1. 引言

考古研究顯示[1]，一百多萬年之前世界各地向現(xiàn)代人類轉(zhuǎn)變過程中的直立人已經(jīng)開始使用火。例如在中國，距今約180萬年前的山西西侯度、約170萬年前的云南元謀、約90萬年前的陜西藍(lán)田等都發(fā)現(xiàn)了早期人類使用火的痕跡，但尚不能確定當(dāng)時(shí)人類所能使用的是人工制造的火還是天然的火。在國內(nèi)外獲得了較多認(rèn)可的考古研究已基本證實(shí)，最早掌握人工制造火、控制火并保留火種的直立人是距今約70萬至30萬年前生活在北京周口店等地的直立人[1]。隨后，世界各地的人類族群使用火的行為越來越普及，人類用火烘烤食物、取暖、照明、驅(qū)趕猛獸等，并因而不斷地增強(qiáng)了在嚴(yán)酷自然環(huán)境中的生存能力。

在使用火的過程中人類逐漸發(fā)現(xiàn)，在壘砌爐灶中用火可以更高效、更高質(zhì)量地烘烤食物；同時(shí)，隨著人類使用火的能力越來越嫻熟，爐灶中火的溫度也越來越高。在經(jīng)常使用爐灶的過程中可以體會(huì)到，長(zhǎng)時(shí)間的用火可使?fàn)t灶中的爐壁變成比較堅(jiān)硬的燒土（圖1），水與土混合成泥并經(jīng)過爐灶燒烤后會(huì)變硬，提高溫度和延長(zhǎng)時(shí)間都可進(jìn)一步提高燒制物的堅(jiān)硬程度。如果事先把混合而成的泥預(yù)制成特定的形狀，該形狀在燒制后可以永久性地保留下來，這一過程就是制作陶器的過程。陶器不屬于自然界中存在的物質(zhì)，而是由人類發(fā)明的一種新的器具或工具。距今一萬多年前，世界各地的人類先后發(fā)現(xiàn)了制作陶器的方法。開始大量使用陶器是人類社會(huì)擺脫舊石器時(shí)代、進(jìn)入新石器時(shí)代的一個(gè)重要標(biāo)志，自此人類社會(huì)開始了野蠻時(shí)代[2]。熟練使用火的能力以及用火所能達(dá)到的溫度是實(shí)現(xiàn)人工冶銅過程的關(guān)鍵性基礎(chǔ)之一，對(duì)人類社會(huì)進(jìn)入后續(xù)的銅器時(shí)代和文明時(shí)代，以及對(duì)所形成文明的特征都會(huì)產(chǎn)生重要的影響[3]。

2. 人工冶銅技術(shù)的發(fā)現(xiàn)

銅是一種比較惰性的金屬，當(dāng)自然界中的銅礦石遇到氫氣、天然氣、沼氣等還原性氣體的長(zhǎng)期吹襲或接觸到對(duì)銅呈還原性的液體時(shí)就會(huì)逐步地轉(zhuǎn)變成疏松狀態(tài)的紅銅[4]，稱為自然銅（圖2）。在自然界中所有大、小銅礦區(qū)都可能生成一定比例的自然銅[5]。在舊石器時(shí)代，人類借助摔、打、敲、砸、捶擊、碰撞、研磨等方式加工自然界中的石料以改變其外形，使之轉(zhuǎn)變成所需的形狀，用作各種石質(zhì)工具；捶打加工成為了早期人類改變石料形狀的加工手段。當(dāng)人類在所生存的環(huán)境中撿拾到自然銅后很快就會(huì)發(fā)現(xiàn)，捶打加工可以簡(jiǎn)便而直接地使自然銅塊變形，并加工成所需的形狀，進(jìn)而制成性能優(yōu)良的銅質(zhì)工具，且加工和使用銅工具的便捷程度遠(yuǎn)高于石質(zhì)工具[6]。因此，人類在發(fā)明人工冶銅技術(shù)之前已經(jīng)掌握了銅器的一些變形加工技術(shù)，并開始使用自然銅制作的銅器[5]。

