中石器時代的顏料作坊

布隆伯斯洞穴距開普敦約300千米，洞口低矮但寬敞，站在洞口我們可以俯瞰波光粼粼的印度洋。洞內空間不算大，可能僅有郊區房屋的一間臥室大小。然而，這個小小的洞穴里提供了關于人類演變方式的極為豐富的信息，地球上幾乎沒有地方能夠與這里媲美。在布隆伯斯洞穴地下的泥土中，考古學家發現了關于人類學習制作藝術品以及制造顏色的最早的證據。

在南非，考古學家僅在少數洞穴中發現了石器時代（距今11萬～7.5萬年）人類居住的痕跡，布隆伯斯洞穴便是其中之一。它不啻一座無價的寶庫，為我們提供了寶貴的證據，有助于我們了解中石器時代非洲南部的人類對工具的使用能力和對藝術的鑒賞能力。“它們雖然被稱為洞穴，但大都只是砂巖懸崖或石英巖上的巖廈，有些距地面僅幾米高，一般都離淡水水源不遠，”南非金山大學起源中心負責人塔米·霍奇基斯說，“這些洞穴原本的樣子應該與現在大不相同，其中很多都被沙子占據了不小的空間。”此外，海平面也發生了改變：在洞內有人類居住的時候，洞穴距離海岸可能有20千米之遙；而如今，我們只要站在洞口，就能欣賞到絕佳的海景。

我們可以把洞穴的地面想成一條豎直的時間軸。埋在最上層的東西年代最近；東西埋得越深，其年代就越久遠。

在布隆伯斯洞穴地面的最上層，也就是年代最近的一層，出土了一種狹窄的梨形石器，被稱為雙面柳葉狀尖狀器。考古學家克里斯托弗·亨希爾伍德（在布隆伯斯成為自然保護區之前，其祖父是附近土地的主人）還發現了41個螺殼。亨希爾伍德的團隊認為這些螺殼其實是穿珠，因為上面有穿孔，似乎有人用某種尖銳的器物從螺殼的天然開口穿入，從后方穿出，以便將其用繩子穿起來。亨希爾伍德的團隊還發現了雕刻過的骨頭，這是早期人類制作裝飾品、進行藝術創作的又一例證。

有意思的是，他們在洞穴地面的最上層發掘出了赭石。赭石（可以調出紅色、黃色、橙色和棕色）是人類最早使用的顏料之一。以上考古證據表明，早期人類會把這種主要含氧化鐵的礦石收集起來，將它們研磨成盡可能細小的顆粒（大小相當于一個細菌或一粒灰塵，直徑在0.01～1微米），然后將這些顆粒與某種黏合劑混合，黏合劑可以將顆粒粘在一起，并使其（在多數情況下是永久地）附著于物體表面，使物體呈現本不具備的顏色。和用白堊（碳酸鈣）制成的白色以及從木炭或二氧化錳中提取出的黑色一樣，赭石色也是人類藝術作品中的基礎顏色。

物體具有顏色的原因多種多樣，科學家、哲學家和藝術家各抒己見，給出了不同的看法。有一種觀點是把光想象成一種波，但光波與水波不完全相同，光的傳播不需要水這樣的介質。不過，二者傳播的原理是一樣的。光波是在電場和磁場之間振蕩的一種能量形式。光的傳播速度極快，光波的振蕩幅度也極小。可見光的波長范圍為390～750納米。不同波長的光——無論是光源發出的光，還是物體表面反射的光——有不同的顏色。波長短的光偏藍，波長長的光偏紅。不同波長的光混合在一起，就形成了白光。

赭石的基本成分是氧化鐵。金屬鐵是灰色的，但具有一定的金屬光澤。在很大程度上，金屬的顏色是由其基本物理特性決定的。原子內部有原子核，原子核由中子和質子組成，帶負電荷的電子環繞著原子核在特定的軌道上運行，一條軌道被稱為一個殼層，一個殼層只能夠容納特定數量的電子。被電子填滿的殼層能夠大量反射可見光譜范圍內幾乎所有的光，從而產生閃亮的銀白色。但鐵的外層殼層并沒有完全被填滿，所以鐵雖然可以反射可見光譜范圍內幾乎所有的光，但反射率低。因此，鐵呈暗淡的灰色。

鐵原子具有容納更多電子的空間，這就意味著它會與其他“合得來”的元素結合，尤其是氧。與氧結合后，它反射的光的波長會發生改變。反射哪種顏色的光取決于化學鍵的類型，以及生成的產物中是否含有其他元素的雜質。

你一定見過氧化鐵，它就是鐵銹。

美國西南部荒原上壯麗的紅巖地貌的成因，以及火星的風化層為什么是紅色的，都可以用氧化鐵來解釋。鐵在地球上相對常見，在地殼上層中的占比接近7%。在地球表面，最引人注目的就是紅棕色的巖石和土壤。因此，人類會利用赭石也就不足為奇了。考古學家在對中石器時代遺址的研究中發現了大量的石器和紅色赭石。

然而，考古學家發現的不僅僅是赭石的碎片。在布隆伯斯洞穴位于海平面以下10～20米的地方（時間上對應10萬年前），亨希爾伍德的團隊在沙丘中一層薄薄的橙色沙土上方，發現了兩套非同尋常的工具。

