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第一章 绪论1

1.1 科技考古学的学科归属、发展简史和研究对象1

1.2 学科的知识体系和科技考古工作者的知识结构3

1.3 学科的理论基础4

1.4 学科方法论的一些特点4

1.4.1 科技考古学是实证性的学科5

1.4.2 科技考古学体现多学科的综合研究5

1.4.3 科技考古学属定量研究的学科6

1.4.4 科技考古学遵循统计推断的逻辑7

1.5 科技考古学与相关学科的关系7

1.5.1 科技考古学与科学技术史的关系7

1.5.2 科技考古学与文物保护科学的关系8

1.5.3 科技考古学学科内部各分支间的关系8

1.6 科技考古研究人员的培养问题9

第二章 考古遗存的科技勘探方法10

2.1 遥感考古勘探10

2.1.1 遥感考古勘探的原理、基本设备和发展概况10

2.1.2 航空照片的解译13

2.1.3 专业的航空考古勘探15

2.2 地面的地球物理勘探17

2.2.1 磁法勘探17

2.2.2 电阻率勘探方法19

2.2.3 探地雷达勘探21

2.3 全球定位系统和考古地理信息系统22

2.3.1 全球定位系统和电子全站仪22

2.3.2 考古地理信息系统24

第三章 研究人类诞生和进化的时间标尺—上新世和更新世的测年27

3.1 人科早期成员在非洲的进化及其时间标尺28

3.2 钾氩测年和氩-氩测年方法31

3.2.1 钾氩法测年的基本原理和年龄计算公式31

3.2.2 39Ar-40Ar测年技术33

3.2.3 含钾单矿物的激光熔融39Ar-40Ar测年34

3.2.4 钾氩法测年的应用实例和测年误差35

3.3 裂变径迹测年方法35

3.3.1 原理与技术36

3.3.2 测量误差与应用36

3.3.3 α径迹测年方法37

3.4 古地磁测年方法38

3.4.1 地磁场的反转和地磁极性年表38

3.4.2 岩石和沉积物的剩余磁性39

3.4.3 地磁极性年表的时间刻度39

3.4.4 肯尼亚库彼福拉遗址和我国巫山龙骨坡遗址的古地磁测年40

3.4.5 古地磁测年的一些问题42

3.4.6 古地磁测年和考古地磁测年的区别43

3.5 中更新世时段的人类进化和研究现代人起源的时间标尺43

3.5.1 中更新世各大洲的直立人和早期智人43

3.5.2 解剖学现代人的出现44

3.5.3 关于尼安德特人44

3.6 不平衡铀系测年方法45

3.6.1 自然界的3个放射性衰变系46

3.6.2 铀系法测年的基本原理和前提条件46

3.6.3 铀系法测年前提条件的检验47

3.6.4 铀系测年法的三种技术48

3.6.5 铀系法在建立中更新世古人类进化年表中的应用48

3.7 释光测年方法49

3.7.1 热释光TL测年的原理和热释光的测量50

3.7.2 累积剂量和年剂量率的测量51

3.7.3 热释光测年应用于古人类研究实例53

3.7.4 光释光OSL测年方法的原理和应用于沉积物测年的优越性53

3.7.5 光释光技术应用于古人类与考古遗址堆积物测年的实例55

3.8 电子自旋共振测年方法57

3.8.1 电子自旋共振现象和测年的原理57

3.8.2 电子自旋共振方法应用于古人类遗址测年实例58

3.9 基于第四纪全球气候变化的时间标尺和天文学时间标尺59

3.9.1 深海沉积物的氧同位素时标60

3.9.2 黄土地层剖面中古气候代指标记录的冰期与间冰期交替61

3.9.3 第四纪全球气候变化与地球轨道参数周期变化间的关系—天文学的时间标尺64

3.10 研究人类进化的分子生物学时间标尺66

3.10.1 估测人猿分离时间的血红蛋白分子钟66

3.10.2 估测现代人最早共同祖先年代的核苷酸分子钟67

3.11 10Be和26Al等宇宙成因核素应用于上新世和早、中更新世测年的前景68

3.11.1 连续堆积地层的10Be时间标志68

3.11.2 宇宙成因核素测量岩石的暴露年龄69

3.11.3 宇宙成因核素测量石英砂的埋藏年龄70

3.12 我国境内人类进化的年代学问题71

3.12.1 我国早更新世的人化石及石器文化71

3.12.2 我国中更新世古人类遗址测年中的一些问题71

3.12.3 中国境内现代人的起源问题73

第四章 全新世新石器文化和历史时期考古遗存的测年78

4.1 钾氩法测年等更新世测年方法应用于全新世考古测年的探讨78

4.2 基于地球公转周期的高精确度测年80

4.2.1 树木年轮测年80

4.2.2 纹泥测年82

4.2.3 冰芯测年83

4.3 14C测年概述、基本原理和假设前提84

