新疆小河墓葬出土毛纖維老化狀況的研究

李 菁，吳子嬰，周 旸，張陽陽

(1. 浙江理工大學，浙江杭州 310018； 2. 中國絲綢博物館，浙江杭州 310002)

新疆小河墓葬出土毛纖維老化狀況的研究

李 菁1，吳子嬰1，周 旸2，張陽陽1

(1. 浙江理工大學，浙江杭州 310018； 2. 中國絲綢博物館，浙江杭州 310002)

利用光學顯微鏡、掃描電鏡對新疆小河墓葬出土的毛紡織品進行形貌觀察，并采用紅外顯微鏡對樣品進行測試，對出土自不同地層墓葬的樣品歸類分析討論。本研究的目的是補充文物數(shù)據(jù)庫；初步討論了小河墓葬出土毛制品的保存狀況；以小河墓地為例，討論了墓葬位置對毛纖維老化狀況的影響。結(jié)果顯示：新疆小河墓葬出土毛織品的埋葬位置對毛織品的劣化狀況有較大影響。劣化形式表現(xiàn)為：纖維橫向、縱向的裂痕；紅外光譜中酰胺Ⅱ帶與酰胺Ⅰ帶吸收峰峰高比值的變化；纖維上附著的結(jié)晶物推測為雨水或地下水帶入的結(jié)晶鹽。

新疆小河墓地；出土毛織品；形貌分析；紅外光譜分析

0 引 言

小河墓地位于新疆羅布泊地區(qū)孔雀河下游河谷以南約60公里的荒漠之中，距今4000～3500年，綿延近500年，由瑞典考古學家貝格曼于1934年首次發(fā)掘。2002年底至2005年三月，新疆文物考古研究所在小河墓地的發(fā)掘中，共發(fā)掘墓葬167座，出土文物數(shù)以千計。棺內(nèi)外遺物中，多有紡織品發(fā)現(xiàn)，如氈帽、腰衣、斗篷、皮囊、毛繩等。其中很大一部分都為毛織品[1]。

國內(nèi)關(guān)于毛織物文物的研究，大都是從織物組織結(jié)構(gòu)、紋飾的角度，分析了樣品的文化特征、宗教特征。針對于出土紡織品原料——毛纖維本身的研究比較少。本研究從纖維角度對小河墓葬出土毛織品進行分析，并結(jié)合樣品埋葬位置對其劣化狀況進行分類，總結(jié)其形貌特征規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 測試樣品

發(fā)掘報告表明[2]，小河墓地是由不斷構(gòu)筑的多層墓葬和自然積沙疊壘而成。墓地中間的木柵墻將墓地分為“南區(qū)”和“北區(qū)”兩部分，北區(qū)處于迎風面，因常年受羅布泊地區(qū)強烈的東北風侵蝕，絕大部分墓葬被破壞；南區(qū)處于背風面，墓葬保存較好，從上至下分為五層，其中1～3層墓葬文化特征相同，4、5層和北區(qū)墓地文化特征相同。

所有樣品均為出土自小河墓地的毛織品，共128個。南區(qū)第一層、第三層、第四層各選取2個樣品，第五層及北區(qū)選取2個樣品為例進行測試，所有樣品依次編號。

1.2 測試儀器

萬能顯微鏡，VANOX AHB-K1，Olympus 公司；

實體顯微鏡，M165C，LEICA 公司；

掃描電子顯微鏡，TM3000型，日立公司；

傅里葉紅外光譜儀，Nicolet 5700型，美國Nicolet公司。

1.3 測試方法

1.3.1 織物或紗線表面形貌分析 應用實體顯微鏡對樣品在80～100x下進行圖像采集，觀察樣品的宏觀形貌。

1.3.2 纖維橫截面形貌觀察 由于樣品量較少，使用哈氏切片器、采用包埋法進行切片的制作，在萬能顯微鏡下進行500x圖像采集，觀察毛纖維截面的形狀以及老化碎裂情況。

1.3.3 纖維縱向形貌觀察 用掃描電鏡對毛纖維進行縱向觀察，采集2000x圖像。

1.3.4 紅外光譜分析 紡織品文物的量極少且非常珍貴，故采用紅外顯微鏡,有效地選擇測試樣品中的某一微區(qū)，獲得紅外光譜[3、4]。毛纖維的特征吸收峰見表1。