具體來說，考古學家發現了兩個鮑魚殼，每個鮑魚殼都配有一塊比它略小的石頭，石頭被打磨得恰好符合鮑魚殼的內部弧度。兩個殼內都有紅色赭石以及被壓碎的松質骨——一種像海綿一樣多孔的骨骼，是椎骨的組成部分。在10萬年前，尚且新鮮的松質骨內應該填滿了脂肪和骨髓。鮑魚殼內還發現了深色的赤鐵礦粉末（赤鐵礦的主要成分就是氧化鐵）、木炭碎屑和石英顆粒。殼內側留有一道痕跡，表明殼內曾裝有液體，痕跡的成分包括上述各種礦物與有機物。亨希爾伍德的團隊還發現了被赭石染色的片狀石英巖板。

該團隊做出如下推論：石英巖板上留下的粉末表明巖板曾被用于粉碎礦石，并將其研磨成細小的顆粒。松質骨內黏糊糊的脂肪和骨髓作為黏合劑，將顆粒粘在一起變成糊狀。綜上所述，這些可能都是用來制作顏料的材料和工具。

10萬年前，布隆伯斯洞穴可能是一間顏料作坊——推論成立的話，這將是迄今為止發現的年代最早的顏料作坊。

這并非憑空臆斷。研究人員的確進行了一些猜測，但他們畢竟是專業人士，不會做出無憑無據的猜測。作為礦石，赭石具有強大的著色能力。如果你在野外不小心蹭到了赭石，它就會弄臟你的衣服，將你的手指染色。只要你用赭石在物體表面摩擦，它就會留下痕跡，而這個洞穴是將赭石轉化為著色能力更強的顏料的作坊——這就引出了一個問題：他們為什么要這么做？也許是為了裝飾，即為了藝術。但赭石還有其他的用途。

我們姑且認定是為了藝術。將所有原料研磨，再將它們混合成顏料——即使放在今天，這項技術也非常復雜。然而，這樣復雜的技術居然出現在10萬年前，真是令人震驚！

在解釋其中的原因之前，我必須先講講另一種解釋光和顏色之間關系的觀點。在前文中，我提到了光波，但科學家也會用“光子”（一種亞原子）來描述光。根據宇宙的基本運作系統，光子是最小的能量單位，在太陽系中，它們從太陽系中心的那顆恒星（太陽）中噴涌而出，形成了電磁振蕩的“海嘯”。

在地球上，被陽光照耀的每平方米土地每秒都承受著約12.1垓（1020）個光子的“轟擊”。光子在以光速（光子當然以光速運動）穿過大氣層時，會與空氣中極微小的物質發生相互作用。有時，它們會徑直撞上一粒塵埃或一個水分子；有時，它們只是從這些物質的邊緣掠過，但由于在這樣的微觀尺度下，物體與物體的邊緣未必清晰，所以在光子一閃而過時，物質可能會捕捉住光子，并將它甩向其他方向。這就好比你在滑冰時，由于沒有拉住搭檔的手臂，在轉彎的瞬間被甩了出去。光子具有的能量大小不等，這些能量同樣也決定了光子的顏色。

言歸正傳，我們繼續討論顏料。顏料是有顏色的涂層。一般來說，顏料是色素顆粒與液態黏合劑形成的懸浮液，黏合劑的作用是使色素顆粒彼此保持適當的距離，且使它們更易于附著于物體表面。色素顆粒散射光線的方式取決于色素顆粒的尺度，即粒徑。能吸收每一種光子的色素顆粒（吸收的能量往往會以熱量的形式重新被釋放出來）會形成不透明的黑色涂層，能將所有光子朝各個方向散射的顆粒會形成白色的涂層。當顆粒的尺度接近或大于入射光的波長時，光就會發生大規模散射。這種現象被稱為米氏散射，以物理學家古斯塔夫·米的名字命名，他在20世紀初研究并提出了這一散射規律。正是由于米氏散射，云才會呈現白色，這是因為云是大量直徑較大、被空氣包裹的水滴構成的。也正是由于米氏散射，在湍急的河流表面，水花同樣呈現白色，這是因為，水花是由大量被水包裹的空氣構成的，與云恰恰相反。

然而，在顆粒的尺度小于入射光的波長的情況下，由于顆粒的材質不同，特定波長的光會更容易發生散射。這便是瑞利散射。這一散射規律是以提出者瑞利男爵約翰·威廉·斯特拉特的封號命名的。在19世紀70年代，他在研究電磁學的時候發現并總結了這一散射規律。事實證明，水蒸氣（分散在空氣中的水）會優先散射藍色光。正是由于瑞利散射，天空才會呈現蔚藍色，因為大氣中充滿了直徑極小的水蒸氣。

這里的重點在于，粒徑會對顏色產生顯著的影響，尤其是對不同類型的赭石。對于紅色赭石（含較多的氧化鐵），粉末直徑為0.1微米時，會呈現紅色；而直徑在1～5微米時，則會呈現紫紅色或紫色。對于黃色赭石（含較多的羥基氧化鐵），粉末直徑為1微米時，會呈現羥基氧化鐵常見的黃色；但直徑小于0.2微米時，就會呈現棕色。

高溫也會使顏色發生改變。它會導致黃色赭石變紅（高溫會改變羥基氧化鐵的晶體結構，使其轉化為氧化鐵），也會導致紅色赭石變紫。赭石的變色問題始終困擾著考古學家，因為如果將研磨形成的紅色赭石粉末誤認為是加熱變紅的黃色赭石粉末，考古學家就會錯過早期人類的一項重要技術應用，關于他們從何處獲取原料的推論也會出現問題。

因此，這些中石器時代的人在布隆伯斯洞穴這間赭石顏料作坊里運用了當時最先進的技術：把紅色、黃色和橙色的礦石精確地研磨成特定直徑的粉末，讓粉末可以使光發生散射，從而呈現特定的顏色。換言之，他們在創造一個更多彩的世界。