煤炭被用作燃料供給人類文明的歷史

　　自人類掌握用火技術之時起，燃料資源就在人群生活中占據了不可或缺的地位。尋找開發新型燃料資源的問題始終與人類社會的發展相伴。其中，煤炭被用作燃料供給人類文明已有很長的歷史。

　　據了解，人類系統開發利用煤炭燃料的歷史可以追溯到公元前一千紀后半葉，而煤炭燃料的廣泛利用則出現在公元后。其中煤炭自中國的宋代起變得更加重要，并在歐洲的工業革命中扮演了重要角色。

　　盡管在一些舊石器晚期和青銅時代的遺址中曾有過零星的關于燃煤證據的發現，但早于距今2500年的系統開發煤炭燃料的實證仍然空缺。

　　近期，蘭州大學環境考古團隊聯合新疆維吾爾自治區文物考古研究所、中國人民大學及多家國內外研究機構，對中國新疆伊犁尼勒克縣吉仁臺溝口遺址發掘出土的煤炭遺存展開了多學科研究，深入探索了這一世界已知最早系統用煤案例的內涵。該項研究將人類系統開發煤炭燃料的歷史推前了約1000年，對理解史前人與環境的相互作用具有重要意義。相關成果發表于《Science Advances》上。

　　考古發現及碳十四定年

　　“考古發現有其偶然性，一些不起眼的基建考古項目，往往隱藏著驚人發現。”新疆文物考古研究所副研究員王永強告訴《中國科學報》記者。

　　2015年，根據安排，新疆文物考古研究所開展了吉仁臺溝口墓地的考古發掘，在發掘一座屈肢葬的墓葬時，意外發現這座墓葬竟然打破了早期遺址。

　　據記者了解，吉仁臺溝口遺址位于天山中段，是中國新疆伊犁河上游地區的一處青銅時代大型聚落遺址。

　　研究人員根據發掘經驗，類似的屈肢葬墓葬當屬青銅時代遺存，顯而易見，遺址的年代應該更早。

　　隨后，新疆文物考古研究所阮秋榮研究員、王永強副研究員和中國人民大學韓建業教授率領考古隊對吉仁臺溝口遺址進行了較大面積的揭露。房址、灰坑及相關遺物的出土使得遺址的性質和時代逐漸明晰，于是吉仁臺溝口遺址的全貌及系統開發煤炭燃料的證據鏈就此展現在大眾面前，也成就了中國新疆的又一重要考古發現。

　　“該遺址出土了大量的煤炭遺存，為探索當地先民于何時、因何動機、以何種方式將煤炭作為其主要燃料的問題提供了寶貴的線索。”蘭州大學環境考古團隊博士生仇夢晗告訴記者。

　　國內最早的關于燃煤的記錄不是在戰國時期嗎？

　　帶著問題，研究人員首先對吉仁臺溝口遺址的絕對年代進行了系統厘定。通過大量的碳十四定年，結合貝葉斯模型分析，將遺址年代厘定為早、晚兩期，時間分別為距今約4500–4300年和3600–2900年。其中遺址主體的年代為距今3600–2900年，出土有豐富的煤炭遺存和燃煤證據，包括煤堆、未燃盡的煤炭、煤灰、煤矸石等。

　　考古發掘顯示，遺址中的煤炭被儲存在房址附近，有較為固定的堆放方式，并在生活區作為燃料燃燒，同時還有可能被用于冶金和制陶。

　　“吉仁臺溝口遺址燃煤幾乎貫穿了遺址的始終，煤類遺存極為豐富，地層中有大量煤塊、煤顆粒、煤灰等遺存，尤其是在灶的周圍，煤灰、煤渣隨處可見，甚至可以看到未燃燒或未燃盡的大塊原煤。”王永強告訴記者，這些考古學現象揭示了一個完整的有關煤炭燃料開發的證據鏈，表明煤炭在當地的生活和生產中具有多種用途。炭屑遺存在這一時期的遺跡中也有所出土，但不如煤炭普遍。

　　對于遺址中出土的煤，考古隊員們進行了仔細的清理、照相、記錄及系統采樣，并約請資質單位對遺址煤樣進行檢測分析。為明確遺址中煤的來源，研究人員對遺址附近煤礦進行了調查、采樣和對比研究。

　　煤炭的野外調查及地球化學分析

　　史前人群是如何開發煤炭作為其主要燃料資源呢？

　　帶著這個疑問，研究人員對遺址周邊煤層露頭開展了調查。調查共標記了六處煤層露頭，分別是暴露在恰勒格爾村后山上的三處，以及在河谷沖積平原上的三處地方。

　　這些煤炭露頭距離遺址約3–4 km，是距離相對最近的一批。鑒于對大量煤炭進行長距離運輸會耗費巨額的勞動力，且很不方便，這些煤炭露頭是遺址最合理的煤炭來源。

　　為了探究遺址所用煤炭的性質和來源，研究工作對遺址出土煤炭和遺址附近多個煤層露頭的煤炭樣品進行了煤質鑒定和地球化學分析。根據元素和同位素地球化學分析顯示，遺址中的大部分煤炭可能主要來自河谷沖積平原上的三處地方。

　　“根據煤質鑒定結果顯示，遺址中的煤炭和附近煤層的煤炭樣品均屬于煙煤，品質優于常見的褐煤。遺址中的煤炭很可能來自周邊6處煤層露頭中的3處，且碳含量普遍較高，表明當時的人群可能有意識地選擇了更優質的煤炭。”仇夢晗告訴記者。