表1 毛類纖維紅外光譜中的特征吸收峰

2 結(jié)果與討論

2.1 形貌分析

南區(qū)第一層樣品(圖1-A1)，在實體顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)該層樣品的顏色較鮮亮，纖維根根分明，未見明顯的雜質(zhì)；如圖2(a)所示，纖維橫截面多為明顯的圓形或橢圓形，無髓腔，個別纖維出現(xiàn)裂痕；纖維縱向鱗片清晰可見，部分纖維表面出現(xiàn)顆粒狀雜質(zhì)。

南區(qū)第三層樣品(圖1-B1),在實體顯微下可以觀察到樣品表面粘附有小顆粒狀物質(zhì)，部分樣品的纖維間出現(xiàn)粘連、斷裂；如圖2(b)所示，纖維橫截面大都較完整，部分纖維邊緣出現(xiàn)裂痕，個別纖維的橫截面碎裂成半圓形；在電鏡圖中可以觀察到纖維縱向的顆粒狀物質(zhì)增多，推測為污染物結(jié)晶，纖維鱗片被覆蓋或者出現(xiàn)明顯損傷，個別纖維縱向出現(xiàn)裂痕。

南區(qū)第四層樣品(圖1-C1)，在實體顯微鏡下觀察到樣品顏色發(fā)灰發(fā)暗，樣品表面粘附物增多，部分毛纖維發(fā)生斷裂；如圖2(c)所示，纖維橫截面中完整圓形或橢圓形纖維比例大大減少，部分纖維完全碎裂，已看不出原來的形態(tài)；個別樣品纖維的縱向仍可觀察到鱗片，部分纖維縱向出現(xiàn)多道裂隙，并出現(xiàn)劈裂、斷裂的情況。

南區(qū)第五層和北區(qū)樣品(圖1-D1)，在體視顯微鏡低倍鏡頭下即可觀察到樣品表面粘附有大量的污染物，纖維間出現(xiàn)粘連、板結(jié)， 部分樣品纖維可觀察到明顯的斷裂； 如圖2(d)所示,纖維橫截面完全碎裂，多碎裂成小塊，且夾雜有大量的污染物；纖維縱向觀察不到鱗片，可觀測到纖維縱向的裂隙加深、數(shù)量增多，纖維完全劈裂，部分纖維橫向出現(xiàn)斷裂。

圖1 部分樣品照片

圖2 部分樣品形貌測試結(jié)果匯總

2.2 樣品表面結(jié)晶物能譜分析

除第一層樣品外，從其他三層的中各挑選一個樣品在電鏡(5000x)下對纖維表面的結(jié)晶物進行能譜分析。

由圖3可以看出，各層樣品表面的結(jié)晶物成分類似，且非羊毛本身析出，主要元素為C、O、Na、Cl、Ca。結(jié)合形貌分析， 可以得出： 頂層墓葬樣品表面的結(jié)晶物較少，越底層的墓葬，纖維表面附著的結(jié)晶物越多。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，推測是因為墓葬為逐層依次埋葬，第一層墓葬與第五層墓葬的時間跨度為500年，結(jié)晶物在纖維表面逐漸積累。推測結(jié)晶物的來源主要是地下水和雨水，二者都會將土壤中的鹽逐漸帶入地下聚集在樣品上，雨水從地表緩慢滲入地下，靠近地下水的土壤比較濕潤。

圖3 部分樣品表面結(jié)晶物的SEM-EDS分析結(jié)果

2.3 紅外光譜分析

由圖4可以看出， 小河墓地樣品與現(xiàn)代細羊毛的紅外圖譜存在一定的差異[5]。老化情況越嚴重的樣品， 其紅外圖譜的信號越弱， 這可能是因為樣品表面覆蓋的雜質(zhì)和結(jié)晶物影響了測試結(jié)果。

現(xiàn)代細羊毛

圖4 小河墓地部分樣品紅外圖譜

2.4 討論

小河墓地從靠近地表的第一層至第五層，出土的毛紡織品劣化情況逐漸加劇。推測原因有三：一是因為小河墓地綿延約500年，越靠底層的樣品年代越久；二是因為新疆氣候干燥，越遠離地表，埋葬環(huán)境越濕潤，在濕潤環(huán)境下毛纖維老化速度加快；三是因為雨水和地下水將土壤中的元素帶入地下，使得越靠近底層的樣品表面積累的結(jié)晶鹽越多，結(jié)晶鹽加速毛織品老化。

