山西绛县横北西周墓地人骨铅含量分析

山西绛县横北西周墓地人骨铅含量分析

秦颍(中国科学技术大学科技史与科技考古系副教授)

秦亚(广东省博物馆助理馆员)

谢尧亭(山西省考古研究所研究员)

刘文齐(中国科学技术大学理化测试中心副研究员)

选自《文物》2009年07期

我国的夏商周三代以精美的青铜器闻名于世,由于工艺的需要,青铜器在铸造中会加入或多或少的铅。商周时代,青铜器的使用有严格的等级观念,青铜器是地位和财富的象征。溶铅实验已经证明,使用含铅的青铜容器(如烹饪器、食器、酒器、水器等)煮、盛、储存食物、酒水等,势必导致食物铅污染,尤其煮、盛那些酸性食物和酒类[1]。人体内的铅负荷95左右在骨中,骨铅能较好地反映累积铅接触量,能够预测与铅接触有关的生物效应[2]。因此,对青铜时代不同人群的骨铅含量进行检测和对比分析,对于解读当时社会具有重要意义。

一

山西绛县横水西周国墓地目前已发掘一千多座墓,这些墓葬按有无青铜器陪葬,分为铜器墓和无铜器墓两大类,铜器墓又有有殉人和无殉人之分,殉人人数1～5人不等,有的还有殉狗。殉人越多,墓葬规模越大,陪葬的青铜器也就越多。青铜器多者几十件,少者只有几件。青铜器种类繁多,既有鼎、簋、觥、爵、觚、尊、鬲、盂、盘、、壶、觯、卣等容器,又有甬钟、车马器、兵器、工具等,其中以各类容器占多数。我们对鼎、簋、觥等12件青铜容器的合金成分进行检测,含铅在2以上的铅锡青铜有7件。除少部分墓主外,各墓的人骨保存状况良好。

1.样品的选择

我们选择了部分保存状况较好的不同等级墓葬墓主、殉人、殉狗不同部位骨骼、牙齿样品。同时,还采集了湖北郧县乔家院春秋时期M4号青铜器墓出土的两个个体的人骨样。为了比较,在条件许可的情况下,我们尽量采集相同的骨骼部位样品,样品详情参见表一。

2.样品去污染实验

进行生物考古研究依赖一个极其重要的假设,即人体的硬组织——骨骼和牙齿,在长期的埋藏过程中仍然保持其生前的生物学特性和化学成分。但大量的科学研究已经表明,人体掩埋后,人体的硬组织常常与其所埋葬的环境发生反应,进而导致化学组成的变化(成岩作用),这种变化包括物质的带入与带出,带入的即为平时所说的受污染。没有元素是不受成岩作用影响的,仅是一些比另外一些更易变化。因此,在进行古代人体硬组织微量元素分析时,除尽量选择保存状况较好、骨密度较大的部位外,还都必需进行去污染处理。

骨骼由于掩埋环境而受到的矿物质污染,大部分附着在骨骼的表面、骨质的组织空隙或晶格间;而人生前铅在骨骼中沉积的形式,是取代羟磷灰石中的钙离子,以不溶性的磷酸铅贮存在骨骼中。所以比较而言,带入的污染铅比骨骼中原来已存在的铅更容易被溶解出来。在实际操作中,就是用弱酸性溶液反复清洗骨骼,但清洗到什么程度需要实验,即所谓的溶解度测定[3]。

首先,我们称取与大部分样品保存状况相近的M2036墓主的肱骨2.2克,经表面处理和去离子水浸泡后,置于超声波水浴中反复清洗,直至清洗液无色为止。然后,将骨样浸泡在用去离子水和乙酸(MOS级)配制的25ml 5的乙酸溶液中,室温19℃～22℃。接下来,测量浸泡时间分别为1小时、2小时、4小时的溶液铅浓度。经原子荧光光度计测试,实验数据参见图一。

