成强烈的相关。这主要是因为，大部分反应都迅速地发生在最初有机基质降解的过程，之后的进程主要受埋藏环境的影响。
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关于骨骼材料成岩作用的概述可见：
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关于骨骼和其他化石中保存的有机物的更早的论述可见：
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驱动活体内晶体发生变化的驱动力，即形成更有序的晶体，同样在死后驱动矿物的降解。我们骨骼中的晶体在我们死后会持续生长相当长的时间。有机物的微生物和化学降解会极大加速成岩作用的过程，因为它会加大纳米尺度上的空隙率，因此晶体就会更多地暴露在环境之中。由于这个可能变化，骨骼矿物成岩作用可能遵循不同的路径，理解这些不同路径的关键在于骨骼矿物的溶解性。
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Berna等人测量了在近似自然环境中近现代和古代骨骼的溶解性，在实验过程中他们将样品置于开放的空气中。
下图是碳酸羟基磷灰石的磷酸根浓度与pH关系图，图中斜线（等温线）是矿物稳定状态（右边）和溶解（左边）的边界。近现代骨骼的等温线是右边的AA’，高结晶度的合成羟基磷灰石是左边的BB’。这明显地说明了近现代骨骼中的矿物相比于更加有序的同种矿物来说更加易溶。
磷酸根浓度与pH。骨骼矿物溶解和重结晶的条件范围称作“重结晶窗”在D点的条件下，骨骼矿物是稳定的，如果pH下降并且磷酸根浓度上升（D→D1），那么在重结晶窗内时晶体会重结晶并变大以及有序，当它最终越过BB’线时，矿物会溶解。如果是沿着D→D2线/*pH和磷酸根浓度都下降*/，那么即使在重结晶窗内，也会损失部分矿物。
从图中可以推知，近现代骨骼（埋藏时间约20年，骨胶原含量仍接近新鲜骨骼）在pH高于7.6-8.2时是稳定的。这也暗示了在富含方解石的沉积物里骨骼矿物不会溶解，因为方解石会形成pH8.2的缓冲体系。这就解释了为什么骨骼遗存在方解石胶结的沉积物中保存良好，如果方解石胶结物在埋藏不久后形成的话。如果最稳定的碳酸羟基磷灰石都溶解，也就是说在BB’线左侧，这意味着在实践中，骨骼在任何pH小于7.2的环境中都会溶解。
如果环境pH和磷酸盐浓度位于AA’等温线的左侧，情况又如何呢？骨骼矿物会溶解，并且提升局部的磷酸盐浓度（以及钙离子浓度），由于新的环境条件仍然处于碳酸羟基磷灰石的稳定场中，新的、更加有序的晶体会形成。因此在这个范围内，稳定的晶体会取代不稳定的晶体，但是类型保持不变。因此Berna等人将这个区域被称作“重结晶窗”。
Berna等人指出，如果骨骼埋藏在剧烈的水文环境中，比如地下水流速较快，那么溶解的离子会被带走，骨骼就会损失矿物。如果水文环境比较稳定，那么大部分溶解的离子将在骨骼周围重新结晶。这在富含黏土的沉积物中比较可能发生，事实上，已经证实在这类沉积物中骨骼保存较好。
/*请允许我再次引用这篇
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重结晶给我们的一大启示是：即使宏观上的形态没有改变，骨骼内部的晶体组合有可能已经发生了变化。这种矿物相的变化可以通过红外光谱来监控，详见12章。
在经过重结晶窗的过程中，晶体会发生很多变化，它们都会使得晶体稳定性增加。
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晶体尺寸增大，没有六重对称性的盘状晶体会逐渐转化为针状。
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原先骨骼晶体中取代磷酸根的碳酸根含量会逐渐减少，导致矿物相的组成更加接近纯的羟基磷灰石。
如果环境中存在氟离子，它们会进入晶格中，因为氟化的晶体更加稳定。/*含氟牙膏的原理*/
氟离子会取代氢氧基团。
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但是，氟离子不会位于与原本氢氧根完全相同的位置，而是占据更加对称的位置，导致了碳酸氟磷灰石（细晶磷灰石/*Ca5(PO4,CO3)3F*/）更加稳定。
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能够保存骨骼中有机组份的环境条件是很难预测的。有机物的降解有可能是细菌/真菌/化学反应导致的。
