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Apr. 18 2019

兵馬俑的兵器為何不會生鏽?新研究解開秦朝黑科技之謎

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  • 兵馬俑的任務在於侍奉死後的秦始皇。 PHOTOGRAPH BY IRA BLOCK, NAT GEO IMAGE COLLECTION

  • 學者相信鉻塗層在過去兩千多年歲月,保護青銅兵器免於鏽蝕。PHOTOGRAPH BY O. LOUIS MAZZATENTA, NAT GEO IMAGE COLLECTION

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。新研究指出:並非如此。

兵馬俑的任務在於侍奉死後的秦始皇。 PHOTOGRAPH BY IRA BLOCK, NAT GEO IMAGE COLLECTION

如果你家浴室的水龍頭閃耀如銀,那大概是鍍了鉻。這種防鏽技術的實驗始於19世紀的歐洲。然而40年來,關於此技術的起源,學術圈與媒體之間卻流傳著另一套論述:鍍鉻技術發明於西元前3世紀的中國,當時秦國工匠以此保護秦始皇陵墓中的兵馬俑青銅兵器免於鏽蝕。位於西安的秦始皇帝陵博物院,甚至為這套理論立了一塊解說碑。

這套論述可以追溯至1970年代,也就是首度發現這座世界遺產的時間。早期發掘報告指出,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;中國科學家使用當時堪稱創舉的元素分布狀態分析(compositional mapping),在一小批兵器上找到一層鉻。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),和現代使用鉻金屬的電鍍鉻技術有所不同。

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無論是化學轉化膜或是電鍍膜,在超過2000年前的秦朝皆屬創舉。然而,根據《科學報告》(Scientific Reports)期刊4月初刊登的一篇論文,兩種都沒有用在兵馬俑兵器上。

沒有鍍鉻,那到底是什麼?

來自倫敦大學學院和秦始皇帝陵博物院的研究人員,分析了464件青銅箭簇、刃莖、刃箍、劍身、劍飾與弩機,他們使用的工具是掃描式電子顯微鏡-能量散布分析儀(SEM-EDS),前者是能顯現金屬表面與結構的高倍顯微鏡,後者則是用以揭示化學成分的攜帶型X光螢光分析儀。

由於分析的樣本數量夠多,研究團隊能夠辨別鉻出現在哪些地方。

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。青銅物件保存最完善的部位則通常找不到鉻。進一步的分析顯示,其實生漆才是早期研究中測得的鉻元素來源。

遺址土壤的研究結果提供了更多線索:當地黃土呈鹼性且相當細密,因此限制了空氣流動與有機質增長,使得金屬物件能夠長期穩定保存。

結論是?鉻元素來自生漆,而保存條件要歸功於黃土。

學者相信鉻塗層在過去兩千多年歲月,保護青銅兵器免於鏽蝕。PHOTOGRAPH BY O. LOUIS MAZZATENTA, NAT GEO IMAGE COLLECTION

環境對了,金屬不壞

中國青銅工藝的修復專家湯瑪士.齊思(W. Thomas Chase)說:「團隊以傑出的成果反證了鍍鉻理論,並且提出另一種可信的解釋。」他補充,這篇研究對於金屬、生漆與土壤等多種物質的分析「正是瞭解金屬遺物的長期腐蝕與保存所切確需要的知識。」

波士頓大學亞洲研究中心(Center for the Study of Asia)副主任慕容捷(Robert Murowchick)說,這麼久以來人們都接受原本的鉻理論,是因其合理。「認為秦代工坊會為了防止鏽蝕,而刻意對青銅器進行鉻處理,這種猜想並不是什麼瘋狂的想法。」

「這對學者和大眾而言都是引人注目的解釋,」慕容捷說明他的觀察:「因為這和早期中國史家描述的故事相符:秦始皇對於長生不老丹藥的追尋或許已近痴狂。」

現任教於劍橋大學的研究第一作者馬可仕.馬蒂儂-托雷斯(Marcos Martinón-Torres)坦承,他也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。」

 

延伸閱讀:兵馬俑設計靈感可能源自古希臘?

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