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12—13世纪的亚洲历史，在世界史上被称为“蒙古时代”。成吉思汗及其子孙率领的蒙古铁骑发动一系列震撼世界的远征，横扫整个亚洲和欧洲东部，建立一个横跨亚、欧的蒙古帝国，对东西交流而言，客观上打通了道路，促进了东西方的联系。
成吉思汗统一蒙古诸部以后，和他的子孙先后发动了三次大规模的西征。第一次西征在公元1219—1224年间，成吉思汗亲自指挥，结果把蒙古的领土扩大到中亚。第二次在公元1235—1242年间，由成吉思汗长子术赤之子拔都统帅各支宗王长子出征钦察、俄罗斯诸地，灭亡了也的里河（伏尔加河）流域的不里阿耳和钦察，攻入俄罗斯并击破其境内各个公国，继而兵分两路侵入东欧，一支兵临摩拉维亚和匈牙利，另一支冲进奥地利，整个欧洲为之震惊。1242年，拔都闻窝阔台死讯而率军东返至伏尔加河下游，西欧才幸免于难。第三次西征发生在公元1252—1260年，蒙哥汗派遣其弟旭烈兀为统帅，目标在征服西亚，结果灭亡了阿拉伯帝国并占领叙利亚，将蒙古帝国的疆域扩展至西亚。
蒙古军队的西征在历史上产生双重影响：一方面是野蛮残酷的征服，对所经地区的社会经济造成极大的破坏；另一方面，蒙古帝国的统治因西征而扩张到黑海南北和波斯湾地区，使中国和中亚、西亚、欧洲连接起来，在这些交通线上亦建立起完善的传驿制度，从而使蒙古时代的中西陆路交通再次达到高峰。蒙古军队西征过程中，为了大军行进的需要而带去大批汉族技术人员劈山开路、修筑桥梁，使道路状况大为改善，李志常《长春真人西游记》记载：“始凿石理道，刊木为四十八桥，桥可并车。”
耶律楚材亦有《过阴山和人韵》诗描述此景，中有“古来天险阻西域，人烟不与中原通……四十八桥横雁行，胜游奇观真非常”
之句。从某种意义上说，蒙古军队的西征过程也就是中西交通路线的建设过程，开辟了一条从漠北和林（今蒙古额尔德尼召以南）北穿南俄，南贯波斯，东经中亚、西亚，西到欧洲的通道，而在蒙古人的“军队过去以后，他们把这条大道开放给商人和传教士，使东方和西方在经济上和精神上进行交流成为可能”
。
驿站传讯系统则是蒙古帝国为保证庞大帝国内部的交通畅通和信息传递快捷而建立，被认为是维持庞大帝国统治的强有力手段。从第一次西征建立钦察汗国（the Kipchak khanate）到忽必烈时期，蒙古帝国建立起连通漠北高原的蒙古本部和察合台汗国（The Chagtai khanate）、钦察汗国的驿道，在中国境内沿太和岭（山西雁门）至别失八里（今新疆吉木萨尔）一线设置了30个新驿站以连通察合台汗国和元朝的政治中心。稍后，伊利汗国境内推行忽必烈时期的中国驿站制度——全汗国各主要道路上每三段（约18公里）置一站，每站备健马15匹。如此，蒙古帝国统治区域都被布着高效快速的驿道网络。元朝政府和各汗国政府还特别在交通大道上设置护路卫士，颁布保护来往商人的法令，以维护路途的安全。
蒙古西征也促进东西方人员和生产技术相互流动。历次西征的军队中除有大量征发来的女真人、契丹人和西夏人之外，还有不少中原汉人，他们随军来到西域后逐渐在当地定居下来。《长春真人西游记》载丘处机沿天山北道西行时，在别失八里看到从事音乐技艺的都是“中州人”，在轮台还遇到一位来自中原的书生
