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考古中国:夏商周断代工程解密记-第6部分
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由于种种原因，在二里头工作队已有的发掘资料中，对研究夏文化上限至关重要的二里头文化一期的材料比较缺乏，不仅不能提供足够的14C测年样品，而且难以满足分期工作的需要。因此，当郑光接手“工程”分配的研究专题后，同青年考古学家张立东等二里头发掘人员一起，在全面清理了该遗址诸次发掘资料的基础上，有计划、有目的的选择与“工程”专题有关的样品。随后，根据已收集到的样品情况，在作了综合研究和分期、分类，并于1997年3月至5月间，同14C测年专家仇士华等一道，在二里头遗址内选择几个主要地点进行补充发掘和系统采集样品。通过这次发掘，找到了清楚的地层叠压关系和新品类陶器，特别是找到了二里头文化一期的系列含碳样品，这些收获在加深了对二里头文化的认识的同时，也为14C测年断代打下了基础。
1997年11月，夏商周断代工程“夏、商前期考古年代学研讨会”在河南召开，有50余名国内关于夏商研究的不同学科和单位的一流专家、学者出席了会议。会议期间，专家、学者们来到二里头遗址和偃师商城遗址及两遗址的出土文物陈列室，进行现场观察和讨论。经过反复比较和鉴别，取得了比较一致的意见，与会专家、学者们普遍认为此前二里头文化四期的划分是正确的，二里头文化与偃师商城的文化大不相同，偃师商城的文化基本上等同于郑州商城的文化，即商文化。而二里头文化决不是商文化，只能是另外一种文化，早于商文化而又与商文化中间无隔隙的文化只能是夏文化。因而，在这次会议上，尽管尚有少数学者有不同意见，但还是普遍达成了共识，即二里头文化一至四期都是夏文化。——自此，一个在学术界争论了20多年悬而未决的疑案总算得到解决。这个结果无疑成为夏商周断代工程中有关夏文化研究探索的重大收获之一。
夏商周断代工程首席科学家之一李伯谦在最后总结性的发言中指出：就早期夏文化的探索研究问题，不能否认河南龙山文化和二里头文化的渊源关系，但除二里头文化之外，应集中精力到王湾三期龙山文化晚期中去追寻。此前工程专家组布置的豫西地区对河南禹县瓦店、登封王城岗、二里头等文化遗址有针对性复查和发掘的田野工作基本结束，后一阶段的工作将转入室内，重点是对出土材料的整理，尤其重要的是把各典型遗址、不同期别的测样标本选好，准备进行14C测年。只有进行14C测年，许多疑难和争论不休的问题才能得到解决。换句话说，如果没有14C测年技术的加盟与支持，要想在夏商周断代中得出可靠的结论几乎是不可能的。
李伯谦所言不虚，如果没有14C测年技术的支持，要想进行远古文明的准确断代几乎是不可能的。正因为如此，夏商周断代工程在启动之初，就将14C测年技术列于工程的课题之中，并且将这门技术看成是工程成败的最为关键的项目之一。
第四章 夏代纪年的推算放射性碳素的革命
14C测年技术是放射性碳素断代技术的简称。自1949年这项技术发明以来，已成为现代考古学应用最为广泛的一种测定年代的方法。这种技术应用于考古学之后，使全世界的史前年代学研究进入了一个崭新的阶段。为此，学术界将14C测年技术的发明和应用称之为“放射性碳素的革命”
1949年3月，当《科学》杂志公布了第一次利用放射性碳素测定的年代数值时，立即引起了整个考古学界与地质学界的瞩目，人们在称赞这项新的重大科学发明取得成功的同时，也向它的创始人利比教授投去了敬佩、感激的目光。为此，14C的发明者利比荣获了1960年诺贝尔化学奖。
