在中國新疆伊犁尼勒克縣，喀什河河邊，十幾米高的斷崖上顯露出黑褐色斜向紋理的巖石。當(dāng)夏季氣溫較高時，裸露的煤炭偶爾會發(fā)生自燃，升起縷縷青煙。3000多年前的古人是否同樣看到如此景象，從而受到啟發(fā)，開始使用煤炭作為燃料？

　　近日，在蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院教授董廣輝的指導(dǎo)下，該學(xué)院自然地理學(xué)專業(yè)博士生仇夢晗牽頭，聯(lián)合新疆維吾爾自治區(qū)文物考古研究所、中國人民大學(xué)等研究機構(gòu)的科研人員，在《科學(xué)·進展》期刊合作發(fā)表了一篇研究論文。該研究通過多學(xué)科證據(jù)，深度揭示了中國新疆伊犁尼勒克縣吉仁臺溝口遺址先民自3600年前起系統(tǒng)利用煙煤燃料的內(nèi)涵，將人類最早系統(tǒng)燃煤的歷史推前了約1000年。

　　證據(jù)鏈還原史前煤炭系統(tǒng)開發(fā)利用圖景

　　基于考古學(xué)證據(jù)和文獻記錄，世界公認最早系統(tǒng)開發(fā)利用煤炭作為燃料的可靠證據(jù)來自漢朝。但有關(guān)史前時代系統(tǒng)開發(fā)煤炭燃料的直接證據(jù)始終缺失，直到中國新疆伊犁尼勒克縣吉仁臺溝口遺址的考古發(fā)掘工作推進，相關(guān)證據(jù)才浮出水面。

　　自2015年起，新疆維吾爾自治區(qū)文物考古研究所開始對吉仁臺溝口遺址和墓地進行考古挖掘，發(fā)現(xiàn)了煤炭的使用現(xiàn)象，還發(fā)現(xiàn)了冶銅活動的相關(guān)證據(jù)。隨后的一系列發(fā)現(xiàn)表明吉仁臺溝口遺址很可能是該時期伊犁河上游地區(qū)的一處中心性聚落。此后，中國人民大學(xué)與蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院的環(huán)境考古研究團隊在考古工地開展合作研究。

　　吉仁臺溝口遺址在伊犁河的一條主要支流——喀什河出山口右岸的臺地上，北、東、西三面環(huán)山，河流向南出山流入尼勒克谷地。“吉仁臺溝口遺址是一處青銅時代大型聚落遺址。相比于墓葬，聚落遺址能夠為我們提供更立體、豐富的人群生活信息。”仇夢晗說。

　　研究團隊通過對吉仁臺溝口遺址進行碳十四測年，并利用貝葉斯模型對年代數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，將遺址主要的人類活動厘定為兩個時段，即距今4500—4300年(早期)和距今3600—2900年(晚期)。其中，遺址的主體屬于晚期階段，大量的煤炭遺存廣泛出土于這一時代的文化地層。

　　在遺址中有成堆放置的煤炭，一般分布在房址的周邊，這很可能是古人有意為之，方便隨時取用。在房址的地面上，有時候會發(fā)現(xiàn)灰色的煤灰，還有一些沒有完全燃燒的煤，在一些爐子和房址的火塘里也存在煤渣。

　　研究團隊對遺址周邊的6處煤層露頭和遺址中采集的部分煤炭樣品進行了鍶釹同位素、碳氮元素含量以及38種微量元素含量的測定，發(fā)現(xiàn)其中3處煤炭露頭與遺址遺存的煤炭聯(lián)系更緊密，很可能是遺址煤炭的來源，表明古人煤炭選擇的多源性。

　　同時，遺址中的煤炭碳含量相對較高且比較穩(wěn)定，但是不同露頭的煤炭碳元素含量的波動比較大，說明人類可能已經(jīng)了解到不同地點煤炭性質(zhì)的差異，進而有選擇地取用了更優(yōu)質(zhì)的煤炭。

