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牙釉質鉛同位素分析揭示魯北地區先民鉛暴露史

2026年04月07日 中國科學技術大學
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鉛分布廣泛,是人類最早開采冶煉的金屬之一,也是損害認知、學習及社交行為的神經毒素。其暴露早已融入人類演化環境,而我國先民的鉛暴露歷程至今缺乏系統考證。

魯北是海岱文化的發祥地之一,從新石器時代至兩漢是重要的文明中心。該區域背靠礦產富集的泰沂山脈,戰國至兩漢逐漸發展為冶鑄中心。近日,中國科學技術大學等針對魯北地區人類鉛暴露歷史,開展了人類遺骸鉛含量與鉛同位素分析。研究選取六處考古遺址出土的人類牙釉質與骨骼樣品,年代覆蓋后李文化、北辛文化、龍山文化、商代、戰國和兩漢,構建了魯北地區先民鉛暴露演變歷程,為探究古代人類健康史與重金屬環境污染史提供了科學依據。

研究團隊優化實驗方法,采用鍶特效樹脂提高鉛元素回收效率,同時在MC-ICP-MS分析中連接膜去溶裝置,結合Jet采樣錐和X截取錐,實現10納克級的高精度鉛同位素比值分析。

研究表明,新石器時代魯北人群牙釉質鉛含量處于較低水平,提示該區域自然鉛攝入背景。商代至漢代,隨著冶金活動開展,人群體內鉛含量顯著上升,商代、戰國、西漢因金屬生產活躍,鉛含量水平相近。漢代鉛含量水平呈現明顯波動,西漢受鹽鐵官營、齊國青銅鑄造衰落與冶鐵業擴張的影響,環境鉛污染降低;東漢時期,鉛釉陶器等含鉛制品的廣泛使用或讓先民鉛含量明顯升高。

低鉛水平多源自自然飲食,數值差異能夠印證彼時魯北地區存在兩種自然鉛同位素背景,為探索鉛同位素方法追溯人類遷徙提供了參考。當鉛濃度超過1μg/g時,人為鉛輸入特征顯著,鉛同位素特征比值也隨之發生變化:戰國、漢代該比值升至約18.5μg/g,商代比值更高;戰國至漢代部分遺址個體,隨鉛濃度增加,同位素比值均收斂至約18.5μg/g,形成具有“文化聚焦”效應的單峰特征,表明隨著采礦、冶煉、鉛基產品使用等人類活動加劇后,先民體內生物鉛的同位素組成與礦石源鉛的同位素組成逐漸趨同。

為追溯鉛污染來源,研究對淄川土古堆古代礦址開展調查,采集礦坑周邊遺留鉛礦石,確認其為高放射成因鉛(HRL)礦;結合周邊區域已發現的高放射成因鉛銅—鉛礦,證實沂沭斷裂帶西側魯西地塊存在高放射成因鉛成礦帶。鉛同位素示蹤分析表明,當地古人類鉛污染主要源自泰沂山脈礦區,其中鄰近的鄒平銅礦、淄川鉛礦為核心來源,該高放射成因鉛成礦帶也貢獻了部分HRL信號。

這項研究在魯北先民遺骸中檢測到此類鉛信號,僅見于商代和西漢,表明當地HRL礦石大規模開發利用集中在商代和漢朝。這印證了當地鉛礦資源的開發脈絡,也可據此反映古代社會技術、經濟與文化發展水平;從生物考古視角,證實古代人類與礦區環境的直接暴露和交互關系。人骨記錄如同地球化學過程的活檔案,為研究古代資源開發、手工業活動及其對人群健康的影響,提供了新的科學依據。

相關研究成果發表在《考古科學雜志》(Journal of Archaeological Science)上。研究工作得到國家社會科學基金和全國考古人才振興計劃項目等的支持。

論文鏈接

魯北地區相關考古遺址、泰沂山脈的礦床,以及棕櫚城墓地出土的部分器物

打印 責任編輯:侯茜

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