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考古人所有的话题都集中在：关于人类起源、智人的扩散，以及文明的演进和文化交流，这四个主题涵盖了考古人所有关心的问题。 而这四大主题统统都和人类迁移有关系。考古有许多不同的办法研究人类迁移：一是比较类型学，主要看器物的；二是体质人类学，看人体的骨骼特征；三是分子遗传学，是通过遗传DNA手段来看人群历史上曾经经过的过程，这三种方法都有一个问题：它具体不到某一个具体的人身上。 今天要说的化学考古学则可以针对某一个人，能够分析出他这一生里出生、成长以及最后亡故的地方。  唐自华博士，中国科学院地质与地球物理研究所副研究员，主要研究方向为欧亚内陆环境演化和科技考古。近年深入参与了塔里木盆地、帕米尔高原、伊朗高原、西伯利亚草原等丝路沿线的考古发掘和研究。 （建议伴随背景音乐开始阅读下面的文字内容）  1 化学考古学中的锶同位素 化学考古学利用的是人体内的化学元素。 这是元素周期表，所有有颜色的元素都是可以用现代的科学手段从人体内检测出来，然后在化学实验室里做进一步分析的。如氢、碳、氮、氧、钙都是我们人体最重要的有机组成部分，尤其是钙。 人体内最重要的矿物质部分都是由钙组成的，它形成人体的骨骼和牙齿，在人体内它是以羟基磷酸钙的形式存在。 钙同一个主族里有一个元素锶，锶和钙原子半径非常相似，化学性质非常相近，它可以部分地替代钙，形成在骨骼和牙齿里。 锶在自然界里有四种稳定的同位素：锶84、86、87和88。最多的是锶88，锶86和锶87的含量比较接近，锶86是9.86%，锶87是7.0%。 锶87很特别，它可以通过铷经过放射性衰变来形成。铷和锶的地球化学行为差别非常大，这是在地幔和地壳分异过程中就已经决定的。锶元素在酸性岩浆里面非常富集，由于铷87的不断衰变，锶87会在岩石里面逐渐地累积起来。岩体的年龄越老，其锶87的含量比例就相对越高。而且锶的质量数非常大，它在地表几乎不发生分馏。 所以对考古人来说，通过比较锶87和锶86的比值，可以来反映某一个地区的地质背景。如果我们能够抓到人体里面某一个特定的组成部分又相对来说比较稳定，那么就可以利用人体的“锶87/锶86”的比值来反映他曾经经历过的地方。如果这些地方锶同位素值有差别的话，我们就可以通过这种方式能够把他给揪出来。 我们发现“锶87/锶86”的比值在牙釉质里面是非常稳定的，从牙齿萌出之后是几乎不再发生变化，所以我们可以利用牙齿里面的锶同位素信息，来看这个人牙齿萌发时候的地方是不是他最后死亡的地方。通过看个体的锶同位素数值是不是在当地值的范围内，如果不在就可以判断他是外来人口。 那么我们又怎么样知道当地的值（关于如何定义当地人口请看文末tips）呢？当地值原理上很简单，就是测伴人动物的锶同位素值，我们可以去测家畜、老鼠等和人类活动关系比较密切的伴人动物，它和人类摄入的食物是比较相近的，活动的范围相对来说比较小，可以作为当地的锶同位素值的代表。伴人动物不会只有一个值，它可能属于一个范围，惯例是取伴人动物的锶同位素均值正负两倍的标准差。 原理很简单的，但是操作起来相对来说比较麻烦。实验室测锶同位素值的具体程序是：首先去除表面杂质，用牙钻把牙齿最坚硬洁白的牙釉质部分钻下来。 取10到20毫克，用超声波清洗，做溶解，利用交换树脂把样品里面的锶元素给单独地分离出来。
再在TIMS质谱仪上，就是热电离耦合质谱仪上做锶同位素(比值)的分析测试。 2 举个例子，在距今2500年前帕米尔高原上的吉尔赞喀勒墓地，考古发现很多东西文化交流的信息，里面有箜篌有丝绸，那我们就想知道在2500年前这个地区有没有高比例的外来人口，这些外来人口和哪些文化传播行为有关系。 先看吉尔赞喀勒墓地的当地锶同位素值的范围。理想状态是伴人动物的均值在正负两倍标准差范围，但是我们在墓地里发现的一只白肩雕的头骨，以及狐狸、狗、兔子的骨头各有一具，它们都不能满足我们取当地锶同位素值的要求。同时有三十九具以上的羊骨，于是我们就取了12具羊骨测锶同位素值。 所有蓝色点都是羊的锶同位素值。我们计算出均值是0.710434，两倍的标准差的范围是0.710296到0.710572。也就是说，只要该墓地人的锶同位素值在这个范围内，我们就可以认为他是当地人；如果这个范围之外的，就是外来人口。