。此后常德奉元宪宗蒙哥派遣出使旭烈兀时，在别失八里和阿里麻里城（今新疆霍城附近）也看到不少汉人居民，有关记载见元代刘郁的《西使记》
。忽必烈灭南宋以后，又将降服的大量汉军、新附军和中原的农民、工匠征发到西北，让他们在别失八里、哈迷里（今新疆哈密）等地屯田并冶炼农具兵器。汉人被迁往西域和中亚的同时，大批西域人、中亚人、波斯人、阿拉伯人等，或由于蒙古军队的征服，或由于入华经商，也迁往中原地区，甚至分布于广西、云南等地。其中一些人以伊斯兰教的宗教信仰和日常生活习俗为纽带，逐渐组合为一新兴民族“回族”，另外一些人则深受中国文化熏陶，或接受儒家教育，或转信佛、道，逐渐与汉民族融合。
东西人员的双向流动自然会带来生产技术的交流。西迁的汉人把当时中原一些先进的生产技术带到西域，如汲水器具、雕版印刷技术，以致《长春真人西游记》载阿里麻里人赞叹：“桃花石诸事皆巧。”中国内地也从西域接受了一些生产技术，尤其是棉花种植技术。棉花通过陆、海两道传入中国，并在宋、元时期开始在中原推广，元代迅速发展，而陆上一途就来自元代西域。元代《农桑辑要》卷二“论苎麻木棉”条载，木棉（即棉花）“西域所产”，入元以来“种于陕右，滋茂繁盛，与本土无异”
。
在三次西征的基础上，蒙古人不但建立了由蒙古草原和中原所组成的大汗领地，即以后的元帝国，也在中亚、南亚和南俄相继建立了伊利、钦察、察合台和窝阔台四大汗国。这些汗国虽然不久就从元帝国中分离，但它们与大汗之国依然保有千丝万缕的联系，并大大推动了中西文化的相互交融与吸收。
钦察汗国由拔都建于第二次西征之后，领地包括第一次西征所征服的花剌子模地区和第二次西征所得的南俄草原，统治中心为伏尔加河上游的萨莱城（Astrakhan，今俄罗斯阿斯特拉罕，）又因其用金色帐殿而称“金帐汗国”。拔都之父术赤时代，由于其属地花剌子模远离蒙古本部，已经表现出同大蒙古国分离的趋势。拔都时期，成吉思汗家族内部各支系在帝位及领土问题上发生严重分歧，钦察汗国与旭烈兀所建之伊利汗国为争夺外高加索地区又屡次发生战争，导致钦察汗国的独立倾向越发明显。拔都死后，其弟别儿哥成为钦察汗，但当时的蒙古大汗蒙哥欲将汗位保留在拔都后人手中，从而导致别儿哥与蒙哥不和。蒙哥死后，忽必烈与幼弟阿里不哥争位，别儿哥支持阿里不哥。而在钦察汗国与伊利汗国发生的领地之争中，忽必烈支持伊利汗国的旭烈兀。这些原因导致钦察汗国在忽必烈时期已同元朝非常疏远，可以说是完全独立了。因为在以马匹为主要交通工具的年代，中央政府要保持对遥远地区的直接控制，十分困难
。
成吉思汗第三子窝阔台继任蒙古大汗
成吉思汗第一次西征结束后，将别失八里以西至阿姆河的地域分给次子察合台，他在这里建立察合台汗国。其三子窝阔台分得钦察汗国与蒙古大汗领地之间的乃蛮故地，即今额尔齐斯河流域与阿尔泰山地区，他在这里建立窝阔台汗国。成吉思汗去世后，窝阔台继任为蒙古大汗，其领地与蒙古大汗领地遂合为一体。忽必烈在蒙哥汗去世后夺取了蒙古汗位，引起家族间的不和，窝阔台系诸王更是不服。忽必烈即位后，窝阔台系诸王联合察合台系诸王，乘元军南征的机会进攻元朝，忽必烈派其子抵御成功，迫使两汗国承认元朝的宗主地位。元朝在这两汗国的归附地区先后设立“行中书省”“行枢密院”“行御史台”及两个元帅府，进行直接管辖，使这两系宗王领地一度成为元朝版图的一部分。元成宗时期，窝阔台、察合台之间维持了几十年的同盟关系破裂，察合台汗国在元朝军队的支持下于1309年吞并窝阔台汗国，使察合台领地东达吐鲁番，西据河中地区而抵临阿姆河，南越兴都库什山。察合台汗国与元朝政府基本上一直保持藩属关系，在其吞并窝阔台汗国的次年（元武宗至大三年，1310）即来朝告祀。1321年，察合台汗国分裂为东西两部，西察合台汗国占有河中地区，1370年被帖木儿（Timur，1336—1405）占领后成为帖木儿帝国。东察合台汗国的领地就是今天的新疆，此后逐渐衰微，不久也被帖木儿征服。而此时元朝早已灭亡。
