古人類的遷移問題以及相鄰群體間人口的交流情況，歷來是人類學(xué)、考古學(xué)、歷史學(xué)、民族學(xué)、社會(huì)學(xué)等學(xué)科關(guān)注的熱點(diǎn)。研究人員一般都是通過人種特點(diǎn)的觀察與分析、考古學(xué)文化因素的變化與解讀、歷史文獻(xiàn)中有關(guān)人口遷移的記載、民族學(xué)上有關(guān)民族起源與傳播的分析、社會(huì)學(xué)上有關(guān)婚姻形式的變化等方式來進(jìn)行研究，但是這些研究的結(jié)果提供的證據(jù)往往都是間接的，不具有確定性。對(duì)于沒有文獻(xiàn)記載或者文獻(xiàn)記載不詳?shù)氖非皶r(shí)期，通常更加難以解決。

由于同位素具有特定的組成和分析結(jié)果精確穩(wěn)定的特點(diǎn)，研究人員嘗試通過人類骨骼遺存中同位素的分析來研究古人的遷移，分析的同位素包括了Pb、s、sr、O、N和c等。從目前的研究情況來看，通過鍶同位素分析研究古人類的遷移比較成功，可以提供直接的證據(jù)，并且獲得了較為廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為國際考古學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)問題之一。本文將對(duì)這一方法的基本原理和部分重要遺址的研究情況進(jìn)行介紹和分析。

1.鍶同位素方法研究古人類迂移的原理

利用鍶同位素來研究古代人類的遷移情況，有著可靠的地球化學(xué)理論基礎(chǔ)，因此了解這一方法時(shí)，有必要首先弄清楚同位素的概念、鍶同位素的地球化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)。

1.1 同位素的概念和同位素地球化學(xué)的興起

1910年英國化學(xué)家索迪提出了一個(gè)假說，化學(xué)元素存在著相對(duì)原子質(zhì)量和放射性不同而其他物理化學(xué)性質(zhì)相同的變種，這些變種處于周期表的同一位置上，稱作同位素。1932年提出原子核的中予一質(zhì)子理論以后，進(jìn)一步弄清，同位素就是一種元素存在著質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的幾種原子。由于質(zhì)子數(shù)相同，所以它們的核電荷數(shù)和核外電子數(shù)都是相同的(質(zhì)子數(shù)=核電荷數(shù)=核外電子數(shù))，并具有相同電子層結(jié)構(gòu)。因此，同位素的化學(xué)性質(zhì)是相同的，但由于它們的中子數(shù)不同，造成了原子質(zhì)量不同，導(dǎo)致某些物理性質(zhì)有所差異。

同位素可分為兩大類:放射性同位素和穩(wěn)定同位素。凡能自發(fā)地放出粒子并衰變?yōu)榱硪环N同位素者稱為放射性同位素，例如Rb和u，能自發(fā)衰變，分別形成穩(wěn)定的Sr和Ph。穩(wěn)定同位素指無可測(cè)放射性的同位素，其中一部分是放射性同位素衰變的最終穩(wěn)定產(chǎn)物，例如Ph和sr等，稱之為放射成因同位素，另一大部分是天然的穩(wěn)定同位素，即自核合成以來就保持穩(wěn)定的同位素，如C和C、O和0、S和S等。到目前為止，在已發(fā)現(xiàn)的同位素中，存在著約300種穩(wěn)定同位素，而放射性同位素多達(dá)1500種以上。同位素及它們的化合物，與自然界存在的相應(yīng)的普通元素及其化合物之間的化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)是相同的，只是物理性質(zhì)有些不同，因此，可以利用同位素的這一特點(diǎn)來進(jìn)行示蹤研究。

