中国2200年前兵马俑的兵器为何不会生锈?新研究解开秦朝黑科技之谜

日期:04-18
秦朝兵马俑生锈之谜兵器

兵马俑的任务在于侍奉死后的秦始皇。PHOTOGRAPHBYIRABLOCK,NATGEOIMAGECOLLECTION

兵马俑的任务在于侍奉死后的秦始皇。 PHOTOGRAPH BY IRA BLOCK, NAT GEO IMAGE COLLECTION

学者相信铬涂层在过去两千多年岁月,保护青铜兵器免于锈蚀。PHOTOGRAPHBYO.LOUISMAZZATENTA,NATGEOIMAGECO

学者相信铬涂层在过去两千多年岁月,保护青铜兵器免于锈蚀。 PHOTOGRAPH BY O. LOUIS MAZZATENTA, NAT GEO IMAGE COLLECTION

据美国国家地理(撰文:JEN PINKOWSKI编译:石颐珊):40年来,学者相信2200年前的兵马俑青铜兵器之所以能保存完好,是因为镀有铬。新研究指出:并非如此。

如果你家浴室的水龙头闪耀如银,那大概是镀了铬。这种防锈技术的实验始于19世纪的欧洲。然而40年来,关于此技术的起源,学术圈与媒体之间却流传着另一套论述:镀铬技术发明于公元前3世纪的中国,当时秦国工匠以此保护秦始皇陵墓中的兵马俑青铜兵器免于锈蚀。位于西安的秦始皇帝陵博物院,甚至为这套理论立了一块解说碑。

这套论述可以追溯至1970年代,也就是首度发现这座世界遗产的时间。早期发掘报告指出,这些2200年前的青铜兵器之所以保存如此完善,可能是因为表面经过处理;中国科学家使用当时堪称创举的元素分布状态分析(compositional mapping),在一小批兵器上找到一层铬。学者认为这些兵器可能浸泡过氧化铬溶液,这种防锈技术称作转化铬酸盐膜(chromate conversion coating),和现代使用铬金属的电镀铬技术有所不同。

无论是化学转化膜或是电镀膜,在超过2000年前的秦朝皆属创举。然而,根据《科学报告》(Scientific Reports)期刊4月初刊登的一篇论文,两种都没有用在兵马俑兵器上。

没有镀铬,那到底是什么?

来自伦敦大学学院和秦始皇帝陵博物院的研究人员,分析了464件青铜箭簇、刃茎、刃箍、剑身、剑饰与弩机,他们使用的工具是扫描式电子显微镜-能量散布分析仪(SEM-EDS),前者是能显现金属表面与结构的高倍显微镜,后者则是用以揭示化学成分的携带型X光荧光分析仪。

由于分析的样本数量够多,研究团队能够辨别铬出现在哪些地方。

兵器上的铬常见于金属和木制或竹制的手柄、箭杆、剑饰与系带等物接触的部位,这些木制与竹制品原先应该有以生漆打底,再涂上色漆。青铜对象保存最完善的部位则通常找不到铬。进一步的分析显示,其实生漆才是早期研究中测得的铬元素来源。

遗址土壤的研究结果提供了更多线索:当地黄土呈碱性且相当细密,因此限制了空气流动与有机质增长,使得金属对象能够长期稳定保存。

结论是?铬元素来自生漆,而保存条件要归功于黄土。

环境对了,金属不坏

中国青铜工艺的修复专家汤玛士.齐思(W. Thomas Chase)说:「团队以杰出的成果反证了镀铬理论,并且提出另一种可信的解释。」他补充,这篇研究对于金属、生漆与土壤等多种物质的分析「正是了解金属遗物的长期腐蚀与保存所切确需要的知识。」

波士顿大学亚洲研究中心(Center for the Study of Asia)副主任慕容捷(Robert Murowchick)说,这么久以来人们都接受原本的铬理论,是因其合理。「认为秦代工坊会为了防止锈蚀,而刻意对青铜器进行铬处理,这种猜想并不是什么疯狂的想法。」

「这对学者和大众而言都是引人注目的解释,」慕容捷说明他的观察:「因为这和早期中国史家描述的故事相符:秦始皇对于长生不老丹药的追寻或许已近痴狂。」

现任教于剑桥大学的研究第一作者马可仕.马蒂侬-托雷斯(Marcos Martinón-Torres)坦承,他也对研究发现感到惊讶,他说1970年代的研究「非常有说服力。他们在实验中做出了复制品,也排除了其他假说,我本来确实倾向相信他们是对的。」

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