使用延時(shí)攝影法研究氣候引起的古代木材降解過程

丹麥國家博物館的Martin Mortensen及其合作者，從來自五艘沉船的木材中挑選出了19件樣品進(jìn)行老化實(shí)驗(yàn)。這些之前一直被保存著的古代木材有著不同的歷史，來自不同的產(chǎn)地，經(jīng)過不同的處理，而這次它們都被放入同一個(gè)恒溫恒濕箱(climate chamber)中進(jìn)行為期七個(gè)月的老化。實(shí)驗(yàn)條件是，溫度恒定在30 ℃，相對濕度為一天內(nèi)30%(干周期)和80%(濕周期)各12 h，交替運(yùn)行。安裝在恒溫恒濕箱內(nèi)部的一架照相機(jī)每隔一小時(shí)會對樣品拍照，在每一個(gè)干周期大致結(jié)束時(shí)拍攝的照片被用來制作一部延時(shí)攝影(time-lapse photography)的視頻，即用僅僅17 s的時(shí)間快速而顯著地展現(xiàn)七個(gè)月內(nèi)緩慢且細(xì)微的老化過程。從老化的結(jié)果可以看出，大部分樣品比較堅(jiān)韌，能夠在惡劣的氣候條件下維持良好的保存狀態(tài)，但是仍有一部分樣品顯然對氣候條件比較敏感，出現(xiàn)了各種降解情況，研究人員使用X射線熒光光譜法、X射線衍射法、掃描電鏡-能譜法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法、傅里葉變換紅外光譜法、離子色譜法，以及熱解氣相色譜和質(zhì)譜聯(lián)用(使用六甲基二硅氮烷進(jìn)行原位的甲硅烷基化)等方法進(jìn)行表征。

從這些對氣候敏感的樣品中，作者鑒別出了三種降解類型：解體、起霜(出現(xiàn)白色晶體)和黃鐵礦的氧化。解體(disintegration)是三者中最嚴(yán)重的，發(fā)生在木結(jié)構(gòu)非常脆弱的樣品當(dāng)中。這種降解可能是木材受到相對濕度變化的影響，尺寸發(fā)生改變所導(dǎo)致的。保持恒定的相對濕度是延緩這種降解的方法之一。

起霜(出現(xiàn)白色針狀晶體)(white efflorescence)并不會對木材產(chǎn)生太大破壞。鹽霜可能包括某種形式的硫酸氫鉀(KHSO4)，它似乎是來源于相對濕度變化導(dǎo)致的重結(jié)晶過程。這種情況只出現(xiàn)在用明礬處理過的樣品上。保持恒定的相對濕度也可以延緩這類降解。

黃鐵礦的氧化(pyrite oxidation)則對木材有相當(dāng)?shù)钠茐牧?。發(fā)生這種情況的木材富含黃鐵礦，這也是具有這種降解風(fēng)險(xiǎn)的船只木材的特點(diǎn)。因?yàn)樗屈S鐵礦氧化過程中必要的反應(yīng)物，所以保證這些物件保存環(huán)境的相對濕度較低是延緩此類降解的策略之一。

許多堅(jiān)韌的古代木材樣品并沒有因?yàn)闅夂驉毫佣艿斤@著影響，這表明許多此類館藏物件實(shí)際上可以忍受比較惡劣的氣候。

該實(shí)驗(yàn)結(jié)束后需要進(jìn)一步關(guān)注的一個(gè)問題涉及到在被明礬處理過的一些樣品上形成的白色針狀晶體的鑒定。對相似類型的鹽霜的化學(xué)表征正在進(jìn)行中。未來繼續(xù)使用恒溫恒濕箱和延時(shí)攝影法的工作也將開展，包括對具有不同吸濕性的古代木材的觀察。研究人員相信延時(shí)攝影法能夠成為文物保護(hù)科學(xué)中一項(xiàng)有用的工具。