人類何時(shí)掌握把自然界中的銅礦石轉(zhuǎn)變成金屬銅的技術(shù)（即發(fā)現(xiàn)人工冶銅技術(shù)），存在著偶然性和難度。但總體上看，當(dāng)人類嫻熟地掌握了燒制陶器的高溫技術(shù)以及借助捶打變形來加工自然銅的技術(shù)后，發(fā)明人工冶銅技術(shù)就不再是十分困難的事了。惰性較強(qiáng)的銅金屬以各種化合物的形式隱藏在各種銅礦石中，并可以在還原性氣氛下轉(zhuǎn)變成金屬銅。用柴草、煤、焦炭等可燃物加熱，可以產(chǎn)生還原性的活性炭或煤氣，并把置于其內(nèi)的銅礦石轉(zhuǎn)變成金屬銅。在比較容易接觸到銅礦石的地區(qū)，制作燒陶窯爐的爐壁、爐底等部位的石料中難免會(huì)混入銅礦石。在長(zhǎng)期燒制陶器的過程中，混入的銅礦石會(huì)自動(dòng)地被還原成疏松的銅塊，并因不再適合繼續(xù)用于窯爐內(nèi)的爐壁或爐底而被替換出來。能接觸到銅礦石的人類族群就可以接觸到自然銅，并掌握變形加工自然銅的經(jīng)驗(yàn)；因此，自然會(huì)想到用替換出來的疏松銅塊去制作銅器，進(jìn)而發(fā)展出：燒烤銅礦石、捶打還原出來的銅塊、制成所需形狀等系統(tǒng)性人工冶銅技術(shù)。

若想快速地把銅礦石轉(zhuǎn)變成金屬銅，就需要提高窯爐的加熱溫度，溫度越高，轉(zhuǎn)變速度越快。如果炭火的溫度達(dá)到800 °C，一些類型的銅礦石就會(huì)較快地經(jīng)加熱而轉(zhuǎn)變成海綿狀疏松的銅塊[7]，這一過程即是人類最早發(fā)明的低溫人工冶銅技術(shù)。借助低溫人工冶銅技術(shù)所制作銅器的尺寸往往受限于單塊銅礦石的尺寸，因此這種技術(shù)也被稱為塊煉銅技術(shù)；只有把多件低溫冶煉而成的銅塊借助諸如后續(xù)鍛打的方式拼接在一起[8]，才能制作出大尺寸的拼接銅器。純銅的熔點(diǎn)約為1083 °C，青銅的熔點(diǎn)可低至950 °C、甚至更低。如果人類所掌握的加熱溫度可達(dá)到或高于1000 °C，則所加熱的銅礦石可能會(huì)直接轉(zhuǎn)變成液體的銅（圖3）[9]；這是借助鑄造過程制作銅器的前提，這個(gè)制作過程即是高溫人工冶銅技術(shù)。高溫人工冶銅技術(shù)可以把源自眾多銅礦石塊熔煉而來的液態(tài)銅直接混合在一起，因而能輕易地制作出尺寸巨大的單件銅器，例如商代單件超過800 kg的后母戊鼎（中國國家博物館）。

借助低溫人工冶銅技術(shù)可以直接加工多種類型的銅礦石，并制作成各種銅器。但有些類型的銅礦石通常需要利用高溫人工冶銅技術(shù)才能制作成銅器。另外，在使用某特定類型的銅礦石時(shí)，即便冶銅過程并未出現(xiàn)液態(tài)的銅，也需要在較高的溫度下才能制作出所需的銅器。

3. 古代中國社會(huì)高溫技術(shù)的水平

早期人類所使用的燒陶溫度能夠達(dá)到800 °C時(shí)就有可能發(fā)明低溫人工冶銅技術(shù)，當(dāng)加熱溫度達(dá)到或高于1000 °C時(shí)就有能力發(fā)展高溫人工冶銅技術(shù)；而且較高的冶銅溫度更有利于高效率地制作優(yōu)質(zhì)的銅器。因此，人類所能實(shí)現(xiàn)的高溫技術(shù)對(duì)于推動(dòng)人類社會(huì)發(fā)明人工冶銅技術(shù)以及因普及銅器的使用而盡早進(jìn)入銅器時(shí)代等都發(fā)揮著重要的作用。

