CT扫描走进考古学，MIT解码5000年前的冶金工艺

（来源：MIT News）

距今约 5000 年前，在今日伊朗东北部的高原盆地，人类第一次把岩石加热到足以提取金属的温度。伴随火光与熔液，这一技术跃迁开启了冶金时代，也让铜与青铜成为人类文明的基础材料。

然而，这段早期冶金史至今仍笼罩着迷雾：留下来的不是精美器物，而是黑色、粗糙、难以解读的冶炼废渣（slag）。它们是技术史的残片，也是文明串联起资源、知识与工艺的稀薄证据。

在最新发表于 PLOS One 的一项研究中，MIT 的研究团队将一种“医学影像技术”带入考古领域——他们用X 射线 CT 扫描对 5000 年前的冶炼废渣进行三维重建，在不破坏文物的前提下，重新追踪早期青铜时代的冶炼法则。

这是考古研究第一次借助 CT 扫描解析古代冶金材料，为揭示古文明的技术能力提供了一个全新的窗口。

人类学中的新工具

冶炼废渣是在矿石被加热以提取金属时产生的高温熔融液体，其中包含矿石中的其他矿物，以及未反应的金属，通常还会掺入如石灰石之类的添加剂。在混合物中，废渣的密度低于金属，因此会浮到上层并被分离，随后像熔岩般冷却固化。

传统考古学分析冶炼废渣，往往需要切片、打磨、化验。但这类破坏性操作存在两大困境：文物珍贵，不便大量切割；切哪里？切多深？完全靠经验判断。

CT 扫描提供了一个从未被尝试过的解决方案。

在本研究中，研究人员使用来自伊朗古遗址 Tepe Hissar 的冶炼废渣。这些废渣之前已被确定为公元前 3100 年至公元前 2900 年之间的产物，并于 2022 年由宾夕法尼亚大学博物馆借给 Allanore 进行研究。

研究团队先对废渣进行三维扫描，观察其内部的高密度金属微滴、孔洞结构以及矿物分布，再基于影像结果精确选择切片位置。相比传统方式，它更像是为考古研究配备了一台“透明显微镜”。

这种方法不仅减少了破坏，也让研究者第一次看到：哪些金属微滴仍保持原始形态气体在冶炼过程中如何逸出形成空洞砷等关键元素在废渣内部的迁移路径。这些信息本质上重建了古代冶炼过程的“工艺指纹”。

除了 CT 扫描，研究团队还使用了常规考古分析方法，如 X 射线荧光、X 射线衍射、光学及扫描电子显微镜。CT 扫描为他们提供了废渣内部结构和不同材料位置的整体图像，从而补充了传统技术，使研究者能够更全面地理解样品内部信息。

研究人员利用这些信息决定从何处切割样品，因为传统方式下一般靠猜测，甚至无法确定样品的哪一面是朝上或朝下。

“我的策略是先找到那些高密度、完整的金属微滴，因为它们可能最具代表性，”博士后研究员 Benjamin Sabatini 说。“然后我只需做一次破坏性切割即可。CT 扫描能准确告诉你最有研究价值的部分在哪里，以及内部整体结构如何。”

在废渣中寻找故事

青铜时代的关键谜团之一，是砷究竟在早期冶炼中扮演了什么角色。

此前的研究从废渣里发现了砷化物颗粒，有人认为它们是有意添加的“早期合金剂”，也有人认为只是矿石杂质。

MIT 团队的成果给出了更复杂的图景：砷在废渣中可以以多种形态存在；砷会从熔融体中迁移、富集甚至挥发；砷在环境变化中极易浸出。换言之，今天废渣中看到的砷，不一定代表 5000 年前的原始配方。

这意味着，过去基于砷含量的许多推断可能需要重新评估。“冶炼废渣本身并不稳定。只有理解腐蚀与迁移的过程，我们才能真正读懂古代冶金。”MIT 冶金学教授 Antoine Allanore 指出。

展望未来，研究人员认为 CT 扫描将成为考古学揭开复杂古代材料与工艺的重要工具。

“Allanore 表示：“这将大大推动我们对铜冶炼过程的系统性研究，也能帮助深入理解砷的作用。” “它使我们能够认识到腐蚀与文物长期稳定性的影响，从而持续挖掘更多信息。对于那些想研究这些问题的人来说，它将是一项关键工具。”

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