山西絳縣橫北西周墓地人骨鉛含量分析

秦潁(中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)科技史與科技考古系副教授)

秦亞(廣東省博物館助理館員)

謝堯亭(山西省考古研究所研究員)

劉文齊(中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)理化測(cè)試中心副研究員)

選自《文物》2009年07期

我國(guó)的夏商周三代以精美的青銅器聞名于世,由于工藝的需要,青銅器在鑄造中會(huì)加入或多或少的鉛。商周時(shí)代,青銅器的使用有嚴(yán)格的等級(jí)觀念,青銅器是地位和財(cái)富的象征。溶鉛實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明,使用含鉛的青銅容器(如烹飪器、食器、酒器、水器等)煮、盛、儲(chǔ)存食物、酒水等,勢(shì)必導(dǎo)致食物鉛污染,尤其煮、盛那些酸性食物和酒類[1]。人體內(nèi)的鉛負(fù)荷95左右在骨中,骨鉛能較好地反映累積鉛接觸量,能夠預(yù)測(cè)與鉛接觸有關(guān)的生物效應(yīng)[2]。因此,對(duì)青銅時(shí)代不同人群的骨鉛含量進(jìn)行檢測(cè)和對(duì)比分析,對(duì)于解讀當(dāng)時(shí)社會(huì)具有重要意義。

一

山西絳縣橫水西周國(guó)墓地目前已發(fā)掘一千多座墓,這些墓葬按有無(wú)青銅器陪葬,分為銅器墓和無(wú)銅器墓兩大類,銅器墓又有有殉人和無(wú)殉人之分,殉人人數(shù)1～5人不等,有的還有殉狗。殉人越多,墓葬規(guī)模越大,陪葬的青銅器也就越多。青銅器多者幾十件,少者只有幾件。青銅器種類繁多,既有鼎、簋、觥、爵、觚、尊、鬲、盂、盤(pán)、、壺、觶、卣等容器,又有甬鐘、車馬器、兵器、工具等,其中以各類容器占多數(shù)。我們對(duì)鼎、簋、觥等12件青銅容器的合金成分進(jìn)行檢測(cè),含鉛在2以上的鉛錫青銅有7件。除少部分墓主外,各墓的人骨保存狀況良好。

1.樣品的選擇

我們選擇了部分保存狀況較好的不同等級(jí)墓葬墓主、殉人、殉狗不同部位骨骼、牙齒樣品。同時(shí),還采集了湖北鄖縣喬家院春秋時(shí)期M4號(hào)青銅器墓出土的兩個(gè)個(gè)體的人骨樣。為了比較,在條件許可的情況下,我們盡量采集相同的骨骼部位樣品,樣品詳情參見(jiàn)表一。

2.樣品去污染實(shí)驗(yàn)

進(jìn)行生物考古研究依賴一個(gè)極其重要的假設(shè),即人體的硬組織——骨骼和牙齒,在長(zhǎng)期的埋藏過(guò)程中仍然保持其生前的生物學(xué)特性和化學(xué)成分。但大量的科學(xué)研究已經(jīng)表明,人體掩埋后,人體的硬組織常常與其所埋葬的環(huán)境發(fā)生反應(yīng),進(jìn)而導(dǎo)致化學(xué)組成的變化(成巖作用),這種變化包括物質(zhì)的帶入與帶出,帶入的即為平時(shí)所說(shuō)的受污染。沒(méi)有元素是不受成巖作用影響的,僅是一些比另外一些更易變化。因此,在進(jìn)行古代人體硬組織微量元素分析時(shí),除盡量選擇保存狀況較好、骨密度較大的部位外,還都必需進(jìn)行去污染處理。

骨骼由于掩埋環(huán)境而受到的礦物質(zhì)污染,大部分附著在骨骼的表面、骨質(zhì)的組織空隙或晶格間;而人生前鉛在骨骼中沉積的形式,是取代羥磷灰石中的鈣離子,以不溶性的磷酸鉛貯存在骨骼中。所以比較而言,帶入的污染鉛比骨骼中原來(lái)已存在的鉛更容易被溶解出來(lái)。在實(shí)際操作中,就是用弱酸性溶液反復(fù)清洗骨骼,但清洗到什么程度需要實(shí)驗(yàn),即所謂的溶解度測(cè)定[3]。

首先,我們稱取與大部分樣品保存狀況相近的M2036墓主的肱骨2.2克,經(jīng)表面處理和去離子水浸泡后,置于超聲波水浴中反復(fù)清洗,直至清洗液無(wú)色為止。然后,將骨樣浸泡在用去離子水和乙酸(MOS級(jí))配制的25ml 5的乙酸溶液中,室溫19℃～22℃。接下來(lái),測(cè)量浸泡時(shí)間分別為1小時(shí)、2小時(shí)、4小時(shí)的溶液鉛濃度。經(jīng)原子熒光光度計(jì)測(cè)試,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)參見(jiàn)圖一。

