三星堆“上新”｜掃描電鏡在考古中能做些什么？

“躺了千年，盼望與你相見(jiàn)；看了千變，守望古蜀桑田……”據(jù)專(zhuān)家介紹，三星堆遺址是迄今在中國(guó)西南地區(qū)發(fā)現(xiàn)的規(guī)模最大、延續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)、文化內(nèi)涵最豐富的古文化、古城、古國(guó)遺址，自 1986 年三星堆遺址一經(jīng)問(wèn)世便獲舉世矚目，被譽(yù)為“ 20 世紀(jì)人類(lèi)最偉大的考古發(fā)現(xiàn)之一”，其所具有的歷史價(jià)值，不言自明。

34 年后，2020 年再次啟動(dòng)三星堆遺址考古工作，其中，本次 5 號(hào)坑出土的絕美黃金面具，便是出自飛納用戶(hù)四川大學(xué)考古文博學(xué)院三星堆工作組。

圖1 截取自四川大學(xué)公眾號(hào)

除了欣賞沉睡千年的精美文物外，相較于 1986 年的那次三星堆遺址考古，給我們最直觀的感受和變化，便是此次考古工作充分體現(xiàn)了科學(xué)的現(xiàn)代化考古。

恒溫恒濕玻璃方艙、3D 打印的文物“防護(hù)服”、掃描電鏡、超景深顯微鏡……其中多項(xiàng)“利器”都是首次使用。從技術(shù)層面來(lái)看，可以說(shuō)是目前國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際上科技含量最高的考古。

1986 年 三星堆遺址考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)（圖片來(lái)源于典藏拍訊）

2020 年 三星堆遺址考古現(xiàn)場(chǎng)

掃描電鏡在現(xiàn)代考古中的應(yīng)用

1. 青銅器 EDS 成分分析

圖 4 某文物單位青銅器的化學(xué)成分分析（使用型號(hào)：Phenom ProX）

使用掃描電鏡 EDS 分析， 可以識(shí)別青銅器的化學(xué)成分，分析其中 Cu、Sn、Pb 等元素的含量，結(jié)合金相分析，可以反映當(dāng)時(shí)的青銅器制作工藝流程，能夠體現(xiàn)古代歷史上冶煉技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，直接對(duì)應(yīng)了當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)力發(fā)展水平，對(duì)于考古工作具有重要的意義。

2. 壁畫(huà)顏料的形貌和成分分析

圖 5 壁畫(huà)顏料的 SEM 形貌圖（使用型號(hào)：Phenom Pro X）

使用掃描電鏡對(duì)壁畫(huà)、雕塑等進(jìn)行顏料和石材進(jìn)行成分分析，在修復(fù)文物時(shí)盡量采用相同或相近的材料，以便達(dá)到最好的修復(fù)效果。

3. 紙張的形貌和成分分析

圖 6 文物中的紙張能譜檢測(cè)（使用型號(hào)：Phenom ProX）

在文物修復(fù)的過(guò)程中，如果需要使用化學(xué)方法進(jìn)行清潔，需要選擇對(duì)紙張纖維無(wú)害的化學(xué)試劑來(lái)溶解其中的雜質(zhì)。使用掃描電鏡進(jìn)行形貌及成分分析，可以觀察紙張中微觀物質(zhì)的形貌及成份，對(duì)文物的修復(fù)有著很大的指導(dǎo)意義。

4. 兵器的金相組織及成分分析

圖 7 戰(zhàn)國(guó)時(shí)期兵器“戈”的金相組織圖（使用型號(hào)：Phenom XL）

使用掃描電鏡觀察金相組織，可以通過(guò)觀察枝晶或者晶粒的形貌、分布及成分信息，來(lái)還原此兵器的生產(chǎn)過(guò)程，這對(duì)于還原當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)力水平具有重要意義。

某大學(xué)歷史學(xué)院使用飛納臺(tái)式掃描電鏡大樣品室卓越版 Phenom XL，樣品倉(cāng)尺寸最大為 100mm × 100mm，可以一次性放入較大尺寸的單個(gè)樣品，配套自動(dòng)傾斜旋轉(zhuǎn)樣品杯，自動(dòng)拼圖、3D 粗糙度重建、纖維系統(tǒng)、顆粒系統(tǒng)、孔洞系統(tǒng)等軟件，顯著提高了考古的準(zhǔn)確性及測(cè)樣效率。

5. 化石的形貌及成分分析

圖 8 哈密翼龍骨骼化石樣品

圖 9 哈密翼龍化石的形貌及成分分析（使用型號(hào)：Phenom XL）

化石的發(fā)現(xiàn)對(duì)探討遠(yuǎn)古生物的習(xí)性、起源與演化具有重要意義。中國(guó)科學(xué)院李穎等在研究哈密翼龍化石的風(fēng)化機(jī)理時(shí)，使用掃描電鏡對(duì)骨骼化石的形貌及成分進(jìn)行分析，從微觀層面探索了哈密翼龍化石的風(fēng)化機(jī)理，對(duì)于化石的運(yùn)輸和保存具有重要的參考意義。（參考文獻(xiàn):李穎，羅武干，楊益民，蔣順興，汪筱林，2021，新疆哈密翼龍化石風(fēng)化機(jī)理初步研究，中國(guó)科學(xué): 地球科學(xué)，51：398-410）

6. 官服金屬線形貌及成分分析

圖 10 中國(guó)國(guó)家博物館藏清代土司官服

圖 11 不同金屬線的掃描電鏡圖片（使用型號(hào)：Phenom XL）

不同的朝代的官服具有不同修飾風(fēng)格以及刺繡工藝，不同品級(jí)的官服使用的金屬線的結(jié)構(gòu)也有所不同。因此對(duì)官服上的金線進(jìn)行微觀研究，對(duì)于文物的研究、保護(hù)和修復(fù)具有重要意義。中國(guó)國(guó)家博物館趙作勇，對(duì)館藏的清代土司官服的金屬線進(jìn)行了分析研究，使用掃描電鏡對(duì)金屬箔層缺損區(qū)域、金屬箔層未缺損區(qū)域、褙襯材料背面等部位進(jìn)行元素測(cè)量分析，對(duì)于其后續(xù)的保管，保護(hù)和修復(fù)工作提供重要的參考和依據(jù)。（參考文獻(xiàn)：趙作勇，2020，中國(guó)國(guó)家博物館藏清代土司官服金屬線的分析研究，文物保護(hù)與考古科學(xué)，32：4）

Phenom 掃描電鏡在考古中的明星產(chǎn)品

放大倍數(shù)：200,000 X
分辨率：優(yōu)于 10 nm
燈絲材料：1,500 小時(shí) CeB6 燈絲
抽真空時(shí)間：小于 30 秒
探測(cè)器：背散射電子探測(cè)器（選配二次電子和 EDS 能譜儀）
樣品室尺寸：100mm x 100mm（無(wú)需破壞文物，實(shí)現(xiàn)無(wú)損檢測(cè)）