CT掃描走進考古學，MIT解碼5000年前的冶金工藝

（來源：MIT News）

距今約 5000 年前，在今日伊朗東北部的高原盆地，人類第一次把巖石加熱到足以提取金屬的溫度。伴隨火光與熔液，這一技術躍遷開啟了冶金時代，也讓銅與青銅成為人類文明的基礎材料。

然而，這段早期冶金史至今仍籠罩著迷霧：留下來的不是精美器物，而是黑色、粗糙、難以解讀的冶煉廢渣（slag）。它們是技術史的殘片，也是文明串聯起資源、知識與工藝的稀薄證據。

在最新發表于 PLOS One 的一項研究中，MIT 的研究團隊將一種“醫學影像技術”帶入考古領域——他們用X 射線 CT 掃描對 5000 年前的冶煉廢渣進行三維重建，在不破壞文物的前提下，重新追蹤早期青銅時代的冶煉法則。

這是考古研究第一次借助 CT 掃描解析古代冶金材料，為揭示古文明的技術能力提供了一個全新的窗口。

人類學中的新工具

冶煉廢渣是在礦石被加熱以提取金屬時產生的高溫熔融液體，其中包含礦石中的其他礦物，以及未反應的金屬，通常還會摻入如石灰石之類的添加劑。在混合物中，廢渣的密度低于金屬，因此會浮到上層并被分離，隨后像熔巖般冷卻固化。

傳統考古學分析冶煉廢渣，往往需要切片、打磨、化驗。但這類破壞性操作存在兩大困境：文物珍貴，不便大量切割；切哪里？切多深？完全靠經驗判斷。

CT 掃描提供了一個從未被嘗試過的解決方案。

在本研究中，研究人員使用來自伊朗古遺址 Tepe Hissar 的冶煉廢渣。這些廢渣之前已被確定為公元前 3100 年至公元前 2900 年之間的產物，并于 2022 年由賓夕法尼亞大學博物館借給 Allanore 進行研究。

研究團隊先對廢渣進行三維掃描，觀察其內部的高密度金屬微滴、孔洞結構以及礦物分布，再基于影像結果精確選擇切片位置。相比傳統方式，它更像是為考古研究配備了一臺“透明顯微鏡”。

這種方法不僅減少了破壞，也讓研究者第一次看到：哪些金屬微滴仍保持原始形態氣體在冶煉過程中如何逸出形成空洞砷等關鍵元素在廢渣內部的遷移路徑。這些信息本質上重建了古代冶煉過程的“工藝指紋”。

除了 CT 掃描，研究團隊還使用了常規考古分析方法，如 X 射線熒光、X 射線衍射、光學及掃描電子顯微鏡。CT 掃描為他們提供了廢渣內部結構和不同材料位置的整體圖像，從而補充了傳統技術，使研究者能夠更全面地理解樣品內部信息。

研究人員利用這些信息決定從何處切割樣品，因為傳統方式下一般靠猜測，甚至無法確定樣品的哪一面是朝上或朝下。

“我的策略是先找到那些高密度、完整的金屬微滴，因為它們可能最具代表性，”博士后研究員 Benjamin Sabatini 說。“然后我只需做一次破壞性切割即可。CT 掃描能準確告訴你最有研究價值的部分在哪里，以及內部整體結構如何。”

在廢渣中尋找故事

青銅時代的關鍵謎團之一，是砷究竟在早期冶煉中扮演了什么角色。

此前的研究從廢渣里發現了砷化物顆粒，有人認為它們是有意添加的“早期合金劑”，也有人認為只是礦石雜質。

MIT 團隊的成果給出了更復雜的圖景：砷在廢渣中可以以多種形態存在；砷會從熔融體中遷移、富集甚至揮發；砷在環境變化中極易浸出。換言之，今天廢渣中看到的砷，不一定代表 5000 年前的原始配方。

這意味著，過去基于砷含量的許多推斷可能需要重新評估。“冶煉廢渣本身并不穩定。只有理解腐蝕與遷移的過程，我們才能真正讀懂古代冶金。”MIT 冶金學教授 Antoine Allanore 指出。

展望未來，研究人員認為 CT 掃描將成為考古學揭開復雜古代材料與工藝的重要工具。

“Allanore 表示：“這將大大推動我們對銅冶煉過程的系統性研究，也能幫助深入理解砷的作用。” “它使我們能夠認識到腐蝕與文物長期穩定性的影響，從而持續挖掘更多信息。對于那些想研究這些問題的人來說，它將是一項關鍵工具。”

1.https://news.mit.edu/2025/mit-researchers-use-ct-scans-unravel-mysteries-early-metal-production-1118