对于生物降解来说，水是必要的，一般也需要氧气。如果任何一项条件有限，降解进程会减弱甚至完全停止。
化学降解一般包括水解。理论上来讲，水是一个限制条件。不过，对水分子数量的需求非常小，因此即使在最干旱的条件下，缺水也无法停止水解反应。
已经有观察显示，与矿物相紧密结合的蛋白质：如骨钙素以及酸性的非胶原蛋白，在骨胶原无法保存的条件下也可以保存。
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一个证据是，这些大分子无法直接从新鲜的骨骼中提取，必须先溶解矿物相。
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说明矿物可能保护了这些大分子。此外，骨胶原和DNA在结晶中保存地也更好。
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可以确定这种良好的保存状态是因为包裹在晶体中的有机大分子与环境的隔绝。
骨胶原降解的第一步应该涉及三螺旋结构的丢失。
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骨胶原水解之后的结构有自己的名称：明胶。/*感谢某些生产老酸奶的黑心商家让我们对这个词并不陌生*/
从骨胶原到明胶的过程可以提升温度、改变pH来实现。
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新鲜骨骼中的骨胶原在155℃左右解开折叠，皮肤中约为60℃-70℃。
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但是，如果有一些重要的维系原纤维稳定性的化学键缺失的话，这个温度会降低。
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calorimetry：量热学*/
Weiner等人发展了利用X射线衍射定量分析羊皮卷中的骨胶原和明胶比例的方法，并将其用于死海古卷的研究。
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打开折叠的明胶更容易发生化学水解，并更易受微生物的酶降解。
总结一下，骨骼材料等级结构的第一级，对理解成岩作用是最重要的，因为大量信息都包含在这一级。根据我的经验，骨化石中的矿物和有机物的保存之间没有很强的相关性，也就是说，影响这两种主要物质的保存状况的因素大多时候是不同的。
在骨骼材料等级结构的第四级，骨骼材料有着不同的微结构。因此我们可以问一个问题：是否有某种结构保存得比其他结构好。据我所知并非如此。这一层结构对成岩作用的重要性在于它包括了几微米至几十微米范围内的所有结构。细菌和真菌也在这个尺寸范围。
不同的结构类型可能提供了不同的供细菌侵入的孔隙。因此，有可能在包含更多微管的结构类型中，骨单位更容易受到细菌的降解，因为它们很方便在微管中移动。
许多侵入骨骼的真菌和细菌能够彻底溶解并移除矿物和有机物。事实上，它们能够在骨骼结构中自己开辟道路，并毁坏原本的微结构。而它们自己开辟的通道将继续保持中空，使得总体孔隙率增加。
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因此，以这种方式降解的骨骼仍然保存它们的宏观形态，但是在几十微米的尺度上，原本的微结构已经部分破坏了。令人惊奇的是，在没有被细菌影响的部分骨骼材料和骨胶原的保存依旧完好。
与热带相比，在温带气候更容易发生细菌和真菌对骨骼材料的破坏。事实上，在温带地区，骨骼的保存经常是由微生物活动主导的，骨骼内部留存的大量通道可以证明这一点。
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这是有点反常的，因为通常土壤中微生物的活性是随着温度升高而增加的。
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缺氧条件抑制了真菌的活动，以及大部分（并非全部）的细菌活动。此类缺氧的条件通常发生在富含有机物的环境中，因为大部分氧气都在有机物氧化过程中被消耗了。这类环境包括泥炭、沼泽以及某些海底环境。骨骼在这种环境下要得以保存的困难在于：有机物的降解会降低体系的pH，如果低于7.2，骨骼将会溶解。如果一个个体被埋藏，就会导致缺氧和低pH的局域环境。这会影响骨骼的成岩作用。
