揭秘埃塞俄比亚 Konso 部落石器热处理：洞察材料转变动机与模式的新视角

《Scientific Reports》：Ethnographic toolstone heat treatment reveals distinctive motives and patterns of material transformation

为探究古代石器热处理的相关问题，研究人员对埃塞俄比亚南部 Konso 部落石器工匠的石器热处理技术展开研究。结果发现该技术能改善石器材料性能，其动机、技术和材料转变为考古热处理研究提供了重要见解。

　　在人类历史的长河中，古代技术一直是考古学和相关领域热衷探索的神秘宝藏。其中，石器热处理作为一项重要的技术创新，在更新世人类的生存和发展中扮演着关键角色。这一技术通过对岩石进行加热处理，能够显著提升其断裂性能，从而为石器制作提供更优质的材料。然而，长期以来，对于石器热处理的研究却面临诸多困境。一方面，该技术的有意性和技术性常与人类的认知能力紧密相连，吸引了全球考古学界的广泛关注，但相关的民族志实例却极为稀少。这使得考古学家们在研究中往往只能依赖实验室实验来进行推测，而这些推测在实际应用中存在诸多局限性。另一方面，过去的研究对于石器热处理的技术细节、动机以及材料转变机制的理解并不深入，许多关键问题仍未得到解答。比如，不同地区的石器热处理技术是否存在差异？其背后的动机仅仅是为了提高石器的制作性能，还是有其他因素的影响？这些问题如同迷雾，笼罩着石器热处理的研究领域，迫切需要新的研究来拨开迷雾，探寻真相。

为了深入剖析这些问题，来自南非开普敦大学（University of Cape Town）、埃塞俄比亚阿尔巴门奇大学（Arba Minch University）等多个研究机构的研究人员，将目光聚焦于埃塞俄比亚南部的 Konso 部落。这个部落的工匠们至今仍保留着定期对石器原料进行热处理的传统，他们成为了研究人员眼中解开石器热处理谜团的关键钥匙。

研究人员通过对 Konso 部落石器热处理技术的深入研究，取得了一系列令人瞩目的成果。这些成果不仅为我们理解古代石器热处理技术提供了新的视角，还在多个领域具有重要意义。该研究成果发表在《Scientific Reports》上，为相关领域的研究提供了重要的参考依据。

在研究方法上，研究人员综合运用了多种技术手段。首先，通过民族考古学的方法，对 Konso 部落的石器制作过程进行了详细的观察和记录，包括原料的采集、热处理的步骤、石器的制作和使用等环节，获取了丰富的第一手资料。其次，利用红外光谱（FT - IR）技术，对热处理前后的石器原料进行分析，检测其化学成分的变化，从而揭示热处理对材料微观结构的影响。此外，共聚焦显微镜技术被用于观察石器表面纹理的变化，而机械测试则对石器的硬度、弹性模量、断裂韧性等力学性能进行了量化分析。

