增加铜的流动性
铜器里为何会有铅呢？古人制铜，并不只用铜，会加锡或铅。铜的熔点很高，达到1083度，在这样的高温下，把铜水倒出来时，它的流动性很差。“好像过年打糍粑一样，总是粘锅，最后倒到模子里以后，不能填充到每个地方，最后得到的铜可能就是这儿一个孔，那儿一个洞的。”而加了锡和铅以后，就降低了铜的熔点，改善了流动性，使得铜器光滑美观。
铅和锡的另一个作用就是增加铜的韧性。纯铜有很好的延伸性但硬度不够，而青铜剑如此薄却是杀人利器，是因为里面添加了锡。
锡易变，不能保持矿山时期的同位素特征。因此，金正耀认为铅同位素就成为了判断文物来源的重要工具。“任何含铅的器物，都可以用这种方法来测定。”通过铅同位素的考证，可以得知中国最早的玻璃是从两河流域进来的。此外，陶瓷器中的铀也含铅，可以同理考证。在青铜器真伪的考证上，铅同位素的考证也同样有用。
化学上，铅被称为“示踪”金属，可以像跟踪器一样跟踪器物，其他此类的金属还比如钡，现代医学常用“钡餐”跟踪胃部疾病。
可是，铅同位素有个致命的弱点：一旦不同产地的东西混在一起，铅同位素测量方法就失效了。“铅同位素的比值越高，就表示来源越单一化，相当于来自同一个生产厂家，而比值下降就表示进入沉积物的铅的来源发生量变化，或者一些低比值的矿床，尤其是一些超大型的矿床，生产出来的铅同位素比值影响了整个世界。”张干说。
而工业革命后的历史，基本上铅同位素的方法就失效了，因为全球工业化和贸易全球化导致了铅的来源全混在一起了。不过，张干认为，于此同时，也可以凭借铅同位素比值的下降判断工业革命的开始，比如，他们这次研究中，就看出了中国的工业革命要晚于西方。“铅同位素比值下降，这是典型的工业革命的标志”。
位置重要，时段也重要
因为铅同位素的方法只有在来源单一的情况下才能比较，因此，合适的位置几乎就成了决定研究成败的关键因素。
金正耀认为，尽管铅同位素可以用来判断工业革命的起点，但其更多的作用还在于判定以前的工作。“三代以后的时期有更多的历史文献记载，就不必费力做这些东西了”。他举例说，目前发现已知的商代矿山只有两处，但商代历时四五百年，肯定不会只开采两处矿山。如果能够用铅同位素发现更多的古矿山，那意义就很大了。
此外，铅同位素还可以判断文化交流的程度，比如《三国志》记载，魏明帝曾向倭女王赠“铜镜百枚”。日本现在也出土了很多汉代的青铜器，有些是中国原料制造的，有些是仿品。铅同位素的方法可以成为鉴别工具。
青铜器最早产生于两河流域。而东亚的青铜器技术是否由外地传入还是本土产生一直存在争议。我国发现最早的铜器是仰韶文化铜器，产于公元前三四千年左右，晚于西亚一千多年。“不排除两河流域的技术进入中国。”金正耀说。
不过在国内，铅同位素比值的效用到底有多大还是存在争议。“这可以判定一些问题，但在很多情况下需要做大量的数据。光凭几件东西很难说。”科技史学家华觉明说。
李学勤也认为，铅同位素的比值在冶炼时，或从矿石变成金属再变成器皿的过程中发生了变化，那这个方法也很难再测了。不过他同时认为，像梁子湖研究是从环境而非青铜直接做，性质可能不同，但其中的铅同位素比值到底有没有发生变化，还需要进一步研究。
“凭一两个青铜的铅同位素比值来判定，算是一种说法还是可以的，但要下结论的话，还得从很多方面来做研究。”华觉明说，“也许我们永远也得不出结论。”
- 延伸
为中国冶金史断代
该研究将中国冶金史分为了五个阶段：史前阶段、早期青铜时代、晚期青铜时代、后青铜时代和近现代。
1、史前阶段
在公元前3000年之前，每种金属沉积含量都很低，基本属于自然形成。
2、早期青铜时代
公元前3000年到公元前328年，金属沉积含量开始增加，说明了采矿业的增加和金属的使用。
3、晚期青铜时代
到了公元前467年到公元224年的晚期青铜时代，各类金属沉积物都开始剧增，这个时期正好是战国时期与汉代初期。
4、后青铜时代
到了西汉末年，也就是公元220年开始，制陶业开始发展，铁器也开始慢慢推广起来。
5、近现代
进入近现代(1900年后)以后，各类金属沉积物的含量出现了历史上的第二次高峰，这同时也意味着工业革命在中国的展开。从沉积物可见，从元末明初开始，铜、铅、锌的含量开始增加，而明初正好是农民起义遍地，战乱频繁的时代。此后贯穿整个明代，铜和铅含量有所减少，直到19世纪开始才继续增加，不过在清末1830年至1880年的五十年旱灾期间又有所减少。
到20世纪初，各类金属沉积含量都开始明显增加。
新知专题采写/本报记者 金煜
本专题感谢：
张干(中科院广州地球化学研究所研究员)
金正耀(中国科学技术大学科技史与科技考古系教授)
李学勤(清华大学教授)
华觉明(原中国科学院自然科学史研究所副所长)
祁士华(中国地质大学教授)
