从木乃伊制作到冶金术,雷切尔·巴西讲述了这个古老文明使用的令人印象深刻的化学方法

对埃及古物学家来说,今年是忙碌的一年;2022年是英国考古学家霍华德·卡特在帝王谷发现图坦卡蒙国王墓100周年。斯蒂芬·巴克利是一位考古化学家木乃伊制作专家他说,他刚刚从海克利尔城堡的一个研讨会上回来,该研讨会由卡纳文夫人组织,卡纳文夫人是第五代卡纳文伯爵的曾孙儿媳,她在20世纪20年代资助了卡特的探险。从这座有3350年历史的古墓中挖掘出的精美文物,一直让参观它们的人产生敬畏之心,并对古埃及创造者的技术技能和科学能力提出了质疑。

在所有科学中,化学与古埃及人的关系最为密切。有一派思想甚至把“化学”一词归因于埃及的埃及名字,是由希腊和阿拉伯的炼金术士传下来的。这个词钡镁合金意思是“黑色的土地”,描述的是尼罗河每年沉积下来的肥沃黑土的颜色。巴克利说:“这不是偶然的,这是埃及人是古代世界最好的化学家的一种认可……甚至希腊人也不情愿地承认了这一点。”但是法国普罗旺斯-艾克斯-马赛大学的埃及古物学家Sydney Aufrere说,尽管这看起来合乎逻辑,但“这个假设没有任何结定论”。

古埃及人精通意大利博洛尼亚大学历史学家马可·贝雷塔所说的“化学艺术”,这一点毋庸置疑。贝雷塔最近编辑了一个全面的帐户古代化学文化史这本书讲述了高度发达的古代文明如何使用和控制化学知识。尽管存在实用技能,但Aufere将埃及人对化学的使用定义为“神话科学”。例如,他们相信,物质中含有不同神的精华或散发物——磁铁矿与荷鲁斯神有关,泡碱盐与奥西里斯有关,树脂被认为是神的眼泪。

化学的使用似乎很普遍,但它与宗教仪式的联系是核心,根据仪式规则,冶金师、调香师和染坊师就在寺庙外工作。这导致了他们化学知识的保密。Aufere说:“保留了技术性质,没有神话补充的文本很少。”“然而,我们在寺庙中发现的思想很可能是在能够观察到物理化学现象产生的行业中出现的。”

五颜六色的化学家

贝雷塔说,没有文字,剩下的就是物证:“大量的物品显示了埃及人的化学技能。“但我们不知道的是,他们的成就是否不仅仅是经验试验和错误——他们是否掌握了任何基本的化学原理?”Aufere说,他们不太可能理性地解释他们在宗教框架之外观察到的现象,但化学家Jehane Ragai,现在是埃及开罗美国大学的名誉教授,不那么确定。在研究他们的一些成就时,她惊讶地发现“有一些证据表明他们的化学知识可能比我们想象的要多”。

埃及蓝物件

来源:©Alamy库存照片

埃及蓝被认为是第一种合成颜料:原料必须用助熔剂加热才能得到正确的颜色

化学家的核心技能是合成,古埃及人是第一个合成无机色素——埃及蓝的文明。贝雷塔说,这是他们希望模仿与神有关的宝石的一部分,特别是天青石,一种罕见的含有青玉的蓝色硅酸铝矿物,他们认为它形成了神的头发。从公元前2500年开始,他们开始合成蓝色颜料四硅酸钙铜(CaO.CuO.4SiO .)2).它制造于罗马时代,在技术失传之前,直到19世纪才被重新发现。

拉盖说,看着其中的化学反应,你会情不自禁地欣赏他们的技巧。“我的一个学生试图制备一些埃及蓝,你必须有氧化气氛和催化剂。“原料——二氧化硅、石灰和铜——需要用硼砂等助熔剂加热。得到蓝色.“最终产品的化学计量学也必须得到尊重。所以,在这里,我们确实有一些化学反应,”Ragai说。也有证据表明,埃及化学家能够调整他们的熔炉条件和冷却速度,故意创造一个替代绿色颜料

古埃及人不可能意识到最近观察到的现象埃及蓝荧光在近红外区域-这已经成为一种简单的方法,保护人员识别其在人工制品上的存在也可能在现代技术中有所应用,包括最近是电池电极

化学组成

古埃及化学拼图中最重要的一块是发现了合成铅颜料,用于古埃及人使用的眼影眼妆,可追溯到公元前2000年。1999年,法国巴黎卢浮宫博物馆的菲利普·沃尔特(Philippe Walter)进行了化学分析,结果显示,卢浮宫收藏的古埃及化妆壶中保存完好的化合物包括天然色素方铅矿(PbS)和铈(PbCO)3.(Pb(OH)Cl)和白色粉状光斑岩(Pb2Cl2有限公司3.).这两种物质很少在自然界中被发现,也不太可能是任何自然物质的分解产物。沃尔特总结说这些一定是人工合成的,使用我们今天所说的湿化学。

古老的眼影壶

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在一些人工制品中还保留着眼影粉的痕迹,而且还是人工合成的