研究结果主要包括以下几个方面：

• 技术、步骤和动机：Konso 部落的石器工匠在进行热处理前，会先对结核进行预处理，采用双极技术将较大的结核劈开。每次热处理会准备 5 - 8 个结核，在室内靠近炉灶边缘的浅坑中进行。坑的直径约 23 厘米，深度约 13 厘米，距离炉灶中心约 20 厘米。工匠们先将坑预热，然后放入玉髓结核，用羊毛进行隔热，再盖上一块凹面朝下的破碎陶器，接着在上面放置热煤和热灰与细炭的混合物，让结核加热 24 - 30 小时，有时甚至长达 48 小时。加热结束后，让坑冷却至少 1 小时，再取出石器原料放在炉灶石的非火侧缓慢冷却，通常需要过夜。工匠们表示，热处理能通过使石器原料产生光滑且不间断的断裂，提高其可打片性（knappability），使打片过程更具可预测性，增加成功去除完整薄片的概率。此外，热处理后的石器边缘更坚固，表面更有光泽，更具吸引力。相比之下，未经热处理的石器在打片时需要更大的打击力，且更容易产生破碎和截断的打片产品。
• 材料转变：研究人员对热处理后的（fullyHT）、部分加热的（semiHT）和未加热的（unHT）玉髓样本进行了多种分析。FT - IR 测量结果显示，热处理后，观察波段内的变化具有统计学意义（span data-custom-copy-text="\(p0.05\)"p<0.05；双尾 t 检验，等方差）。例如，4545/4469 cm?1的比值从 0.96 上升到 0.99，标准差从 0.02 下降到 0.01；4535/4450 cm?1的比值也从 0.97 上升到 0.99，标准差同样下降。这表明热处理可能使材料更加均匀。从宏观上看，fullyHT 的石器原料更加均匀且有光泽，新剥落的 fullyHT 样本表面呈现出光泽，这反映了红外光谱所显示的水的迁移。在密度和表面粗糙度方面，随着热处理程度的加深，平均密度值和表面粗糙度显著降低。fullyHT 样本的密度相较于 unHT 样本，从2.574 g?cm?3下降到2.559 g?cm?3；3D 表面纹理分析结果也显示，fullyHT 样本的表面粗糙度相较于 unHT 样本有明显下降，常用的表面粗糙度参数如峰高、曲率、坑深、核心粗糙度等均发生了显著变化。在硬度和弹性方面，fullyHT 的石器原料与 semiHT 和 unHT 的样本存在差异。Martens 硬度（HM）在 fullyHT 样本中显著增加，从 unHT 样本的 3960 MPa 增加到 4284 MPa；indentation Young’s（elastic） modulus（EIT?）在 fullyHT 样本中也有显著提高，从 unHT 样本的 66.37 MPa 增加到 74 MPa。然而，断裂韧性（KIC?）则呈现出稳定且显著的下降趋势，从 unHT 样本的2.23MPa?m1/2下降到 fullyHT 样本的1.04MPa?m1/2，这表明热处理后的石器更容易被打片。后划痕深度测试表明，fullyHT 样本相较于 unHT 样本，对划痕的抵抗力更低，更容易受到损伤。

在研究结论和讨论部分，该研究成果具有多方面的重要意义。从材料科学的角度来看，研究揭示了 Konso 部落石器热处理过程中材料的物理和化学变化机制。例如，FT - IR 测量结果与其他地区实验加热的燧石和捷克侏罗纪燧石的变化相似，表明温度诱导的水蒸发可能导致了跨晶断裂和流体包裹体的形成。密度的变化在不同研究中存在差异，但 Konso 玉髓在热处理后密度下降，这为理解材料在热处理过程中的变化提供了新的案例。硬度的变化在不同研究中也不尽相同，Konso 玉髓热处理后硬度增加，这表明不同类型的硅质岩石在热处理时硬度变化没有统一规律。从考古学的角度来看，该研究为解释古代石器热处理技术提供了重要的参考。通过对 Konso 部落的研究，我们可以推断出古代石器热处理可能涉及对加热速率和温度的精确控制，这有助于解决考古学界对于古代石器热处理技术细节的争议。例如，对于南非中石器时代（MSA）硅质岩热处理方式的争议，Konso 部落的案例提供了一种新的思考方向。此外，研究还探讨了 Konso 部落石器热处理传统的起源，尽管目前尚不清楚其是否源于史前使用非陶瓷材料作为热绝缘体的实践，但该研究为进一步探究这一问题提供了线索。从认知和技术发展的角度来看，Konso 部落的石器热处理技术展示了长期的知识传承和创新能力。这一技术需要精心的规划、多任务处理和注意力切换，反映了古代人类在技术发展过程中的智慧和努力。同时，该研究也强调了在研究古代技术时，考虑技术产生的背景和相关知识技能的重要性。只有深入理解这些因素，才能更好地解释古代技术的发展和演变。

总之，这项关于埃塞俄比亚 Konso 部落石器热处理的研究，通过多学科的研究方法，深入揭示了石器热处理的技术细节、材料转变机制以及背后的动机和意义。为考古学、材料科学等多个领域的研究提供了宝贵的资料和新的思路，推动了相关领域的进一步发展。