随着时间的发展，14C测年技术在考古学界和地质学界取得了一系列令人瞩目的成果，它使全世界几万年来的历史事件和地质事件有了统一的时间尺度，对欧洲史前年代序列的建立起了革命性的作用，世界各地的新考古学也因有了确切年代断限和年代序列而进入了一个新时代。 当然，14C测年技术也不是尽善尽美和绝对的，它有自身难以克服的局限性。这个局限性主要表现在所测定的年代并不能精密到可以确定哪一年，甚至所测定的误差有100年甚至几百年之大。这误差的出现，一方面标本的年代远近有关，年代越远，误差也就越大。另一方面也和标本的纯粹程度、实验时间的长短有关。由于各种原因，过去大气中的14C放射性水平不是恒定的，所以，利用统一的现代C标准计算出来的14C年代并不是年代，只能称为14C年代。如何解决14C年代与日历年代间的关系问题并把14C年代转换成日历年代，这就要通过14C年代一树轮年代校正曲线来进行校正。
1986年，在第12届国际14C会议上，测年专家发表了几条高精度树轮年代校正曲线，14C年代误差缩小到只有正负十多年。几条曲线稍有差异，但总的趋势基本上是一致的，这就更有利于把14C年代校正到日历年代。因为大气中的14C交换循环相当迅速，因此树轮校正曲线原则上可以是全球通用的。如日本奈良古坟时期的一土墩墓中的一根木头，外皮保存完好，将其树轮连续取样测定14C年代，同高精度树轮校正曲线匹配拟合，确定出木头的砍伐年代是公元320±5年。这同古坟时期是相合的。如果木头砍伐的年代同该墓的建造年代一致，则该墓的年代就十分确定了。
正是鉴于14C测年技术在考古学研究中所发挥的独特而巨大作用，所以，夏商周断代工程对14C测年技术寄予了厚望并提出了严格的要求。按照“工程”专家组制定的计划，14C测年技术专门成立了一个课题组，组长由“工程”首席科学家之一仇士华担任。除中国社会科学院考古所14C实验室之外，考古系14C实验室和北京大学技术物理系加速器质谱（AMS）实验室也相继开展工作，以保证测年工作的顺利完成。
按照“工程”的要求，14C测年技术的目标，是在原有夏商周考古成就的基础上，把田野考古的层位和文化分期的相对年代关系转换为精度较高的绝对日历年代，同时确定与夏商周有关的某些关键事件的时间标志点，从而建立起夏商周三代的年代框架。其整个操作程序是：
1．采集与考古层位和文化相关的含碳样品。
2．测出精确可靠、误差符合实际的14C年代数据。
3．充分应用考古信息，将有先后时序的系列14C样品数据，通过高精度校正曲线转换，定出考古的日历年代。
4．由14C测年专家和考古学专家共同讨论，建立夏商周考古的14C年代框架。
5．同历史文献、天文研究的结果和金文历谱的研究等作综合交叉研究，共同建立夏商周三代年表。
就中国的14C实验室而言，尽管继中国社会科学院考古所1965年建成之后，又有数家科研单位陆续建成了40多个实验室，但能开展工作的只有20多个，其整体水平同国际上相比还有较大的差距，这个差距主要来自设备仪器的相对落后。所谓科技考古，主要取决于科技的先进程度，没有先进优良的装备，要取得世界一流的水平是不可能的。有鉴于此，夏商周断代工程开始之初，就极有远见地注意到非改进测年技术装备不可。于是，“工程”领导小组决定，将整个“工程”课题的一半经费用于购置14C测年实验室的各种先进装备，这样就从根本上解决了拟投入工作的三个实验室设备仪器老化、落后的问题，使高精度测年成为可能，并在夏商周断代工程中发挥前所未有的作用。当先进的仪器在14C测年实验室得以配置后，测年专家进行了一系列实用程序编制、样品瓶试制与生产、淬火效应校正等工作，最后测试精度达到了千年之中误差为20年左右的国际水平。
从1998年开始，中国社科院考古所（与生物物理所合作）、北京大学考古系等两个14C实验室分别进入稳定测试轨道，这标志着建构夏商周断代工程三代年代整体框架的关键性工作由此正式开始。
根据“工程”领导小组的分工，“工程”首席科学家仇士华在主管整个14C测年课题外，兼管考古所14C实验室的具体事宜。而北京大学考古系14C实验室则由陈铁梅、原思训负责。
