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兵馬俑黑科技

在史書中，秦軍戰(zhàn)士被描繪成“左手拎人頭，右手抓俘虜”的善戰(zhàn)形象。秦軍的戰(zhàn)斗力之所以能掃平六國，除了得益于制度和戰(zhàn)略優(yōu)勢，還與精良的武器裝備密不可分。

（在張藝謀電影中，秦軍的劍、弩、弓給人們留下了極為震撼的印象。圖片來源：電影《英雄》)

熟讀古代史的朋友們都知道，秦國的武器生產(chǎn)采取責任制，工匠要把名字刻在武器上，所以產(chǎn)品規(guī)格統(tǒng)一、質(zhì)量過硬。不僅如此，秦人的劍更修長，在短兵相接時更易擊中敵人。而在上世紀70年代，人們甚至在檢測兵馬俑武器的化學成分時發(fā)現(xiàn)： 有些武器的表面居然存在“含鉻化合物”，并推測秦人可能已經(jīng)學會用含鉻氧化層來防止兵器生銹！ 要知道，用鉻元素防銹的技術(shù)直到近代社會才出現(xiàn)。如果秦國人已經(jīng)掌握了這門技術(shù)，那說明中國古人的“黑科技”足足領(lǐng)先了世界兩千多年。

不過就在前些天，劍橋大學等機構(gòu)的考古學家卻給這個說法畫上了大大的問號。他們的研究顯示， 兵馬俑武器表面的鉻元素很可能是埋藏過程中被污染的結(jié)果，并且和武器防銹也沒有關(guān)系 [1] 。

01 千年不銹的兵器

1974年，隨著兵馬俑坑被意外發(fā)現(xiàn)，形態(tài)逼真、氣勢恢宏的人俑瞬間吸引了全世界的目光。實際上，除了秦俑之外，一同發(fā)掘出土的兵器也是稀世珍寶。

兵馬俑坑里出土的武器主要包括弩、劍、戈、箭等等，材質(zhì)大部分是銅錫合金。我們知道，銅鐵一類的金屬制品很容易銹蝕。像家里常用的衛(wèi)浴設(shè)備雖是工業(yè)生產(chǎn)的不銹鋼或全銅五金，用上十年也難免出現(xiàn)銹斑?？闪钊苏痼@的是，兵馬俑坑中的一些銅制武器歷經(jīng)兩千多年卻依舊光潔如新！這不禁使人發(fā)問： 秦國人究竟是用什么技術(shù)才讓武器如此抗腐蝕呢？

(惟妙惟肖的兵馬俑。圖片來源：BrokenSphere|Wikimedia Commons)

為此，許多學者希望從武器的化學成分中找答案。果不其然，人們發(fā)現(xiàn) 一些未銹蝕的銅箭鏃含有不同尋常的元素——鉻 [2] 。這一發(fā)現(xiàn)立馬就讓人們想起了現(xiàn)代冶金工業(yè)常用的 鉻轉(zhuǎn)化膜防腐蝕技術(shù) （chromate conversion coating）。有了這層保護膜，金屬就像是穿上了衣服，能避免與氧氣、水分以及酸性物質(zhì)接觸，大大減緩腐蝕速度。盡管學術(shù)界仍在懷疑秦人是不是真的掌握了鉻轉(zhuǎn)化膜技術(shù)，但一些媒體卻開始借此廣泛宣傳中國人老祖先的超前智慧，甚至在中小學生的教輔書中也出現(xiàn)了這樣的論調(diào)。

可是， “以鉻防銹”的說法也有很多疑點 。比如有學者就提出，箭鏃是快速消耗品，射出去八成就找不回來了，花那么大工夫給它防銹有什么意義？再比如，中國古代有關(guān)冶金技術(shù)的文獻相當繁多，記載了各式各樣的防腐蝕技術(shù)，為何偏偏沒有提到鉻轉(zhuǎn)化膜技術(shù)？ [3]

(金屬鉻。圖片來源：Jurii |Wikimedia Commons)

在重重疑問之中，劍橋大學等機構(gòu)考古專家決定對兵馬俑坑的兵器及其周圍埋藏環(huán)境做一次大檢測，想看看這些鉻元素的來龍去脈。

利用X射線熒光光譜分析技術(shù)（XRF），檢測首先發(fā)現(xiàn)武器表面含鉻并不是個普遍現(xiàn)象。受檢測的460多件武器中，僅有8%的武器含有微量的鉻元素（含量大于0.1%）。這可就奇怪了，崇尚標準化生產(chǎn)的秦人如果要用鉻防銹，為什么不統(tǒng)一添加，而只是給一小撮武器加上？

