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第7章 古代人类的科学发现(3)

冶铁术与铁器时代

在自然界中,铁的分布极其广泛,它是地壳的重要组成元素之一。自然界中,天然的纯铁几乎是不存在的。铁矿石的熔点较高,又不易还原,所以人类对铁的利用较铜、锡、铅、金等要晚。天空中落下的陨铁是铁和镍、钴等金属的混合物,含铁量较高,是人类最早发现和使用的铁。在埃及和西南亚的一些文明古国最早发现的铁器,都是由陨石加工而成的。铁器时代的到来,标志着社会生产力的显著提高,也说明人类征服自然能力的提高。

冶铁术的起源

1.世界冶铁术的起源

西亚各地发现的铁器可以早到公元前30世纪中叶,距今约4500年。公元前12世纪前后地中海地区铁器的使用日益普遍。中亚多数地区在公元前20世纪未或公元前20与公元前10世纪之交开始了早期铁器时代。彩绘灰陶文化大约早于公元前11世纪或更早。印度的彩绘灰陶文化阶段,铁器的制作水平有了很大的提高,在阿特兰基海勒遗址中发掘出的135件铁制品中,有家具、家用器物和其他手工业工具,还有用于战争或狩猎的武器。原苏联中亚地区的居民学会冶铁后,铁器也很快被应用于日常生活和狩猎与战争的各种领域。古花拉子模地区的阿米拉巴得文化进入早期铁器时代不晚于公元前10世纪。弗尔干纳盆地一支较为发达的早期铁器时代文化是楚斯特文化,在这一文化的达尔弗尔津特佩遗址出土有早期的炼铁的矿熔碴。楚斯特文化的年代在公元前20世纪与公元前10世纪之交。

2.中国冶铁术的起源

河南三门峡上村岭虢国贵族墓地出土一件玉柄铁剑,经鉴定,其铁剑是目前中原地区发现的年代最早的人工冶铁制品,其年代相当于公元前十四世纪前后。山西天马曲村的晋文化遗址中发现了三件铁器,出自遗址第四层的一件铁器残片,大概是早到春秋早期偏晚,约为公元前8世纪;出自于第三层的一件较为完整的铁条和一块铁片,大约是春秋中期出现的,约为公元前7世纪。这三件铁器经过金相学研究发现,两件残铁片,金相组织均显示为铸铁的过共晶白口铁,这是迄今为止中国最早的铸铁器。春秋时期中原铁器仍十分罕见,只在陕西凤翔、甘肃灵台、甘肃永昌、江苏六合、河南淅川、长沙杨家山、长沙识字岭、长沙龙洞坡、湖南常德、山东临淄发现过这一时期的铁器。

到了战国时期,中原的冶铁术发展迅速,铁器已作为生产工具、武器等消费品普遍使用。近年来,在晋中、晋南和晋东南等多个地区的大型平民墓地中挖掘出了战国时期的700多件铁器。在对包括三晋地区在内的全国二十多个省市出土的约公元前3世纪的共计4000件铁器的制作技术进行研究后,得出的结论是三晋地区是出土公元前3至5世纪铁器最多的地区,这里是战国时期中国的一个冶铁中心。

冶铁促进生产工具的改革

恩格斯高度评价冶铁技术时说:“铁已在为人类服务,它正是历史上起过革命作用的各种原料中最后的和最重要的一种原料。”“铁使更大面积的农田耕作,开垦广阔的森林地区,成为可能;它给手工业工人提供了一种其坚固和锐利非石头或当时所知道的其他金属所能抵挡的工具。”所以冶铁技术的发明,标志着人类社会发展史上新阶段的来临。

冶铁术极大的提高了生产力。社会生产力水平提高的标志是生产工具改进。铁器坚硬、锋利,胜过木石和青铜工具。铁器作为工具来进行使用,显然比从前的木石和青铜工具有了质的飞跃和提高,这也说明人类征服自然的能力提高。铁器时代的到来,标志着社会生产力的显著提高。

冶铁促进生产关系的变革

冶铁最初出现在原始社会,商代中期,中华民族的先祖们已经掌握了一定水平的锻铁技术。在西周以后的春秋战国时期,黄河流域开始了由奴隶社会向封建社会的过渡。新的生产关系促进了生产力的发展,冶铁成了一项重要的新兴手工业,各诸侯国相继使用了铁制生产工具,把农业生产的效率大大向前推进了一步。生产工具的发展无疑促进着生产关系的变革。随着生产关系的发展,封建制的新生产关系代替了奴隶制的旧生产关系。而这种大量的生产工具由石器、铜器改为铁器的改革,极大地推动了社会生产力的发展。这是从奴隶社会进到封建社会的革命因素。