按照14C测年的操作程序，首先要解决如何正确采集系列样品的问题， 14C测年专家经过和工程专家组研究，在工程所涉及的大量考古遗址中，选择了郑州商城、偃师商城、二里头、小双桥等10多个关键性遗址作为测年重点，要求每个遗址按照不同的考古地层关系，提供30—60个采集样品以供检测。当然，如果各方面条件允许，每个遗址的采集样品是多多益善。为了尽可能地做到准确无误，除采用原考古发掘时所出标本外，仇士华、陈铁梅、原思训等14C测年专家亲赴二里头、偃师商城、郑州商城、丰镐等遗址，和考古学家一起进行小规模试掘，从中提取对测年研究最具典型性和代表性的样品。当样品采集工作完成后，14C测年专家根据有关田野考古发掘报告和样品清单，进行选择、排队，然后按计划分别测定，再经树轮曲线校正得出结果。
以上提及的两个实验室的测年专家仇士华、蔡莲珍、陈铁梅、原思训、吴小红、张雪莲等，对二里头遗址采集的系列含碳样品进行14C年代测定、拟合，并与考古分期成果相互整合后，所推定的二里头文化一至四期年代范围见下表：
由上表可以看出，一直争论不休的二里头遗址的年代范围是公元前1880——1521年，其时间跨度为359年。显然，这个时间长度和文献记载的已被夏商周断代工程专家组采用的夏代积年的471年说尚有110多年的差距，这样一个不算太小的差距的出现到底意味着什么？有学者认为，二里头文化只是“后羿代夏”这一事件引起的夏代中晚期的夏文化而非早期文化，早期文化只能到河南龙山文化晚期中去寻找。如果找到了夏代早期文化，那么整个夏代积年便有可能和文献记载相合。工程专家组对二里头遗址的测年结果似早有预料，所以“工程”一开始，就列有“早期夏文化研究”这一专题，并决定对河南龙山文化晚期遗址进行考古发掘和14C检测。
河南龙山文化又称南王湾三期文化，是考古系教授邹衡于20世纪50年代末发掘南王湾遗址后作出的一个文化分期。南王湾三期文化在年代上晚于仰韶文化向龙山文化过渡时期，又明显早于二里头文化，其分布主要在豫西地区。在以前的考古发掘中，除南王湾之外，河南登封王城岗古城、瓦店等遗址都是规模较大的河南龙山文化晚期遗址，在这些遗址中，考古人员曾发现有大型房基、奠基坑及精美的玉器和陶器。所有这些发现为探寻早期夏文化提供了线索，也为夏商周断代工程打下了基础。
根据文献记载，河南嵩山南北地区是夏人立国前后的主要活动区域，传说中的禹之居阳城，启之都阳翟，太康之都斟鄩就在嵩山南北的登封、禹州、巩义境内。因此，嵩山南北地区的河南龙山文化和二里头文化是探索夏文化上限的主要对象。早在1959年，河南省文物工作队就专门组织了一个夏代文化遗存调查组，根据文献记载和前贤考证，以及有关历史传说中提供的夏代都城和夏人活动地点在河南豫西地区的地望为线索，进行了一次探索夏文化遗存的考古调查。根据调查的线索，从1975年起，河南省文物研究所（原文物工作队）即把登封王城岗一带作为探索夏文化遗存的发掘重点。
1977年春，河南考古队的安金槐与考古人员在一位当地老者的带领下，来到一个被称为“王城岗”的地方开始考古钻探。在一个距地表深约1．2米处的探孔中，发现了土质坚硬类似夯土的迹象，接着又发现了龙山文化黑陶片。未久，在告城镇西北约0．5公里和东周阳城仅一条五渡河之隔的颍河与五渡河交汇处，也就是当地人传说的“王城岗”上，接连发掘出两座东西并列的龙山文化中晚期的夯土城垣遗址。从钻探的情况看，两座城址尚存面积1万多平方米，其中西城内发掘出龙山文化中晚期残存房屋的夯土基址，在夯土基址下面发现有奴隶奠基坑和成排的灰坑、窖穴等遗迹，并出土了大量制作精致、品种多样的灰黑陶器、黑陶器、石器、骨器、蚌器等遗物，甚至还有一件形似铜斝的残片。根据出土的遗物和地层关系，安金槐等考古研究人员将王城岗遗址分为早晚五个文化期，并根据地理位置和有关文献资料记载，结合前贤所考证的夏代早期“禹都阳城”或“禹居阳城”的地望、名称，以及在附近发现的东周时代的阳城等等认为，王城岗龙山文化遗址就是夏代大禹王所居的“阳城”
