重大发现 -- X射线荧光光谱技术（XRF）揭示了巨石阵的起源

作者 Michelle Wright - 2020年 9月 11日

阳光炙烤着大地。手掌中粗糙的绳索勒得更紧。30吨粗凿的巨石摆在你的面前，你必须拖着它走过崎岖不平的山地，而你没有任何重型机械。你甚至没有轮子可用，你只能将巨石放在一个木制滑板上，每拉动一下，滑板就会陷到土里。

这可是费力的苦差事，劳动者不禁要问：我还要走多远?

大约4500年前，居住在今天英格兰地区的早期居民从采石场将30吨重的巨石拖拽到索尔兹伯里平原，然后将石头竖立起来，建造了现今被称为“巨石阵”的闻名遐迩的伟大建筑。

几个世纪以来，探险家和考古学家都在猜测这些石头来自何方。关于巨石阵的来源，唯一使大多数人达成共识的观点是巨石不是来自索尔兹伯里平原。达成这项共识花费了几百年的时间，不过得益于创新的研究和先进的技术，现在这些巨石的起源之谜正在被解开。

巨石阵的建筑结构分析：从蓝砂岩到撒森岩

虽然诸多研究表明，靠近巨石阵中心的稍小一些的岩石，即所谓的蓝砂岩，来源于200多公里以外的彭布罗克郡（Pembrokeshire）的普雷塞利山（Preseli Hills），但是巨石阵中被称为撒森岩的较大石碑的来源依然是个谜。

不过，由英国四所大学（布莱顿大学、伯恩茅斯大学、雷丁大学和伦敦大学学院）以及关心巨石阵的组织“英国遗产”最新发布的研究成果揭示了巨石阵的撒森岩的可能产地。研究小组采用了一种借助X射线荧光（XRF）技术的新颖的地球化学方法确定了这些撒森岩巨石的产地。

结果显示，这些巨大的撒森岩来自附近地区：巨石阵以北25公里的威尔特郡（Wiltshire）的西林（West Woods）地区。

请继续阅读，了解科学家们如何获得这一重大发现。

巨石阵中最大的一些石碑被称为撒森岩。这些巨石构成了巨石阵的外环。靠近巨石阵中心的稍微小一些的石块被称为蓝砂岩。图片来源：Andre Pattenden（英国遗产）。

采用XRF技术追踪撒森岩巨石的来源

首先，研究人员使用我们的奥林巴斯DELTA手持式XRF分析仪对巨石阵遗址的52个撒森岩巨石进行分析。

对于那些不太熟悉XRF技术的读者，我们稍微做些解释：XRF分析仪使用一种被称为X射线荧光的无损技术，可以在不损坏材料的情况下确定材料的元素成分。它的工作原理是这样的：在进行检测时，分析仪发射的X射线撞击到被测样品，使样品中的元素产生荧光，而后再返回到分析仪的X射线探测器中。然后，分析仪测量能谱，并在屏幕上显示化学成分结果。这一切都发生在几秒钟之内。

XRF分析仪是一种可以迅速进行检测的手持式仪器，可使考古学家对大型笨重的样品（如：撒森岩）进行分析，而无需将样品搬移到实验室中。因此，研究人员可以在现场立即获得相当于实验室水平的精准分析结果。

目前发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上的XRF结果表明，其中50个撒森岩巨石具有相似的地球化学特性。这意味着它们来自于一个共同的源头。

但是这个源头在哪里呢?

虽然研究巨石阵的学者们长期以来一直怀疑这些撒森岩来自附近的马尔伯勒唐斯（Marlborough Downs），这是英国境内撒森岩最集中的地区，但是科学家们需要一种方法来证实这种猜测，并确定更确切的位置。毕竟，马尔伯勒唐斯覆盖的范围很广，而其他一些存在撒森岩的地区，如：肯特郡（Kent）、多塞特郡（Dorset）和牛津郡（Oxfordshire），也都有可能是巨石的发源地。