伊利汗国建于1260年，当时率领蒙古军队进行第三次西征的旭烈兀，已成功占领叙利亚都城大马士革，忽然听到了蒙哥汗去世的消息，随即启程东返。但他没有回到漠北，而是留在波斯观望忽必烈兄弟争夺汗位的形势。为了在与阿里不哥争夺汗位的斗争中得到旭烈兀的支持，忽必烈遣使告诉旭烈兀，允诺由他统治自阿姆河以西直至叙利亚的国土。忽必烈即位后正式委任旭烈兀为所统治地区的君主，旭烈兀对忽必烈称伊利汗（又译作伊儿汗，意为藩属的汗，）建都大不里士（Tabriz，今为伊朗东阿塞拜疆省首府，）伊利汗国从此建立。四大汗国中，旭烈兀与忽必烈都出于成吉思汗四子拖雷一系，血缘关系最近，因此伊利汗国与元朝的关系也最为密切。
首先，伊利汗国与元朝的藩属关系最紧密。伊利汗位的继承往往要经元朝皇帝确认，视元朝为上国。元朝皇帝还向伊利汗颁授印玺，伊利汗也将汉文印玺作为王权的一种象征，加盖在他们写给欧洲君主的国书及其宣敕之上。其次，伊利汗国与元朝间的使节往还非常频繁，双方使臣还经常长期居留彼国以为对方君主服务。灭南宋的元朝统帅伯颜，就是被忽必烈留在元朝的伊利汗国使臣。忽必烈时期的丞相孛罗被遣往伊利汗国后，也得到伊利汗的重用而历事五汗直至去世。元朝皇帝有时还以元朝官号加封伊利汗的重臣，如伊利汗阿鲁浑（Arghun）的亲信不花就被元朝授予丞相的称号。最后，伊利汗国与元朝之间通过联姻加强双方的关系。忽必烈曾将阔阔真公主嫁到伊利汗国，著名的意大利旅行家马可·波罗（Marco Polo）就是随阔阔真公主及伊利汗阿鲁浑的奉迎使一起，由海道抵波斯再返回欧洲的。元仁宗时期，又应伊利汗之请，由陆路嫁宗女至伊利汗，但在中途被察合台汗所截留。
由于伊利汗国与元朝在政治上有密切联系，伊利汗国的文化、制度也受到元朝的重大影响。伊利汗国初期就有大批精通天文历算的中国学者在旭烈兀西征时被带到波斯，此后同阿拉伯、波斯的天文学家一起制定了《伊利汗天文表》，这是一部在世界天文学史上有里程碑意义的天文学著作，该书第一卷详细介绍了中国的天文历法。伊利汗国的领地包括波斯，因此使蒙古时期实行的千户、百户制度及“怯薛”制度传入波斯。1294年，伊利汗海合都曾效法元朝在全国范围内发行纸币，样式完全仿照元朝的至元宝钞，上面也有汉文“钞”字，可惜因准备不足而迅速失败，不过也使波斯成为除中国以外最早使用纸币的国家，并极大地促进印刷术在西亚传播以及继续西传。汉语“钞”字在波斯语中保留至今，意为纸币。合赞汗时期（1295—1304）则仿效中原忽必烈的政策而系统改革了汗国的驿传制度。更为重要的是，伊利汗国成为中国文化传向欧洲与西亚以及西方文化传入中国的中介。而合赞汗改奉什叶派伊斯兰教为国教后，加速蒙古政权与伊斯兰世界的结合，以另一种方式在中西文化交流中发挥重要的媒介作用。
美国学者梅天穆教授《世界历史上的蒙古征服》
