在探讨人类文明的技术发展时,我们不能简单地依据时间顺序来划分,而应考虑文明的进程。不同地区的技术发展并不同步,例如,北欧和西欧的史前技术可以归为石器时代、青铜器时代和早期铁器时代。这种划分不仅反映了技术的进步,也揭示了人类如何适应和改造自然环境。
格林斯坟墓位于英格兰东部的诺福克与萨福克交界处,是一个著名的史前燧石矿区。这里在公元前2000至1800年间,燧石矿的开采成为了当地的一项主要产业。
在最早的矿坑中,挖掘工作非常浅且没有巷道。矿工们主要使用的工具是由公牛长骨制成的骨镐,有证据显示也有使用人股骨制成的镐。随着技术的进步,到了新石器时代,矿井的深度增加至10米,并且出现了沿水平矿床挖掘的巷道,劣质燧石层被古代矿工忽略并穿透。
在比利时的斯皮涅斯,发现了类似的采矿活动,这里的坑道大多深9-12米,直径60-80厘米。石灰岩中含有好几层燧石岩,其中从地表向下的第六层是最有开采价值的。在这里,矿工们使用的工具包括角镐,甚至有发现单柄镐仍握在因矿顶坍塌而被埋其中的矿工骨架手中。
在比利时的奥博堡,燧石适合制造长刀和刮削器,但不适合制作斧头。在这里发现了一把磨光的斧头,但制造斧头的材料被证实来源于斯皮涅斯。燧石斧和锤是常用的工具,与常被用来劈裂石灰岩的楔子一起使用。这些楔子大多是由马掌骨切削制成的,但在萨塞克斯的布莱克帕奇,鹿角尖被用于这个目的。
斯皮耶纳的新石器时代燧石矿位于比利时,占地100多公顷,是欧洲最大且最早的古代矿坑汇集地。这些燧石矿的非凡在于提炼技术的多样化,及其与当时人类聚落之间的直接联系。这些结核被用鹿角镐掘出,岩石此后被敲碎成为粗制的斧形,并最终被抛光以达到末态。这些粗制品被在广大地区交易,并经常在其终点被抛光。抛光增强了最终产品的性能,使斧头可以更加持久。
在新石器时代,这些斧子最初被用作清除森林,以及刻削木头以充建材,如造茅屋和独木舟所用木材。这表明了当时人们对资源的利用和环境的适应能力。
人类最早加工的金属是黄金,其次是铜和锡。黄金因其稀有和美丽的光泽,成为人类最早加工的金属之一。
瓦尔纳宝藏是迄今为止世界上已知最早的黄金制品,这些黄金的发现位于保加利亚黑海西岸巴尔干半岛。1972年,一位名叫雷乔·马里诺夫的挖掘机司机在瓦尔纳工业区的建筑工地上意外发现了这些黄金制品。经过考古学家的考证,这些墓葬区可以追溯到新石器至青铜时代,具体时间为公元前4569年至公元前4340年。
(瓦尔纳宝藏)
在瓦尔纳墓葬的考古发掘中,考古工作者从占地约7500平方米的294座古墓中发掘出金器3000多件,总重量达到6.5公斤,纯度高达23.5K,近乎纯金。这些黄金制品包括手链、项链、珠子和各种器皿,以及一些造型独特的物品,如黄金公牛等。值得注意的是,这些黄金制品的制作工艺非常精细,一些金戒指的焊接点在普通显微镜下难以辨认。
瓦尔纳黄金的发现表明,6600年前的人们已经开始揭开金属加工的秘密,并具备了一定的金属加工技能。这些黄金制品的发现也颠覆了人们对史前社会的长期观念,表明当时的社会已经存在等级制度,黄金可能作为权力和地位的象征。此外,这些黄金制品的发现也表明,黄金冶炼与铜冶炼几乎在同时期出现,这对于研究人类早期金属加工技术具有重要意义。
黄金的加工技术相对简单,因为金的物理特性使其易于被捶打和塑形,不需要复杂的冶金技术。在南美洲,秘鲁对金的加工始于公元前1500年。这一时期,金的加工技术已经相对成熟,秘鲁的金属加工技术不仅包括简单的金片制作,还涉及到了复杂的金工艺品的创造。在秘鲁安地斯山脉发掘出的一套用于金片加工的小型工具,年代约在公元前1500年,这些工具的使用方法是将石砧夹在脚间,持石锤加工,能制作小块金片。
人类最初发现并加工自然铜及孔雀石,进而用铜、锡炼成青铜。早在公元前9000年代,近东人首次注意到金属,并已经开始开采孔雀石。这一时期,人们开始从地表挖掘矿石,逐渐发展出地下采矿技术。在伊朗西部艾利库什地区,考古学家发现了公元前七、八千纪(约公元前5500年至公元前6000年)用天然铜片卷成的铜珠。
在新石器时代晚期,人们开始利用天然金属,此后逐渐以矿石为原料冶铸铜器。这一时期以使用石器为主,也使用少量小件铜器,被称为铜器时代或铜石并用时代。铜石并用时代,也称为红铜时代或铜器时代,是指介于新石器时代和青铜时代之间的过渡时期,以使用石器为主,同时开始使用少量小件铜器。