由图一可以看出,浸泡前配制的原酸液的铅含量<1ng/ml;浸泡1小时,溶液铅浓度为22ng/ml;浸泡2小时,铅浓度增为34ng/ml。浸泡4小时,铅浓度增为39ng/ml,铅浓度增长速度锐减,逐渐平稳下来,而这距其饱和浓度还相差甚远。这说明,若浸泡时间足够长,溶液的铅浓度会逐步趋向于一个稳定的值,也就是说,骨骼中由于成岩作用而污染的铅,可以通过用弱酸溶液反复清洗去除。但浸泡时间过久,是否会导致骨骼中原有的铅溶解,这也是今后研究中值得关注的问题。

此外,我们对浸泡后骨骼样品进行了铅含量测试,含铅量为29.6μg/g,而酸液最后浸泡出的铅浓度为39ng/ml,酸液体积为25ml,骨骼重量为2.2g,由此可计算出酸液浸泡出的铅在骨骼中的含量为:39ng/ml×25ml÷2.2g=0.443μg/g。这与骨骼自身的铅含量29.6μg/g相比,不到1.5。所以,在本文中可以认为,成岩作用并未对骨骼造成太大的铅污染,而且,这种污染是可以被清除的。所以,本文采用以下方法进行骨骼样品的去污染处理:

用手术刀去除样品上的褪色物质、皮质及骨髓,以除掉骨骼表面上的污染。称取大约0.2克的骨样,经去离子水浸泡后,置于超声波水浴中反复清洗,直至清洗液无色为止。然后,换上5乙酸溶液浸泡5小时。取出样品,用去离子水清洗20分钟,弃去洗液,将样品置于马福炉中加温至725℃灰化,8小时即可。

3.样品铅含量检测

骨骼铅含量检测在中国科学技术大学理化测试中心原子荧光光度计(AFS-230a)上进行。

取一定量的样品,加5ml HCl(MOS级),加热分解10分钟,取下冷却后,加HNO3(MOS级)10ml。低温加热分解至溶液清亮,加0.5ml HClO4(MOS级),加热至高氯酸烟冒尽,冷却,加1+1的HCl(MOS级)1ml。加少许水加热至溶液清亮,转入25ml容量瓶中。加1ml 1的邻二氮菲,5ml 2的铁氢化钾,稀释至刻度,待测。仪器工作条件如下:灯电流:76mA,积分时间:10s,负高压:-276V,积分方式:峰面积PA,原子化温度:200℃,载气流量:400ml/min,屏蔽气流量:1000ml/min。检测结果参见表一。

二

1.同墓葬中墓主与殉人、殉牲的比较

从表一可以看出,横北青铜器墓墓主的骨铅含量在3.51～29.6μg/g之间,齿铅含量在1.51～16.99μg/g之间。而殉人骨铅则集中分布在1.59～6.57μg/g之间,齿铅集中在0.11～0.28μg/g之间。不论是骨骼还是牙齿,同一个墓葬的墓主要比殉葬的人或狗的铅含量高出近一倍,甚至十几倍。郧县春秋墓的墓主和殉人骨铅含量的差别也很大。这暗示,墓主比殉人接触铅源的机会要多得多,与青铜器的使用有严格的等级划分的情况相吻合。同时也印证了通过骨铅含量的高低(指生活性的铅累积量),可以区分不同阶层的人。

M2129是所分析的唯一能确定的墓主为女性的青铜器墓,是骨铅量最低(3.51μg/g)的青铜器墓主,与其殉人相比差别也不大。

尽管年龄上相差很大,但那些陶器和无器物陪葬的墓主(年龄在三、四十岁)的骨铅量,与那些殉人(年龄在十几岁)的相差不大。这说明,铜器墓墓主(尤其男性)的骨铅含量高,并不是因为他们的年龄比殉人大。

2.不同墓葬间墓主骨铅量的比较

从表一可以清楚地看出,墓主骨铅量总体是随着墓葬级别即殉人数量的增高而增高的。随葬器物、殉葬人数越多,说明墓主的社会等级越高,其生前使用青铜器也就越频繁,从而骨铅含量也越高。无青铜器陪葬的墓主,其骨铅含量与青铜器墓中殉人的骨铅含量几乎一样,说明这些人即使不是奴隶,生前也是没有资格拥有和享用青铜器的下等人。

