经点科学丨秦代兵器就采用了铬基防锈技术,兵

2019-12-01 03:44栏目:永利总站
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4月4日,《科学报告》发表了一篇研究秦兵马俑兵器防锈原因的论文,否认了一种长期存在的假说——秦代兵器匠人在2000多年前就掌握了涂铬防锈技术。

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涂铬防锈技术有2千多年?

来自秦始皇兵马俑遗址的青铜剑 图片来源:《科学报告》

秦始皇一直以他统一六国的功业为后世所赞叹,比如唐代诗仙李白就写过这样一首诗:“秦皇扫六合,虎视何雄哉。飞剑决浮云,诸侯尽西来。”这份丰功伟业里,做工精良的秦国兵器显然功不可没。

也许,铬并不是秦代匠人为保存兵马俑而添加的“防腐材料”。近日,《科学报告》发表的一项研究指出,秦始皇兵马俑青铜兵器上的铬,可能是生漆污染的结果,这些生漆曾被用来处理兵器的木制部分。这一结论挑战了一种长期存在的假说,即秦代匠人在2000多年前就掌握了涂铬防锈技术。

上个世纪七十年代,我国陕西的秦始皇陵兵马俑坑中出土了大量兵器,那些兵马俑所配的兵器很多都保存完好,被考古人员擦去表面泥土后,就显露出闪亮的锋利兵刃。用现代科学方法检测分析,一些闪着寒光的青铜剑表面,竟有一层厚约10微米的氧化膜,其中含铬约2%。这很像近代才掌握的铬盐氧化处理防锈工艺,该工艺需在比较复杂的设备和工艺流程下才能实现,德国、美国分别在上世纪30年代和50年代才发明这种先进工艺并申请专利。且这种工艺的防锈功能一般只能保持60年左右,生活在公元前200多年的秦代工匠怎么就掌握了这种工艺?还能防锈2000多年?这可真像穿越小说主角干的事儿!

秦始皇兵马俑(公元前259年—前210年)遗址最早于上世纪70年代在西安发掘,迄今已出土了2000件保护完好的陶俑,所配兵器功能完好。此前有研究认为,这些兵器之所以保护较好,是因为秦代工匠在防锈处理中使用了铬,让兵器入土后能免于腐蚀。

此前有研究认为,这些兵器之所以保护较好,是因为秦代工匠在防锈处理中使用了铬,让兵器入土后能免于腐蚀。这种秦代工匠掌握了划时代的铬基防锈技术的说法,成为大众传媒中广泛流传的主流说法,甚至被用于纪录片和导游词中。

秦始皇帝陵博物院、北京科技大学及英国剑桥大学等机构的研究人员分析了464件遗址出土的兵器,只在37件中发现了铬。他们认为这些兵器上的铬是由秦代工匠使用的生漆污染所致。研究人员在88%的兵器配件周围检测到了铬,如弓把、剑柄或剑鞘;但只在2%或更少的箭头或剑身样本上发现了铬。

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研究人员认为,出现这种分布是因为这些金属部位更靠近处理木制元素的生漆,而木制部分已经受到了腐蚀。此外,他们还提出了其他可能对兵器有保护作用的因素,比如一些青铜兵器的含锡量较高,以及遗址土壤的成分。

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铬可能是生漆污染的结果?

现在,这个广为流传的说法被质疑了。

4月4日发表的这篇论文,通讯作者是英国剑桥大学的马科斯·马提侬·托雷斯(Marcos Martinon-Torres)。

托雷斯等人的研究团队分析了464件遗址出土的兵器,只在37件中发现了铬,“说明铬元素在金属表面并不是普遍存在的”。如果古人掌握了铬基防锈技术,他们为啥只将这种技术用于不到十分之一的兵器?

而从铬元素出现在不同兵器表面的概率来分析就更有趣了。研究人员在论文中称,他们在88%的弓把、剑柄、剑鞘等兵器配件周围检测到了铬,但只在2%或更少的箭头或剑身的样本上发现了铬。他们认为,出现这种分布,是因为这些含铬的金属部位更靠近处理木制元素的生漆,这些木制部分已经受到了腐蚀,但生漆中的铬元素沉积到了金属上。也就是说,铬的存在可能是生漆污染的结果,这些生漆曾被用来处理兵器的木制部分。

研究团队认为,漆器中含有丰富的铬,这些兵器上的铬是由秦代工匠使用的生漆污染所致,“因此,铬防锈处理理论应该被抛弃。”

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防锈的原因到底是啥?

看来,铬防锈并非秦代工匠有意发展的技术,那铬防锈会不会是自然形成的无意中保存下兵器的防锈原因呢?

论文也对此进行了否定:“部分兵马俑表面存在铬,但铬的存在与兵马俑保存的状态无关。”

那么,防锈的原因到底是啥?

研究者在论文中指出,在现场检测到多种兵器保存模式。

比如锡的含量可能在帮助金属保存方面发挥了重要作用,锡含量较高的青铜器往往会形成被动的富锡表层,从而防止青铜器被进一步腐蚀。

此外,埋藏青铜器的土壤性质可能也有助于保存这些青铜器,而在以前的工作中并没有考虑到这一因素。兵马俑坑位于中国黄土高原,坑里的土壤样本的测量值显示,其pH值在8.1和8.5之间,是碱性土。适度碱性和黄土有机质含量低,可以防止腐蚀金属完整性的酸的形成。此外,黄土土壤的颗粒非常小,会阻碍通风和湿度带来的金属腐蚀。“较好的金属保藏效果可能是由于土壤的pH值适中,颗粒很小。”

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秦始皇陵是一个特殊的考古遗址,有着长期的国际合作和跨学科研究。这一次,科研人员通过对金属、漆器和土壤的综合研究,给出一个跟以往很不相同的结论。亲爱的读者们,您更支持哪个结论呢?

(文中照片由相关论文作者提供)

(经济日报 经济日报经点科学工作室记者:佘惠敏责编:胡达闻)

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