由圖一可以看出,浸泡前配制的原酸液的鉛含量<1ng/ml;浸泡1小時(shí),溶液鉛濃度為22ng/ml;浸泡2小時(shí),鉛濃度增為34ng/ml。浸泡4小時(shí),鉛濃度增為39ng/ml,鉛濃度增長(zhǎng)速度銳減,逐漸平穩(wěn)下來(lái),而這距其飽和濃度還相差甚遠(yuǎn)。這說(shuō)明,若浸泡時(shí)間足夠長(zhǎng),溶液的鉛濃度會(huì)逐步趨向于一個(gè)穩(wěn)定的值,也就是說(shuō),骨骼中由于成巖作用而污染的鉛,可以通過(guò)用弱酸溶液反復(fù)清洗去除。但浸泡時(shí)間過(guò)久,是否會(huì)導(dǎo)致骨骼中原有的鉛溶解,這也是今后研究中值得關(guān)注的問(wèn)題。

此外,我們對(duì)浸泡后骨骼樣品進(jìn)行了鉛含量測(cè)試,含鉛量為29.6μg/g,而酸液最后浸泡出的鉛濃度為39ng/ml,酸液體積為25ml,骨骼重量為2.2g,由此可計(jì)算出酸液浸泡出的鉛在骨骼中的含量為:39ng/ml×25ml÷2.2g=0.443μg/g。這與骨骼自身的鉛含量29.6μg/g相比,不到1.5。所以,在本文中可以認(rèn)為,成巖作用并未對(duì)骨骼造成太大的鉛污染,而且,這種污染是可以被清除的。所以,本文采用以下方法進(jìn)行骨骼樣品的去污染處理:

用手術(shù)刀去除樣品上的褪色物質(zhì)、皮質(zhì)及骨髓,以除掉骨骼表面上的污染。稱取大約0.2克的骨樣,經(jīng)去離子水浸泡后,置于超聲波水浴中反復(fù)清洗,直至清洗液無(wú)色為止。然后,換上5乙酸溶液浸泡5小時(shí)。取出樣品,用去離子水清洗20分鐘,棄去洗液,將樣品置于馬福爐中加溫至725℃灰化,8小時(shí)即可。

3.樣品鉛含量檢測(cè)

骨骼鉛含量檢測(cè)在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)理化測(cè)試中心原子熒光光度計(jì)(AFS-230a)上進(jìn)行。

取一定量的樣品,加5ml HCl(MOS級(jí)),加熱分解10分鐘,取下冷卻后,加HNO3(MOS級(jí))10ml。低溫加熱分解至溶液清亮,加0.5ml HClO4(MOS級(jí)),加熱至高氯酸煙冒盡,冷卻,加1+1的HCl(MOS級(jí))1ml。加少許水加熱至溶液清亮,轉(zhuǎn)入25ml容量瓶中。加1ml 1的鄰二氮菲,5ml 2的鐵氫化鉀,稀釋至刻度,待測(cè)。儀器工作條件如下:燈電流:76mA,積分時(shí)間:10s,負(fù)高壓:-276V,積分方式:峰面積PA,原子化溫度:200℃,載氣流量:400ml/min,屏蔽氣流量:1000ml/min。檢測(cè)結(jié)果參見(jiàn)表一。

二

1.同墓葬中墓主與殉人、殉牲的比較

從表一可以看出,橫北青銅器墓墓主的骨鉛含量在3.51～29.6μg/g之間,齒鉛含量在1.51～16.99μg/g之間。而殉人骨鉛則集中分布在1.59～6.57μg/g之間,齒鉛集中在0.11～0.28μg/g之間。不論是骨骼還是牙齒,同一個(gè)墓葬的墓主要比殉葬的人或狗的鉛含量高出近一倍,甚至十幾倍。鄖縣春秋墓的墓主和殉人骨鉛含量的差別也很大。這暗示,墓主比殉人接觸鉛源的機(jī)會(huì)要多得多,與青銅器的使用有嚴(yán)格的等級(jí)劃分的情況相吻合。同時(shí)也印證了通過(guò)骨鉛含量的高低(指生活性的鉛累積量),可以區(qū)分不同階層的人。

M2129是所分析的唯一能確定的墓主為女性的青銅器墓,是骨鉛量最低(3.51μg/g)的青銅器墓主,與其殉人相比差別也不大。

盡管年齡上相差很大,但那些陶器和無(wú)器物陪葬的墓主(年齡在三、四十歲)的骨鉛量,與那些殉人(年齡在十幾歲)的相差不大。這說(shuō)明,銅器墓墓主(尤其男性)的骨鉛含量高,并不是因?yàn)樗麄兊哪挲g比殉人大。

2.不同墓葬間墓主骨鉛量的比較

從表一可以清楚地看出,墓主骨鉛量總體是隨著墓葬級(jí)別即殉人數(shù)量的增高而增高的。隨葬器物、殉葬人數(shù)越多,說(shuō)明墓主的社會(huì)等級(jí)越高,其生前使用青銅器也就越頻繁,從而骨鉛含量也越高。無(wú)青銅器陪葬的墓主,其骨鉛含量與青銅器墓中殉人的骨鉛含量幾乎一樣,說(shuō)明這些人即使不是奴隸,生前也是沒(méi)有資格擁有和享用青銅器的下等人。