4.3.1 碳元素的全球循环和14C同位素的产生84

4.3.2 14C测年的4个基本假设前提85

4.3.3 关于14C同位素的半衰期86

4.3.4 1C测年的测量对象87

4.4 14C测年的技术实施87

4.4.1 现代碳标准物质和14C测年的计时起点87

4.4.2 14C测年的常规技术和加速器质谱技术88

4.4.3 1C测年加速器质谱技术的优点88

4.5 14C测年数据的误差分析和误差校正90

4.5.1 14C测年的随机统计误差90

4.5.2 碳同位素分馏所导致的误差91

4.5.3 贮存库效应所导致的误差92

4.5.4 大气1C比活度的变化和14C年龄系统误差的树木年轮校正92

4.6 14C测年结果的代表性问题96

4.7 时序系列样品的树轮年龄校正和高精确度14C测年96

4.8 我国14C测年技术的发展概况及其对史前考古年代学的贡献99

4.9 1C测年与夏商周断代工程99

4.9.1 武王克商年代的范围100

4.9.2 “夏商交替年代”的框定102

4.9.3 二里头遗址的起始和分期年代103

4.10 加速器质谱14C测年技术对有机文物真伪的“准无损”鉴定103

第五章 冶金考古概述106

5.1 铜和青铜的物理性质106

5.2 我国青铜冶炼技术的起源及其早期发展107

5.2.1 甘青地区107

5.2.2 中原地区108

5.3 青铜制品化学组成的测量及其考古学意义109

5.3.1 分析青铜制品化学组成的考古学意义—“六齐”说的检验110

5.3.2 青铜制品化学组成的测量方法111

5.3.3 原子发射光谱仪（AES）111

5.3.4 原子吸收光谱仪（AAS）112

5.3.5 X荧光光谱仪（XRF）113

5.3.6 电子探针（EPMA）113

5.3.7 电感耦合等离子质谱ICP-MS和中子活化分析（INAA）114

5.4 青铜制品的显微结构研究114

5.4.1 实体显微镜114

5.4.2 光学金相显微镜114

5.4.3 青铜的显微结构和金相图谱115

5.4.4 电子显微技术的基本原理及其在冶金考古中的应用119

5.5 青铜制品锈蚀产物的矿相分析121

5.5.1 X射线衍射谱仪（XRD）121

5.5.2 红外吸收光谱仪（IRAS）和傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR）123

5.5.3 激光拉曼光谱仪124

5.6 古代青铜制品测年的可能性探讨126

5.7 古代青铜原料的产地溯源和铅同位素分析126

5.7.2 青铜制品铅同位素溯源的假设前提和一个实例127

5.7.3 青铜冶铸过程中铅同位素的微弱分馏128

5.7.4 青铜制品使用两个或多个矿源以及青铜制品重熔重铸可能性的探讨130

5.7.5 低铅青铜制品的铅同位素指征问题131

5.7.6 我国的铅同位素考古概况和关于高放射成因铅的问题131

5.7.7 质谱仪简介和铅同位素比值的测量134

5.7.8 锡和铜同位素示踪古代青铜制品铜锡矿源的困难136

5.7.9 微量元素组成示踪青铜制品铜矿料来源的可能性和困难138

5.8 我国钢铁技术的早期发展—陨铁的利用和早期的人工冶铁139

5.9 块炼铁和块炼渗碳钢140

5.10 铸铁冶炼和铸铁的韧化技术141

5.10.1 铸铁冶炼与白口铁141

5.10.2 白口铸铁的退火脱碳和含石墨的铸铁142

5.11 我国古代的铁碳合金钢技术144

5.11.1 炒钢144

5.11.2 灌钢146

5.11.3 百炼钢146

5.12 铁质文物的锈蚀和保护146

5.13 铸铁冶炼的燃料和铁质文物的测年问题147

5.13.1 我国何时开始用煤炼铁147

5.13.2 古代铁制品的14C测年148

第六章 古陶瓷的科技研究152

6.1 陶瓷的基础科学知识153

6.1.1 陶瓷的原料和化学组成153

6.1.2 烧制过程中陶瓷理化性质的变化155

6.2 我国陶瓷发展的简史和要素156

6.3 古陶瓷化学组成测量的方法159

6.3.1 湿化学方法160

6.3.2 中子活化分析方法160

6.3.3 X射线荧光分析方法162

6.3.4 电感耦合等离子质谱仪测量陶瓷的化学组成的前景164

6.3.5 质子激发X荧光和同步辐射X荧光测量陶瓷化学组成的特点164

6.4 古陶瓷化学组成的研究概况和数据的考古学诠释165

6.5 陶瓷其他物理性质的测量169

6.5.1 陶瓷烧成温度和瓷釉熔融温度范围的测量169

6.5.2 陶瓷的吸水率和气孔率的测量170

