京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?

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京杭大运河是如何穿过淮河或黄河的,黄河是地上河呀?


| 答主:免渡河
问的是历史还是现在呀?
现在的话,京杭大运河在黄河南北两岸是中断开的。
1855 年,清朝咸丰年间,黄河在铜瓦厢决口,主河道流向东北,在山东聊城的张秋镇,冲断了京杭运河,侵占大清河河道,并向东流到利津进入大海。
由于黄河改道,截断了大运河,运河南北之间的漕运被迫停止。
在黄河还没有淤积为地上河的年代,曾经也在大运河与黄河交汇口设闸,南来船只过东平湖船闸,进入黄河。
后来黄河淤积成了地上河,两河之间的水文联系就彻底中断了。
至今运河在黄河南北两岸,仍旧保持着断开的状态。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
运河和黄河之间,没有水文联系,没有交叉。甚至南北两端,相隔 20km。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
点 1,黄河南岸运河终点,点 2,黄河北岸运河终点。
下图,黄河南岸的大运河。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
下图,黄河北岸的大运河。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?黄河北岸的运河
为什么运河跨黄河南北两段会相隔 20km?
1855 年黄河改道,冲毁了大运河河堤,但是之后,官方仍然为了船只穿过黄河做了诸多努力,设立船闸。最初船只可以从运河穿过黄河,到达鲁运河的北端。
后来河口处泥沙淤积,逐渐就进不了北岸的运河了。
于是船只从南岸进黄河,向下游 20km,再进入重修、改道后的运河。
再后来,黄河彻底成了地上河,运河两端都和黄河断联,就成了现在的样子。
具体情况可以看看这篇文章。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
大运河和现在的淮河,关系就比较复杂。淮河现在有多个入海的途径。第一个入海途径是汇入长江,从洪泽湖,向南经高邮湖,邵伯湖进入长江,通过长江入海。
大运河和淮河的入江通道,大部分是平行和伴随的关系,二者紧邻,但不交叉。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
下图,高邮湖旁的大运河
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
左侧水面为高邮湖,右侧为大运河。但在邵伯湖的南端,大运河汇入了邵伯湖。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
淮河的第二个入海途径,是经苏北灌溉总渠,和淮河入海水道入海。
苏北灌溉总渠和淮河入海通道的起点在洪泽湖,向东延伸。苏北灌溉总渠和京杭大运河交叉时,是用船闸控制。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
京杭大运河与苏北灌溉总渠、淮河入海水道相交。海河入海水道与京杭大运河交叉,是通过水上立交的方式。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?水上立交
交叉的位置在淮安市,上层水道是京杭大运河,下层水道是淮河入海通道。京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?现场航拍
历史上大运河和淮河,黄河的关系就复杂了。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
这是 1785 年,黄河与京杭大运河、淮河交汇处的水系图。
图上的里运河,中运河,就是大运河。
那时候,黄河夺淮,沿着现在废黄河的河道,经兰考、民权、商丘、砀山、徐州、宿迁、淮安,由江苏省滨海流入黄海。
那时候,淮河还在和黄河并流。并没有突破洪泽湖南堤,所以也无法汇入长江。因此在淮安及以东,淮河和黄河合用一条河道。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
但是,大运河要航运,黄河沙多且水量不稳定,淮河水量大洪水频发。
三者平面交汇,直接就问题加难度三次方了。为了解决问题及难度的三次方,当时在三条河交汇处,建了数不清的水利工程。
让我们再拿回那张图。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
黄河含沙量高,在 1785 年,已经逐渐向地上河靠近。淮河在洪泽湖以北,汇入黄河,非常困难。
所以图的下方,红框内,也就是洪泽湖以北,可以看见人工修筑的很多引河,那是为了让淮河水能够顺利的汇入黄河,从而能够入海,而不是在江苏的大平原上泛滥成灾。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
同时,京杭大运河也与黄河在此交汇,黄河沙多,淮河水量大,而京杭运河的漕运又是如此重要,毕竟南粮要北运,因此运河漕运也不得不保。
为了保运河,希望运河既不要被黄河的泥沙淤了,也不要在黄河水位高的时候被黄河水给冲了。
同时又希望淮河的水能顺利的进黄河,不要有太多的水进入运河,让运河难以行船。
又又希望淮河有一定的水量进运河,否则运河就没有水行船了。
因此中运河、里运河上,都建了 n 多闸、坝。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
为防止黄河泛滥,黄河上也有多处堤坝。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
在那个既没有水上立交,也没有渡槽,没有隧道涵管或倒虹吸的年代,曾经为了能种地、能漕运,做出了多么复杂而艰巨的努力。
这里的每一项工程,都是智慧的结晶。
但是有什么作用吗?黄河终究越於越高,淮河后来终于难以汇入。淮河在洪泽湖一带,突破南大堤后,一片汪洋,洪水泛滥了很多年,终于找到了汇入长江的通道。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
黄河在 1855 年北归了,留下了一条故道,也就是河道又高,又没水的废黄河,成了淮河流域南片和北片的分水岭。
淮安清口这个位置,现在仍然有多条河流交汇。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
但是,黄河不在此处了,淮河也南流了。只剩下京杭大运河,和各种人工水系,以及废黄河交汇。
水道的复杂,依稀还能看见一点当初黄河、淮河、京杭大运河交汇时的影子。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?现在的淮安清口枢纽