與男性青銅器墓相比,M2129女性墓主的骨鉛量低得多。這可能意味著盡管她們是地位比較高的家眷,死后也享有陪葬青銅器的禮遇,但在一些祭祀或禮儀活動(dòng)中,享用青銅器盛煮的食物、尤其酒水的機(jī)會(huì)比男性低得多,這可能也是當(dāng)時(shí)社會(huì)男尊女卑的體現(xiàn)。這也可以從其與無(wú)銅器陪葬的M2112、M2160女性墓主相近的骨鉛量上看出。當(dāng)然,要深入探討這一問(wèn)題還需要更多的分析資料。

3.同個(gè)體骨鉛與齒鉛的比較

牙齒由于其結(jié)構(gòu)致密、堅(jiān)硬、耐腐蝕等特點(diǎn),一直是人類學(xué)和考古學(xué)的重要研究材料。除了骨樣以外,我們還同時(shí)選取了部分墓葬的墓主和殉人的牙齒做了鉛含量測(cè)試。從表一可以看出,在同一個(gè)體中,不論是墓主還是殉人,骨骼的鉛含量均比牙齒的鉛含量高。

這與牙齒的生長(zhǎng)發(fā)育特點(diǎn)可能有關(guān),牙齒從一定程度反映了早期的鉛攝入量,即保留了牙齒從牙胚發(fā)生到完全萌出期間鉛累積量的信息。同時(shí)牙體代謝較慢,而骨鉛可以反映人整個(gè)一生的鉛累積狀況。

M2066墓主齒鉛含量高達(dá)16.99μg/g,值得進(jìn)一步研究。此外,M2036墓主肱骨與頭蓋骨鉛含量分別是29.6μg/g和22.15μg/g,東殉人肱骨與頭蓋骨鉛含量分別是2.14μg/g和1.64μg/g,門(mén)齒和臼齒分別是0.11μg/g和0.13μg/g,說(shuō)明盡管可能不會(huì)是很大,同一個(gè)體不同骨骼、牙齒部位鉛含量還是會(huì)有一定變化。

4.不同層位黃土鉛含量比較

M2129的墓壁底部生土和該墓出土青銅器下生土的鉛含量分別是15.42μg/g和14.85μg/g,兩者無(wú)多大差別。這說(shuō)明,在該埋藏環(huán)境下,因含鉛青銅器腐蝕而引起的鉛污染距離是有限的。它們與墓葬區(qū)墓葬開(kāi)口層位(即當(dāng)時(shí)的地面)黃土的鉛含量(15.13μg/g)也很相近。這說(shuō)明,至少在該遺址區(qū),當(dāng)時(shí)人類的活動(dòng)對(duì)環(huán)境造成的鉛污染還不明顯。而現(xiàn)在的地表土壤鉛污染程度要比青銅時(shí)代的嚴(yán)重得多,達(dá)31.01μg/g。

三

鉛不是人類生存必需的微量元素,在未受鉛污染的情況下,人的鉛攝入量和排除量一般處于平衡狀態(tài),骨鉛量也不會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而明顯增加。但當(dāng)鉛攝入量大于人體自身的新陳代謝量時(shí),這些多余的鉛就會(huì)聚積在體內(nèi),而其中的絕大部分最終會(huì)儲(chǔ)存在骨骼里。

盡管所分析的樣品中,墓主骨鉛含量還不是很高,可能還達(dá)不到鉛中毒的程度(這可能與西周時(shí)期強(qiáng)制推行的禁酒制度有關(guān)),但已經(jīng)與Erkkila等人分析的在職鉛作業(yè)工人相當(dāng)(脛骨鉛含量21μg/g)[4]。而不同等級(jí)墓葬的墓主之間、墓主與殉人之間骨鉛含量的明顯差異,已充分顯示出青銅器與商周禮樂(lè)制度之間密不可分的關(guān)系。鉛的攝入主要與吃喝被含鉛青銅器污染的食物、酒水有關(guān)。地位越高,使用青銅器越頻繁,鉛的攝入量也就越多,鉛中毒的可能性也就越大,表現(xiàn)為高的骨鉛含量。那些殉人可能是戰(zhàn)俘,也可能是奴隸,只能用陶器煮盛食物,所以骨鉛含量相對(duì)很低,和殉狗差別不大。

盡管個(gè)體之間可能會(huì)有所差異,但骨鉛含量無(wú)疑是一生累積鉛接觸量的最好標(biāo)志。同時(shí)要注意,同一個(gè)體的骨骼與牙齒之間,甚至不同部位的骨骼之間,鉛含量都可能會(huì)有所差異。因此,在進(jìn)行個(gè)體之間骨鉛含量比較時(shí),條件允許時(shí),應(yīng)盡可能選擇相同部位的骨骼。

附記:骨骼鑒定材料由吉林大學(xué)邊疆考古研究中心張全超博士提供,湖北鄖縣喬家院骨骼樣品由湖北省文物考古研究所黃鳳春研究員提供。