王城岗发现夏代阳城的消息传出后，立即引起了国内外学术界的轰动，被誉为20世纪以来探索夏文化的又一次重大突破。但有许多学者对这一发现和认定表示不敢苟同，认为王城岗遗址的年代要早于学术界一般认定的夏代积年，更主要的是王城岗遗址的规模太小，与二里头遗址相比真可谓“小巫见大巫”根本不具备王者之气，只是一个普通的“小城邦”所以不能认定是夏禹王所居的“阳城”
尽管王城岗是否为夏禹所居的阳城这一问题，学术界未取得共识，但它作为河南龙山文化的一处重要遗址却是不争的事实，要研究早期夏文化，这个遗址是不可或缺的。正因为如此，工程“早期夏文化研究”专题组方燕明等河南省考古学者，自1996年下半年开始，在对登封王城岗原有的文化分期进一步研究的基础上，有计划地收集了已有含碳样品和试掘采集样品，对新采集的标本和原有发掘品中精选出的200多份含碳样品进行初步整理后，选出45份有代表性的样品供14C实验室进行测年。当这项工作结束后，专题组人员在方燕明指挥下，于1997年4月又开始了对禹州瓦店遗址的田野考古工作。
瓦店遗址于1979年发现，河南省文物考古所曾进行过多次发掘，认为这是一处河南龙山文化遗址。但由于范围较大，文化堆积层深厚，对遗址的性质一时还无法搞清。
为了解瓦店遗址的范围和面积，方燕明等考古人员对该遗址的东北角和东南角进行了大规模的钻探，钻探结果表明，这是一个总面积为20万平方米的遗址。通过有针对性的对重要地点的发掘，发现灰坑近百个，房址9座，另外有墓葬、陶窑等，整个出土遗迹和遗物文化内涵丰富，地层清楚，从发掘品中收集的木炭、骨等含碳样品，为14C测年提供了重要而珍贵的依据。
继瓦店之后，工程专题组人员又对河南龙山文化的另一个典型遗址——煤山遗址，重新进行了钻探和发掘，采集和收集了大量含碳标本。需要说明的是，无论是王城岗还是瓦店、煤山遗址，原有发掘品和这次试掘采集到的含碳样品，由于质量较小，大都无法利用仇士华、陈铁梅领导的常规14C实验室测定年代，而只能使用需用样品较少的加速器质谱法来进行测年。鉴于此，工程领导小组和专家组决定，来自河南龙山文化以王城岗为代表的含碳样品，由技术物理系重离子物理研究所利用加速器质谱仪来完成这一艰巨的测定任务。AMS测年技术的应用
加速器质谱学（简称AMS）是20世纪70年代末在国际上兴起的一项现代核分析技术，主要用于测量长寿命放射性核素的同位素丰度比，从而推断样品的年龄或进行示踪研究。
加速器质谱14C测定法与常规14C测定法相比，其主要优势在于所需样品量少和测量工作效率高，而测量的灵敏度与精度可达到3‰—5‰。AMS法需要的标本量不到常规法使用样品量的千分之一，几毫克的碳样标本利用加速器质谱测量，一般仅需数十分钟即可测定，而常规14C测年法，则要48小时或更长的时间。在时间紧、样品多的情况下，加速器质谱法就自然发挥出它独特的优势和作用。
用加速器质谱法进行14C测年可以达到相当高的测量灵敏度，若用行内的理论来讲，常规法14C测年的上限约为5万年，相应的14C／12C测量灵敏度为2．3×10…15。目前国际上先进AMS实验室14C测年的上限可超过6万年，相应的14c／12C测量灵敏度好于6．7×10…16。这个数据，如果用小米做个通俗的比喻，就是要在多于l，500，000，000，000，000粒相同的小米中，用AMS找出一粒稍重一点的小米来。这一千五百万亿粒小米放在一起有多大一堆呢？大约有五百万立方米。北京故宫博物院的面积是72万平方米，把这些小米铺满故宫博物院的话，还要堆到7米高！夏商周断代工程样品的年龄不超过4千年，其14C／12C的值大约是上述灵敏度的1000倍，但该值的测量精度要好于5‰。就是说，要在一千五百万亿粒小米中，把这一千粒稍重一点的小米的粒数捡出来并数清楚，漏掉和数错的粒数不能超过5粒。而且正由于加速器质谱计使用样品量小，对于珍贵的国宝级文物如甲骨以及遗址中出土的炭屑、骨片、残存的少量有机物，甚至于陶器、铜器上的烟炱等等，都可以采样用来测定年代，而常规法在这样的情况下则显得无能为力。
