（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。
展开剩余72%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。”
原文链接：
1.https://news.mit.edu/2025/mit-researchers-use-ct-scans-unravel-mysteries-early-metal-production-1118
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