中国的青铜技术是从何而来?
| 答主:linyi812
这篇回答主要解释中国史前黄铜。很多人把这当作中国青铜技术起源,或者更宽泛地说成是冶金术起源,但这是有问题的。要说清楚问题在哪儿,不得不先从年代较晚的黄铜讲起。因为以前多次回答过相关问题,如果对黄铜不感兴趣可以直接跳到第 5 部分。
太长不看版:古代铜合金中黄铜是最难冶炼的;明代以前中国黄铜只有零星出土,且在史前和汉魏之间有长达两千多年的明显间断。史前黄铜被研究者认为采用最原始的冶炼方法获得,即用共生矿或混合矿「固体还原,全程低温(不超过 950℃),没有经历熔融状态。这种产品出现于 6000 多年前,确实足以排除任何外来影响的可能。但它不仅在当时是偶发、没有什么社会影响,而且与汉魏以来的矿炼黄铜方法有明显差别,也没有证据显示与商周主流青铜技术——先用铜、锡、铅矿各自冶炼出铜锭锡锭铅锭,再把金属锭按一定比例混合熔炼成青铜合金——有任何联系。因为它没有「流」,所以现有证据并不支持原始黄铜构成中国冶金术之「源」。
要论证独立起源假说,目前仍然非常缺乏龙山时代以前(早于 4300 年前)的信息,因为并没有发现包括采矿场、采矿工具、炉子、坩埚、鼓风设备、矿渣和炼渣等各类冶金考古证据,想重建仰韶-龙山-二里头的铜冶金技术演化脉络仍然需要大量的考古工作。

