黃土如何塑造了早期中國青銅文明（博古知今）

來源:人民日報

周原出土的鑄范。

楊 歡供圖

當人們驚嘆于殷墟后母戊鼎的雄渾、周原遺址青銅器群的典雅時，往往將目光聚焦于青銅本身的光澤與紋飾。然而，在這些輝煌器物的背后，有一種平凡而偉大的材料，靜靜地支撐起了整個早期中國的青銅文明體系，它就是黃土。

與其他古文明普遍采用的失蠟法不同，中國商周時期的工匠獨創了塊范鑄造法。而這項技術的基石，就是廣布于黃河流域、看似取之不盡的黃土。早在上世紀便有研究者注意到，中國青銅鑄造遺址的分布與黃土的分布高度重合。從商代晚期的安陽鑄銅作坊到春秋戰國的侯馬遺址，這些早期中國的“工業心臟”無一例外地跳動在黃土高原的懷抱之中。這絕非巧合，而是一個文明因地制宜的選擇。

黃土，這種由細顆粒粉塵經漫長時光堆積而成的沉積物，經過工匠的配比、揉練、陰干與焙燒，轉化為能夠承受上千攝氏度銅液沖刷的鑄范。它是青銅文明的“孵化器”，決定了器物的最終形態與品質。然而，一個核心的科學問題長期以來懸而未決：在青銅澆注與凝固那電光石火的瞬間，滾燙的金屬熔液與黃土鑄范之間發生著怎樣的熱對話？這場對話的效率，直接關系到鑄件是否完整、紋飾是否清晰乃至青銅合金的最終性能。

現代鑄造理論認為，鑄范必須具備兩大核心功能：形成型腔與調控散熱。對于前者，考古學家已通過無數陶范實物復原了制模、分范、合范的工藝鏈條；但對于后者，尤其是陶范鑄造性能最關鍵的界面傳熱系數，我們卻缺乏認知。界面傳熱系數，是衡量鑄造過程中金屬與鑄范之間熱量交換效率的關鍵參數。它仿佛一把鑰匙，能夠定量揭示不同時期、不同地區的陶范在功能上的細微差別。然而，這項對于現代鑄造工業至關重要的參數，在考古學研究的數據庫中卻一直缺失。

2019年起，西北工業大學研究團隊將目光投向了西周青銅鑄造的核心區域——陜西寶雞的周原遺址。他們采集了周原莊李鑄銅作坊出土的古代陶范殘片，在實驗室中精確測量了其密度、導熱系數等基本參數，然后進入研究的關鍵一步：設計一場“穿越時空”的鑄造實驗。

團隊依據周原黃土的成分配比，采用傳統工藝重新制作了平板狀陶范。在范中預埋熱電偶，用以監測澆注后不同位置的溫度變化。他們選擇典型的商周錫青銅合金，在1100攝氏度的澆注溫度下，將銅液注入復原的黃土鑄范中。實驗數據顯示，即便在緊貼鑄件的區域，黃土范的溫度上升也極為緩慢，全程未超過200攝氏度。這直觀印證了黃土材料善于儲熱和延緩傳熱的特性，正是這些特性使其能平穩吸收銅液巨大的熱量，避免因激熱而炸裂，從而保證鑄造成功。

要破譯界面上的瞬時熱交換，僅靠實驗測量遠遠不夠。研究團隊創新性地提出了測溫實驗與數值計算相結合的“組合算法”。經過嚴密的數據校正與迭代計算，青銅與周原黃土鑄范之間的熱對話密碼終于被首次破解。研究結果顯示，在澆注完成的瞬間，界面傳熱系數達到峰值，隨著青銅開始凝固收縮，鑄件與鑄范之間產生微小氣隙，傳熱效率迅速下降，約在100秒后穩定。整個變化過程清晰地勾勒出從液態金屬劇烈傳熱，到凝固收縮氣隙形成，直至固態冷卻的完整物理圖景。

這項研究的意義，遠遠超出了一個數值。它為理解中國古代塊范鑄造的散熱功能提供了定量標尺和重要參數。這意味著，未來研究者可以將此參數輸入數值模擬軟件，精確重建任意一件青銅器在其黃土鑄范中的凝固過程，從而無損地檢驗工藝假設、診斷鑄造缺陷、比較技術優劣。

更重要的是，這項研究將我們對黃土的認識，從一種“可用的原材料”，提升到了“鑄造性能優越且可以定量比較的精準鑄型材料”的層面。中國工匠早在3000年前，就已通過經驗性的選土、配料、制備和焙燒工藝，將廣袤黃土高原上的原生土壤，塑造成了一套性能穩定、足以支撐大規模精密青銅器生產的“工業標準件”。

由此，我們得以從一個新的角度審視青銅時代的文明邏輯。每一件青銅器都可能消耗數倍于自身體積的陶范，因此，相比于可以遠程運輸的銅錫原料，鑄造所需的大量黃土必須就地取材。周原這一西周青銅鑄造重鎮，位于黃土沉積深厚之處，擁有得天獨厚的“就地工業”條件。從先周時期開始，這里的工匠便系統性地開發黃土的鑄造潛能，最終使周原成為禮樂文明背后的物質技術基地。

6年的研究，終于解讀出青銅與黃土之間那場3000年前的對話。厚重黃土，是奠基青銅文明的底層密碼。作為一種關鍵的技術媒介和物質基礎，其特性被古代工匠以驚人的巧思掌控，從而支撐起一套獨一無二、規模宏大的生產體系，創造了與世界其他文明迥異的藝術風格與技術范式。這項成果，為我們深刻理解中華文明的起源、特質與發展路徑，提供了來自科技考古的注腳。

（楊 歡 作者單位：西北工業大學文化遺產研究院）

《人民日報》（2026年04月11日第07版）