　　考慮到這幾處煤礦與遺址的距離基本一致，且沒有明顯的地形阻礙，因此推斷當時的人們可能已經意識到不同煤炭露頭的品質差異，并選擇性地采集了質量相對較好的煤炭作為燃料，這一行為體現了煤炭開發的系統性。該遺址用煤的系統性還體現在遺址中煤炭的儲存是有序的，通常是成堆地放置在房址和冶金場所附近；其次，遺址先民燃煤取火是普遍的，且具有多種用途的。

　　為了更加全面地認識吉仁臺溝口遺址的燃料資源利用策略，研究人員還對早期窯址和晚期房址中出土的炭化木材遺存進行了種屬鑒定。

　　依據以往的研究慣例，所有樹種被分為針葉樹、闊葉樹和灌木三大類，其中針葉樹因其更軟的質地和更優的燃燒表現被認為是更理想的選擇。遺址早期窯址中的炭屑覆蓋了這三個大類，且優先利用針葉材作為燃料；晚期房址中出土的炭屑則以闊葉樹種占據主導，針葉樹和灌木含量極少。

　　問題在于，晚期高強度的冶金活動應該帶來了更大的燃料消費，這就使得放棄利用針葉樹種變得不合邏輯。

　　值得注意的是，晚期地層出土炭屑的密度數倍低于早期地層，暗示了木質燃料在燃料資源中的衰落。簡短來說，遺址中的燃料資源利用策略從早期的針葉材優先的木質燃料轉變為晚期的煤炭主宰的礦石燃料。

　　這一能源轉變現象背后的機制同樣值得深思。

　　氣候環境惡化導致能源使用發生轉變

　　“遺址早期的人類活動發跡于更加適宜的氣候環境狀況下，該時段氣候相對溫暖，天山上的針葉林分布更加廣泛。”仇夢晗表示，盡管這一時段伊犁河上游的考古證據相對稀缺，但通過類比仍不難發現，在這一銅器石器并用的時代，人群所采用的生活方式要比晚期人群的簡單得多，這就導致早期人群在面對氣候環境變化時的社會韌性相對較弱。

　　距今4200年前開始的一次全球性的氣候惡化事件，可能是導致一些古代文明和文化衰落的驅動因素，這一事件在中亞地區的一些沉積物記錄中同樣有所體現。因此，很可能是這一氣候環境惡化事件，導致了伊犁河上游地區距今4200–3800期間人類活動的衰落和斷檔。

　　自距今約3600年起，伊犁河上游地區多種農作物的種植和多種家畜的畜養，加上復雜的制銅工業，有效增強了吉仁臺溝口遺址晚期時段社會的復雜化程度和穩定性，盡管這一時期的氣候環境已經不再像遺址早期時段那樣理想。

　　從另一面來看，遺址晚期時段相對寒冷的情況導致了周邊針葉林的萎縮以及木本植被總量的下降，進而導致了木材資源供給的減少。

　　因此，研究人員認為更大的社群規模和更強的冶金活動所帶來的燃料能源需求的增加，疊加上氣候環境惡化導致的木材資源供給的減少，共同激化了當地社會與環境間的矛盾，從而最終推動當地人群打破原有的資源利用傳統，改而開發替代性的燃料能源——煤炭。

　　“根據當前的觀察，在炎熱天氣下，遺址周邊暴露的煤炭發生自燃的現象十分普遍，因而推測當時的人們也很可能是受到了煤炭自燃現象的啟發，從而知道了這些黑色的巖石可以用作燃料。當然，也有可能是將這些黑色石塊作為灶址的建筑材料，在取火時發現其可以作為燃料使用。”仇夢晗說道。

　　遺址周邊豐富的煤炭資源恰好緩解了遺址晚期人群所面臨的能源危機，并促使該遺址的規模和冶金活動不斷壯大。此外，遺址利用的煙煤也比常見的褐煤具有更高的品質，這種優質的燃料資源也成為了推動遺址發展成為區域中心性聚落和冶金中心的重要因素。

　　“煤炭燃料的使用在科技史上具有里程碑式的意義，它不僅改變了古代居民伐木為薪、燃木取火的生活能源結構，帶來的光和熱也極大地改善了人類生存的環境，尤其是溫暖了新疆地區冬季的漫漫寒夜。”王永強告訴記者，燃煤還對“采此山石，冶此山鐵”的原始冶煉進程有著足夠的啟示和極大的促進，是具有世界性意義的考古發現。

　　與那些更早的遺址中偶然燃燒褐煤的行為不同，吉仁臺溝口遺址青銅時代晚期人群更為主動地、系統地將煤炭開發為燃料資源，體現在選擇性開采質量更好的煤炭、有序的儲存以及多用途的利用。

　　“煤火燃回春浩浩，煉爐照破夜沉沉。”

　　煤的開發和廣泛使用，不僅帶來了社會生產生活的進步，還推進了社會復雜化的進程，促進了吉仁臺溝口遺址這一區域政治、經濟、文化中心的形成。

　　吉仁臺溝口燃煤證據的發現，將人類對煤的利用歷史上推1000余年，也使中國新疆成為世界上已知最早系統開發利用煤炭燃料的地區。規整大氣的大型房址、規模壯觀的高臺大墓、完備的冶金證據鏈條，以及冰鞋、木車等等的逐步揭露，充分展示了吉仁臺溝口遺址的中心地位及其文明所達到的高度，具現了中國新疆重要的區位價值。新疆是祖國不可分割的一部分，新疆歷史文化是中國多元一體文化的重要組成部分。最早系統用煤的發現是新疆之于中國歷史文明的貢獻，之于世界文明的貢獻。