1.锌和铜锌合金冶炼难在何处

铜合金是人类最早认识并使用的金属合金材料,根据成分不同可分为青铜、黄铜、白铜等。其中黄铜是铜锌合金(Cu+Zn),外观呈金黄色,机械性能和耐磨性能都很好,可用于制造精密仪器、船舶的零件、枪炮的弹壳、阀门、水管等等。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?黄铜
但是黄铜在历史上的存在感,相比于青铜来说逊色不少。就中国历史来说,一个标志性事件是黄铜从明代嘉靖年间开始代替了青铜,成为铸造钱币的主要材料,是铸币史上一个划时代的转折,也表明到明朝中叶铜锌合金技术才发展成熟。这距离掌握铜锡铅合金的技术的时间,至少已过了三千年之久!
三代文明建立在青铜基础上广为人知,青铜常见于先秦文献,如春秋时期青铜器曾伯桼簠铸有「金道锡行」铭文(指铜、锡等青铜原料的运输路线),《周礼·考工记》已提到「金有六齐」(六种不同铜锡比例的青铜合金配方,用于制造不同类型的金属器物);但黄铜最早只见于东汉至三国的汉译佛书,文献中大多都叫「鍮石」(唐代文献频繁提到「波斯鍮」,这个词可能出自波斯语),从文献上看,大约在五代至宋时,炼丹家才摸索出用炉甘石和红铜炼制鍮石的方法。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
大规模黄铜利用相对较晚,原因是,作为黄铜合金元素的金属锌,在古代技术条件下很暗提取,是古代最难冶炼的金属。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
锌的化学性质活泼, 在自然界中少以单质锌形式赋存, 而多以闪锌矿和菱锌矿(中国古代称之为「炉甘石」,其主要化学成分为 ZnCO3)的形式存在。若要以炭还原各类锌矿,由于氧化锌还原反应的温度在 1000℃ 以上,而金属锌的沸点只有 906℃,故金属锌一被还原出来就成为锌蒸汽挥发掉;锌蒸气化学性质很活泼,一遇空气又会再被氧化;锌蒸气与还原反应产生的二氧化碳在冷却时(如 600~700℃)又会发生逆反应,再度生成氧化锌。
因此,在普通的冶炼铜、铁等其它金属所用的竖炉中冶炼,是很难得到金属锌的。要得到金属锌,需要特殊的集还原、蒸馏、冷凝为一体的装置。这是金属锌的使用比铜、铅、锡、铁的使用晚得多的原因。
直到 18 世纪欧洲开始工业化冶炼单质锌之前,世界范围内仅有印度和中国掌握了单质锌冶炼技术。目前中国发现的最早的炼锌实物材料均为明代及以后,最早记录炼锌工艺的也是明代文献。(中国古代炼锌技术的产生时间比印度晚‚,但二者的炉形结构完全不同‚,多数学者认为中国和印度的古代炼锌技术是各自独立发展起来的)
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
中国重庆临江二队明代遗址(左)和印度扎瓦尔遗址(右)古代炼锌炉对比
例如,我国古代在很早就已掌握炼铅的技术,当遇到铅锌矿时,在冶炼出金属铅的同时,也会生成金属锌。但是因为炼炉不是密封的,呈蒸气状的金属锌就会跑掉,所以长期以来人们都没有发现它,甚至很难意识到它的存在。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?《天工开物》中记载的冶炼倭铅和铸币方法
总之,单质锌在古代的稀缺性,导致黄铜无法像锡青铜那样通过直接混合铜锭和锡锭实现规模生产。因此,矿炼法(cementation,也叫「渗合工艺」)成为长时间内古代东西方世界生产黄铜的最主要方法。矿炼法是指通过混合锌矿、红铜、木炭以冶炼黄铜的方法。
具体来说,是将锌矿与木炭混合置于坩埚底部,上铺铜片,顶部再施一层木炭以防止锌蒸气逸散和铜片氧化。坩埚加热升温后,菱锌矿或氧化锌在还原气氛下生成锌蒸气,锌蒸气向上运动,扩渗入铜片内,从而形成铜锌合金。利用矿炼法生产的黄铜,称为矿炼黄铜。
其原理是,在冶炼温度尚未到达金属锌的沸点之前,一氧化碳和氧化锌的还原反应在 600℃ 左右就已开始进行,当反应温度达 800℃ 以上时,该反应已十分激烈,即此时相当一部分的锌已经被还原出来。若反应环境相对密闭,则生成的锌蒸汽将不断与铜反应,生成黄铜,从而使锌的生成反应不断进行。也有人对矿炼法和「渗合工艺」作了区分,在冶炼温度上,渗合工艺温度较低(约 800℃),矿炼法温度较高。根据现代模拟实验,理想情况下,矿炼黄铜锌含量最高可达 40%。对古代样品的分析结果显示,古代黄铜锌含量很少超过 28%。
矿炼法自发明以来,在古代黄铜生产工业中始终占主导地位。直到近代蒸馏法提取锌单质技术的出现,单质锌变得易于获取,成本大大降低,矿炼法才逐渐被锌化法取代。
总之,古代获得黄铜,技术路线长期是矿炼黄铜(cementation brass)——金属铜与锌氧化矿的冶炼;很晚之后才出现锌化黄铜(speltering brass)——金属铜+金属锌冶炼。即使是矿炼黄铜,也是一项技术性要求较高的冶炼活动,较之其他铜合金显得困难和复杂。