尽管在这一领域的早期研究都语焉不详，不过Jans等仍然揭示了同一遗址的人骨相比动物骨骼而言更加多孔，并且更多地收到微生物的腐蚀。
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有趣的是，空隙尺寸的增加同时发生在纳米尺度和微米尺度，前者反映的是骨胶原损失，而后者多为细菌洞穿。
微生物降解在缺乏液态水（并非空气中的水蒸气）的时候也会减弱。这会发生在某些沙漠中，比如智利的阿塔卡玛沙漠，事实上，这个区域发现了人类的干尸。
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Hedge等估计了埋藏后500年内微生物入侵的概率。下文的实验显示，在埋藏32年之后只有四分之一的骨骼材料收到了微生物的腐蚀。
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注意，很有趣的是，在法国的一个新石器遗址，饱水环境中发现的骨骼比地下水面以上区域发现的骨骼含有跟更多的骨胶原。它们在孔隙率和结晶度方面也有差异。我们不能笼统地将这种差异归于某一项具体的环境因素，比如微生物，而应该理解为饱水环境更加稳定，以及更少有氧活动，与地下水面以上相比。
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松质骨更容易受到破坏，可能是由于不同的机械损伤机制，如踩踏、啃咬、以及敲骨吸髓等行为。在这个尺度上保存状况的差异不太可能是因为松质骨和密质骨不同的比表面积导致了不同程度的化学和生物腐蚀。
一个有趣的发现是，与其他材料相比，骨骼材料几乎从不以模或者假晶这些能够保留宏观形态的形式保存。这与软体动物壳体形成对比，后者经常以假晶或者模的形式保存。
假晶的形成可能涉及三个过程：
埋藏在细颗粒沉积物中，
生物矿物相溶解
生物矿物相被沉积物取代
我的猜测是，前两个阶段对于软体动物壳体和如何来说没有区别。但是，用沉积物取代溶解的矿物相，在骨骼中的情况要远比壳体复杂。
骨骼中有很多内部孔隙，而外表面则几乎没有，因此进入沉积物内部并取代的可能性是有限的。矿物相的溶解同时会引起塌陷，进而后续的沉积物取代无法进行。
关于骨骼（而非骨骼材料）的埋藏学已经有很多研究，关于它们如何从活体转化为化石/考古记录。
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这是一个复杂的过程，涉及了微生物和化学过程，发生的速率变化范围也较大。直觉上，可以猜到生物降解过程需要能量，因此在骨骼自身和/或周围环境营养物质丰富的时候这一过程将迅速发生。经历长时间的变化主要由化学驱动。
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在上文中，Trueman等人提出了一个很有见地的骨骼成岩速率的模型，即早期的快速成岩作用与骨胶原的降解相联系。这将使得晶体暴露在环境当中，从而导致他们变化迅速。而在随后慢速长期的变化中，随着晶体的长大以及磷酸盐等其他矿物在骨骼空隙中沉积，有效表面积会减少。可以想象针对骨骼矿物的生物侵蚀也主要发生在早期阶段，骨胶原会为微生物提供营养来源。
直觉上，似乎地表的骨骼会很稳定，除了太阳辐射和雨水冲刷，以及由于动物啃食带来的机械损害。然而事实并非如此。
Behrensmeyer在肯尼亚的Amboseli国家公园地表收集了一系列骨骼样品，在20多年内，从同一宰杀地点重复采样。尽管这项长期研究的主要焦点是检查每一个地点的埋藏学特征，不过对于采集的骨骼材料也进行了分析。
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研究采集的骨骼样品中晶体大小由X射线衍射线宽法间接测量，以及直接从透射电子显微镜读取。这些研究表示，在有些骨骼中，晶体在10到20年之间就会长大（见下图）。
从犀牛骨中提取的晶体长度与宽度关系。其中一个样品在动物被杀当年采集，另外一个是21年后。
他们同样揭示了平均晶体长度与红外裂分因子/*IRSF*/的线性关系，这也说明了这一因子能部分反应晶体尺寸。
这项观察的重要性在于，这些变化发生在骨骼被置于地表20年之内。骨骼矿物红外裂分因子的变化在以色列北部也有观察，在骨骼放置地表2到11年之间就有变化。
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Amboseli的骨骼样品中蛋白质含量衰减地也非常快。