同位素地球化學(xué)也有人稱為核素地球化學(xué)、核地球化學(xué)或同位素地質(zhì)學(xué)，是地球化學(xué)向更深層次發(fā)展而產(chǎn)生的一門新分支學(xué)科，其研究對(duì)象是自然界尤其是地質(zhì)作用和地質(zhì)體中同位素的豐度及其演化規(guī)律。同位素地球化學(xué)形成于20世紀(jì)40年代末和50年代初，在以往短短的不到一百年的時(shí)間里，取得了非凡的研究成果，解決了爭(zhēng)論上百年的南非南德斯金礦的成因等一系列重要問題。隨著理論基礎(chǔ)的逐漸完善，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷發(fā)展，同位素地球化學(xué)的研究已經(jīng)迅速擴(kuò)展到化學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、古生物學(xué)、考古學(xué)等各個(gè)研究領(lǐng)域，并促進(jìn)了這些學(xué)科的發(fā)展。目前，同位素地球化學(xué)與其他學(xué)科的交叉、溶合和應(yīng)用問題已成為地球化學(xué)研究的前沿問題。

1.2 鍶的地球化學(xué)性質(zhì)

鍶有四種天然同位素(Sr、Sr、Sr、Sr)，它們都是穩(wěn)定同位素，在自然界的豐度分別為82.53%、7.04%、

9.87%和0.56%。除了是放射成因同位素外，其他三種都是天然的穩(wěn)定同位素。放射性成因的87Sr是通過銣(Rb，半衰期大約4.7×10年)衰變形成的，并且大約占鍶總量的7%。Rh是放射性的，如方程(1)所示，它通過發(fā)射一個(gè)負(fù)B粒子，衰變?yōu)榉€(wěn)定sr:

這里的β是負(fù)粒子，是反中微子，而Q則是衰變能。因此，在含有銣的巖石或礦物中，鍶同位素的組成取決于該巖石或礦物的年齡和Rb/Sr初始比值。

鍶同位素在地球物質(zhì)中分布很不均勻，不僅表現(xiàn)在相同時(shí)間不同區(qū)域內(nèi)形成的巖石具有不同的鍶同位素組成，而且同一區(qū)域不同時(shí)間，甚至同一時(shí)間形成的巖石中鍶同位素組成也存在著明顯的差異。導(dǎo)致這種差異的原因十分復(fù)雜，總體上可以歸納為三種因素:源巖物質(zhì)的來源:源巖物質(zhì)的Rh/sr比;源巖形成的時(shí)間，以及源巖形成后，在后期地質(zhì)作用過程中能否保持封閉系統(tǒng)等因素?？偟膩碚f，sr/sr比值通常在0.700和0.750之間變化，地質(zhì)年齡輕的巖石(<1～10百萬年)和低Rb/sr初始比值的巖石的。7St/Sr通常小于0.706，比如許多晚新生代的火成巖，一些具有非常低的初始Rh/sr比值巖石的7Sr/6Sr比值可以小于0.704，例如玄武巖;相反的，地質(zhì)年齡較老的巖石(>100百萬年)和高Rb/sr初始化值的巖石的sr/sr比值較高，比如沉積巖中的頁巖和火成巖中的火山巖的7Sr/e6Sr比值可以達(dá)到0.730。這些變化似乎很小，但是從地質(zhì)學(xué)的觀點(diǎn)來說，已經(jīng)相當(dāng)?shù)拇罅?，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了分析誤差的范圍。對(duì)于鍶同位素比值而言，現(xiàn)代質(zhì)譜儀的測(cè)量誤差在±0.00003到±0.0001之間。

1.3 鍶的生物化學(xué)性質(zhì)

不同地區(qū)的巖石具有不同的鍶同位素組成，當(dāng)巖石風(fēng)化形成土壤時(shí)，巖石中的鍶同位素進(jìn)入到土壤和地下水中，生長(zhǎng)在這些土壤中的植物就會(huì)獲得這些巖石的sr/sr比值。吃這些植物的食草動(dòng)物就會(huì)把植物體內(nèi)的鍶攝入到體內(nèi)，取代羥磷灰石中t的鈣保存到體內(nèi)的骨骼系統(tǒng)中，以這些食草動(dòng)物為食物來源的食肉動(dòng)物，同樣會(huì)把鍶同位素保存在骨骼系統(tǒng)中。由于鍶的原子最比較大，同位素間的相對(duì)質(zhì)量差異很小，因此當(dāng)鍶同位素從風(fēng)化的巖石進(jìn)入食物鏈到，最后保存在人體骨骼系統(tǒng)中時(shí)，sr和sr的分餾非常小，可以忽略不計(jì)，