2.明代以前的黄铜制品一览

根据 2010 年的一个统计,中国境内考古发现的明以前的、且经过科学鉴定的黄铜制品共 17 件。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?马越、李秀辉,2010
表中没有提到、最近十年来发表的还有:
龙山时期:2004 年山西绛县周家庄遗址的考古调查中发现一件龙山时期的铜片,经检测其为镍黄铜,约含锌 14%,杂质含量较高,这是 20 世纪 70 年代之后我国史前黄铜的再一次发现。
十六国时期:2006 年,肥冢隆保等对 1984 年辽宁朝阳前燕奉车都尉墓出土的一件「铜鎏金」带具进行了成分检测,发现其实为黄铜。
南北朝:2008 年,南京新街口基德广场施工过程发现大量南朝前后的残破金铜佛像,对采集的一枚佛像残片进行检测,发现锌含量约 5%,贺云翱认为锌是有意加入的,可能为外来的舶载品。2009 年,韩立森等对 1963 年河北定州北魏塔基内出土的一枚龟纽印、一件镊子、一个泡饰进行了再勘察,发现三者均是黄铜质,含锌量分别为 9.9~14.9%、16.9%~17.9%、11.4%。
唐代:1984年,西藏乃东普努沟古墓群发掘出土了吐蕃时期的黄铜饰片、铜带扣、铜钵等。2010 年,新疆苏巴什佛寺遗址出土32件黄铜器,包括铜饰、带具带饰等,凌雪等认为其中的佛教饰品来自印度佛教文化的传播,而生活器具的出现则与内地官员的驻屯有关。2017 年,林梅村对 1958 年陕西临潼县庆山寺地宫出土的一件高浮雕人头黄铜胡瓶进行检测,测试结果为锌含量约 9%。林梅村认为此即敦煌文书所记「鍮石瓶子」,使用中亚传统黄铜工艺打造,腹部高浮雕人头像为印度教题材,器形与粟特胡瓶相同,产地可能在罽宾国(今阿富汗)。
现在已经有 50 多件,随着研究进展,这个数量肯定还会增多。这是因为,相对于夏商周时期来说,汉代以来铜器的科学检测不被重视,应该有一些黄铜器被当作青铜器发表或在库房吃灰没被研究。反过来说,由于以往偏早的时段是冶金考古重点,三代铜器科学研究的采样量大、覆盖范围广,目前所见夏商周的黄铜器很罕见,这一点应该是可靠的。
综合这些情况,可以看出:
1.时间:新石器时代晚期的黄铜器,和历史时期的黄铜器,存在较大的时间断裂(从约公元前 19 世纪,至公元 4 世纪,两千多年间仅有山东长岛 2 件黄铜镞出现)。从 4 世纪开始,按朝代的时间尺度算,黄铜在考古遗存中虽少但基本连续。这个开端比文献上开始出现黄铜的时间要晚一些,但结合出土背景中的佛教因素看,大致也能对得上。
2.空间:历史时期黄铜器出土地域,西部的偏多,中原相对较少。
3.出土背景:黄铜器多为小件器物。有不少具有佛教背景(佛像、佛寺、塔基地宫等)。有些饰品的形制本身被认为具有明显的希罗或波斯特色,如营盘汉晋时期墓地。结合科技测试的成分特征和地理、历史背景,西北出土的黄铜器常被研究者认为是舶来品。
4.对于矿炼黄铜始于何时,只能依赖于对文献和出土黄铜器的研究,但出土物都是终端产品,除了测合金成分,从中得到的关于制作技术的信息非常有限。目前还没有关于黄铜采矿、冶炼遗址,或者黄铜冶炼副产品(如炼渣)的报道。
因此出土黄铜器在与国外比较的同时,研究上也要借鉴国外的经验:
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?

