考古中用的碳十四原理（考古碳十四年代学的若干问题）

熟知考古碳十四年代学历史的学者都很了解，自1949年美国学者威拉德·利比（Willard Frank Libby）发现碳十四这种放射性同位素可以用来测定含碳考古遗物的年代以来，碳十四年代学经历了三次革命，即碳十四革命、校正曲线革命和AMS革命。在欧洲，碳十四年代学引发了所谓“碳十四革命”并推翻了长久以来占据统治地位的通过类型学建立的欧洲史前时间框架，并间接引发了新考古学（New Archaeology）、社会考古学（Social Archaeology）等过程主义考古学思想的诞生。

在中国考古学界，自夏鼐先生1977年在《考古》杂志上发表的那篇著名的《碳-14测定年代和中国史前考古学》一文至今已经过了四十五年，在这期间随着世纪之交的夏商周断代工程的开展，贝叶斯方法（Bayesian Statistics）和加速器质谱法（AMS）被引入中国。二十一世纪以来，中国考古学相关的碳十四测年数据量相比二十世纪而言有着显著增长。随着中华文明探源工程的开展，相对更加清晰的中国史前考古学年表被建立起来，并确定了距今6000-5800年、距今5300年和距今3800年等几个中国文明发展过程中的关键时间点。此外，由于加速器质谱法所需样品量少，以中国社会科学院考古研究所考古科技实验研究中心碳十四实验室和北京大学考古文博学院第四纪年代学实验室为代表的面向考古碳十四测年的实验室探索和发展了针对不同含碳物质的前处理方法，大大拓展了可测年样本的种类。北京大学考古文博学院第四纪年代学实验室在2005年举办的第五次国际碳十四比对中进入了全球碳十四测年实验室前5%的行列，意味着北京大学的实验室在碳十四测年的精密度和准确度方面都处于国际领先。

然而另一方面，每年海量的碳十四数据产生的同时，对于这些数据如何进行使用和研究方面仍然存在一些问题。如一些考古学家分不清数据的精密度和准确度之间的关系，不能很好地理解样本的“代表性”或“年代指征性”问题，经常性地主观判断某数据“偏早”或“偏晚”而将其舍弃而没有注意到相对年代和绝对年代之间具有不同的“时间观”。此外，碳十四年代学仅仅被用来确定绝对年代，使用碳十四数据来研究区域文化发展不平衡性和文化变迁速率、变迁模式以及变迁动因等可能的研究方向被无视。在此，笔者希望通过对数据的精密度和准确度之间的关系问题、样本代表性问题、研究尺度与研究方法问题、相对年代和绝对年代的两种时间观问题进行分析和解说，并希冀本文可以廓清考古学者对于如何使用碳十四数据进行研究的困惑以及对于未来考古碳十四年代学研究方向进行展望。

陈铁梅先生和陈建立先生在《简明考古统计学》中很好地阐明了精密度和准确度这两个概念。在此，笔者将结合碳十四数据对这两个概念进行进一步阐述。碳十四数据的精密度一般是指数据经过树轮校正后的误差范围，而准确度一般是指碳十四测年数据的年代分布是否涵盖了“真实的”样本形成年代。学者们一般倾向于认为常规法测的数据不如加速器法测的数据“准”，但是测年数据误差的大小只是代表着精密度，而不代表准确度，准确度与系统误差有关系。现在加速器法测年往往会把已知年代的标准样品与考古样品同时制成石墨靶进行碳十四含量测定，因此测年的准确度可以被很好地控制。

对于测年样本的代表性问题，考古学界已经有所认识。考古学界早就认识到一次葬的墓葬共时性最好，是很好的“时间舱”，而灰坑内遗物的共时性要略差，地层中出土的遗物的共时性更差。同时，发表于2018年第2期的《考古》杂志上的一项多学科的对于邓州八里岗遗址仰韶文化多人二次合葬墓M13的研究显示五个进行测年的随葬猪下颌骨年代差最大可达400多年，意味着墓葬中的遗物也可能有较大时间差。因此，样本代表性问题其实是样本的年代和欲测年的历史事件的年代之间的匹配程度的问题。如学界常常使用连续堆积的地层中的含碳物质进行测年并使用贝叶斯统计进行处理，然而，如果该含碳物质的形成年代“早于”其进入地层堆积的年代或者“晚于”其进入地层堆积的年代，则即使使用了贝叶斯统计进行分析也会得到不正确的年代结果。因此，使用地层中或灰坑中的木炭或骨头样品的测年数据的时候需要慎之又慎。此外，关节连接完整的肢体骨骼可以看作是被埋藏不久即原位腐烂，可以很好地指征埋藏年代。陶器内壁的炭化食物残渣可以认为是陶器使用期间形成的，一般也可以很好地代表陶器的使用年代。事实上，以日本国立历史民俗博物馆的研究者小林謙一为代表的研究团队对于日本绳文时代和弥生时代的陶器内壁附着的炭化残留物进行碳十四年代测定，并通过陶器类型学上的早晚关系建立贝叶斯统计模型，得到了日本绳文时代向弥生时代过渡的年代。由于陶器内壁附着的炭化残留物很好地指征了陶器的使用年代，因此这一研究结论也较为可信。