而冶铁术本身也在不断的经历着变革和发展。中国冶铁业西周时开始使用铁器。春秋战国时期,发明了铸铁柔化处理技术,是世界冶铁史的一大成就,比欧洲早两千多年。西汉时冶铁业分为官营和私营。西汉时,煤成为冶铁的燃料,人们发明了淬火技术;东汉时,杜诗发明水排,使中国冶铁水平长期领先世界。宛和巩是西汉时著名的冶铁中心。隋唐时期普遍采用了切削、抛光、焊接等工艺。辽和金的冶铁业水平较高。明朝中后期,广东佛山冶铁业,一天出铁3000—3500千克。

在西南亚和欧洲等地区,直到十四世纪炼出生铁之前,一直采用块炼法炼铁。冶炼块炼铁,一般是在平地或山麓挖穴为炉,装入高品位的铁矿石和木炭,点燃后,鼓风加热。当温度达到1000℃左右时,矿石中的氧化铁就会还原成金属铁,而脉石成为渣子。由于矿石中的其他未经还原的氧化物和杂质不能剔除,只能趁热锻打挤出一部分,但是仍然会有较多的大块杂质留在铁里。由于冶炼温度不高,化学反应速度较慢,要取出固体产品就需要扒炉,所以产量低,费工多,劳动强度也大。

后来,为了提高冶炼水平,人们开始强化鼓风和加高炉身,炼炉逐渐从地坑式发展为竖炉。炉身加高后,炉内上升的煤气流与矿石接触的时间变长了,能量的利用率有了一定的提高。鼓风强化一方面使气体压力加大,穿透炉内料层的能力增强,因而允许增加炉身高度;另一方面是燃烧强度提高,直接提高了炉内温度。这些都促使产量提高。

在农业文明时代,冶铁业的发展是生产力进步的明显标志,它有力地推动着社会的变革和进步。

晒盐促进工业的发展

盐作为居家过日子的开门七件事之一,它对于人们的生活来说不可或缺。远古时期的盐是通过晒制来取得。

晒盐的过程

晒盐需要在盐田中进行。盐田分成水区(大蒸发池)、坪仔(小蒸发池)、埕格仔(结晶池)三大部分。水区分五段十格,坪仔分三段六格,埕格仔分三段二十四格。盐工将约三度(波美浓度)的海水引入水区,用蒸发的方式增加海水的浓度,再一段一段向前推,经过五段后大概变成十度左右,再用水车(即龙骨车,后来改为风车,现在改用抽水机)抽至坪仔(坪仔高於水区)继续蒸发海水。待坪仔里的海水的浓度增进到二十五度时,导入埕格仔使其结晶成盐。从引进海水至结晶成盐,其时程并非完全相同,需视天气而定,天气好速度快,天气不好则较慢。

改造晒盐工具

晒盐不同于其他的一些行业,从引进海水至结晶成盐这一整个晒盐过程的时程要视天气而定,甚至可以说是靠天吃饭。相对于不可操控的气候来说,人们能够控制的是自己创造和改进工具的能力,因此,勤劳智慧的人们开始在工具上进行大力改造,以此来增加盐的产量。起初,晒盐通常用的是“缸爿坦”。

所谓“缸爿坦”,就是用一片一片缸爿(陶片)拼成的盐坦(盐坦指盛放海水的盐田)。后来,慢慢地有人开始用黑膜垫底结晶新工艺,黑膜垫底结晶新工艺是指将黑膜铺在盐坦上,再引海水在上边晒盐,由于黑膜具有较好的吸热性,可以提高盐的产量,这种盐坦盐民们就叫“黑膜坦”,现在为盐民所应用的基本上均为“黑膜坦”。我国一些北方地区的海盐产地,起初是在露天的盐场上晒盐的。这种露天盐场完全依赖于气候的变化,然而对天气的变化人们是束手无策的,所以这种盐场的产盐量也会相对较低。经过一系列的科技创新发展后,现在,北方盐区塑料薄膜苫盖结晶池已能达到1.01万公顷,占现有结晶面积的47.79%。“黑膜坦”的使用,是晒盐工具的另一个进步。

促进其他产业的发展

烧碱和人工合成纯碱这两种工业是耗盐工业,需要大量的工业用盐。目前,生产1吨纯碱需要消耗1.8吨盐,而到2007年中国这两项工业对盐的需求将会达到5亿吨。近年来,这些需求随着经济的增长而增长,且增速超过GDP的两倍。因此,发展晒盐产业是促进这两个相关产业发展的有利保障。还有两个相关产业对盐的需求也很大,分别是高速路防冻除冰和水处理。目前,我国还没有相关的应用。但是暴风雪通常会迫使中国北方的高速路关闭,在中国日益依赖高速路网的情况下,高速路防冰和除冰将变得必要,这将是盐类的使用量的一项巨大的需求。而盐业的发展,无疑会促进这两个相关产业的发展。