3.新石器时代的黄铜是怎么冶炼的

有了前面的铺垫,再回过头来看仰韶和龙山时期的黄铜器。具体材料如下:
陕西临潼姜寨遗址 2 件,属于仰韶早期(半坡类型)。姜寨遗址分为若干期,黄铜器出自姜寨一期,姜寨一期本身的碳十四数据是距今 6700-6300 年。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?姜寨黄铜片
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?姜寨黄铜管
陕西渭南北刘遗址 1 件,属于仰韶中期(庙底沟类型)。庙底沟类型的年代,按现在认识时间跨度非常大,距今约 5900-4900 年。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?北刘黄铜笄
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
许宏,2021。该书出版之后又发现两例,分别是甘肃庆阳南佐和河南淅川沟湾的铜器,年代相当于仰韶晚期。
山西绛县周家庄遗址1件,属于中原龙山文化/陶寺文化。与铜片共出的灰坑陶片有光释光测年,发现者认为铜片的年代约相当于陶寺文化早中期(约公元前 2500-前 2100 年)。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
周家庄铜片
山东胶县三里河遗址 2 件、长岛店子遗址 1 件,均属于龙山文化。中原龙山/龙山文化的年代约在距今 4300-3800 年。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
三里河铜钻形器线图
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
三里河铜钻形器照片
到了龙山时代,中国出土铜器的遗址已经变得很多,大多数经过检测的都不是黄铜,这里不再展示分布图了。
这些黄铜器的合金成分、加工状态和合金类型如下表所示。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
由于明代以前的中国黄铜制品发现很少,不论在发现当时还是晚近,很多人对姜寨发现有仰韶早期的黄铜感到难以置信。除了技术上能否实现的问题(不是考古工作者专长),最常见的困惑:为什么发掘了那么多仰韶文化遗址,却只发现了这几件黄铜?龙山之后两千年为何缺少黄铜?直到现在也还是问题。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
安志敏,1981《中国早期铜器的几个问题》
这些资料属于仰韶文化半坡期,如果资料确实,就是中国最古的事例。但其素材为黄铜,黄铜技术是许多年之后才出现的技术,所以许多学者对这些资料的年代提出了疑问。(宫本一夫《从神话到历史》)
尽管据报导在仰韶文化遗址中发现有个别的铜制品,但学术界对其年代多有质疑,暂不考虑。真正中原地区开始少量出现早期铜器是在龙山文化时期,二里头文化开始数量显著增加。(张海等:《史前青铜冶铸业与中原早期国家形成的关系》
80 年代以来,中国冶金史研究者都认为早期黄铜的冶炼是可能的,但在具体工艺上有不同认识:一是「混合矿熔融工艺」,即将含铅锌矿的铜矿石或孔雀石与炉甘石混合后,于铜的熔点以下(950~1000℃)直接炼得(北京钢铁学院冶金史组,1981);二是「渗合工艺」,即将锌矿、木炭与自然铜(或人工冶炼铜)以混合状加热,于较低温度下(800℃左右),游离出来的锌将缓慢扩散至铜中而形成低锌黄铜(刘诗中, 2003);三是热煅或固体还原工艺(柯俊、王昌燧,2006)。
先看第一种。孙淑云、韩汝玢等老一辈学者,通过调查证实山东多地铜锌或铜锌铅共生矿的资源十分丰富,并用混合矿(铜氧化矿与锌氧化矿的混合物)做了多次冶炼实验,以期证明早期黄铜的真实性。其中多数实验中黄铜是熔化了的。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
作者最后的结论是:
以上的初步实验证明,早期黄铜的出现是可能的,只要有铜锌矿存在的地方,原始冶炼(可能通过重熔)可以得到黄铜器物。当然得到这种特殊成份的矿石,也可能是偶然的,因为早期黄铜器物的发现毕竟是个别的现象。这种由共生矿冶炼得到的黄铜,含杂质较多,性脆,会影响使用。
注意,除了上表这十炉之外,作者也用山东栖霞铜铅锌共生矿做过两次冶炼实验,得到的结果含锌量较低(2-2.5%), 不能认为是黄铜, 这可能是因为矿石中含铅量太高, 选用的矿石成分不适当所致。也就是说,用混合矿+现代技术条件可以冶炼成黄铜,且不说姜寨人怎么获取大冶孔雀石和云南菱锌矿,就是共生矿能否炼成考古标本那样的高锌黄铜器物还是未知数。
第二种方法,个人理解就是历史时期常见的矿炼黄铜,还没见有论文做实验证明可行。
第三种方法,「固体还原」,特点是产品没有经历熔融状态(液态)的过程,或者说,产品在其形成过程中始终保持固体状态。王昌燧、凡小盼团队在 2010 年左右用混合矿做了相关实验,发表多篇论文。具体是用炉甘石(主要为水锌矿)、孔雀石(一种铜矿)与木炭进行混合矿冶炼实验,过程为:原料置于刚玉坩埚内,盖上坩埚盖后,再置于马弗炉中,分别加热至 750℃、800℃、850℃、900℃、920℃、950℃后,保温一定时间(30 分钟至 48 小时),再随炉冷却。
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
(A)姜寨出土铜片。(B)天然孔雀石(模拟实验的起始材料)。(C,D)模拟实验中熔融工艺生产的黄铜。(E,F)模拟实验中固体还原工艺生产的黄铜。
实验结果表明:(1)在 800-900℃ 时,经固态还原反应即可获得块状黄铜,在 950℃ 以上可获得熔融黄铜。(2)800℃ 时,可获得低锌黄铜,含锌量不超过 5% ;850℃ 时,可获得含锌量高于 10% 的黄铜;900℃时,获得黄铜的含锌量可达 20% 以上;950℃ 时,所获黄铜的含锌量将超过 30%。
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样品中锌的分布,EF是姜寨铜片,AB熔融工艺生产的黄铜,CD固体还原工艺生产的黄铜
更重要的是,研究者利用同步辐射X 荧光微束技术对混合矿固体还原工艺黄铜、混合矿熔融工艺黄铜、矿炼法冶炼黄铜与姜寨遗址出土黄铜片进行了对比分析。其结果表明:

(1)在混合矿固体还原工艺炼得的块状黄铜中,锌的分布明显不均匀,锌含量的差异在不同区域间颇为显著;不同区域的铅含量亦存在较大差异,铅元素分布不具备「点状分布于晶界上」的分布特性。