，从全球史的角度讨论蒙古（国）、元（朝）时代的东西方大交流，认为1350年蒙古（国）、元（朝）统治的世界，是一个“全球化的世界”。蒙古四大汗国特别是钦察汗国、伊利汗国和察合台汗国的继嗣者们，主动或者被动地推动着东西方制度和文化方面的交融互动，他称之为“成吉思汗大交换”。书中列举了十大交换领域。在贸易方面，成吉思汗消灭了许多试图控制商路的政权，鼓励贸易行为，还设置叫做“哈剌黑赤”的卫士专职保护商队安全、检查商品往来。不仅在穆斯林居住的中亚与西伯利亚之间早年就有毛皮生意往来，有商路从这里穿过，而且随着蒙古贵族的富裕，奢侈品贸易的需求也刺激了游牧部族与穆斯林商人之间频繁贸易的通道不断开拓，甚至吸引了像马可·波罗家族这样的欧洲商人。窝阔台时期建造的驿站，重要功能之一就是服从于通商需求。每个驿站有20多名养马者，提供交通所需的运力。
对于财富与奢侈品的渴求，使得商业活动掺入了政治因素。在蒙古大汗宫廷中，色目商人对于政治的影响力愈益扩大，商人们甚至与蒙古贵族组成合伙人，被称为“斡脱”（蒙古语ortoq，突厥语ortaq，）合作方式的一种是，蒙古贵族提供本银，委托西域商人发放高利贷。蒙古人的征服行动，带动了人员和物资的大流动，也建立许多著名的商业都市，比如伊利汗国首都桃里寺（现在是伊朗东阿塞拜疆省会大不里士）成为丝绸之路上的重要中转站。伊本·白图泰说，大不里士的巴扎（bazaar）是世界上最好的市场之一（伊斯兰语称贸易集市为巴扎。）热那亚、威尼斯和其他欧洲商人活跃于此。又如月即别汗
时期的金帐汗国首都新萨莱（今俄罗斯伏尔加格勒附近，）是来自伏尔加河流域的各种谷物与毛皮等农副产品的集散地，也是来自东方的丝绸、香料和其他奢侈品的交易中心。
蒙古人的西征过程与欧洲人的十字军东征，有着时间和空间上的交叠。这种交叠就使欧洲与西亚的跨文化交流又充满了新的变数。“不仅伊斯兰教和基督教从蒙古人那里得到了新的观念或冲击，蒙古帝国也从黎凡特（按：指地中海东岸地区）获得了军事知识以及其他东西。”
比如，元朝的抛石机还是中国传统的模式，完全靠人力驱动。12世纪末就已经在欧洲和中东使用的配重式抛石机则巧妙地利用了杠杆的机械原理。1273年元军攻克襄阳的战争中，穆斯林技师在元大都制作的这种新式装备，发挥了关键性作用。同样，弯刀这种蒙古人的拿手武器，之所以在整个中东和世界上其他地方广泛普及，成为骑兵的首选武器，主要归功于蒙古人的影响。
在东欧，蒙古人的征服和长期占领，特别是金帐汗国的统治，推动了莫斯科公国的崛起和俄罗斯的统一。在蒙古人控制下的罗斯诸公国，有越来越多的罗斯人被编组进蒙古人的军队中，使得他们熟悉蒙古人的草原战术和军队部署方式，也学会了手持弯刀，战士和马都披挂着薄甲，伊凡三世（Ivan III，1462-1505）统治下的莫斯科公国，仿效蒙古人建立驿站制度。后来莫斯科公国崛起，蒙古因素依然长期发挥影响，比如迁徙到伏尔加河流域的卡尔梅克人（Kal-muck，）本来是土尔扈特蒙古人，又称西蒙古人，勇猛彪悍，是俄罗斯防守南部边疆的重要力量。
柏朗嘉宾的约翰见蒙古大汗
军事方面的最显著变化是火药武器的出现，蒙古人在攻打金朝的时候就使用了火药武器，但是，没有坚实证据证明蒙古人在中国以外的西征战场上使用过火药武器。欧洲是在蒙古入侵之后出现火药的，很可能是像马可·波罗一家这样的商人把制作方法带到了欧洲。罗杰·培根（Roger Bacon，1219—1292）在他的著作中记载了一种火药的制作方法，很有可能是因为他接触到了方济各会士鲁布鲁克（Rubrouc，）后者因为1253—1255年的蒙古旅行闻名于世
