DOI: https://doi.org/10.1038/s40494-026-02312-1
تاريخ النشر: 2026-01-16
المؤلف: Xiaofang Weng وآخرون
الموضوع الرئيسي: علم الآثار والدراسات البيئية القديمة
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة المواد الجيولوجية من قبر هونغتوشان في أسرة هان الغربية في شاندونغ باستخدام نهج تحليلي شامل يتضمن التصوير البصري، مطيافية رامان، الفلورية بالأشعة السينية المحمولة (XRF)، حيود الأشعة السينية (XRD)، وتحليل المجهر الإلكتروني. حدد التحليل عدة مواد جيولوجية، بما في ذلك الزنجفر، والريالجر، والتلك، والكاولين، ونظيره الهيدروحراري، والكوارتز، والكالسيت، وقشرة المحار شبه المتحجرة. ومن الجدير بالذكر أن الزنجفر أظهر استبدال السيلينيوم ووجد في ارتباط مع الباريت، مما يدل على أصله من حزام المعادن الزئبقية في شمال شرق قويتشو، بينما من المحتمل أن تكون المواد الأخرى مثل التلك، والكاولين، والكوارتز لها مصادر إقليمية.
تسلط الأبحاث الضوء على وجود علاقة كبيرة بين المواد الجيولوجية المحددة والمواد المشار إليها في النصوص الطبية والكيميائية الصينية القديمة، مثل دānshā، وHuáshí، وBái Shíyīng. وهذا يشير إلى أن اختيار المواد الجيولوجية خلال فترة هان كان متعمدًا ومستنيرًا بالمعرفة التجريبية، مما يعكس تفاعلًا معقدًا بين الطب، وعلوم المواد، والرمزية الثقافية. على الرغم من الوثائق النصية الغنية لأكثر من أربعين مادة معدنية متميزة في النصوص الطبية الهانية، إلا أن الأدلة الأثرية بشأن تطبيقاتها الطبية أو الكيميائية المحددة لا تزال نادرة. تهدف الدراسة إلى سد هذه الفجوة من خلال استخدام أساليب علمية حديثة لتوضيح التركيب، والأصل، والأدوار التاريخية لهذه المواد الجيولوجية، مما يعزز فهمنا لتصنيفها في المصادر الصينية القديمة.
الطرق
في هذه الدراسة، تم استخدام تقنيات التصوير البصري وقياس الجسيمات لتحليل شكل المواد الجيولوجية. بالنسبة للعينات الكبيرة الكتلية، تم التقاط صور ماكروسكوبية باستخدام كاميرا سوني α7R IV الرقمية المزودة بعدسة ماكرو 90 مم f/2.8 ونظام فلاش دائري لضمان إضاءة متسقة. بالنسبة للعينات الدقيقة، مثل L1، تم إجراء التصوير المجهري باستخدام مجهر رقمي Keyence VHX-7000، مما سمح بملاحظة عالية الدقة على مستوى الجسيمات. تم إجراء قياسات حجم الجسيمات لـ L1 على حوالي 30 حبة في كل جلسة عبر ثلاث تجارب متكررة، وهي طريقة مصممة لتقليل تحيز المراقب وتعزيز الموثوقية الإحصائية لبيانات الحبيبات.
تم إجراء معالجة الصور باستخدام بايثون 3.10، مع تضمين مكتبات مثل OpenCV وNumPy وMatplotlib. تم تقسيم حدود الحبوب وتناسبها مع البيضاويات لتحديد المحاور الكبرى والصغرى، مما يسهل تحليل شكل الحبوب. بالإضافة إلى ذلك، تم إنشاء مخططات تشتت وكونتور الكثافة من خلال تقدير كثافة النواة (KDE) مع 20 مستوى، مما يتيح تصور الاتجاهات في تجمع الحبوب واستطالتها. قدم هذا النهج الشامل رؤى حاسمة حول الخصائص الهيكلية للمواد الجيولوجية المدروسة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. عادةً ما يتضمن بيانات كمية، وتحليلات إحصائية، وتمثيلات بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول التي توضح النتائج. غالبًا ما تتم مقارنة النتائج مع الفرضيات الأولية أو الدراسات السابقة لتسليط الضوء على الاتجاهات أو التباينات المهمة.
في هذا القسم، قد يبلغ المؤلفون عن مقاييس محددة، مثل المتوسطات، والانحرافات المعيارية، أو قيم p، لدعم ادعاءاتهم. بالإضافة إلى ذلك، يتم مناقشة أي علاقات أو علاقات سببية تم ملاحظتها، مما يوفر رؤى حول تداعيات النتائج. بشكل عام، يخدم هذا القسم لنقل الأدلة التجريبية التي تدعم أهداف البحث والاستنتاجات المستخلصة في الدراسة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم استخدام تقنيات تحليلية متنوعة لتوصيف الأطوار المعدنية في المواد الأثرية، مع التركيز بشكل خاص على الزنجفر (HgS) والمعادن الأخرى ذات الصلة بالممارسات الصينية القديمة. تم استخدام مطيافية رامان والفلورية بالأشعة السينية (XRF) للتحليل غير المدمر للعينات المجمعة من متحف جويي ومتحف القصر في بكين. قدم مطياف رامان رؤى حول أوضاع الاهتزاز للمعادن، مؤكدًا وجود الزنجفر والباريت، بينما كشفت تحليلات XRF عن التركيب العنصري، مما يبرز الزئبق كعنصر مهيمن في عينات الزنجفر. كما أوضح حيود الأشعة السينية (XRD) الهياكل البلورية للعينات المختارة، مؤكدًا الهويات المعدنية للكاولين، والكوارتز، والتلك من بين آخرين.