(2)经过熔融(液态)的黄铜,无论是铜片与炉甘石冶炼获得,抑或混合矿熔融工艺冶炼获得,其锌元素的面分布皆十分均匀,不同区域的锌含量差别甚微,铅元素聚集在晶界上呈点状分布。
(3)姜寨黄铜片的铅、锌分布规律与固态还原工艺生成的黄铜类似,与熔融黄铜明显不同。基于这一分析结果,可以推断姜寨黄铜片由共生矿或混合矿经固体还原工艺获得。
总之,现代技术条件下,用混合矿在低温条件下固体还原工艺可以冶炼出黄铜。固体还原实验产品比熔融工艺更贴合考古材料,而且不需要熔融工艺那样的高温,降低了以往认为的技术门槛。但是中国新石器时代晚期由于缺乏相应的考古材料(制作黄铜所需的炉子、坩埚、某种铜锌共生矿或者炉甘石、炼渣,这些都没有发现过,目前所见的黄铜器只是最后产品),没办法更进一步地约束实验条件。那么,刚玉坩埚+马弗炉+混合矿的现代技术所做的实验,能在多大程度上「模拟」史前条件甚至重建史前技术,只能说见仁见智吧。
个人看来,排除熔融工艺只是大方向上的第一步,具体细节还有太多未解之谜。
比如,古人用共生矿(比如锌孔雀石)冶炼黄铜,理论上比两种或更多矿物的混合矿更容易,做结论时都会提到这种可能性,但还没人做实验证实。炉内还原气氛如何控制也是一大问题。有太多人讲过制陶与冶铜技术相关,足够高的温度有多重要,但是很少有人科普,冶金术产生的必要条件,除了高温,还要有足够浓度的和持续的还原性气氛。没有还原性气氛,无论怎样的高温也都于事无补。详见下图:
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
何堂坤 :《中国古代金属冶炼和加工工程技术史》,P38-39

4.史前黄铜在冶金史上的地位

首先,从文化层面上说,仰韶到龙山的黄铜很可能在当时社会并没有多大影响。
提醒不熟悉考古的读者几个点:
(1)上述史前黄铜,均出自地层(一种不能归类为灰坑、墓葬、房子等遗迹类型的层状堆积)或灰坑(垃圾坑)等最普通的出土情境中,黄铜是被当作垃圾、和普通破碎陶片混在一起废弃的,没有任何迹象显示这些器物和高规格遗存相联系,例如某些权贵墓葬或特殊祭祀遗迹。反过来说,发现过黄铜的庙底沟类型、陶寺文化和山东龙山文化,都发现过同时期最高等级的大墓(如西坡、陶寺和西朱封),其中也没有黄铜器。
(2)考古发掘出土的史前遗存只是地下埋藏文物的一小部分,也不完全是系统抽样,以往为了建立年代和文化序列,倾向于选择垃圾堆丰富的地方挖,近年来倾向于选择聚落结构关键节点去挖,重要聚落的发掘工作当然也更容易得到支持。但无论如何,发掘不会系统性地偏向挖不到铜器的地方,所以挖了那么多仰韶时期遗址却只有这么少的铜器,这个出土概率本身就很能说明问题。
(3)以前还可以说对小件金属器不够重视,缺乏做冶金考古的人员和经费等等,但现在冶金考古已经成为规模很大的学科分支的今天,这个借口就无法成立了。
(背景知识:仰韶文化是我国分布地域最广、延续时间最长、内涵极其丰富、主干性的新石器文化,涉及 10 个省区,延续时间最长达两千余年。据三普统计,陕西省仰韶遗址超过 2000 处,根据区域系统调查建模推演约有 6000-10000 处;河南省仰韶遗址 3000 余处,经发掘的近百处;山西省发现的仰韶遗址 716 处,经发掘的近 50 处。这些数据说明,将来还有充分的机会验证黄铜在当时社会的普遍性)
其次,在冶金技术上,引用一些相关研究者的说法。
初始阶段的固体还原工艺冶炼,并不必然发展只提炼单质金属以浇铸合金:
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
凡小盼等,2016
中国史前黄铜与历史时期黄铜之间没有必然联系:
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
肖红艳、崔剑锋,2022
早期黄铜不论中外,都带有极大的原始性和偶然性:
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?
何堂坤,2009
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?《中国大百科全书》中的评价:偶发个例
史前黄铜技术如果真的曾被掌握,那它的近乎失传便难以理解:
京杭大运河是如何穿过淮河或黄河?何堂坤,2009
总之,中国史前黄铜器极有可能是古人在生产生活过程中偶然得到的,新石器时代的古人并没有充分掌握黄铜合金的冶炼方法,所以在当时就没产生多大影响;中国历史时期的矿炼黄铜技术尚且缺乏考古证据,如果要把这些史前黄铜器视为起源是十分牵强的。