即sr、sr的比值基本保持不變。這樣，生活在不同地區(qū)的人們，其體內(nèi)的鍶同位素比值可以反映個(gè)體生活地區(qū)的鍶同位素特征，記錄當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)環(huán)境中的鍶同位素狀況。

人體硬組織(包括骨骼和牙:齒)中的礦物基質(zhì)主要由不呵溶解的羥磷灰石組成，由于鍶和鈣都是ⅡA族的堿上金屬元素，具有相似的離子半徑和化學(xué)性質(zhì)，因此，鍶可以取代羥磷灰石中的鈣。人體中的鍶主要以這種方式集中在骨骼系統(tǒng)中，濃度可以達(dá)到10²～10²ppm的數(shù)量級(jí)。人體的牙釉質(zhì)在童年時(shí)期就形成了，是沒有活細(xì)胞的組

織，結(jié)構(gòu)致密，無機(jī)物高達(dá)96%，牙釉質(zhì)一旦形成，就不會(huì)重新結(jié)晶或者從外界環(huán)境吸收任何元素，因此，牙釉質(zhì)中的鍶同位素組成可以反映個(gè)體出生和幼年時(shí)期生活環(huán)境的鍶同位素狀況。骨骼的情況與牙釉質(zhì)的情況有所不同，骨骼主要由細(xì)胞和骨基質(zhì)組成，骨基質(zhì)主要由有機(jī)物和無機(jī)物組成，無機(jī)物絕大部分也為羥磷灰石。骨骼在個(gè)體一生中都不斷地與外界物質(zhì)發(fā)生交換，因此，其中的鍶也是不停地與外界發(fā)生交換。骨骼重建的平均速率通常為7～11年，而實(shí)際的轉(zhuǎn)換率變化很大。據(jù)估計(jì)骨密質(zhì)的轉(zhuǎn)換率是每年3%，而骨松質(zhì)的轉(zhuǎn)換率為每年26%。因此，根據(jù)骨骼的轉(zhuǎn)化情況，骨骼中的鍶同位素組成可以反映個(gè)體去世前2～20年時(shí)間里生活地區(qū)的鍶同位素情況。

1.4 人口遷移的判斷

鍶同位素在自然界中的分布存在著差異，這為研究古人類的遷移情況提供了可能性。當(dāng)一個(gè)個(gè)體從一個(gè)地區(qū)遷移到另一個(gè)地區(qū)生活時(shí)，其硬組織中的鍶同位素組成與當(dāng)?shù)劓J同位素組成不同。由于牙釉質(zhì)在幼年時(shí)期就形成了，而且不會(huì)與外界物質(zhì)發(fā)生交換，因此，牙釉質(zhì)中的鍶同位素組成反映的還是以前居住地的鍶同位素組成，而骨骼中的物質(zhì)會(huì)與外界發(fā)生交換，其中的鍶同位素也會(huì)發(fā)生交換，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楫?dāng)?shù)氐逆J同位素比值，這樣通過對(duì)遺址當(dāng)?shù)亍⑷梭w牙釉質(zhì)和人體骨骼中的鍶同位素組成進(jìn)行比較分析，可以判斷個(gè)體的生活居住地是否發(fā)生過變化，推斷個(gè)體是否發(fā)生過遷移。分析的結(jié)果通常會(huì)有四種情況，見表1。

