中石器时代的颜料作坊

布隆伯斯洞穴距开普敦约300千米，洞口低矮但宽敞，站在洞口我们可以俯瞰波光粼粼的印度洋。洞内空间不算大，可能仅有郊区房屋的一间卧室大小。然而，这个小小的洞穴里提供了关于人类演变方式的极为丰富的信息，地球上几乎没有地方能够与这里媲美。在布隆伯斯洞穴地下的泥土中，考古学家发现了关于人类学习制作艺术品以及制造颜色的最早的证据。

在南非，考古学家仅在少数洞穴中发现了石器时代（距今11万～7.5万年）人类居住的痕迹，布隆伯斯洞穴便是其中之一。它不啻一座无价的宝库，为我们提供了宝贵的证据，有助于我们了解中石器时代非洲南部的人类对工具的使用能力和对艺术的鉴赏能力。“它们虽然被称为洞穴，但大都只是砂岩悬崖或石英岩上的岩厦，有些距地面仅几米高，一般都离淡水水源不远，”南非金山大学起源中心负责人塔米·霍奇基斯说，“这些洞穴原本的样子应该与现在大不相同，其中很多都被沙子占据了不小的空间。”此外，海平面也发生了改变：在洞内有人类居住的时候，洞穴距离海岸可能有20千米之遥；而如今，我们只要站在洞口，就能欣赏到绝佳的海景。

我们可以把洞穴的地面想成一条竖直的时间轴。埋在最上层的东西年代最近；东西埋得越深，其年代就越久远。

在布隆伯斯洞穴地面的最上层，也就是年代最近的一层，出土了一种狭窄的梨形石器，被称为双面柳叶状尖状器。考古学家克里斯托弗·亨希尔伍德（在布隆伯斯成为自然保护区之前，其祖父是附近土地的主人）还发现了41个螺壳。亨希尔伍德的团队认为这些螺壳其实是穿珠，因为上面有穿孔，似乎有人用某种尖锐的器物从螺壳的天然开口穿入，从后方穿出，以便将其用绳子穿起来。亨希尔伍德的团队还发现了雕刻过的骨头，这是早期人类制作装饰品、进行艺术创作的又一例证。

有意思的是，他们在洞穴地面的最上层发掘出了赭石。赭石（可以调出红色、黄色、橙色和棕色）是人类最早使用的颜料之一。以上考古证据表明，早期人类会把这种主要含氧化铁的矿石收集起来，将它们研磨成尽可能细小的颗粒（大小相当于一个细菌或一粒灰尘，直径在0.01～1微米），然后将这些颗粒与某种黏合剂混合，黏合剂可以将颗粒粘在一起，并使其（在多数情况下是永久地）附着于物体表面，使物体呈现本不具备的颜色。和用白垩（碳酸钙）制成的白色以及从木炭或二氧化锰中提取出的黑色一样，赭石色也是人类艺术作品中的基础颜色。

物体具有颜色的原因多种多样，科学家、哲学家和艺术家各抒己见，给出了不同的看法。有一种观点是把光想象成一种波，但光波与水波不完全相同，光的传播不需要水这样的介质。不过，二者传播的原理是一样的。光波是在电场和磁场之间振荡的一种能量形式。光的传播速度极快，光波的振荡幅度也极小。可见光的波长范围为390～750纳米。不同波长的光——无论是光源发出的光，还是物体表面反射的光——有不同的颜色。波长短的光偏蓝，波长长的光偏红。不同波长的光混合在一起，就形成了白光。

赭石的基本成分是氧化铁。金属铁是灰色的，但具有一定的金属光泽。在很大程度上，金属的颜色是由其基本物理特性决定的。原子内部有原子核，原子核由中子和质子组成，带负电荷的电子环绕着原子核在特定的轨道上运行，一条轨道被称为一个壳层，一个壳层只能够容纳特定数量的电子。被电子填满的壳层能够大量反射可见光谱范围内几乎所有的光，从而产生闪亮的银白色。但铁的外层壳层并没有完全被填满，所以铁虽然可以反射可见光谱范围内几乎所有的光，但反射率低。因此，铁呈暗淡的灰色。

铁原子具有容纳更多电子的空间，这就意味着它会与其他“合得来”的元素结合，尤其是氧。与氧结合后，它反射的光的波长会发生改变。反射哪种颜色的光取决于化学键的类型，以及生成的产物中是否含有其他元素的杂质。

你一定见过氧化铁，它就是铁锈。

美国西南部荒原上壮丽的红岩地貌的成因，以及火星的风化层为什么是红色的，都可以用氧化铁来解释。铁在地球上相对常见，在地壳上层中的占比接近7%。在地球表面，最引人注目的就是红棕色的岩石和土壤。因此，人类会利用赭石也就不足为奇了。考古学家在对中石器时代遗址的研究中发现了大量的石器和红色赭石。

然而，考古学家发现的不仅仅是赭石的碎片。在布隆伯斯洞穴位于海平面以下10～20米的地方（时间上对应10万年前），亨希尔伍德的团队在沙丘中一层薄薄的橙色沙土上方，发现了两套非同寻常的工具。