5.姜寨黄铜与中国冶金独立起源假说

史前黄铜出现很早,至少在中国它比青铜要早,那它到底在整个冶金起源中起到什么作用?
对早期历史影响比较大的金属还是青铜,学术界对于中国青铜技术起源的主流观点。
这里主要说一下与之相反的、现在已经不是主流的观点,有两类。
一类是把姜寨黄铜为代表的冶金技术视为中国冶金独立起源说的证据,如前述凡小盼等论文。该研究确实增强了冶金术的「中国特色」,即中国黄铜的利用比纯铜(红铜)或其他铜合金(砷铜、锡青铜等)都早,这与世界其他地区相比与众不同;但另一面则是,论文也强调黄铜技术上的原始性,认为冶金初始阶段无论中西用的都是用共生矿或混合矿通过固体还原工艺得到原始合金,这就强化了姜寨黄铜和中国青铜时代技术的距离。
反对意见就指出:
研究中国冶金技术起源,首先要基于中国的考古材料。陕西姜寨遗址出土了距今六千多年的黄铜制品,后期也在山东、山西等地发现了一些黄铜制品。中国最早的铜是黄铜,可能是本土起源,但是后来中断了,没有在青铜冶铸体系中发挥作用。(陈建立:冶金技术与中华文明起源)
这个青铜(铜锡或铜锡铅合金)冶铸体系至少始于二里头,真正在商周历史上发挥了重大影响。它可不是把铜矿石和锡矿石扔到一个炉子里经过固体还原工艺得到青铜,因为考古材料证实铜锡铅连采矿、冶炼都是各地分离的,外地用矿石冶炼出锡锭和铅锭后,运输到都邑遗址的生产作坊,再混合铜锭、锡/铅锭大规模熔炼出铜液,然后用块范法铸造青铜器。三代绝大多数青铜器,都不是固体还原工艺产物。
比二里头年代早一些、冶金考古证据相对清楚的,则是甘肃张掖西城驿遗址,现在说中国至少在 4000 年前进入了青铜时代应该是没有问题的。
也就是说,凡小盼等的观点,除了泛泛说黄铜出现不是偶然、无论中西都曾有一个采用热锻法或固体还原法冶炼金属的阶段、中国黄铜不比西方砷铜晚等等,却没有论证,这个冶金初始阶段怎样过渡/演化到有意识冶炼铜合金的阶段,或者姜寨黄铜技术和中国后来的青铜技术之间有何关联。这才是问题关键。
(可能有人会预设,技术一旦发生就会自动从低级到高级进步,仿佛有无形之手引导它走一条必然之路,所以讨论起源问题只比较早晚,其他可以一概不管,但这样设想没有任何道理,前述中国利用黄铜的历史本身,就是很好的反驳。)
要想论证独立起源或者一脉相承,关键仍是填补大量的技术演化缺环,把源流搞清楚。如果仰韶早期黄铜确实对后来仰韶晚期青铜有影响、仰韶晚期青铜又和二里头青铜有关联,那尊姜寨黄铜为祖毫无问题。从仰韶到龙山的黄铜,看起来没有什么技术变化;在仰韶时代晚期,至少新疆(阿凡纳谢沃)、甘肃(林家)、河南(沟湾)都已经有锡青铜,关于它们是如何生产的,考古材料仍然极度稀缺,中国还没有炉子、坩埚、矿冶证据,只有林家遗址报道有炼铜渣(阿凡纳谢沃跨境分布,在俄罗斯境内已有该文化的铜矿和采矿工具发现)。如果林家炼渣可靠的话,那马家窑时还在用铜铁共生矿进行冶炼,而且不一定成功,距离二里头的冶铸体系仍有遥远的距离。对比欧亚西部的早期冶金发展历程,弯道超车很难——不是说没有可能性,而是需要非常强的证据。
以前介绍相关观点时,总有评论说,「青铜技术西来说」有这样那样的问题、尚不完善、某某地方有争议等等……问题是,支持该观点的学者,从来也没人说过,青铜技术起源上的西来说是尽善尽美、无可辩驳的吧?既然如此,为啥学术界主流从上世纪的独立起源说转向西来说?
无非是因为,这些「回旋镖」拿来评价独立起源说更合适,独立起源说不完善之处更多、缺环更大、引起争议的地方更多,支持西来说的考古材料还在涌现、唯独它越来越缺乏证据。
另一类也是反对西来说,认为中国青铜技术本土起源,具体来说是长江中游起源,以郭静云等的论文为代表。他们不认同把姜寨黄铜视为中国冶金之「源」,比如
