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香港歷史:南丫島銅鐵錫合金技術之謎

香港歷史:南丫島銅鐵錫合金技術之謎
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香港一個小小的南丫島(大約在唐宋時期名為「舶遼洲」)上,自一九三零年代開始,就發現擁有不少遠古文物。最值得注意的,除了是文物的種類和外觀之外,還有隱藏在文物之中的古代技術。

在南丫島大灣發現的銅器及鐵器當中,最令人感到意外及疑惑的,是一批在三十年代由 Finn (1958) 掘出的,以(銅-鐵-錫)合金鑄成的箭頭。經過化學化驗分析,發現當中一個箭頭的合金之中含有 40% 的銅,40% 的鐵,及 20% 的錫。

南丫島上發現的銅鐵錫合金又有何稀奇呢?

世界文明歷史,"粗略"可以分為幾個主要不同時期或階段(一般所謂三分法),即石器時代(古石器時代→中石器時代→新石器時代)→銅器時代→鐵器時代。現今被發現的文明體系中,有不少都是以漸進方式過渡上述的不同時期,但現代考古也發現有不少文明體系並沒有經過其中一些時代,或經過其中一些時代的先後次序不清。例如,有的文明由石器時代直接跳到鐵器時代,而無須經過銅器時代。又例如,現代考古已經開始質疑銅器時代與鐵器時代的先後次序性,因為純鐵不比銅為佳,有發現比銅器時代較遠古時期,已經有純鐵的出現。同時,鑄銅技術不一定比鑄鐵技術為低,因為很多所謂銅其實都是銅錫合金,鑄造時需要有一定的技術。

問題是,南丫島上發現的銅鐵錫合金又屬於甚麼時代呢?要了解此種合金在時代定位上的困難,就要先了解銅和鐵在鑄造上的分別。

在世界歷史之中,所謂鐵器時代,是指人類開始以鐵器取代銅器。問題是,純鐵的硬度與銅差不多,同時又容易氧化生銹,為何有一些文明體系開始以鐵器取代銅器呢?答案是新煉鐵技術的產生。鑄鐵不比鑄銅容易,鑄鐵要先在含"氧化鐵"的鐵礦中加入其他物質(如炭),再施以高溫,利用其他物質把氧化的鐵中的氧抽離,同時將剛形成的鐵溶化。

生鐵和更後期(?)鑄造的鋼,當中含有炭的成份,加入了炭的鐵合金(即鐵-炭合金)的硬度比純鐵高出很多。但早期(?)鑄造出來的生鐵雖然硬度加強,但就非常容易碎裂,根本不能用來製造兵器。生鐵之所以容易碎裂,是因為鐵-炭合金當中的炭粒子太大,不能與鐵形成均勻狀態,是裂痕產生的源頭。所以後期(?)發展出煉鋼技術,在純鐵之中加入其他金屬,又把炭粒子變細,再加以高壓(即從前的打鐵),產生出來的鋼硬度比生鐵更高,也比較不容易生銹。

南丫島上發現的銅-鐵-錫合金箭頭,究竟是銅還是鐵呢?又屬於銅器還是鐵器時代的產物呢?其對香港歷史的引申意義又是甚麼呢?

首先,大家要了解甚麼是合金。所謂合金,是多於一種金屬或非金屬在高溫下溶化,均勻的結合,然後固化後產生出來的混合物。但合金與一般混合物的不同之處,在於合金中的不同物質其實互相吸引,造成合金的物理性質與原先的物質有很大改變,例如,生鐵(鐵炭合金)的硬度比純鐵和純炭都要高。

南丫島上發現的銅-鐵-錫合金箭頭呈紅黑色,表面光滑,完全沒有被氧化而生銹脫落的痕跡。為何可以斷定此箭頭上的金屬是合金呢?答案是,如果箭頭上的金屬不是合金,當中的金屬成份沒有均勻的分佈在箭頭之中,則箭頭中的鐵會自然氧化,並生銹脫落,箭頭不可能是完整無缺的。銅-鐵-錫也因均勻分佈,而失去當中形成金屬的個別特性,最明顯的是其顏色與銅或鐵或錫都不盡相同,其表面也沒有生銹或產生氧化的銅綠。另外,更重要的,是現代鑄金術發現,原來銅-鐵合金比純銅或純鐵都要堅硬,其硬度與鐵-炭合金不相上下,同時不會如生鐵般容易碎裂,所以近年銅-鐵合金技術越來越受到重視。

奇怪的是,以上所述的合金,在中原歷代的的其他領土上從來未有發現,唯獨是香港獨有,而且歷經時間考驗仍絲毫未損,而類似中原發展出的生鐵/鋼(鐵-炭合金)箭頭,於南丫島的掃管笏卻有發現,而且全部都被銹蝕導致損壞。

自古至今,一個國家的兵器製造技術,都是一個國家的最大軍事機密。例如,先秦時期,華南地區資源較豐,沒有建造強大侵略性軍事的必要。相反,當時的西北秦漢人因為西北資源相對短缺,所以要以生產大量軍事武器侵略其他國家,藉以補充西北資源相對的不足。秦漢人能夠成功侵略其他國家的最大要訣,就是他們當時擁有強大的侵略性武器。試問,同一個國家之中的兵器,又有甚麼可能使用完全不同而又優劣立見的技術打造呢?

香港銅-鐵-鍚合金的發現,又一次對寫作手法低劣的中國歷史書中,華南文明完全來自中原(所謂漢人文化發源地)之說,作出當頭棒喝。南蠻,即所謂中國歷史書中及西北秦漢民族口中的"犬戎"狗族,不但不蠻,且擁有當年西北秦漢炎黃子孫(在科技上相對較為野蠻的民族)所不能想像的古代科技。至於這批合金箭頭的來歷、年代及使用的民族就無從稽考了,但肯定的是,它們的發現對香港古代歷史考證提供了無價的啟示,卻又同時使得古代香港(甚至華南)歷史真貌更見模糊。

參考文獻

Daniel J. Finn, S.J. (1958). Archaeological Finds on Lamma Island (舶遼洲) Near Hong Kong. Ed. by T.F. Ryan. S.J. Ricci Publication. Ricci Hall, University of Hong Kong.

Roger L. Brockenbrough, P.E. (2011) "Properties of Structural Steels and Effects of Steelmaking and Fabrication.” Chapter 1 of Structural Steel Designer’s Handbook. McGraw Hill. http://www.mhprofessional.com/downloads/products/0071666664/0071666664_c... (last visited 11/5/2012)

“Iron Age” http://en.wikipedia.org/wiki/Iron_Age (last visited 11/5/2012)

“Three-age system” http://en.wikipedia.org/wiki/Three-age_system (last visited 11/5/2012)

“Copper in Iron and Steel P/M Parts.” http://www.copper.org/resources/properties/129_6/copper_iron.html (last visited 11/5/2012)

“History of metallurgy in China.” http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_metallurgy_in_China (last visited 11/5/2012)

未經修訂前的原文初載於在下網頁: 開心喵-香港歷史

本文的香港語版則載於在下另一網頁: 自由香港:香港歷史

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