根据后来的罗马食谱,沃尔特试验了一种生产光气矿的方法。他使用的是用盐碾碎的矿石(PbO),并与水混合,有时还与碳酸钠混合。他中和了产生的碱性溶液(罗马配方描述了将溶液滗出,每天更换水以控制pH值),几周后,他发现了一种laurionite或phogenite沉淀物,其晶体的大小和形态与埃及样品中发现的相似。它们进行相对复杂反应的能力仍然让Ragai感到惊讶。“在这个特殊的例子中,(这)表明他们可能对pH控制、缓冲作用和一些基本的定量化学有一定的了解。”

此后,沃尔特的研究得到了几个研究小组的证实。2018年,来自巴黎萨克雷大学碳14测量实验室的露西尔·贝克(Lucile Beck)使用放射性碳测年法证明古埃及化妆样本中含有合成化合物。来自地质来源的碳酸盐太古老了,不可能还含有C-14,但那些在过去3000年里由大气中衍生的碳(如来自蒸发的碳酸盐盐)产生的碳酸盐是可以确定年代的。贝克测试了卢浮宫收藏的化妆品,包括18世纪著名的拿破仑·波拿巴探险队的一些化妆品,罗塞塔石碑也是在那次探险中发现的。她补充说,找到这样的样本并不容易——过去考古学家只关心人工制品,经常令人沮丧地清理里面的任何材料。

从测试的样品中,有一个被证实是人造化妆品,由沃尔特发现的同一种光气化合物制成,时间可追溯到公元前1763年至1216年。贝克也能做到用碳测定木壶的年代(至公元前1514 - 1412年,阿蒙霍特普三世统治期间)。“我们发现木盒测试结果和美容测试结果之间有很好的相关性。”因此,在这种情况下,(它)确实是当时人工生产这种化妆品的直接证据,”她总结道。这可能是使用湿化学生产化妆品的最古老的证据,尽管只有一个样本是人工合成的,但这似乎很罕见。贝克还测试了大英博物馆的一些样品,到目前为止还没有发现人造化妆品。

很有可能,我们现在对美容、医疗、仪式和宗教的区分在古埃及人的时代并不适用

来自英国牛津大学考古研究实验室的一个团队,对伦敦大学学院皮特里博物馆的11个科尔容器进行了取样,发现了更多关于合成光矿的证据。他们进行了广泛的化学分析,以收集无机和有机成分。他们还发现了可能已经被合成的铅化合物。参与该项目的英国剑桥大学历史和科学哲学系化学家Marabel Riesmeier说,他们发现的矿物种类比以前的现代分析多得多,“包括含有锰和铜的矿物质”。她补充说,他们也经常这样做发现了不会自然出现在一起的成分因此,他们的表述是有刻意的意图的。

2010年,包括沃尔特在内的一个法国研究小组提出,古埃及人制作的科尔配方可能是古埃及人发明的根据它们的医疗特性配制.在亚微摩尔浓度下,它们显示出铅2 +离子可以在皮肤细胞中引发特定的氧化应激反应,从而刺激免疫反应。考虑到铅的毒性,这似乎违反直觉,但Riesmeier说危险有时被夸大了。“化妆品中的大部分盐分都不太容易溶解。“铅是否被选择用于药用还有待商榷,但Riesmeier总结道:“很有可能我们目前在化妆品、医疗、仪式和宗教之间的区分在古埃及人的时代并不适用。”

不可思议的木乃伊

Riesmeier和她的同事们还发现了大量来自动物和植物的有机物质,许多都让人联想到与木乃伊制作有关的有机物质——这种防腐过程现在是古埃及人的代名词。巴克利广泛地研究了木乃伊化和化学制剂的发展。尽管早期的木乃伊最初被认为是由于炎热干燥的埃及沙漠造成的干燥,巴克利发现了防腐的证据早在新石器时代晚期的前法老时代6000多年前。巴克利说:“目前,他们已经在使用天然产品,(树)树脂,植物基产品,这些产品在某种程度上具有抗菌、抗真菌和杀虫的特性。”“我们现在讨论的不是完美的全身保存,但它对保存有一定的影响。”

乍得提贝斯提地区特鲁奥纳特隆火山口周围的盐沉积物

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自然沉积的泡碱(主要是水合碳酸钠)被古埃及人用来保存重要的尸体

到了法老时期,古埃及人加快了木乃伊制作的步伐,很大程度上是因为使用了泡碱。泡碱是一种矿物质,由水合碳酸钠和额外的钠盐(碳酸氢盐、氯化物和硫酸盐)组成,在埃及北部的瓦迪纳特伦发现。巴克利怀疑,公元前2600年左右,当埃及人意识到从身体中取出器官有助于保存器官时,它第一次被用于保存器官的溶液中。巴克利认为,这表明埃及人明白泡碱不仅仅是一种干燥剂,而且具有更广泛的防腐性能。在不同的历史时期,它被用作干粉或溶液来制作木乃伊。