如果我们只观察黄河流域地区,我们会发现公元前第二千纪前半叶只有简单初步的纯铜技术,但从公元前第二千纪中期起,锡铅铜合金技术才迅速发展和兴盛起来。这种情况容易使学者得出中国所吸收的青铜技术是来自外地的结论,因为只有通过模仿和借鉴,才能在短时间内迅速掌握高超的青铜冶铸技术,从而快速迈入成熟又发达的青铜文明。但这种看法的重点在于将黄河地区等同于中国,将黄河流域没有原创的青铜技术的说法等同于或放大为中国没有原创的青铜技术。黄河流域确实没有原创的冶炼技术,但是中国地区并不只有黄河流域和华北地区。
(说人话,欧亚西部经历数千年才从偶然获得原始合金过渡到有意识用不同金属制备合金,黄河流域却在龙山-二里头短短几百年时间内弯道超车,如果没有外来技术输入,支持姜寨起源论或黄河流域起源论的人需要回答——这是怎么做到的?)
长江中游零星资料表明:第一、在遗址中开始出现孔雀石,这是冶炼技术起源的指标;第二、冶炼技术似乎是经过长期的纯铜阶段后,在此基础上直接发展到锡铜(中间可能还有锌铜);第三,较很早开始用铅,以改善金属的屈服度。
她认为应先有长期的纯铜的利用,而姜寨的锌铜合金不代表最早的冶炼技术,甚至连整个黄河流域都没有原创冶炼技术。她所主张的长江中游冶铸技术脉络是:
长江中游地区自公元前第四千纪以来就已尝试冶炼,先采集地表的孔雀石,地表采完后再开采,且自行原创冶炼氧化铜矿的技术,并从石家河文化中期以来(约公元前 2700 年起),还可以见到氧化铜及硫化铜搭配的冶炼法。从技术与文化发展的脉络来看,商青铜文明也主要传承石家河青铜文化……
相比于其他地区,长江中游地区确实有临近矿源、陶窑技术先进两项明显优势。只不过郭文中提出的很多具体的冶炼遗存的考古证据,尚未得到学术界广泛认可。屈家岭-石家河-后石家河这一文化系统需要多做冶金考古工作,将来肯定能有更多发现,它们之间冶金技术如有延续性是可以预见的;但是,说石家河(经盘龙城)被晚商承袭,这就一言难尽了……另外,她的对西来说的一些批评,如认为「中国考古资料并没有显示阿凡纳谢沃文化的影响」,已经被新发现证伪,是过时了的。
总而言之,主张中国冶金独立起源的两类观点,凡小盼 VS 郭静云,本身就自相矛盾。吃瓜群众如果站队这种假说,不可能既拿姜寨黄铜说事儿又认为商周青铜技术主源来自长江中游的石家河。
回到提问者的问题。商周青铜时代的青铜技术,有很多确定是原创的,比如合金配方上,青铜加铅形成铜锡铅三元合金;比如铜器成型技术上,用块范法铸造复杂容器,以及由此产生的无数技术分支;比如铜器表面铸造花纹和文字……

这些东西,自从搞清楚制法之后,从来没有学者说是外来的,因为只此一家别无分号。

那学者争论的是啥,无非是,青铜技术体系中外都有的那些东西,到底是1.各自独立起源 2.中国受外来影响 3.境外受中国影响,就像铸铁、镍白铜、锌化黄铜那样。从技术演化过程上来说,就是从认识铜矿物、用共生矿冶炼原始合金,到有意识按比例配置不同金属熔炼成合金,这一步到底是怎么发生的?前者中国新石器时代就有,但后者才是中国青铜时代的基础,西来说认为这个过程有来自欧亚草原的影响,注意不是西亚的直接影响;独立起源说要么认为中国本土有完整的演化脉络,要么认为共生矿冶炼原始合金不晚于境外就能代表独立起源。
如果有网友上来就说,中国以西啥都没有、或者啥考古遗存都是假的,那我建议,还是先看中、俄都有的那些考古遗存(比如阿凡纳谢沃、塞伊玛-图尔宾诺),不怕不识货就怕货比货,假不假很容易知道。

  题图来源:答主 @免渡河

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