中国的盐业现状

在当前全球盐消耗量大约为22.5亿吨/年。其中化工行业消耗60%。食用盐占30%,防冻除冰用盐占10%。在中国,化工行业消费了国内盐业供应的87%,剩下的用作食盐。现在中国的盐业生产主要依靠晒盐,即把海水或者天然盐水在封闭蒸发塘中结晶得到的真空盐,此外还有开采内陆盐湖的地下矿物沉积盐和湖盐。

据中国盐业协会统计,2006年上半年中国的产盐量为2.6亿吨,主要包括51.57%晒盐、40.39%真空盐和8%湖盐。目前,中国有大大小小超过200家的盐业企业。

在中国北方地区主要采取海水晒盐的方式,主要的省份是河北、辽宁、江苏、天津和山东。矿产和人口比较密集的地区主要是真空盐的生产,主要有四川、湖北、云南、江西和江苏等省。内蒙古、青海和新疆主要是湖盐的生产。

海水煮盐的由来

古籍记载,炎帝(一说神农氏)时的宿沙氏开创用海水煮盐,史称“宿沙作煮盐”。其实,宿沙氏是传说中的一个人物,实际上用海水煮盐,可能是生活在海边的古代先民在长期的摸索和实践中创造出来的制盐方法。煮盐的方法可能是由宿沙氏进行了推广普及,后人也就将采制海盐的发明权送给了宿沙氏。

丝绸织出的华丽服装

中国是世界上最早开始养蚕缫丝织绸的国家,在很久以前,中国就通过丝绸之路把丝绸传遍世界,丝绸也成为了中国的重要符号。

丝绸的发展

传说5000年前,黄帝的妻子嫘祖发明了养蚕,以后便开始教民种桑养蚕,缫丝织绸。养蚕织绸慢慢从黄河流域传到长江流域,然后再传遍全国各地。在中国天南地北的许多地区,流传着与蚕有关的动听传说。

在湖南的苗族地区,传说几千年前有人在深山开荒,发现树上挂着一个个白色、黄色的蚕茧,摘下来带到家中,不小心落到沸水锅里,用竹竿去挑,茧没有捞上来,而引出一缕丝来,又细又长。后来,他们又知道让茧发蛾,生卵留种的方法,下次又可以自己养蚕、缫丝,从此有了蚕业。

在云南纳西族的东巴文中记载着“冬天孵幼虫,春天养家蚕,夏天浸茧抽出丝,秋天用丝织锦缎”。唐代鉴真和尚东渡日本,有一次遇狂风漂流到海南岛,发现当地一年竟养8次蚕,并能织出漂亮的织物。

桑树原产我国中部,至少已有4000年的栽培历史。在商代,甲骨文中已出现桑、蚕、丝、帛等字形。到了周代,采桑养蚕已是常见的农活。春秋战国时期,桑树已成片栽植。如今,桑树的栽培范围更加广泛。现在,我们在丝绸制品上看到的B、C、D、E等英文编号,就是不同丝绸产地的标记。从吐丝、结茧,再到对鲜茧的烘干、缫丝、织造、染整等几道工序,而后生成丝绸,再经过设计人员的设计、加工等,一件丝绸制品才算完成。当我们穿着华美的丝绸礼服,感受丝绸带来柔软顺滑的同时,也许不会想到它背后有一个庞大的工程。

一条普通的丝绸围巾,需要67克/平方米的斜纹绸0.66平方米,而制造这些绸缎则需要生丝56克,相当于蚕茧460克,再追溯源头,就是需要240条蚕,并且给它们提供5平方米的桑园。1000条蚕从蚁蚕到吐丝结茧,要吃掉大约20千克的桑叶,才能吐出0.25千克的蚕丝。

对世界的影响

蚕、茧、丝,不仅演绎了“春蚕到死丝方尽”的一生,也成就了中国丝绸亘古至今的璀璨。丝绸不仅和我们的生活息息相关,甚至成为中国文化不可或缺的一部分。在浩若烟海的中国古典诗词里,也有很多诗篇是以蚕桑丝绸为题材的。早在2500年前,《诗经》中就写道“爰求柔桑”。而描写养蚕织绸的《陌上桑》从汉朝的乐府一直流传到今天的语文课本上。连诗仙李白也因此咏叹“秦地罗敷女,采桑绿水边”。总而言之,丝绸对中国产生了重大影响。

从西汉张骞开辟了丝绸之路的2000年来,中国的丝绸织品就从长安出发,源源不断地运往地中海沿岸,最西还到达过罗马。

公元5世纪,东罗马皇帝查士丁尼为了摆脱波斯人高价垄断中国丝绸的局面,曾打算与埃塞俄比亚联合,绕过波斯,从海上去印度购买丝绢,东运罗马。波斯人知道后,以武力威胁埃塞俄比亚,阻止他们充当中间人。查士丁尼无奈,又请近邻的突厥可汗帮助从中调解,不料波斯王不但不听调解,还毒杀了突厥可汗的使臣。于是,公元571年,东罗马联合突厥可汗攻伐波斯,战争长达20年之久。这就是西方历史上闻名的“丝绢之战”。

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