考古学是一门以材料为主导的学问，材料和数据等信息的理想程度决定了使用哪种手段或方法进行研究。此外，研究的时空尺度也和材料的情况息息相关。如早期的中国考古学者只能分辨仰韶文化和龙山文化，庙底沟与三里桥的发掘以及洛阳王湾遗址的发掘使得考古学者分辨出了处于仰韶文化和龙山文化之间“庙底沟二期文化”和“王湾二期文化”。考古材料的进一步积累使得仰韶文化的诸多类型得以显现，龙山文化被升格为“龙山时代”。实际上，区系类型理论很好地反映了考古材料可以在不同的时空尺度进行概括和总结的特点。

图一 大汶口文化碳十四数据分区加和结果

笔者对已发表的海岱地区大汶口文化的碳十四数据按照栾丰实先生划分的七个分区进行分别统计加和，得到图一所示结果。可以看到山东中南部的大汶口文化最早出现，其次是潍河流域和胶东半岛，接下来是以焦家遗址为代表的山东西北部和山东东南部，最后是以蒙城尉迟寺遗址为代表的鲁豫皖交汇地区。由于大汶口文化的碳十四数据在不同遗址之间分布不均匀，按遗址统计碳十四数据很难看出规律，此外，每个遗址的大汶口文化在大汶口文化的总分期中所属期段不一样，也难以统一进行数据比较。而选择分区进行数据统计既可以使数据之间进行考古学期段的相互弥补，同时可以反映出不同区域之间文化变迁的宏观规律。例如在这一例子中，就极有可能存在从山东中南部到潍河流域和胶东半岛再到山东东南部这样一个文化传播过程。另一个类似的例子是随着碳十四数据的大量积累，日本学者在研究绳文时代向弥生时代转变的过程中发现以板付遗址为代表的日本九州北部地区最早进入弥生时代，而日本东北地区以龟冈式陶器为代表的绳文时代文化最晚进入弥生时代，而日本北海道地区则直接发展到没有稻作农业的续绳纹时代，冲绳地区发展到没有稻作农业的贝冢时代后期。在考古碳十四年代学的帮助下，日本的考古学者复原了稻作农业的传播过程并确定了其传播的边界。因此，考古碳十四年代学可以很好地被用来动态地研究考古学文化的传播和变迁。

图二 相对年代和绝对年代的时间观

最后一个问题是相对年代和绝对年代的两种时间观问题。相对年代的时间观是由考古地层学和考古类型学建立起来的时间观，其特点是“同样式别的陶器是同时的”，“某考古学文化分期中同一期段的单位是同时的”，“地层学上的叠压顺序决定了文化的时间发展顺序”。在没有绝对年代的测年方法的引入的前提下，这种时间观是无可厚非的。但如果我们引入绝对年代的视角，则相对年代的时间观可以被理解为图二所示的结构。实际上，由于地貌上的山川河流的阻隔，不同区域文化发展是有不平衡性的，可以体现在虽然是同一考古学文化或同一考古学文化的同一期段，绝对年代上有所差别。反映在绝对年代上就是虽然A遗址、B遗址和C遗址都是由大汶口文化发展到龙山文化再发展到岳石文化，然而不同遗址的同一文化的年代上下限会在一定范围内“浮动”。或许有些考古学家认为这不可理解，并认为这种时间观“并不存在”。但如果我们比较一下高铁出现之前和之后、飞机出现之前和之后、火车出现之前和之后的交通情况，就可以很好理解了。在中国史前没有家马出现的时候，最快捷的交通方式也许就是沿着水路进行的，不同区域之间的交流频率必然会有所差异。而这种差异也必然会导致同样的器物在不同区域出现时可能会有时间差。这种由地域差异导致产生的时间差异如果我们使用相对年代的时间观，则就会被抹杀，大量的相关碳十四数据被认为“明显偏早”或“明显偏晚”而被舍弃，文化传播的速率和文化传播的模式以及背后的动因问题就无法被学者们关注。

自中国科学院考古研究所实验室于1972年第1期的《考古》杂志上发表国内第一份考古碳十四数据报告《放射性碳素测定年代报告（一）》以来已经过去了五十年，然而考古碳十四年代学距离真正发挥其作用还有很长的路要走。笔者期冀可以通过这样一篇小文来推动考古碳十四年代学的相关研究，解决考古学家的一些困惑，打开考古学界的研究思路，并进而推动研究的转向。

作者：宋殷

作者单位：北京大学考古文博学院

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