3 結(jié) 論

樣品纖維的老化情況可分為完好如初，出現(xiàn)裂痕，開始碎裂，完全解體四個階段：

1) 從微觀形貌(橫向)來看，隨著老化程度的逐漸加劇，纖維橫截面由圓整到開始出現(xiàn)裂痕，此時單根纖維仍然為圓形或橢圓形；纖維逐漸碎裂為半圓形；纖維進一步老化，碎裂成更小的塊狀，但個別纖維仍可看出半圓形輪廓。

2) 從微觀形貌(縱向)來看，隨著老化程度的加深，毛纖維縱向開始出現(xiàn)裂隙，裂隙逐漸加深為溝壑，最終橫向也出現(xiàn)斷裂，纖維解體；在完好如初的老化階段，纖維上的鱗片清晰可見，但由于經(jīng)歷了2000余年的埋葬，部分纖維鱗片的邊緣出現(xiàn)損傷成為鋸齒狀；在開始碎裂和完全解體的階段，表面均覆蓋有大量的結(jié)晶物。

3) 從紅外光譜分析來看，隨著老化程度的加深，譜圖信號逐漸減弱，部分峰強較小的吸收峰消失，酰胺Ⅱ帶1535cm-1處吸收峰明顯減弱，I1535/1645值逐漸降低。

[1] 王炳華.魔鬼守著的一千口棺材——尋找絲綢古道上的小河墓地[J].華夏人文地理，2003(3):72-81. WANG Bing-hua.In search of Xiaohe Graveyard on Silk Road[J]. National Geographic, 2003(3):72-81.

[2] 伊弟利斯·阿不都熱蘇勒， 劉國瑞， 李文瑛. 2002年小河墓地考古調(diào)查與發(fā)掘報告[J].邊疆考古研究(第三輯)，2004(1):338-398. Idelisi Abuduresule, LIU Guo-rui, LI Wen-ying. The excavation report of Xiaohe Cemetery[J].Research of China’s Frontier Archaeology, 2004(1): 338-398．

[3] 程 絲,黃志斌,王新波.紅外顯微鏡在微區(qū)分析上的應用[J].高校實驗室工作研究，2009,102(4):33-34. CHENG Si,HUANG Zhi-bin. WANG Xin-bo. The application of infrared microscope on microanalysis[J].Work of University Laboratory, 2009,102(4):33-34.

[4] 翁詩甫. 傅里葉變換紅外光譜儀[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2005: 294-295. WENG Shi-fu. Fourier transform infrared spectrometer[M].Beijing: Chemical Industry Press, 2005: 294-295.

[5] 陜西工業(yè)大學紡織系紡織材料教研組.毛纖維材料學[M].北京:紡織工業(yè)出版社,1960:11-40. Textile Department of Textile Materials Research Group of Shaanxi Technological University.Wool fiber material science[M].Beijing: Textile Industry Press, 1960:11-40.

[6] 熊 磊,劉洪玲,于偉東.拉伸羊毛分子結(jié)構(gòu)的顯微紅外光譜分析[J].東華大學學報(自然科學版)，2005,31(3):5-9. XIONG Lei,LIU Hong-ling,YU Wei-dong;Analysis of the stretched wool macromolecule structure by FTIR Microspectroscopy[J]. J Donghua Univ(Nat Sci)，2005, 31(3):5-9.

(責任編輯 謝 燕)

Research on the status of wool fabric unearthed from the Xiaohe Cemetery in Xinjiang

LI Jing1, WU Zi-ying1, ZHOU Yang2, ZHANG Yang-yang1

(1.ZhejiangSci-TechUniversity,Hangzhou310018,China; 2.ChinaNationalSilkMuseum，Hangzhou310002，China)

In this study, wool textiles were examined by optical and scanning electron microscopy to get supplemental morphology data to add to the archaeology research database. Then the samples from tombs in different geological layers were classified based on infrared testing results. The state of conservation of the samples and the influence of burial location on the samples were discussed. The results show that burial location has a great influence on the state of conservation of the samples. The major characteristics of wool deterioration are: cracks in the fiber (traverse section or longitudinal), the change in ratio of the amideⅡand amide I absorption peaks, and crystals formed on fibersdue to rain and groundwater.

Xiaohe Xinjiang; Historical wool fibers; Morphology analysis; Infrared spectrum analysis

2014-10-27；

2016-07-26

國家科技支撐計劃資助(2013BAH58F01)，國家文物局文物保護科技優(yōu)秀青年研究計劃資助(2015—294)

李 菁(1989—)，女，2014年畢業(yè)于浙江理工大學。E-mail: 279145439@qq.com

1005-1538(2017)01-0086-06

TS102.3

A