综述：燃烧的植硅体——为分析考古沉积物而实验性制备加热后的植硅体

《Journal of Archaeological Science》：Phytoliths on Fire – Experimental production of heated phytoliths for analysis of archaeological sediments

硅酸体燃烧实验揭示不同温度下形态与结构变化规律及其考古意义。通过焚烧小麦、燕麦、大麦和 Emmer小麦的茎、叶、颖壳，发现450℃即可形成玻璃状硅酸体渣，600℃出现假结晶化现象，但 Raman光谱显示仍为非晶态。茎部对热更敏感，250℃开始变形，450℃变形显著，而叶、颖壳600℃后仍可识别。研究证实低温即可引发硅酸体结构改变，为考古遗址中热改硅酸体来源分析提供实验依据。

　　考古遗址中的沉积物薄片中常常可见到类似熔渣的玻璃状物质，这些物质通常被认为是由于高温作用而改变了形态的植物硅质体（phytoliths）。植物硅质体是一种无定形的生物源二氧化硅（SiO?），主要来源于草类植物。为了更深入地了解这些硅质体在不同加热条件下的变化，研究人员对四种常见的谷物——面包小麦（Triticum aestivum）、燕麦（Avena sativa）、大麦（Hordeum vulgare）和二粒小麦（Triticum dicoccum）进行了燃烧实验。实验中，将这些谷物的茎、叶和壳等不同部位分别加热至250°C、450°C、600°C和800°C，以观察其在不同温度下的热效应。

通过实验，研究人员识别出多种由高温引起的植物硅质体变化，包括颜色变化、变形、玻璃状硅质体熔渣以及伪结晶化。这些变化表明，植物硅质体在较低温度下即可发生显著改变，而不需要达到极端高温。例如，颜色变化在250°C时就已显现，而玻璃状硅质体熔渣则在600°C时出现。这一发现对于理解考古遗址中玻璃状硅质体的来源具有重要意义，因为600°C是火炉等常见人工火源的典型温度。这说明，考古遗址中频繁出现的玻璃状硅质体可能主要来源于日常的火源活动，如烹饪、取暖和燃料使用等。

此外，实验还发现不同植物部位对热的反应存在差异。茎部，尤其是其内部的薄壁组织，在250°C时就开始发生改变，而在450°C时会出现明显的变形。相比之下，叶和壳的硅质体在600°C时仍能被识别。这表明茎部的硅质体对热更加敏感，因此在考古记录中可能被低估。由于茎部在古代常被用作建筑材料、编织材料和燃料，其在考古遗址中的缺失可能影响我们对古代人类活动的重建。

研究人员还注意到，植物硅质体的热效应不仅与温度有关，还受到燃烧时间、燃料含水量、氧气供应以及灰烬中碱盐含量等因素的影响。例如，燃烧时间越长，硅质体的变化越明显；燃料的含水量越高，需要更多的热量才能继续燃烧过程；氧气的充足供应有助于更彻底的燃烧，而灰烬中的碱盐可能降低二氧化硅的熔点。这些因素在分析考古遗址中的热效应硅质体时必须被考虑进去。

在文献回顾中，研究人员发现，对于热效应硅质体的描述存在多种术语，有些术语甚至用于描述相同的形态特征。例如，“玻璃状硅质体熔渣”、“气泡玻璃”和“熔融”等术语都被用来描述高温下硅质体的变化。然而，这些术语有时会带来混淆，因为它们可能指的是不同的热处理阶段或不同的观察方法。为了提高对这些变化的理解，研究人员在实验中使用了这些术语作为基础，并尝试将其与不同的热处理阶段联系起来。

在实验过程中，研究人员还发现，植物硅质体的形态变化可能反映出其在考古遗址中的用途。例如，茎部的硅质体可能更多地与建筑材料和燃料的使用相关，而叶和壳的硅质体可能与食物处理和储存有关。这种差异意味着，即使在高温下被烧毁，植物硅质体的形态也可能保留某些关于其原始用途的信息。因此，通过分析这些热效应硅质体的形态特征，我们可以更准确地重建古代人类的活动模式。

总的来说，这项研究为理解考古遗址中热效应硅质体的来源和形成机制提供了新的视角。通过实验，研究人员揭示了植物硅质体在不同温度下的变化规律，并强调了茎部硅质体对热的敏感性及其在考古记录中的潜在低估。这些发现不仅有助于解释考古遗址中玻璃状硅质体的广泛分布，还为未来的考古研究提供了更精细的分析方法和更准确的解释框架。此外，研究还指出了热效应硅质体在不同考古背景下可能存在的多种来源，包括人为火源和自然火灾。这些结果对考古学、环境科学和材料科学等领域都有重要的参考价值。