第八届青年地学论坛

木炭是地质和考古沉积中最常见的生物化石之一，蕴含的种属和环境信息使其成为开展古环境、古生态和古人类等多领域研究的理想载体。然而受限于木材炭化和埋藏过程的影响和污染，木炭所能开展的古环境指标十分局限。针对炭化和埋藏过程，传统研究中常使用梯度加热实验表征炭化过程进而反演古火温度，但燃烧产生木炭的过程更加复杂，控温炭化是否可以表征燃烧木炭的形成条件值得商榷，并且需要考虑后期埋藏作用的影响。基于此，本研究以栎属和松属木材作为炭化材料，测试了150-650℃梯度加热下炭化木材的红外光谱和¹³C固体核磁谱图特征，以此表征炭化过程中化学组分的变化。并且，同种属室外燃烧产生的木炭和考古遗址埋藏的木炭用于对比研究，从化学组分角度说明控温炭化、燃烧炭化和后期埋藏下的木炭的差异。通过对光谱数据定性和建模定量分析得出以下结论：（1）木材炭化过程体现在糖苷键的消失和芳构化的增加，并以300-350℃为炭化阈值木材的纤维素特征快速消失，转为芳香基团为基础结构的木炭。（2）木材炭化进程受到温度、时间、氧气、原材料等多种因素的影响，聚类模型可以规避复杂条件的讨论。控温梯度下炭化进程可分为：未完全炭化、临近炭化、低炭化、中炭化、高炭化5个等级。（3）燃烧产生的木炭大部分对应于控温炭化进程的中炭化等级，少部分对应高炭化等级。栎属木炭等效于400-500℃，松属木炭等效于550-600℃控温加热的炭化程度。这并非木材的“燃烧温度”，而是“等效温度”。（4）埋藏作用对遗址埋藏木炭的影响主要是氧化导致的COO^-基团的上升，这会影响埋藏木炭等级分类的置信度。

炭化过程；控温炭化；燃烧炭化；埋藏影响；木炭化学组分；聚类模型