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在宗教、思想和文化领域，蒙古（国）、元（朝）的“全球化”也表现得格外引人注目。在帝国之内，基督教、伊斯兰教、佛教和印度教都可以和平共处；各个地区的学问都可以因为有蒙古人的支持而举行国际性论坛。蒙古人对于蔑剌哈（今伊朗东阿塞拜疆省的马腊格）天文台的赞助，促进了伊斯兰和中国元朝天文学的进步。中医、藏医、伊斯兰医学和印度医学，都可以为某位大汗的治疗提供服务。随着新的食物被引进元朝的中国，传统的中药品种获得了爆发式增长。在这个横跨欧亚的大帝国内，学者之间与不同语种之间的资料交流，都成为可能。比如说，最早的世界史著作《史集》的作者是伊利汗国宰相拉施特（？—1317）历时十年编纂完成的，如果不是有众多助手的帮助，搜集蒙古文、汉文、波斯文、突厥文、回鹘文、阿拉伯文甚至藏文资料，这部巨著是不可能完成的。
随着地跨亚欧的蒙古帝国建立，唐末以来在中西陆路交通沿线所形成的众多国家疆界的限制被打破。交通条件的改善和蒙古帝国的声威使中西陆路交通再度辉煌，也为更多中国人通过陆路与中亚、欧洲进行接触提供了条件，其中最具代表性的就是耶律楚材、丘处机和常德。他们不但是中西交通的亲身实践者，还留下了珍贵的文字记载，成为研究这段历史的重要文献材料。
耶律楚材（1190—1244）是辽朝契丹皇族的后裔，成吉思汗灭金时归顺蒙古。公元1218年成吉思汗亲率大军西征时，耶律楚材被召为扈从而有了一段西行经历。耶律楚材归国后将这次西行历程撰写成《西游录》一书，书中记载了他北上和西行的大致行程：大军北上时，从燕京故居永安（香山）启程，出居庸关，经云中（山西大同）、武川（内蒙古境内，）越天山（阴山）和大漠，到达怯绿连河（今克鲁伦河）畔的成吉思汗大帐。大军西征时，从漠北西行，越金山（阿尔泰山）西至也儿的石河（额尔齐斯河，）然后南下至伊犁河流域，从阿里麻里城又向西，经西辽故地碎叶川，一直西行至锡尔河和阿姆河之间的中亚重镇撒马尔罕和布哈拉，再向南越过古代巴克特里亚（大夏）和粟特的分界线铁门关（乌兹别克斯坦南部布兹嘎拉山口，）进入呼罗珊地区，到达班城（Mazār-e Sharīf，阿富汗北马扎里沙里夫）等地。耶律楚材也详略不一地记载了当时天山以北、葱岭以西和楚河、锡尔河、阿姆河一带的物产、风土及社会状况，其中载有一个叫抟城的地方，“城中多漆器，皆长安题识”
。抟城的具体位置目前虽尚未确定，但从耶律楚材行程来看，应该就在今阿富汗境内，可知这里也有中原物产的流传。耶律楚材还是13世纪中国著名的政治家，于窝阔台在位时（1229—1241）主持蒙古国对中原地区的治理，大大促进蒙古游牧贵族封建化并适应中原农业文明。