綜上所述可以看出，鍶同位素方法研究古人類的遷移并不復(fù)雜，并且有著堅(jiān)實(shí)的地球化學(xué)理論基礎(chǔ):不同地質(zhì)區(qū)域內(nèi)有不同的鍶同位素組成，自然存在的鍶同位素在通過食物鏈到最后儲(chǔ)存在人體的硬組織中時(shí)，鍶同位素間不會(huì)發(fā)生分餾，因此生活在這些地區(qū)的人體硬組織(骨骼和牙釉質(zhì))中的鍶同位素可以反映這些特征，牙釉質(zhì)可以記錄個(gè)體幼年時(shí)生活地區(qū)的鍶同位素特征，而骨骼可以反映個(gè)體最后2～20年生活地區(qū)的鍶同位素特征。當(dāng)一個(gè)個(gè)體從一個(gè)地區(qū)遷移到另一個(gè)地區(qū)生活時(shí)，其硬組織中的鍶同位素比值與當(dāng)?shù)劓J同位素組成存在著差異，通過對(duì)遺址當(dāng)?shù)厝梭w牙釉質(zhì)和人體骨骼中的鍶同位素比值進(jìn)行比較，可以判斷個(gè)體的生活居住地是否發(fā)生過變化，從而可以了解人類的遷移情況。

2.鍶同位素方法研究古人類遷移的應(yīng)用

1985年Ericson在一系列的地球化學(xué)原理、觀察和推測(cè)基礎(chǔ)之上，首次提出了利用鍶同位素來研究古人類遷移的方法，并對(duì)居住在太平洋沿岸和加利福尼亞史前印第安人的遷移情況進(jìn)行了嘗試性的實(shí)驗(yàn)研究。這一方法提出后就受到了考古學(xué)家的重視，在過去的二十多年里，考古學(xué)家們使用此方法對(duì)一些重要遺址的古人類遷移情況進(jìn)行了研究，取得了一些有價(jià)值的研究成果。這里按照地域的分布和國內(nèi)的研究情況，對(duì)所取得的部分重要成果進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹和分析。

2.1 美洲地區(qū)

在美洲地區(qū)，瑪雅文明是古代文明的杰出代表，Hodell等對(duì)古代瑪雅地區(qū)的鍶同位素組成情況進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)這一地區(qū)不同地方的sr/sr比值存在著較大的差異，推測(cè)可以用來研究古人類的遷移。蒂卡爾(Tical)是瑪雅古典時(shí)期最大的城邦，建立在沼澤環(huán)繞的丘陵上，由九組建筑群和大廣場(chǎng)組成，最顯著的建筑是六座頂上有著神廟的階梯金字塔(見圖一)。Wright等對(duì)蒂卡爾遺址的83個(gè)古代人類個(gè)體的鍶同位素組成進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有8個(gè)牙釉質(zhì)樣品中鍶同位素比值與當(dāng)?shù)氐谋戎荡嬖谥黠@的差別，推斷為外來人口(見圖二)，驗(yàn)證了上述推測(cè)，解決了該地區(qū)使用這一方法的可行性問題。

2.2 歐洲地區(qū)

在歐洲地區(qū)，史前時(shí)期的鐘形杯文化(Bell Beaker cuiture)一直被考古研究者們所關(guān)注，但由于對(duì)這個(gè)時(shí)期文化進(jìn)行記載的文獻(xiàn)非常少，人們對(duì)其了解不多。鐘形杯文化出現(xiàn)在新石器時(shí)代晚期和青銅器時(shí)代早期，這種文化以墓葬中發(fā)現(xiàn)與眾不同的鐘形陶杯而命名(見圖三)，除了這種獨(dú)特的陶杯外，還有用獨(dú)特的材料制成的物品，包括黑玉或者琥珀制成的裝飾品，一些歐洲早期的金器和銅器。通常認(rèn)為，鐘形杯文化發(fā)源于盛產(chǎn)銅的伊比利亞半島，后向東傳播，對(duì)整個(gè)西歐引進(jìn)金屬冶煉和制作技藝曾頗有影響。雖然鐘形杯文化的典型器物鐘形陶杯及其他史前器物流傳范圍很廣，但對(duì)鐘形杯文化人群的居址、生活習(xí)慣等問題了解甚少。Price等對(duì)巴伐利亞境內(nèi)鐘形杯文化遺址進(jìn)行了研究，解決了鍶同位素分析方法在這一地區(qū)應(yīng)用的可行性問題，隨后Grupe、Price等對(duì)鐘形杯文化遺址的人類遷移情況進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)鐘形杯文化的個(gè)體是從東北向西南方向擴(kuò)散開的，為解決鐘形杯文化的傳播路線和方向問題提供了直接的證據(jù)。