具体来说，考古学家发现了两个鲍鱼壳，每个鲍鱼壳都配有一块比它略小的石头，石头被打磨得恰好符合鲍鱼壳的内部弧度。两个壳内都有红色赭石以及被压碎的松质骨——一种像海绵一样多孔的骨骼，是椎骨的组成部分。在10万年前，尚且新鲜的松质骨内应该填满了脂肪和骨髓。鲍鱼壳内还发现了深色的赤铁矿粉末（赤铁矿的主要成分就是氧化铁）、木炭碎屑和石英颗粒。壳内侧留有一道痕迹，表明壳内曾装有液体，痕迹的成分包括上述各种矿物与有机物。亨希尔伍德的团队还发现了被赭石染色的片状石英岩板。

该团队做出如下推论：石英岩板上留下的粉末表明岩板曾被用于粉碎矿石，并将其研磨成细小的颗粒。松质骨内黏糊糊的脂肪和骨髓作为黏合剂，将颗粒粘在一起变成糊状。综上所述，这些可能都是用来制作颜料的材料和工具。

10万年前，布隆伯斯洞穴可能是一间颜料作坊——推论成立的话，这将是迄今为止发现的年代最早的颜料作坊。

这并非凭空臆断。研究人员的确进行了一些猜测，但他们毕竟是专业人士，不会做出无凭无据的猜测。作为矿石，赭石具有强大的着色能力。如果你在野外不小心蹭到了赭石，它就会弄脏你的衣服，将你的手指染色。只要你用赭石在物体表面摩擦，它就会留下痕迹，而这个洞穴是将赭石转化为着色能力更强的颜料的作坊——这就引出了一个问题：他们为什么要这么做？也许是为了装饰，即为了艺术。但赭石还有其他的用途。

我们姑且认定是为了艺术。将所有原料研磨，再将它们混合成颜料——即使放在今天，这项技术也非常复杂。然而，这样复杂的技术居然出现在10万年前，真是令人震惊！

在解释其中的原因之前，我必须先讲讲另一种解释光和颜色之间关系的观点。在前文中，我提到了光波，但科学家也会用“光子”（一种亚原子）来描述光。根据宇宙的基本运作系统，光子是最小的能量单位，在太阳系中，它们从太阳系中心的那颗恒星（太阳）中喷涌而出，形成了电磁振荡的“海啸”。

在地球上，被阳光照耀的每平方米土地每秒都承受着约12.1垓（10 20 ）个光子的“轰击”。光子在以光速（光子当然以光速运动）穿过大气层时，会与空气中极微小的物质发生相互作用。有时，它们会径直撞上一粒尘埃或一个水分子；有时，它们只是从这些物质的边缘掠过，但由于在这样的微观尺度下，物体与物体的边缘未必清晰，所以在光子一闪而过时，物质可能会捕捉住光子，并将它甩向其他方向。这就好比你在滑冰时，由于没有拉住搭档的手臂，在转弯的瞬间被甩了出去。光子具有的能量大小不等，这些能量 同样 也决定了光子的颜色。

言归正传，我们继续讨论颜料。颜料是有颜色的涂层。一般来说，颜料是色素颗粒与液态黏合剂形成的悬浮液，黏合剂的作用是使色素颗粒彼此保持适当的距离，且使它们更易于附着于物体表面。色素颗粒散射光线的方式取决于色素颗粒的尺度，即粒径。能吸收每一种光子的色素颗粒（吸收的能量往往会以热量的形式重新被释放出来）会形成不透明的黑色涂层，能将所有光子朝各个方向散射的颗粒会形成白色的涂层。当颗粒的尺度接近或大于入射光的波长时，光就会发生大规模散射。这种现象被称为米氏散射，以物理学家古斯塔夫·米的名字命名，他在20世纪初研究并提出了这一散射规律。正是由于米氏散射，云才会呈现白色，这是因为云是大量直径较大、被空气包裹的水滴构成的。也正是由于米氏散射，在湍急的河流表面，水花同样呈现白色，这是因为，水花是由大量被水包裹的空气构成的，与云恰恰相反。

然而，在颗粒的尺度小于入射光的波长的情况下，由于颗粒的材质不同，特定波长的光会更容易发生散射。这便是瑞利散射。这一散射规律是以提出者瑞利男爵约翰·威廉·斯特拉特的封号命名的。在19世纪70年代，他在研究电磁学的时候发现并总结了这一散射规律。事实证明，水蒸气（分散在空气中的水）会优先散射蓝色光。正是由于瑞利散射，天空才会呈现蔚蓝色，因为大气中充满了直径极小的水蒸气。

这里的重点在于，粒径会对颜色产生显著的影响，尤其是对不同类型的赭石。对于红色赭石（含较多的氧化铁），粉末直径为0.1微米时，会呈现红色；而直径在1～5微米时，则会呈现紫红色或紫色。对于黄色赭石（含较多的羟基氧化铁），粉末直径为1微米时，会呈现羟基氧化铁常见的黄色；但直径小于0.2微米时，就会呈现棕色。

高温也会使颜色发生改变。它会导致黄色赭石变红（高温会改变羟基氧化铁的晶体结构，使其转化为氧化铁），也会导致红色赭石变紫。赭石的变色问题始终困扰着考古学家，因为如果将研磨形成的红色赭石粉末误认为是 加热变红 的黄色赭石粉末，考古学家就会错过早期人类的一项重要技术应用，关于他们从何处获取原料的推论也会出现问题。

因此，这些中石器时代的人在布隆伯斯洞穴这间赭石颜料作坊里运用了当时最先进的技术：把红色、黄色和橙色的矿石精确地研磨成特定直径的粉末，让粉末可以使光发生散射，从而呈现特定的颜色。换言之，他们在创造一个更多彩的世界。