更關(guān)鍵的是，含鉻的武器大多是銅箭鏃、弩扳機，而受檢測的劍身和矛頭表面卻沒有發(fā)現(xiàn)鉻元素。然而，銅劍和銅矛頭中也有不少是保存完好，幾乎沒有生銹的。沒有了所謂的鉻氧化層保護，這些銅劍銅矛怎么也千年不朽了呢？后續(xù)的相關(guān)性分析也顯示，武器的保存狀況和鉻元素的存在與否并無關(guān)聯(lián)。這說明， 兵馬俑各式武器的防腐蝕手段并不是依靠鉻，而且秦人很可能也并沒有掌握鉻轉(zhuǎn)化膜保護技術(shù) 。

(劍身千年不朽的秦軍寶劍。圖片來源：參考文獻[1])

02 鉻從何處來

在對武器的配件以及周邊埋藏環(huán)境進行化學元素分析之后，研究者們更堅定了自己的看法。劍柄、劍鞘、套圈，以及弓把等配件上，鉻元素是廣泛存在的，可這些部分相比較于劍身、矛頭等關(guān)鍵部位來說，偏偏是最不需要防腐蝕的。這進一步說明，鉻的出現(xiàn)，并不是作為防腐蝕之用。

既然如此，兵馬俑武器表面為什么會有鉻元素呢？研究人員認為，這是因為武器的周邊環(huán)境存在鉻，在埋藏過程中沾染到了武器表面?？墒?，他們的觀點卻引入了一個新問題： 兵馬俑坑規(guī)模如此之大，內(nèi)部環(huán)境也很復雜，而這個含鉻的污染源會在哪里？

毫無疑問，首先被懷疑的“嫌疑人”當然是埋藏武器的土壤，因為它與武器的接觸最親密持久。在中國西北地區(qū)，鉻鐵礦（FeCr 2 O 4 ）比較豐富。如果兵馬俑坑里的土壤含有大量鉻鐵礦物，或許就能沾染到武器表面。然而，檢測結(jié)果顯示武器周邊土壤含鉻量微乎其微，并且模擬實驗也否認了鉻元素會從土壤轉(zhuǎn)移到武器上。因此，土壤作為污染源的可能性就被排除了。

(秦俑表面殘存的顏色。圖片來源：Self-made |Wikimedia Commons)

在土壤之外，二號懷疑對象就是兵馬俑的顏料了。秦國時期使用的顏料大多是用自然界的礦石研磨調(diào)制而成，而這些天然礦石就可能含有鉻。但是檢測結(jié)果再一次否定了猜測，整個兵馬俑坑里的顏料都沒有被檢測出鉻元素。

(兵馬俑彩繪用到的顏料。圖片來源：Charlie |Wikimedia Commons)

這可就奇怪了，兵馬俑坑里能攜帶鉻元素的東西還有誰呢？ 研究人員想到了另一樣“看不見”、平時注意不到，但卻無處不在的東西，這便是“漆” 。以往的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，秦俑在繪制顏色之前，得先涂上幾層漆作為基底。另外像長矛的木桿、劍弩的弓臂上也會涂漆。所以，漆在整個兵馬俑坑中的存量非常大。中國古代傳統(tǒng)的漆是從漆樹干上采集的，屬于“純天然”制品，應(yīng)當不含鉻。但是古人為了提升漆的性能，時常會放一些添加劑進去，而這其中或許就有鉻存在。

于是乎，研究人員對坑內(nèi)殘存的漆進行成分檢測。果不其然，漆的含鉻量相當豐富，比土壤含鉻量足足高出了幾個量級！由此看來， 兵馬俑武器所含鉻的來源正是漆 。這也解釋了為什么銅箭鏃，弩扳機這些部分含鉻量最高，那是因為這些部件與涂漆的竹木材料接觸緊密，最容易受到“傳染”。

現(xiàn)在我們終于明白，秦始皇兵馬俑武器上的鉻并不是什么防銹秘訣，也不是中國古代超前黑科技，而是被漆沾染的后果。不過，既然秦人的防銹蝕技術(shù)并不是依靠鉻元素，那么兵馬俑坑里的武器是怎么保持兩千年不朽的呢？

有人認為這與淬火工藝有關(guān)，也有說法認為青銅材料含錫元素較多，能起防銹作用。然而，此類說法解釋力有限，秦人武器不朽的真正原因仍然是個歷史謎題?；蛟S，秦人雖沒有掌握鉻轉(zhuǎn)化膜技術(shù)，但卻擁有其他不可思議的防銹手段，而這就要等待以后更多的研究來揭曉答案了！

作者名片

參考文獻：

[1]Martinón-Torres, M., et al., Surface chromium on Terracotta Army bronze weapons is neither an ancient anti-rust treatment nor the reason for their good preservation. Scientific Reports, 2019. 9(1): p. 5289

[2]韓汝玢, et al., 秦始皇陶俑坑出土的銅鏃表面氧化層的研究.自然科學史研究，1983.

[3]何堂坤, 幾件表面含鉻青銅器的分析. 考古, 1996. 7.

原來是這樣，一直困擾小編我的問題今天終于解決了~希望也能讓大家認清謠言，了解更多的事實。