丘处机（1148—1227，）山东栖霞人，是道教的一支全真教的掌门人。全真教在蒙古（国）、元（朝）时期成为道教中最兴盛的一支，丘处机也因此声望隆重。成吉思汗西征时，听随从的中原人介绍丘处机法术超人，甚至有长生秘术，于是召其赴西域相见。丘处机也抱着劝说成吉思汗不嗜杀人的目的而奉召，前往中亚会见成吉思汗。随行弟子李志常撰《长春真人西游记》，广泛记载了沿途所经的山川道里、水土风气、衣服饮食、禽虫草木、习俗信仰、人物事迹，是研究13世纪蒙古（国）、元（朝）史实、中西交通和中亚史地的重要典籍之一。据此书记载，公元1220年，丘处机率弟子从山东莱州动身，经益都（今山东济南）到达燕京（今北京，）经宣德州（今河北宣化，）越野狐岭，东北行至呼伦贝尔。他在这里获知成吉思汗急于见他的消息，于是沿怯绿连河向西横穿蒙古高原，越阿尔泰山，经天山北路的别失八里、昌八剌（今新疆昌吉）、阿里麻里进入中亚。又越过锡尔河，经撒马尔罕、碣石城（Kesh，乌兹别克斯坦沙赫里·沙勃兹，）再越阿姆河南行，在公元1222年4月于大雪山（今阿富汗兴都库什山）西北坡的八鲁湾与成吉思汗会面。成吉思汗本希望丘处机真有长生秘术，结果大失所望，但对丘处机仍非常尊重，一直留在身边。次年二月，丘处机才获准起程沿原路东返，当年8月回到宣德。第二年，丘处机进驻燕京，最后逝于此地。
常德，字仁卿，生平事迹不详，公元1259年作为元宪帝蒙哥的使者出使伊利汗国（时旭烈兀正在波斯进行第三次西征，）前后历时14个月。元世祖忽必烈中统四年（1263，）刘郁根据常德的回忆撰写《西使记》一书。书中载常德的行程是从和林出发后，越杭爱山，渡札布汗河、布伦托河，向西北至阿里麻里，然后经伊塞克湖，涉楚河、塔拉斯河、锡尔河到达撒马尔罕，渡阿姆河至马兰（即前文的木鹿，）进入波斯境内。此时旭烈兀已攻克阿拔斯王朝首都巴格达，于是常德继续西行至巴格达。本书还记载了麦加（Mecca）、印度，甚至欧洲等地的风情。根据学者的研究，从和林至巴格达一线可认为是常德的亲身经历，而麦加、印度、欧洲等记载则是常德听闻而来。尽管如此，常德的西行比耶律楚材和丘处机都远得多，因此《西使记》是今天研究中西交通及中亚、西亚地理历史的一部重要著作，它对沿途情况的记载较前两部游记都要详细。
元末至正（1341—1368）时期的苏州文人李泽民绘制的《声教广被图》，反映了元朝南方中国人的地理知识。如果说，《山海经》是中国“神话地理学”的鼻祖，那么《史记》有关域外的记述则是行纪地理学的滥觞，而《声教广被图》以及以它为蓝本的《混一疆理历代国都之图》（以下简称《混一图》）
，则是中国地理学走向“绘图地理学”的重大标志
。
早于郑和下西洋，也早于迪亚士、达·伽马的《混一图》所描绘的“西方”，有西洋地区的麻逸（今菲律宾的吕宋岛）、三屿（今菲律宾的巴拉旺岛）等岛屿，以及渤泥（今婆罗乃）、三佛（今苏门答腊岛）、马八儿（今印度的马拉巴尔）等地区，更往西边，还绘出了阿拉伯半岛、非洲大陆，《混一图》中所标注的地名，甚至有“法里昔”（Paris，巴黎）、“阿鲁尼亚”（Allmania，阿语日耳曼的音写，）包括了欧亚非三大洲。
迄今中外许多学者都介绍过这幅《混一疆理历代国都之图》，根据该图下方的跋文，可知这是李氏朝鲜两个官员在看到元代李泽民的《声教广被图》和僧人清浚的《混一疆理图》（也有观点认为，《混一图》所参考的不一定是清浚的地图，或者清浚《混一疆理图》有更详尽的版本）之后，下令官员“更加详校，合为一图”而制作的“新图”。换言之，《混一图》的底本，即《声教广被图》和《混一疆理图》，它反映的世界地理知识也是宋元时代中国人的知识
。
这些地理知识之所以传到中国，和来到汉族地区的阿拉伯人有关。《混一图》有多种写本，都同样绘有非洲、阿拉伯半岛。其中的许多地名都反映出有来自阿拉伯的世界地理知识
。