与男性青铜器墓相比,M2129女性墓主的骨铅量低得多。这可能意味着尽管她们是地位比较高的家眷,死后也享有陪葬青铜器的礼遇,但在一些祭祀或礼仪活动中,享用青铜器盛煮的食物、尤其酒水的机会比男性低得多,这可能也是当时社会男尊女卑的体现。这也可以从其与无铜器陪葬的M2112、M2160女性墓主相近的骨铅量上看出。当然,要深入探讨这一问题还需要更多的分析资料。

3.同个体骨铅与齿铅的比较

牙齿由于其结构致密、坚硬、耐腐蚀等特点,一直是人类学和考古学的重要研究材料。除了骨样以外,我们还同时选取了部分墓葬的墓主和殉人的牙齿做了铅含量测试。从表一可以看出,在同一个体中,不论是墓主还是殉人,骨骼的铅含量均比牙齿的铅含量高。

这与牙齿的生长发育特点可能有关,牙齿从一定程度反映了早期的铅摄入量,即保留了牙齿从牙胚发生到完全萌出期间铅累积量的信息。同时牙体代谢较慢,而骨铅可以反映人整个一生的铅累积状况。

M2066墓主齿铅含量高达16.99μg/g,值得进一步研究。此外,M2036墓主肱骨与头盖骨铅含量分别是29.6μg/g和22.15μg/g,东殉人肱骨与头盖骨铅含量分别是2.14μg/g和1.64μg/g,门齿和臼齿分别是0.11μg/g和0.13μg/g,说明尽管可能不会是很大,同一个体不同骨骼、牙齿部位铅含量还是会有一定变化。

4.不同层位黄土铅含量比较

M2129的墓壁底部生土和该墓出土青铜器下生土的铅含量分别是15.42μg/g和14.85μg/g,两者无多大差别。这说明,在该埋藏环境下,因含铅青铜器腐蚀而引起的铅污染距离是有限的。它们与墓葬区墓葬开口层位(即当时的地面)黄土的铅含量(15.13μg/g)也很相近。这说明,至少在该遗址区,当时人类的活动对环境造成的铅污染还不明显。而现在的地表土壤铅污染程度要比青铜时代的严重得多,达31.01μg/g。

三

铅不是人类生存必需的微量元素,在未受铅污染的情况下,人的铅摄入量和排除量一般处于平衡状态,骨铅量也不会随着年龄的增长而明显增加。但当铅摄入量大于人体自身的新陈代谢量时,这些多余的铅就会聚积在体内,而其中的绝大部分最终会储存在骨骼里。

尽管所分析的样品中,墓主骨铅含量还不是很高,可能还达不到铅中毒的程度(这可能与西周时期强制推行的禁酒制度有关),但已经与Erkkila等人分析的在职铅作业工人相当(胫骨铅含量21μg/g)[4]。而不同等级墓葬的墓主之间、墓主与殉人之间骨铅含量的明显差异,已充分显示出青铜器与商周礼乐制度之间密不可分的关系。铅的摄入主要与吃喝被含铅青铜器污染的食物、酒水有关。地位越高,使用青铜器越频繁,铅的摄入量也就越多,铅中毒的可能性也就越大,表现为高的骨铅含量。那些殉人可能是战俘,也可能是奴隶,只能用陶器煮盛食物,所以骨铅含量相对很低,和殉狗差别不大。

尽管个体之间可能会有所差异,但骨铅含量无疑是一生累积铅接触量的最好标志。同时要注意,同一个体的骨骼与牙齿之间,甚至不同部位的骨骼之间,铅含量都可能会有所差异。因此,在进行个体之间骨铅含量比较时,条件允许时,应尽可能选择相同部位的骨骼。

附记:骨骼鉴定材料由吉林大学边疆考古研究中心张全超博士提供,湖北郧县乔家院骨骼样品由湖北省文物考古研究所黄凤春研究员提供。