6.6 瓷釉的化学组成、呈色机理和发展概况171

6.6.1 瓷釉的种类、显微结构和呈色机理171

6.6.2 我国瓷釉的发展简况173

6.7 古陶瓷烧制年代的测量174

6.7.1 热释光测年基本原理的回顾174

6.7.2 陶片热释光测年的采样要求175

6.7.3 陶片热释光测年的准确度、误差和应用情况175

6.7.4 含有机物陶片的14C测年176

6.8 古陶瓷的真伪鉴别176

6.8.1 古陶瓷真伪鉴别的热释光技术176

6.8.2 鉴别古陶瓷真伪的化学组成分析方法177

第七章 古代人类生活环境的复原181

7.1 植物遗存的分析与古植被复原182

7.1.1 抱子和花粉分析182

7.1.2 植硅石分析185

7.1.3 木头、果实和种子残存的分析187

7.2 动物遗存的分析与古环境189

7.2.1 哺乳动物遗骸的采集、鉴定和哺乳动物群组成的统计分析189

7.2.2 作为古环境指示物的软体动物组合192

7.3 其他环境指示物193

7.3.1 淀粉粒分析193

7.3.2 脂肪酸分析193

7.3.3 硅藻分析194

7.3.4 沉积物的有机质含量和磁化率分析194

7.3.5 各类沉积地层的氧同位素变化195

7.3.6 沉积地层的碳同位素分析197

7.4 中国全新世的气候和环境变化概述197

7.4.1 全新世早期升温期198

7.4.2 全新世中期大暖期198

7.4.3 全新世晚期降温期199

第八章 农业起源和古人食物结构研究中的科技方法202

8.1 我国栽培稻起源的研究204

8.1.1 栽培稻长江中下游地区起源说的提出和建立204

8.1.2 栽培稻遗存与野生稻的区分及栽培稻种的进化205

8.1.3 关于我国稻作农业的起源207

8.2 北方地区粟、黍等作物的栽培起源研究207

8.3 西亚地区小麦播种的起源和我国最早的小麦种植210

8.4 我国家畜饲养起源的研究211

8.4.1 饲养型动物的鉴别标志211

8.4.2 我国早期的家畜饲养215

8.5 古人遗骨的元素和同位素组成与其生前食物结构的关系216

8.5.1 碳同位素组成的指示意义217

8.5.2 氮同位素组成的指示意义218

8.5.3 碳、氮同位素分析我国古人食物结构的实际应用218

8.5.4 古人硬组织微量元素组成的指示意义221

8.6 古人硬组织的锶同位素组成显示其栖息地的迁移222

8.6.1 矿物和岩石的锶同位素组成及其涨落222

8.6.2 锶同位素揭示古人栖息地迁移的原理和假设前提222

8.6.3 锶同位素考古应用实例224

第九章 分子生物学技术在考古研究中的应用228

9.1 分子生物学的部分基础知识简介228

9.1.1 蛋白质是20种标准氨基酸组成的长链228

9.1.2 染色体是4种脱氧核糖核苷酸（DNA）组成的长链双螺旋结构229

9.1.3 DNA是怎样控制蛋白质的合成的231

9.1.4 基因的突变和遗传性状的改变232

9.2 古DNA研究的分子生物学技术233

9.2.1 古DNA的提取和纯化233

9.2.2 古DNA的扩增234

9.2.3 DNA链的测序234

9.2.4 古DNA分析中的防污染235

9.3 分子生物学在考古研究中的应用实例235

第十章 有关的理化基础知识简介241

10.1 原子光谱和原子结构241

10.1.1 电磁波的基础知识241

10.1.2 玻尔的氢原子结构理论与氢原子光谱242

10.1.3 改进的玻尔原子结构理论与化学元素周期表243

10.1.4 玻尔的原子结构理论与X特征射线谱244

10.1.5 玻尔原子结构理论的意义及局限性245

10.2 分子光谱简介245

10.3 原子核的组成和同位素246

10.3.1 原子核的组成和同位素246

10.3.2 原子的质量和元素的原子量，原子核的结合能247

10.3.3 元素的同位素组成和同位素分馏247

10.4 原子核的放射性衰变及放射性衰变的类型248

10.4.1 α衰变249

10.4.2 β衰变249

10.4.3 γ衰变250

10.4.4 重原子核的自发裂变251

10.5 放射性衰变的基本规律251

10.5.1 基本规律和放射性同位素测年的基本公式251

10.5.2 衰变常数、平均寿命和半衰期252

10.5.3 衰变系的放射性平衡253

10.5.4 宇宙成因核素增长的规律254

10.6 放射性活度的测量单位254

10.7 放射性衰变和测量的统计性质255

10.8 放射性射线与物质的相互作用和辐照剂量256

10.9 科技测量中的误差问题简述258

索引260