提到锡,大多数人会想到常见的锡罐,用来保存储藏在橱柜里的食物。这里使用锡是为了帮助保护罐身免受腐蚀(尽管并非所有罐头如今都含有锡)。
不过,锡在罐头制造中的应用只可追溯到19世纪初,而将锡与其他元素混合的做法则已有数百年的历史。
锡——化学符号 Sn,原子序数为50,在元素周期表中位列其中,质地柔软,呈银白色,熔点仅为232℃。乍一看,它似乎并不是制造任何东西的理想材料。
不知何故,人类发现,将可控量的锡加入铜中,能够制得一种华丽的金黄色合金,我们称之为青铜。
我在1978年大学最后一年的本科研究项目中首次对青铜产生了兴趣。这种兴趣延续至今——我正与泰国的同事合作,对古代泰国青铜手镯的制造技术进行逆向工程研究。
早期青铜
已知最早的锡青铜似乎出现于欧亚大陆的高加索地区,年代约为公元前5800年至公元前4600年。这些极为稀少的早期锡青铜样本,可能是由天然同时含有铜和锡的较为罕见的矿石意外制成的。
大量证据表明,到公元前3000年左右,爱琴海和中东地区(土耳其、叙利亚、伊拉克、伊朗)已通过有意将锡与铜合金化来制造锡青铜,所用矿石来自不同的产地。
显然,在此类做法成为常态之前,必定发生了一系列颇为不太可能的事件。
必须先有一次偶然的熔炼,其原料为含有锡和铜氧化物的合适矿物。随后,人们还必须认识到,所得金属具有硬度、色泽和韧性等理想特性,从而能够用于制造更优良的武器或饰品。
此后,工匠们还需具备足够的组织能力,才能摸索出如何重复这一冶炼过程,以制造剑、斧头、碗和手镯等器物。
随后,还必须建立贸易网络,将相对稀少的锡从遥远的地方运送到任何铸造作坊,例如阿富汗,或英国西南部的康沃尔。冶金工艺还必须传授给其他从业者,而这很可能是通过口耳相传的方式完成的。
青铜的传播
在旧大陆各地,将锡有意加入铜中的技术随后得以传播,大约在公元前2800年抵达西欧,公元前2200年抵达埃及,同年抵达人口稠密的华北平原,约公元前1400年抵达中国云南省,约公元前1100年抵达泰国,公元前1000年抵达印度南部(若不是早一两个世纪的话)。
这引发了考古冶金学家之间一些激烈的讨论:锡的这些有用特性的特殊知识,究竟是从中东的某一个单一发源地传播开来的,还是曾被本地工匠多次独立发明出来的。
就泰国和柬埔寨而言,学界提出了几种情形:该技术是独立发明的,是从中国向南传入的(或者也可能相反,是从泰国东北部输往中国的),或者是从孟加拉进口的。
在中国,一些本地学者倾向于认为锡青铜是当地独立发现的,不过,证据的总体权衡表明,这项知识是由骑马而来的西亚访客传入的。
非洲青铜
在殖民时代之前,南部非洲也开采过锡,而且在当地的古代冶金遗址中,已经发掘出一些青铜器物,例如金属薄板或锭块。
该地区现有证据表明,铁、铜和青铜的生产与加工技术几乎同时出现在撒哈拉以南非洲的多个地点,其中北部地区始于约公元前500年,并于约公元300年传到南非。
冶金知识是如何传到南部非洲的?它是东非班图人的本土发明,随后随其迁徙而被带到各地,还是这项技艺从中东向南传播而来?如果是后者,那么是由谁传播、又是如何传播的?
与亚洲的情况一样,对这些问题的解读可能会受到现代政治观念的影响。例如,南非古城马蓬古布韦那些精美的铜器和金饰是由哪种冶金技艺制成的,这一问题至今仍未有定论。
美洲的青铜
美洲的古代文化也发展出了精湛的贵金属、铜和锡加工技艺。
他们能够通过铸造制作青铜器物,例如戒指、吊坠、身体饰品、装饰镊子、金属薄板胸甲、大型圆盘、装饰盾牌,尤其是铃铛。最早大约在公元1000年的南美洲出现,随后不久又在墨西哥西部出现。
就中美洲而言,人们认为青铜知识是由海上商人从秘鲁和厄瓜多尔向北传入墨西哥的。
显然,无论是旧大陆还是新大陆,古代世界都通过漫长的贸易路线紧密相连,思想(在许多情况下还包括锡)正是沿着这些路线流动的。
锡的配比
通过关注相关物理冶金学的具体方面,也可以追溯这项技术的传播过程。
当铜中加入的锡质量超过约15%时,所得合金在铸态下会变得相当脆,尽管它仍然呈现出令人赞叹的温暖金黄色。
某地、某人曾有一项了不起的发现:如果将此类铸件从红热状态迅速淬入水中(或最好是盐水中),它会变得更软,并且相对更具延展性,也更易加工。
淬火热处理会在器物中留下一种极具特征的针状显微组织(称为马氏体),借助显微镜即可观察到。这表明该部件是通过相对复杂的工艺制成的,而不仅仅是铸造而成。
在高锡青铜器物的显微切片中发现马氏体针状结构,是这些器物曾从红热状态淬入水中的确凿标志。
当锡含量低于约15%时,不会形成马氏体,淬火时也不会出现任何显著现象。
对高锡青铜进行热处理所得到的结果与直觉相悖,因为铁若以同样方式处理,反而会变得硬而脆。使青铜变得坚韧的诀窍非常特殊,因此这一知识很可能是通过人与人之间的口耳相传而流传下来的。
这种工艺在旧大陆的传播,必然需要具备相关知识的人远行至异域。这些器物出现在欧亚大陆和非洲各地的遥远地点,也是古代全球化的又一证明。
另一种元素
古代青铜器中还出现了另一项工艺,不过这项工艺可能在不止一个地点被独立发现。
大约在青铜时代晚期或早期铁器时代(约公元前500年),工匠们开始在锡青铜铸件中加入铅。这使熔融金属具有更好的流动性,使其能够充满模具中的细微之处,从而可以铸造出细节精致、带有浮雕图案的器物。
作为一种元素,铅不像锡那样闪亮或具有吸引力;它的密度要大得多,并且存在于方铅矿(硫化铅)等截然不同的矿石中。已知最早在铸造青铜中有意、显著地加入铅的器物,似乎来自中国(公元前500年至公元200年)。这同样显然是一种有意的创新,而且同样迅速地传遍了整个欧亚大陆。

随着泰国东部等遗址不断被发掘,以及合金成分与年代数据库的扩充,将有可能更清晰地揭示古代的贸易、迁徙和技术转移路线。
这些遗址中锡的存在与使用,将起到一种冶金“DNA”的作用,成为古代文化交流与人类交往的标志。