一件意想不到的事情发生了：巨石阵丢失的一部分被送回了英国，答案随之揭晓。

旧文物回归，新研究开始

那么，当初巨石阵的这部分是怎么失踪的呢? 谜团始于上世纪50年代。

1958年，在巨石阵完成了钻孔工作，以重新竖起一个倒塌的巨石牌坊，即在两个直立的撒森岩石碑上覆盖一条撒森岩楣石而建成的结构。在这个过程中，工人们从一个撒森岩巨石（第58号巨石）中钻取了三个一米长的圆柱形岩芯，以将金属棒放入钻孔稳固巨石。虽然科学家们知道分析这些岩芯有可能揭开巨石来源之谜，但问题是所有3个岩芯都不见了。

60年来，这些岩芯的下落一直是个谜。

在2018年，一切都改变了。英国人Robert Phillips（罗伯特·菲利普斯）是参与钻孔工作的修复人员之一，他在自己90岁生日前将其中一个岩芯归还给英国，使研究人员能够对这枚看似完整但却破碎的岩芯样本进行检测。当时这枚岩芯作为其参与修复工作的纪念品给了他，他先是将岩芯保存在其英国的办公室，后来又将其保存在佛罗里达州的家里。

一年后，第二枚岩芯的一部分现身于索尔兹伯里博物馆中。今天，第二枚岩芯的其他部分和第三枚岩芯仍然没有找到。

1958年，在巨石阵进行的钻孔工作，从第58号巨石中钻取了撒森岩的岩芯。第58号巨石是巨石阵中心的马蹄形巨石牌坊的一部分。图片中左侧为Robert Phillips，他于2018年将其中一个岩芯送还给英国。图片来源：Robin Phillips。

放在巨石阵的一个撒森岩巨石上的于1958年从第58号巨石中提取的撒森岩芯。图片来源：Juliet Brain（英国遗产）。

用地球化学指纹解开巨石阵之谜

随着“菲利普斯岩芯”的回归，研究人员可以重新开始工作了。这次的研究目标是确定撒森岩巨石岩芯的独特地球化学特征，也可称为地球化学指纹，然后再将其与遍布英国南部的撒森岩的地球化学指纹相匹配。

由于撒森岩主要由二氧化硅制成，因此其地球化学指纹将由其余元素（微量元素）组成。这些微量元素因撒森岩所在地理位置的不同而各异，因此如果在某处的撒森岩中发现了与“菲利普斯岩芯”相匹配的微量元素，就可以确定巨石阵的撒森岩的确切产地。

在得到英国遗产组织的许可后，布莱顿大学的科学家们首先从菲利普斯岩芯的中间部分切割出三个小样本。接下来，科学家们采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）和ICP-原子发射光谱法（ICP-AES）两种技术对这些样本进行检测，以确定其所含的微量元素，并构建了第58号巨石的地球化学指纹。

然后他们将这个指纹与从英格兰南部20个地区采集到的撒森岩样本的等效ICP-MS和ICP-AES数据进行比较，发现它与在马尔伯勒唐斯（Marlborough Downs）东南部的西林（West Woods）地区的撒森岩相吻合。

David Nash（布莱顿大学）正在分析从巨石阵第58号巨石中钻取的撒森岩芯。图片来源：Sam Frost（英国遗产）。

Jake Ciborowski（布莱顿大学）正在使用手持式DELTA XRF分析仪对从巨石阵第58号巨石中提取的撒森岩芯进行分析。图片来源：Sam Frost（英国遗产）。

谜团未解

这一发现使人们对这片历史遗迹有了更多的了解，但同时也引出了新的问题：

早期居民为什么选择西林（West Woods）作为获取巨石阵撒森岩巨石的主要地区？
这些撒森岩是从西林的哪个地点获取的?
为什么52个撒森岩巨石中的两个来自不同的地方，它们又来自何方？

要回答这些问题，考古学家需要采用XRF等先进技术继续进行研究。

要了解更多关于奥林巴斯XRF分析仪在这一突破性的发现以及其他发现中所起的作用，请阅读关于研究项目的更多信息，还希望您深入了解我们奥林巴斯的新款手持式X射线荧光光谱仪：Vanta分析仪的应用信息。