因此我们分析了吉尔赞喀勒墓地的34个人类个体，黑色的点是人的牙釉质锶同位素值。 在这34个个体里面，有10个不在这个范围里面，所有标了墓号＋个体号的都是外来人口。比如最左边的M1里面的三个个体，分别是M1-1、M1-2、M1-3，最右边的M50-1。也就是说通过锶同位素值的比对，在这个墓地里的34个个体中有10个是外来人口。 这个比例是什么概念？2500年前吉尔赞喀勒墓地的外来人口比例，10除以34等于29.4%。
用下面几个数据做比较：1909年宣统元年，新疆做过一个人口普查，喀什地区当年的外来人口比例只有2.9%；2000年全国第五次人口普查，新疆自治区的外来人口比例是15.3%，广东同期是27.8%；2010年全国第六次人口普查，北京的外来人口比例是35.9%。 也就是说，我们通过锶同位素值来判断帕米尔高原2500年前的外来人口比例几乎赶上了21世纪初中国经济发达地区的外来人口比例，这个比例当然是非常高的。 3 帕米尔上吉尔赞喀勒墓地的10个外来人口来自于7个不同的墓葬，M1的三个个体全部都是外来人口，M14的四个个体里两个是外来人口。
角状箜篌 M1里出土了丝绸，这是由中国的丝绸博物馆赵丰团队鉴定出来的。M14出土了箜篌，这两个东西毫无疑问都不是帕米尔当地的。丝绸在2500年前普遍认为只在中国东部出现，这种角状箜篌应该是在距今3500到3000年的时候起源于中东地区，然后逐渐向东传播的。
这个遗址最特别的地方是有一种很独特的随葬品——火坛。这些火坛来自于11个不同的墓葬，有12个是木制，1个是陶制的。这些火坛内部有些黑色的卵石，火坛最特别的地方是外面完好但是内壁有着非常强烈的灼烧痕迹。火坛跟外来人口之间有没有什么关系？毫无疑问这个火坛有非常明确的精神层面意义。
这是吉尔赞喀勒墓地部分俯视图，正射投影，无人机拍的照片拼出来的，上面的数字是墓号。红色的墓号表示是出土了火坛的墓葬，如M9、M11、M12、M23、M25等等，这些墓葬里面的人是当地人还是外来人？
我们选取了7座有火坛的墓葬里共计13具人骨测出锶同位素值，以红色点标示，我们可以看到，除了右上角的M50之外，其他12具人骨锶同位素值全部在当地的范围里面，即7座有火坛的墓葬里的13个人类个体，有12个个体锶同位素值是在当地的范围里面的。 我们也可以换一个方式来展示：累积分布频率图。
红点是有火坛的墓葬人体的锶同位素值，蓝点是没有火坛的墓葬人体的锶同位素值，可以看到墓葬有无火坛的个体他的锶同位素值累积分布差别是非常大的。我们还可以通过数学方法来检验，就是有无火坛墓葬里人体锶同位素方差差别也是非常大的。因此我们可以谨慎地说：火坛是由当地居民使用，而不是外来人口带进来的。这是我们看到的吉尔赞喀勒墓地的锶同位素特征。 4 2500年前，帕米尔高原人口迁移非常的活跃。2500年前实际上是在张骞出使西域之前，在汉代以前，我们还可以再往前走一步说，东西文化交流在2500年前就已经非常频繁了。还可以说，火坛作为一种特殊的丧葬用品应该是由当地人来使用，而不是由外来移民带到这个地区来的。 倒回到前面这个上面来，锶同位素应用对于考古人关心的每一个问题都有用武之地，尤其是文化交流，文明演进，智人扩散，当然人类起源这一块相对来说贡献弱一些。我们可以通过锶同位素来讨论这些人群的生业方式，讨论他们的社会结构、国家管理方式以及族群之间的互动。
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