來源:人民日報

周原出土的鑄范。

楊 歡供圖

當(dāng)人們驚嘆于殷墟后母戊鼎的雄渾、周原遺址青銅器群的典雅時，往往將目光聚焦于青銅本身的光澤與紋飾。然而，在這些輝煌器物的背后，有一種平凡而偉大的材料，靜靜地支撐起了整個早期中國的青銅文明體系，它就是黃土。

與其他古文明普遍采用的失蠟法不同，中國商周時期的工匠獨創(chuàng)了塊范鑄造法。而這項技術(shù)的基石，就是廣布于黃河流域、看似取之不盡的黃土。早在上世紀(jì)便有研究者注意到，中國青銅鑄造遺址的分布與黃土的分布高度重合。從商代晚期的安陽鑄銅作坊到春秋戰(zhàn)國的侯馬遺址，這些早期中國的“工業(yè)心臟”無一例外地跳動在黃土高原的懷抱之中。這絕非巧合，而是一個文明因地制宜的選擇。

黃土，這種由細(xì)顆粒粉塵經(jīng)漫長時光堆積而成的沉積物，經(jīng)過工匠的配比、揉練、陰干與焙燒，轉(zhuǎn)化為能夠承受上千攝氏度銅液沖刷的鑄范。它是青銅文明的“孵化器”，決定了器物的最終形態(tài)與品質(zhì)。然而，一個核心的科學(xué)問題長期以來懸而未決：在青銅澆注與凝固那電光石火的瞬間，滾燙的金屬熔液與黃土鑄范之間發(fā)生著怎樣的熱對話？這場對話的效率，直接關(guān)系到鑄件是否完整、紋飾是否清晰乃至青銅合金的最終性能。

現(xiàn)代鑄造理論認(rèn)為，鑄范必須具備兩大核心功能：形成型腔與調(diào)控散熱。對于前者，考古學(xué)家已通過無數(shù)陶范實物復(fù)原了制模、分范、合范的工藝鏈條；但對于后者，尤其是陶范鑄造性能最關(guān)鍵的界面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，我們卻缺乏認(rèn)知。界面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，是衡量鑄造過程中金屬與鑄范之間熱量交換效率的關(guān)鍵參數(shù)。它仿佛一把鑰匙，能夠定量揭示不同時期、不同地區(qū)的陶范在功能上的細(xì)微差別。然而，這項對于現(xiàn)代鑄造工業(yè)至關(guān)重要的參數(shù)，在考古學(xué)研究的數(shù)據(jù)庫中卻一直缺失。

2019年起，西北工業(yè)大學(xué)研究團隊將目光投向了西周青銅鑄造的核心區(qū)域——陜西寶雞的周原遺址。他們采集了周原莊李鑄銅作坊出土的古代陶范殘片，在實驗室中精確測量了其密度、導(dǎo)熱系數(shù)等基本參數(shù)，然后進(jìn)入研究的關(guān)鍵一步：設(shè)計一場“穿越時空”的鑄造實驗。

團隊依據(jù)周原黃土的成分配比，采用傳統(tǒng)工藝重新制作了平板狀陶范。在范中預(yù)埋熱電偶，用以監(jiān)測澆注后不同位置的溫度變化。他們選擇典型的商周錫青銅合金，在1100攝氏度的澆注溫度下，將銅液注入復(fù)原的黃土鑄范中。實驗數(shù)據(jù)顯示，即便在緊貼鑄件的區(qū)域，黃土范的溫度上升也極為緩慢，全程未超過200攝氏度。這直觀印證了黃土材料善于儲熱和延緩傳熱的特性，正是這些特性使其能平穩(wěn)吸收銅液巨大的熱量，避免因激熱而炸裂，從而保證鑄造成功。

要破譯界面上的瞬時熱交換，僅靠實驗測量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。研究團隊創(chuàng)新性地提出了測溫實驗與數(shù)值計算相結(jié)合的“組合算法”。經(jīng)過嚴(yán)密的數(shù)據(jù)校正與迭代計算，青銅與周原黃土鑄范之間的熱對話密碼終于被首次破解。研究結(jié)果顯示，在澆注完成的瞬間，界面?zhèn)鳠嵯禂?shù)達(dá)到峰值，隨著青銅開始凝固收縮，鑄件與鑄范之間產(chǎn)生微小氣隙，傳熱效率迅速下降，約在100秒后穩(wěn)定。整個變化過程清晰地勾勒出從液態(tài)金屬劇烈傳熱，到凝固收縮氣隙形成，直至固態(tài)冷卻的完整物理圖景。

這項研究的意義，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了一個數(shù)值。它為理解中國古代塊范鑄造的散熱功能提供了定量標(biāo)尺和重要參數(shù)。這意味著，未來研究者可以將此參數(shù)輸入數(shù)值模擬軟件，精確重建任意一件青銅器在其黃土鑄范中的凝固過程，從而無損地檢驗工藝假設(shè)、診斷鑄造缺陷、比較技術(shù)優(yōu)劣。

更重要的是，這項研究將我們對黃土的認(rèn)識，從一種“可用的原材料”，提升到了“鑄造性能優(yōu)越且可以定量比較的精準(zhǔn)鑄型材料”的層面。中國工匠早在3000年前，就已通過經(jīng)驗性的選土、配料、制備和焙燒工藝，將廣袤黃土高原上的原生土壤，塑造成了一套性能穩(wěn)定、足以支撐大規(guī)模精密青銅器生產(chǎn)的“工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件”。

由此，我們得以從一個新的角度審視青銅時代的文明邏輯。每一件青銅器都可能消耗數(shù)倍于自身體積的陶范，因此，相比于可以遠(yuǎn)程運輸?shù)你~錫原料，鑄造所需的大量黃土必須就地取材。周原這一西周青銅鑄造重鎮(zhèn)，位于黃土沉積深厚之處，擁有得天獨厚的“就地工業(yè)”條件。從先周時期開始，這里的工匠便系統(tǒng)性地開發(fā)黃土的鑄造潛能，最終使周原成為禮樂文明背后的物質(zhì)技術(shù)基地。

6年的研究，終于解讀出青銅與黃土之間那場3000年前的對話。厚重黃土，是奠基青銅文明的底層密碼。作為一種關(guān)鍵的技術(shù)媒介和物質(zhì)基礎(chǔ)，其特性被古代工匠以驚人的巧思掌控，從而支撐起一套獨一無二、規(guī)模宏大的生產(chǎn)體系，創(chuàng)造了與世界其他文明迥異的藝術(shù)風(fēng)格與技術(shù)范式。這項成果，為我們深刻理解中華文明的起源、特質(zhì)與發(fā)展路徑，提供了來自科技考古的注腳。

（楊 歡 作者單位：西北工業(yè)大學(xué)文化遺產(chǎn)研究院）

《人民日報》（2026年04月11日第07版）