巴克利说,图坦卡蒙很可能是在泡碱溶液中制成木乃伊的。埃及人的木乃伊制作技术在他统治的第18王朝时期达到了顶峰。这个想法是由化学家阿尔弗雷德·卢卡斯在1914年提到他曾与卡特共事,被誉为埃及古物学界的福尔摩斯。他对木乃伊的分析发现皮肤上有氯化钠和硫酸盐斑点,但没有碳酸盐。这让他感到困惑,他最终得出结论,泡碱根本没有被使用过。现在巴克利说这将是一个解决方案的特征。“剩下的两种盐只是中性盐,只是停留在那里,但没有碳酸盐和碳酸氢盐,因为它们已经与组织结合了。”

巴克利说,在溶液中,高pH值会通过阻止酶的功能来“阻止细菌前进”。溶液可以扩散到更深的组织,改变胶原蛋白的结构,可能是通过与蛋白质羧基残基的阳离子结合,提供更完整的保存。巴克利说,结果不会是“我们今天看到的有些瘦弱的皇家木乃伊”,随着时间的推移,这些木乃伊已经干枯了;“身体内仍有大量的组织和水。”从他自己的木乃伊制作实验巴克利的结论是,如果做得非常仔细,结果将是几乎完美的保存。“当他们进入坟墓的时候,他们看起来和活着的时候一模一样;他们看上去好像睡着了。”

埃德温·史密斯纸莎草纸,公元前1500年

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埃德温·史密斯的莎草纸展示了一种近乎科学的诊断方法

巴克利说,另一个显示出高度复杂和控制能力的发现是它们使用多种来源的有机树脂.除了使用这些混合物作为防水,有证据表明,在使用泡碱之前,这些混合物也被应用于身体上。“由于碳酸盐和碳酸氢盐的腐蚀性,如果你不使用这种有机层,它会把皮肤漂白成幽灵白。”巴克利解释说:“如果你先涂上这种有机屏障材料,然后把它放在泡碱溶液中,你就能得到很好的保存效果,而且还能保持肤色。”

但是,这些先进的丧葬习俗表明了多少化学知识是有争议的。巴克利说:“显然,其中一些是经验、实验和观察得出的……但我怀疑,对于在非常特殊的情况下使用的特定产品,人们有一些详细的了解。”Ragai指出,一些现存的古埃及医学文献,如埃德温·史密斯(Edwin Smith)的莎草纸(Papyrus),被认为起源于古王国,显示了一种理性的、几乎是科学的诊断方法,与我们所认为的科学方法非常一致。她说:“如果他们的医学方法中有这种方法,那么同样的推理也可以适用于化学方法。”

熟练的金属

古埃及人在金属加工方面也表现出了高超的技术。他们从来不会冶炼铁——他们唯一的铁是陨铁,被称为“天上的金属”很恰当——但他们是冶炼铜、银和金的大师。他们制作了图坦卡蒙的黄金面具,由铜合金23k金制成,眼睛镶有石英和黑曜石,还镶嵌了青金石。让Ragai印象深刻的一项技术是他们的焊接方法,被称为胶体或化学硬焊接,在黄金珠宝的制造中很常见。

王座描绘了图坦卡蒙和妻子安克赛蒙被太阳圆盘保护

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图坦卡蒙的宝座展示了许多古埃及技术的最佳水平,包括镀金和宝石

这使用了粉末状的铜盐,如孔雀石(碱性碳酸铜),胶水到位。当一起加热时,盐减少,接触金的熔点降低。铜和金的合金来形成焊缝。“再说一次,这是化学反应,”拉盖说。

那么,我们能在古埃及的工坊里认出类似传统化学实验室的东西吗?人们对他们的实验室和设备知之甚少。许多埃及神庙都有被称为实验室的房间。Aufere说:“镌刻在Edfu寺庙的实验室里的文字,里面刻有香水的配方和乳香的清单……还有一些让人想起染色过程的配方,尤其是在Dendara寺庙里。”在法老时代,几乎可以肯定没有任何我们可能会联想到实验室的玻璃器皿——玻璃吹制直到罗马帝国才传到埃及。

化学和化学产品在当时和现在一样非常重要

化学文献的缺乏也让我们无法了解埃及人如何看待物质世界,以及他们是否有任何理论框架来描述物质的本质。这种思想通常被认为是希腊人的,比如德谟克利特,他在公元前400年左右提出了原子的概念。贝雷塔说,这种对哲学思考的关注可能是由于希腊人相对缺乏自然资源和物质,这阻碍了他们发展埃及人的实践和经验技能。

现在被认为是希腊文化产物的许多科学很可能是从埃及传下来的。贝雷塔说:“各种各样的食谱,如何制作人造珍珠或人造宝石……这些都是可以追溯到埃及传统的更古老的食谱。”

巴克利表示同意。“就实用的化学家而言,他们实际上早在亚里士多德和其他人之前就在使用我们在实验室中可以识别的一些东西,而亚里士多德和其他人是第一个被认为进行这种实验的人。”

贝雷塔说:“这表明,思想、材料和人员的流动比我们想象的要多得多。”就化学而言,这并不奇怪,因为化学、化学产品和化学商品在当时和现在一样,真的非常重要。

雷切尔·巴西,英国伦敦科普作家