分析在新石器時(shí)代中、晚期眾多遺址中出土的陶器斷口及其化學(xué)結(jié)構(gòu)，可以推斷出當(dāng)時(shí)所能實(shí)現(xiàn)的燒陶溫度。例如，對(duì)河北武安磁山的砂質(zhì)陶、遼寧旅順郭家村的紅陶、湖北枝江關(guān)廟山的紅陶、福建閩侯曇石山（下層）的細(xì)砂灰陶、青海樂都柳灣的夾砂紅陶、廣東曲江石峽的灰陶等地陶器的分析結(jié)果顯示，在新石器時(shí)代中、晚期這些地區(qū)的燒陶溫度都已經(jīng)達(dá)到或超過了1000 °C。表1歸納了對(duì)新石器時(shí)代中晚期、中華文明萌生之前中國一些地方燒陶溫度的分析研究結(jié)果；總體上看，在中華文明區(qū)的甘肅、青海、山東、河北、河南、湖北、廣東、浙江、福建、內(nèi)蒙古、遼寧等地的燒陶溫度均已經(jīng)達(dá)到或超過1000 °C[7,10]。

與表1所示中華文明區(qū)的燒陶溫度對(duì)比，環(huán)地中海的南歐、西亞、北非等一些地區(qū)相應(yīng)時(shí)期的燒陶溫度就顯得比較有限。一些文獻(xiàn)報(bào)道了對(duì)新石器石器晚期至銅器時(shí)期早期環(huán)地中海一些地區(qū)燒陶溫度的分析與研究。公元前5500至前4900年期間南歐地區(qū)克羅地亞的燒陶溫度在800~900 °C范圍[11]，公元前5200至前4100年期間北非地區(qū)摩洛哥的燒陶溫度多數(shù)在800~900 °C范圍，個(gè)別可達(dá)950~1000 °C[12]，公元前4500至前4050年期間東南歐地區(qū)羅馬尼亞的燒陶溫度約為900 °C[13]，公元前3600至前3500年期間西亞地區(qū)敘利亞的燒陶溫度則仍低于900 °C[14]。

由此可見，與南歐、西亞、北非一些地區(qū)的燒陶溫度相比較，新石器時(shí)代中晚期中國各地在燒制陶器的高溫技術(shù)方面具備一定的優(yōu)勢(shì)，至少不遜色于環(huán)地中海各地的高溫技術(shù)。

4. 傳統(tǒng)高溫技術(shù)的明顯優(yōu)勢(shì)

古代中國長(zhǎng)期的燒陶實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)使人們總結(jié)出，適當(dāng)?shù)倪x擇制陶所用的粘土原料和提高燒陶溫度后，可明顯提高所燒制陶器的硬度；因而在約公元前1300年的商代制作出了印紋硬陶（圖4(a)）[9]；制作硬陶需要提高燒陶溫度，使其盡可能達(dá)到當(dāng)時(shí)已可實(shí)現(xiàn)的1200 °C[10]。

當(dāng)時(shí)人們所積累的經(jīng)驗(yàn)顯示，選擇某些原料可以使燒成的陶器變白；如今已經(jīng)知道，原料中氧化鋁的含量越高及氧化鐵的含量越低則燒成的陶器越白。另一方面，燒制的溫度越高、陶器也越白。當(dāng)燒成溫度超過1200 °C，斷口基本呈現(xiàn)白色，所制成的燒成器即變成了瓷器[7]。約公元前1300年中國出現(xiàn)了瓷器的萌芽制品，即原始瓷（圖4(b)），東漢時(shí)期的青瓷制品反映出中國的瓷器制作技術(shù)已逐漸成熟（圖4(c)），到明清時(shí)期中的瓷器水平達(dá)到了頂峰（圖4(d)）。西文用“china”表示“瓷器”，這一詞隨后也成為了“中國”，即“China”，說明全世界公認(rèn)瓷器是由中國發(fā)明。而制作瓷器所必須達(dá)到1200 °C的高溫表明，新石器時(shí)期末期中國在高溫技術(shù)方面必然具有領(lǐng)先世界的明顯優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而成為了率先發(fā)明瓷器的基礎(chǔ)。

