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兵馬俑兵器千年不鏽 中外新研究解秦國「黑科技」之謎

兵馬俑兵器千年不鏽 中外新研究解秦國「黑科技」之謎

多年來,不少學者都相信秦國擁有的「黑科技」,原來出於偶然。
40年來,學者相信2200年前的兵馬俑青銅兵器之所以能保存完好,是因為鍍有鉻,並認為是中國歷史的創舉。這樣說法確實有點匪夷所思,更有人推敲的認為秦國甚至早一點的春秋戰國時代(越王勾踐劍也被指有鉻的物質)已經有「黑科技」,但也有人認為這樣可能出於偶然。而最新的研究,就確定了一些說法。




需知道化學元素「鉻」是極耐腐蝕的稀有金屬,地球蘊藏量不多,提取不易。今時今日技術許可,「鉻」已經用在日常生活,好像家中浴室水龍頭,製作過程磨拋成型後,我們可在表面鍍一層鉻,使之具備抗中性鹽酸功能,水龍頭就能防止氧化腐蝕。
這種防鏽蝕技術,實驗始於19世紀的歐洲。德國及美國,在20世紀才發明並申請專利。而關於此技術起源,自1970年代中國秦兵馬俑被發現後,就有了一套說法。多年來,學術界與媒體流傳,鍍鉻技術於西元前3世紀的中國已然出現,當時秦國工匠為保護兵馬俑青銅兵器免於鏽蝕,於是鍍了「鉻」。西安秦始皇帝陵博物院,還有解說碑來說明這套理論。



秦兵馬俑發現初期的報告指,這些2200年前的青銅兵器之所以保存如此完善,可能是因為表面經過處理。科技考古學者研究俑坑內出土的青銅鏃,發現其表面存在黑色表層,科學家使用「元素分佈狀態分析」(compositional mapping),在一小批兵器上找到表層​​含有約2%的鉻鹽氧化層。




學者認為,這些兵器可能浸泡過氧化鉻溶液,這種防鏽技術稱作「轉化鉻酸鹽膜」(chromate conversion coating),雖然與現代使用鉻金屬的電鍍鉻技術有所不同,但無論是化學轉化膜或是電鍍膜,在超過2000年前的秦朝出現皆屬創舉。不過,根據今年4月初,英國自然出版集團(NPG)綜合自然科學期刊《科學報告》(Scientific Reports)刊登一篇論文指出,兩種膜都沒有用在兵馬俑兵器上。

《科學報告》刊登研究,比較兵馬俑青銅武器不鏽蝕的原因,在於本身防蝕技術或在於環境保護得宜



據《國家地理雜誌》報道指,倫敦大學學院以及秦始皇帝陵博物院的研究人員,以掃描式電子顯微鏡及能量散佈分析儀,分析464件青銅箭簇、刃莖、刃箍、劍身、劍飾與弩機,檢視金屬表面及化學成分。透過大量樣本分析,了解到「鉻」這種物質出現的位置。分析顯示,兵器上的「鉻」,常見於金屬和木製或竹製的手柄、箭桿、劍飾與繫帶等物接觸的部位,這些木製與竹製品,原先應該有以生漆打底,再塗上色漆。至於青銅物件保存最完善的部位則通常找不到鉻。進一步分析顯示,生漆才是早期研究中測得鉻元素的來源。

兵馬俑士



遺址土壤的研究結果,為這說法提供更多科學證據:由於當地黃土呈鹼性且相當細密,限制了空氣流動與有機物質增長,使金屬物件能夠長期穩定保存。所以,秦兵俑的青銅兵器的鉻元素來自生漆,而保存條件要歸功於黃土。

越王勾踐劍,被指鍍有「鉻」物質



美國波士頓大學亞洲研究中心副主任Robert Murowchick,多年與中國社科院一起合作考古,同時專門研究中國和東南亞早期冶金的發展,表示過去數十年來,學界都接受了原本的鉻理論,因為秦國的「瘋狂」大概是合理的:「認為秦代工坊會為了防止鏽蝕,刻意對青銅器進行鉻的處理,這種猜想並不是什麼瘋狂的想法,因為這和早期中國史家描述的故事相符,需知道,秦始皇對於長生不老藥的追尋或許已近癡狂。」至於有份參與今次研究的劍橋大學考古學教授Marcos Martinón-Torres對研究發現感到驚訝,他說1970年代的研究非常有說服力:「他們在實驗中做出了複製品,也排除了其他假說,我本來確實傾向相信他們是對的。」

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