早期的铜矿开采主要依赖于冲积沉淀物的洗涤,这些采石场在特殊环境下得以保留下来。例如,在甘肃东乡林家马家窑文化遗址(约公元前3000左右)出土一件青铜刀,这是目前在中国发现的最早的青铜器。
(青铜刀)
青铜刀长12.5厘米、宽2.4厘米,由两块范浇铸而成,形制规整,刀身薄厚均匀,表面平整,有较厚的深灰绿色锈。短柄,微弧长刃,刃部经轻微冷锻或戗磨,以增加其锋利度。刀尖比较圆钝,微微上翘,弓背,刃部前端因使用磨损而凹入,柄端上下内收而较窄,并有明显的镶嵌木把的痕迹,保存完整。经北京钢铁学院冶金研究所检验,该青铜刀为含锡青铜,其年代距今约5000年左右,是中国目前发现最早的青铜器,它的发现把我国使用青铜器的历史提早了一千多年。
美索不达米亚南部的苏美尔人早在公元前3500年就已开始使用铜器,到公元前3000年铜器的使用已变得相当普遍。这种金属来自小亚细亚、亚美尼亚和埃兰。埃及的铜矿开采历史也十分悠久,自第三王朝(约公元前2600)以来,埃及的许多地方进行了铜矿开采。这些铜矿的坑道大都是水平的,沿着矿脉延伸到岩体中约40-50米。
铁器时代的采矿技术进一步发展,特别是在盐矿的开采上。
哈尔斯塔特文化(约公元前1200年至公元前400年)是中欧早期铁器时代的一个重要文化阶段,以盐矿开采而闻名。在哈尔施塔特地区,盐矿开采技术包括斜井挖掘和巷道加固。考古发掘推测,在新石器时期就开始有人采集盐矿。在哈尔施塔特发现的三个矿井中,考古发现了青铜时期(约公元前2000年)采矿活动的痕迹。矿井是通过竖井进入的,矿井的尺寸非常大,深度超过100米。竖井的两侧会形成采矿空间。采盐工人利用青铜镐凿出盐岩,装在动物皮制成的手提袋中,利用绳索吊到地面。
(哈尔斯塔特文化)
在早期铁器时代,该地区的盐矿开采和贸易带来了哈尔施塔特及其周边地区的繁荣。为在哈尔施塔特开采盐而生产的工具是高度先进的,与其他民族的文化交流导致从遥远的非洲和亚洲进口了琥珀、玻璃、珊瑚和象牙等外来材料。
铁器时代的铁矿石开采相对简单,因为铁矿石在地表广泛分布。铁器时代的铁矿开采技术相对简单,因为铁矿石在地表广泛分布。这种分布特性使得铁矿石的开采不需要深入地下,而是可以在地表或近地表进行,大大降低了开采的难度和成本。
(赫梯弯刀)
目前世界上出土的最古老冶炼铁器是土耳其北部赫梯先民墓葬中出土的铜柄铁刃匕首,距今约4500年(公元前2500年)。这件匕首的铁制部分经检测认定为人工冶炼制品。中国发现的最古老冶炼铁器是甘肃省临潭县磨沟寺洼文化墓葬出土的两块铁条,距今3510年到3310年之间(公元前1510年到公元前1310年)。这两块铁条由“块炼渗碳钢”锻打而成,是冶炼金属。碳14检测显示两块铁条年代分别为3090年前和3075年前,理论误差不超过35年。
古埃及有很多矿山和采石场,一些出产泡碱和盐等矿物质,一些出产金属和宝石,还有一些则是出产建筑用石材,用以建造金字塔和神庙等古建筑。古埃及建筑通常使用的石材有玄武岩、石灰岩和砂岩,最优质、最硬、也是最难开采的石材当属花岗岩。
阿斯旺的古采石场位于距离阿斯旺市区约两公里的地方,沿着尼罗河延伸约有6公里长。这个采石场专门出产一种粉红色花岗岩,这种石材在古埃及被广泛用于建造雕像、方尖碑和金字塔等建筑。由于阿斯旺地区常年少雨,古代工匠在采石场岩壁上留下的切割石头的沟槽和痕迹被很好地保留了下来,为我们提供了研究古埃及采石技术的直接证据。
(未完成的方尖碑)
采石场遗址中有一个著名的景点——未完成的方尖碑。这个巨大的方尖碑横卧在采石场中,长41米,重达1267吨,原本是女王哈特舍普苏特修建的。如果将这个方尖碑竖立起来,它将是全埃及最大的方尖碑。碑身上设有阶梯供游人登高远眺。
在这块方尖碑的开采过程中,由于在石头顶部发现裂缝,就停止了碑刻,将它遗弃在采石场里。我们可以看到墙上用红墨水写的笔记,记录着日常的工作过程。遗址周围散落着古代石锤,它们被用来敲击花岗岩岩石以提炼出方尖碑。
古埃及采石工匠开凿方尖碑时,首先在山体坚硬的花岗岩上划出所需方尖碑的形状和大小,再用原始铜器沿碑体边缘打孔,之后在孔中打入木楔,再在木楔上浇水,木楔遇水后就会膨胀,膨胀产生的巨大张力将石头崩开。反复重复这一工序,最后,整块石头就会从山体上被采出。
从采石场到金字塔,埃及在建造巨大的金字塔方面有一个很大的优势:整个国家是一个巨大的石灰石采石场。有几个采石场距离计划中的金字塔只有几百米。在吉萨的一个挖掘现场,例如,在大金字塔以南600米处的卡夫雷金字塔前。只有在那里采取的石头的大小被认为是与高原上的金字塔所使用的相同。