5. 中國早期人工冶銅制作銅器的成分

約公元前3000年以及更早時(shí)期中國各地已經(jīng)出現(xiàn)了多種借助人工冶銅技術(shù)制作的銅器，包括由純銅制成的紅銅器、以含適量鎳為主的白銅器、以含適量鋅為主的黃銅器、以含適量錫為主的錫青銅器和以含適量砷為主的砷銅器等[4]。然而，在5000多年之前的遠(yuǎn)古時(shí)代，全世界各地的人類均尚未獲得關(guān)于銅器化學(xué)成分的知識(shí)，也不掌握控制銅器成分的技能；因此所制作出不同化學(xué)成分的各種銅器很可能主要源于當(dāng)時(shí)所獲得的天然銅礦石在化學(xué)成分上存在的差異[4]。

孔雀石（圖5(a)）是碳酸銅類的銅礦石[15]，借助低溫人工冶銅技術(shù)即可把孔雀石制作成紅銅器。鋅銅礦以含銅為主，同時(shí)也含有較多的鋅[16]，如圖5(b)所示的綠銅鋅礦石，人工冶煉鋅銅礦就可制作出黃銅器。銅鎳礦會(huì)同時(shí)含有較多的銅和鎳[17]，如圖5(c)所示的銅鎳硫化物礦，人工冶煉銅鎳礦就可制作出白銅器。許多銅礦石中會(huì)含有較多的砷[18]，如圖5(d)所示的硫砷銅礦，人工冶煉這類礦石就可制作出砷銅器。在一些銅礦石中，錫也經(jīng)常是除了銅以外的重要金屬元素[19]，因而經(jīng)人工冶煉可制成錫青銅器。

如上所述，遠(yuǎn)古人類使用就近獲得的礦石可以直接冶煉出銅器，而今天的考古發(fā)掘發(fā)現(xiàn)它們分屬于化學(xué)成分不同的各種銅合金。但是當(dāng)時(shí)并不存在精確控制銅器化學(xué)成分的人工冶銅技術(shù)，銅器化學(xué)成分的差異主要取決于偶然所獲得礦石的天然成分。如果所制作的銅器不屬于紅銅而是銅合金時(shí)[4]，就會(huì)涉及到不同合金元素在所制作銅器各部位的分布是否均勻的問題。一般來說，很難確保天然礦石中各種合金元素的分布是均勻的，而均勻分布的化學(xué)成分往往是確保所制成銅器呈現(xiàn)良好使用性能的前提。銅器中不均勻分布的各種元素有在高溫條件下借助擴(kuò)散過程而自發(fā)均勻化分布的傾向，因此提高人工冶銅溫度有利于獲得成分均勻分布的銅器；即便是始終在未熔化的狀態(tài)下實(shí)施人工冶銅，偏高的溫度也有利于促使所制作銅器成分的更均勻分布。

6. 結(jié)束語

新石器時(shí)代不斷地?zé)铺掌魇沟萌祟愂褂没鸬哪芰θ照閶故欤崭G的爐溫也越來越高。到新石器時(shí)代末期，中國各地陶窯的爐溫普遍達(dá)到了1000 °C或更高的溫度。較高的窯爐溫度不僅提高了所燒制陶器的質(zhì)量，而且也有助于發(fā)明低溫人工冶銅技術(shù)，并為發(fā)展高溫人工冶銅技術(shù)創(chuàng)造了條件。商周時(shí)期當(dāng)窯爐溫度可達(dá)到1200 °C以上時(shí)就率先燒制出了原始瓷器，表明中國當(dāng)時(shí)的高溫技術(shù)領(lǐng)先于全世界。因此中國很早就具備了發(fā)明人工冶銅技術(shù)的高溫加熱能力。公元前3000年及之前，中國人工冶銅所制作銅器的化學(xué)成分主要依賴于所獲得銅礦石的天然化學(xué)成分，且較高的冶銅溫度也有利于使銅器獲得均勻分布的化學(xué)成分和良好的使用性能。

文章來源——金屬世界