　　在后來的發(fā)掘中，考古隊還在遺址中發(fā)現(xiàn)了木車，這或許能解釋古人運輸煤的交通工具問題。“這些考古學(xué)現(xiàn)象揭示了一個完整的有關(guān)煤炭燃料開發(fā)的證據(jù)鏈，表明當(dāng)時人類已經(jīng)系統(tǒng)地開發(fā)使用煤炭燃料。”仇夢晗說。

　　開啟人地關(guān)系新篇章

　　當(dāng)時的古人為什么需要大規(guī)模地使用煤炭呢？

　　研究團隊對遺址周邊的自然土樣及遺址早晚兩期不同區(qū)域的土樣進行了分析。結(jié)果顯示，遺址晚期地層中的冶煉地點重金屬元素明顯富集，某些點位的銅元素濃度甚至達到了自然值的50倍。

　　結(jié)合考古發(fā)掘中發(fā)現(xiàn)的冶金活動證據(jù)鏈，進一步證實了吉仁臺溝口是當(dāng)時的區(qū)域性冶金中心的判斷，而冶金必然伴隨著大量能源需求。

　　研究團隊還對遺址早晚兩期的炭化木材遺存進行了種屬鑒定，發(fā)現(xiàn)遺址早期人群在選擇木材燃料時，更傾向于選擇燃燒熱值更高、質(zhì)地更軟的針葉材。

　　但是，遺址晚期人群卻棄用針葉材，轉(zhuǎn)而選擇煤炭作為主要燃料，這又是為什么呢？

　　團隊推測，到遺址晚期時，相對寒冷的氣候?qū)е铝酥苓呏脖坏耐嘶貏e是針葉林的萎縮。規(guī)模更大的聚落和更高強度的冶金活動帶來的燃料能源需求，疊加木材資源供給的減少，共同激化了當(dāng)?shù)厣鐣c環(huán)境間的矛盾，最終促使當(dāng)?shù)厝巳捍蚱苽鹘y(tǒng)，進行能源轉(zhuǎn)型。

　　選擇性開采、有計劃地存儲以及生產(chǎn)生活中廣泛的燃燒利用，表明煤炭并非為某一社會階級或某個生產(chǎn)部門所獨占。“在吉仁臺溝口，系統(tǒng)開發(fā)煙煤燃料最終推動形成了一個獨特的復(fù)雜化社會。”仇夢晗說。

　　研究人員介紹，在中國伊犁地區(qū)，可能是受到了距今4200年前開始的一次全球性氣候惡化事件的影響，距今4200—3800年間的人類活動出現(xiàn)衰退。

　　距今約3600年前，新疆西北部地區(qū)形成了更為復(fù)雜成熟的生產(chǎn)作業(yè)方式。吉仁臺溝口遺址晚期人群不僅掌握多種農(nóng)作物的種植和家畜的養(yǎng)殖技術(shù)，還具有制銅工業(yè)，顯著增強了社會的復(fù)雜化程度和穩(wěn)定性。社會發(fā)展需求、氣候環(huán)境惡化共同脅迫史前社會進行能源轉(zhuǎn)型。

　　人類活動和環(huán)境總是相互影響的。“我們的研究有兩個有意思的點：以往的研究大多從動植物利用的視角去觀察人類生業(yè)怎樣適應(yīng)環(huán)境的變化，但是這次是從燃料的視角揭示了人類面對資源短缺時會做出怎樣的選擇；第二是人類活動對環(huán)境的影響。在進行土壤元素分析時，我們發(fā)現(xiàn)人的冶銅活動導(dǎo)致了土壤污染，這是典型的人類活動影響環(huán)境的表現(xiàn)。”董廣輝說。

　　董廣輝說，團隊一方面會繼續(xù)拓展研究區(qū)域，探尋周邊甚至更遠的地方是否有新的證據(jù)，推進對于早期用煤的時空分布特征的認識；另一方面，團隊著眼于大量燃煤產(chǎn)生的環(huán)境影響，不只局限于局部的土壤污染，還計劃對遺址不遠處的湖相沉積地層開展研究，進一步完善對史前時代煤炭資源利用的認識。(科技日報記者 頡滿斌 通訊員 法伊莎 劉宇萱)