Trueman等人记录了骨骼空隙中的各种自生矿物，其中有一些（但并非全部）是磷酸盐矿物。其中有一种经鉴定是重晶石/*BaSO4, 233*/，其中钡元素只可能来自土壤自身。此外，骨骼上表面会有一个由于蒸发形成的自生矿物的壳体（其中也包括蒸发矿物天然碱/*Na2CO3•NaHCO3•2H2O*/）这些观察使Trueman等人得出结论：地表的骨骼会由毛细作用吸取地下水。这些水继而蒸发至上表面。这种成岩作用的驱动力是迅速的水流。这也许就是骨骼矿物变化如此迅速的原因。这一过程发生的程度取决于土壤化学以及环境条件。
这些研究显示了土壤表面的骨骼在死亡后非常短的时间内就会发生变化，在长时间过程中也会发生变化。
在考古遗址中大部分骨骼是埋藏的。他们被埋藏的原因通常是不清楚的，此外，埋藏的速度也是不确定的。人为干涉当然能够使埋葬成为一个同时的进程，例如有意埋葬亲人，填充垃圾坑，使用含有骨骼的沉积物作为房屋地基等等。在洞穴中，如果有蝙蝠和鸟类的存在，在粪便的作用下骨骼埋藏速率会极大加快。
尽管概括埋藏骨骼的成岩作用速率是不太可能的，不过有理由假设，如果骨骼埋藏的微环境不发生变化，那么成岩作用在某一点时会停止。如果埋藏环境变化，那就可能开始另一个进程。
“烧骨”指曾置于特定温度下的骨骼，这种温度会导致有机物的炭化和/或氧化，以及矿物相的重结晶。骨骼的颜色会由于炭化和重结晶发生变化。颜色本身可以被用作估计温度的指标。
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当骨骼经历高温时发生的颜色和结晶度变化。
/*本色盲放弃翻译这个表
有机质颜色为1mol/L盐酸溶解矿物相之后的颜色*/
如果温度超过650℃，那么所有的有机物都会转化为二氧化碳，骨骼失去机械完整性，骨骼矿物会重新结晶。
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焙烧过的骨骼呈白色。这一过程可以用红外光谱分析来检测（见12章）。白色的焙烧骨骼通常在考古记录中无法保存，因为它很容易分解成粉末。由于烧骨需要的最低温度在火焰范围之内，扔进火中的骨骼很容易被焙烧。火化一个人类身体，当然和把骨头扔进火里是一样的。这个最终产物就骨骼而言，是一样的，也就是包含重结晶的骨骼矿物的粉末。/*第一次见到这么形容骨灰的……*/
然而，通常来说区分炭化导致的黑色，以及由锰或者其他氧化剂导致的染色是非常困难的。这可以通过红外光谱来实现。
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有时候，区分较低温度的烧骨和风化的骨骼也是有困难的。在大多数情况下，没有一个明确的标准，而是需要同时使用若干独立的标准。这包括颜色，矿物相状态，炭化残留物的存在与否，以及微观裂痕和收缩。
识别考古遗址中的烧骨提供了骨骼使用的信息（如燃料或养料），有时也间接提供了用火的信息。
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此外，高温焙烧会毁坏骨骼，或者使它更易受到机械损害，灼烧会显著地改变保存下来的骨骼组合，从而影响基于动物考古记录得出的关于过去人类行为的结论。骨骼在埋葬后也可能受到高温影响，如果附近有用火行为。最后，烧骨无法保留有机相的信息，只有部分矿物相的信息。因此识别烧骨是非常重要的。
在焚烧过程中，有些骨骼会经历600℃以上的高温数小时。在这些条件下，Holden等人观察到在600℃至1000℃，以及1000℃以上的晶体生长，晶体的局部融化与融合有可能发生。
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此外，在这些条件下，磷酸钙的一种高温形式，磷酸三钙/*Ca3(PO4)2*/也会形成。
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这些性质可以成为焚烧骨骼的一种指征，与篝火中烧过的骨骼不同。在焚烧过程中，不是所有骨骼都会自发地分解成粉末，但是它们确实会经历显著的收缩，以及有特征性的裂缝。
你好，这是科技考古专著Microarchaeology的兔译本。
如果你喜欢，那是作者写得好；
否则，那是译者翻得不好。
/*绿色双斜线中内容去掉并不影响阅读*/
想要英文pdf请留邮箱，欢迎探讨。
"""如果生物学术语跟你老师讲的不一样，以你老师的为准！"""