2.3 非洲地區(qū)

在非洲地區(qū)，古埃及人是非洲大陸最古老的民族，其發(fā)祥地為尼羅河中游。古努比亞人生活在非洲東北部的一個(gè)地區(qū)，這個(gè)地區(qū)包括現(xiàn)今的埃及南部和蘇丹北部。這兩個(gè)民族幾百年來的交往一直伴隨著戰(zhàn)爭(zhēng)和掠奪進(jìn)行的。在新王朝時(shí)期，大約1400B.C.～1050B.c.)，埃及人統(tǒng)治了努比亞地區(qū)，埃及人和努比亞人之間的相互影響比較明顯。在古代努比亞的Tomhos遺址處發(fā)現(xiàn)了大量的新王朝時(shí)期的埃及類型和努比亞類型的墓葬，出土了大量的骨骼遺存。Buzon等對(duì)這些人類遺存的鍶同位素組成進(jìn)行了分析(見圖四)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)努比亞類型和埃及類型的墓葬中都有當(dāng)?shù)貍€(gè)體和外來人口，說明當(dāng)時(shí)努比亞人和埃及人存在著密切的人口交往和文化交流。

2.4 我國地區(qū)

在我國的考古學(xué)研究中，只對(duì)賈湖遺址進(jìn)行過一次嘗試性的實(shí)驗(yàn)研究。賈湖遺址位于河南省舞陽縣，是一處重要的新石器時(shí)代遺址。自從20世紀(jì)60年代發(fā)現(xiàn)至今，考古人員已先后進(jìn)行了七次科學(xué)發(fā)掘和多方面的研究，取得了豐碩的成果，尤其是七音階骨笛、成組隨葬并裝有石子的龜甲及其契刻符號(hào)最為引人注目，此外，還發(fā)現(xiàn)了具有原始形態(tài)的栽培粳稻遺存(見圖五)和世界上最早的米酒殘留物。為了進(jìn)一步了解賈湖遺址，揭示出土材料所蘊(yùn)藏的豐富信息，研究人員運(yùn)用鍶同位素方法，對(duì)賈湖遺址的古人類遷移情況進(jìn)行了研究，為解決賈湖文化與周圍其他遺址文化的關(guān)系以及賈湖文化的來源和去向等問題提供了重要線索和證據(jù)，同時(shí)這也是首次在國內(nèi)考古學(xué)研究中運(yùn)用這一方法。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在所分析的14個(gè)人類個(gè)體中有5個(gè)是外來遷入的(見圖六)，并且按照時(shí)間的順序，遷移率從第一期到第三期有明顯增加的趨勢(shì)，同時(shí)也表明在7000 B.c.～5500B.C.年間，中原地區(qū)的賈湖聚落與周圍同時(shí)期的其他聚落間有著密切的經(jīng)濟(jì)和文化聯(lián)系，尤其是在賈湖文化后期。

3.小結(jié)

在考古學(xué)的研究和發(fā)展過程中，一個(gè)原理或者方法的形成往往都有一個(gè)過程:首先根據(jù)考古學(xué)的實(shí)踐需要，借鑒其他學(xué)科已經(jīng)形成的方法，然后運(yùn)用或者加以改進(jìn)后運(yùn)用于考古學(xué)的研究中，并且在實(shí)踐中不斷探索、完善這些方法，使之適用于考古學(xué)的研究，成為常規(guī)的考古學(xué)研究方法和手段。利用鍶同位素研究古人類遷移正是這樣一個(gè)逐步走向成熟的考古學(xué)研究方法。

我國幅員遼闊，歷史悠久，在考古發(fā)掘過程中不斷有大量人類遺存發(fā)現(xiàn)，這些都為利用鍶同位素研究古人類的遷移情況提供了很好的材料，但到目前為止所做的研究較少，有必要加強(qiáng)這方面的研究工作。在研究的過程中，需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善這一方法，使之適用于我國的考古學(xué)研究，同時(shí)還需要將這種方法與傳統(tǒng)的考古學(xué)研究相結(jié)合，獲取更多的考古學(xué)信息，解決更多的考古學(xué)問題。