随着加速器质谱法的发明和不断发展、完善，这门学科在地球科学、考古学、古人类学、物理学以及天体物理学、环境科学、生物医学等领域广泛应用，加速器质谱学已被越来越多的科学界人士所认知和熟悉，它在社会生活中发挥的作用和影响也越来越大。尤其是20世纪80年代宗教界和科学界利用AMS测年法对都灵裹尸布这一千年悬案成功的破译，使它的名气几乎在一夜之间响遍了整个世界。（页下注：1998年4月21日，不列颠博物馆的考古权威和大主教一起来到都灵大教堂，把传说中耶稣当年受难时的裹尸布剪下长7厘米、宽1厘米的布条，分成三小块，在对方不知情的情况下，分别寄往美国亚利桑那大学、英国牛津大学和瑞士苏黎世联邦理工学院AMS测年实验室检测。实验表明，三家实验室达到了极佳的一致性，各个结果的差异在120年以内。裹尸布在公元1260年到1380年之间制成的可能性为95％，而有100％的肯定性表明决不会早于公元1200年。1988年10月13日，都灵大主教、红衣主教巴莱斯特雷罗在召开的记者招待会上正式宣布，这件几个世纪以来被基督徒奉为圣品的耶稣基督尸布，并非耶稣受难时所用，而是中古时期织出的一件赝品。至此，所谓的耶稣裹尸布真相大白。
正是深谙加速器质谱仪的重大威力和高效的作用，“工程”在前期立项中就特设了AMS测年这一专题，其主要研究目标和预期成果是：
将加速器质谱仪的14C测量精度提高到0．3％—0．5％（相当于±40年）的水平；
提高AMS测量的功效和系统的可靠性，完善AMS14C测年的方法；
为夏商周断代工程测量样品250个。
工程领导小组任命北京大学重离子物理研究所副所长，多年从事AMS工作的郭之虞教授担任该专题组组长，并全权负责AMS14C测年事宜。
从1996年初开始，夏商周断代工程AMS测年专题组进行了大量的文献调研，并召开了多次方案讨论会。1996年5月下旬，专题组成员、青年核物理学家鲁向阳副教授在参加第七次AMS国际会议期间，曾与世界上各AMS实验室的专家就设备技术升级改造问题进行探讨，并向他们了解对当时两种流行的商品化离子源的评价。1996年11月，专题组组长郭之虞与专题组成员、年轻的学者汪建军两人赴美国进行考察，访问了几家处于世界先进地位的AMS实验室，与美国专家深入讨论了有关技术问题，并访问了美国国家静电公司（NEC），考察了其商品化的AMS专用离子源。当时正在国立大学访问工作的专题组成员、青年学者刘克新副教授，也及时将他在该处调试与使用NEC离子源的情况与经验反馈回国。在此基础上，专题组经过与国外两家商业公司直接谈判，并综合考虑到价格等因素，最后确定了购置设备、仪器的整体方案。
从1997年4月开始，AMS专题组开始购置和安装新的设备，到1998年3月，设备安装基本结束，开始全系统联调，对不够理想的部位进一步改造和完善。
1998年12月初，夏商周断代工程向AMS专题组提供4种样品进行盲检（检测者事先不知道样品的出土地点和年代），测定结果与中国社科院考古所、北京大学考古系等两个常规14C实验室所得到的年代值在允许误差范围内基本一致。稍后，专题组还选出7个样品，送往世界同行中颇负盛名的加拿大多伦多大学加速器质谱学实验室测量，以和北大AMS的结果作比对参考。再后来，AMS专题组对国际原子能机构（IAEA）提供的标准样品进行了比对测量，前后两期比对的结果均显示了良好的一致性。与此同时，AMS专题组有计划地对一些样�
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