تؤكد النتائج على الأهمية التاريخية للزنجفر كصبغة ومواد طبية في الصين القديمة، حيث يعود استخدامه إلى ثقافة هيمودو. كما تشير الدراسة إلى التآكل الميكانيكي والنقل الرسوبي لحبوب الزنجفر، مما يدل على تشكيلها الثانوي. تم تسليط الضوء أيضًا على الريالجر (As₄S₄) والكوارتز لدورهما في السياقات الطبية والطقوسية. تعكس تحليل عينات التلك وكربونات الكالسيوم، بما في ذلك تلك المستمدة من الأصداف المتحجرة، تطبيقاتها الطبية التاريخية كما هو موثق في النصوص القديمة. بشكل عام، توضح الأبحاث استمرارية استخدام المعادن من العصور القديمة إلى العصر الحديث، مما يبرز الأهمية الثقافية والعملية لهذه المواد في الطب التقليدي الصيني والممارسات الكيميائية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s40494-026-02312-1
Publication Date: 2026-01-16
Author(s): Xiaofang Weng et al.
Primary Topic: Archaeology and ancient environmental studies
Overview
This study investigates geomaterials from the Western Han Hongtushan tomb in Shandong using a comprehensive analytical approach that includes optical imaging, Raman spectroscopy, handheld X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffraction (XRD), and electron probe microanalysis (EPMA). The analysis identified several geomaterials, including cinnabar, realgar, talc, kaolinite and its hydrothermal variant, quartz, calcite, and semi-fossilized oyster shell. Notably, the cinnabar exhibited selenium substitution and was found in association with barite, indicating its origin from the northeastern Guizhou mercury metallogenic belt, while other materials like talc, kaolinite, and quartz likely have regional sources.
The research highlights a significant correlation between the identified geomaterials and substances referenced in early Chinese medical and alchemical texts, such as Dānshā, Huáshí, and Bái Shíyīng. This suggests that the selection of geomaterials during the Han period was deliberate and informed by empirical knowledge, reflecting a sophisticated interplay between medicine, material science, and cultural symbolism. Despite the rich textual documentation of over forty distinct mineral substances in Han medical texts, archaeological evidence regarding their specific medicinal or alchemical applications remains scarce. The study aims to bridge this gap by employing modern scientific methods to elucidate the composition, origin, and historical roles of these geomaterials, thereby enhancing our understanding of their categorization in early Chinese sources.
Methods
In this study, optical imaging and particle measurement techniques were employed to analyze the morphology of geomaterials. For larger blocky specimens, macroscopic images were captured using a Sony α7R IV digital camera equipped with a 90 mm f/2.8 macro lens and a ring flash system to ensure consistent illumination. For fine-grained samples, such as L1, microscopic imaging was performed with a Keyence VHX-7000 digital microscope, which allowed for high-resolution observation at the particle scale. Particle size measurements for L1 were conducted on approximately 30 grains per session across three repeated trials, a method designed to reduce observer bias and enhance the statistical reliability of granulometric data.
Image processing was carried out using Python 3.10, incorporating libraries such as OpenCV, NumPy, and Matplotlib. Grain boundaries were segmented and fitted with ellipses to determine the major and minor axes, facilitating the analysis of grain morphology. Additionally, scatter plots and density contours were generated through kernel density estimation (KDE) with 20 levels, effectively visualizing trends in grain clustering and elongation. This comprehensive approach provided critical insights into the structural characteristics of the geomaterials studied.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments or analyses. It typically includes quantitative data, statistical analyses, and visual representations such as graphs or tables that illustrate the outcomes. The results are often compared against the initial hypotheses or previous studies to highlight significant trends or discrepancies.
In this section, the authors may report specific metrics, such as means, standard deviations, or p-values, to substantiate their claims. Additionally, any observed correlations or causal relationships are discussed, providing insights into the implications of the findings. Overall, this section serves to convey the empirical evidence that supports the research objectives and conclusions drawn in the study.
Discussion
In this study, various analytical techniques were employed to characterize mineral phases in archaeological materials, particularly focusing on cinnabar (HgS) and other minerals relevant to ancient Chinese practices. Raman spectroscopy and X-ray fluorescence (XRF) were utilized for non-destructive analysis of samples collected from the Juye museum and the Palace Museum in Beijing. The Raman spectrometer provided insights into the vibrational modes of minerals, confirming the presence of cinnabar and barite, while XRF analysis revealed elemental compositions, highlighting mercury as a dominant element in cinnabar samples. X-ray diffraction (XRD) further elucidated the crystalline structures of selected specimens, confirming the mineralogical identities of kaolinite, quartz, and talc among others.
The findings underscore the historical significance of cinnabar as a pigment and medicinal material in ancient China, with its use dating back to the Hemudu culture. The study also notes the mechanical abrasion and sedimentary transport of cinnabar grains, indicating their secondary formation. Realgar (As₄S₄) and quartz were similarly highlighted for their roles in medicinal and ritual contexts. The analysis of talc and calcium carbonate specimens, including those from fossilized shells, reflects their historical medicinal applications as documented in ancient texts. Overall, the research illustrates the continuity of mineral use from antiquity to modern times, emphasizing the cultural and practical relevance of these materials in traditional Chinese medicine and alchemical practices.