考古出水脆弱遺存的臨時(shí)加固提取技術(shù)探索
——以“南海Ⅰ號(hào)”為例

唐小紅，韓向娜，張治國(guó)，孫 鍵， 陳坤龍

(1.北京科技大學(xué) 科技史與文化遺產(chǎn)研究院，北京 100083;2.國(guó)家文物局水下文化遺產(chǎn)保護(hù)中心，北京 100192)

1 出水文物保護(hù)研究概況

自20世紀(jì)80年代起，中國(guó)水域陸續(xù)科學(xué)打撈、發(fā)掘了“南海Ⅰ號(hào)”、“碗礁Ⅰ號(hào)” 、“華光礁Ⅰ號(hào)”、 “南澳Ⅰ號(hào)”和 “小白礁Ⅰ號(hào)”等沉船遺存，水下考古事業(yè)取得重要進(jìn)展，并且發(fā)現(xiàn)了大批珍貴的物質(zhì)文化遺存.由于水分填充、腐蝕、霉菌、藻類滋生、鈣質(zhì)沉積、泥沙侵蝕和水解等原因，部分文物出水時(shí)已十分脆弱，加固保護(hù)迫在眉睫.目前出水文物的保護(hù)，主要包括文物出水發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)和實(shí)驗(yàn)室的科技保護(hù)，其中發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)主要包括淡水浸泡、清除泥沙、清除海洋沉積物等；[1]實(shí)驗(yàn)室保護(hù)主要包括船體保護(hù)和文物保護(hù)，也是出水文物保護(hù)的重點(diǎn).船體保護(hù)主要有木船構(gòu)件的提取、脫鹽、脫水、加固、定型以及復(fù)原等流程.其主要的加固保護(hù)方法有聚乙二醇法、自然干燥脫水法和超臨界脫水干燥法等.[2]

船體保護(hù)最常用的是聚乙二醇脫水滲透加固法.例如蓬萊三艘中外古船、瑞典瓦薩號(hào)古船、[3-4]韓國(guó)新安古船、英國(guó)瑪麗羅斯號(hào)古船等都是運(yùn)用的聚乙二醇法進(jìn)行脫水加固；[5]而蓬萊元朝古船在脫水定型后是采用噴涂聚醋酸乙烯酯，然后用生桐油封護(hù)船體的方法.[6]自然干燥法也是一種脫水定型方法，如馬王堆漢墓出土的部分漆器，[7]以及泉州宋船、[8]菏澤古船[9]等都是在高濕環(huán)境中緩慢自然陰干，完成了整體的脫水定型，較好的保持了原型.液氮法是比較新穎的方法.河南信陽(yáng)城陽(yáng)城址8號(hào)楚墓出土的飽水彩漆竹席，采用液氮將彩席及周邊泥土混雜物進(jìn)行冷凍，凍結(jié)后的彩席強(qiáng)度明顯增加，成功地將彩席整體提取到了考古實(shí)驗(yàn)室.[10]另外還有超臨界脫水干燥法.[11]

聚乙二醇法、自然干燥脫水法、超臨界脫水干燥法等都是對(duì)木質(zhì)船體進(jìn)行脫水定型，都屬于將脆弱船體轉(zhuǎn)移或提取至實(shí)驗(yàn)室以后進(jìn)行的后續(xù)處理過(guò)程，只有液氮法可以用于現(xiàn)場(chǎng)加固提取.但液氮冷卻后要迅速轉(zhuǎn)移文物，否則冰融化后會(huì)失去加固效果.所以對(duì)于高濕環(huán)境下考古出土或出水的飽水脆弱木質(zhì)文物的現(xiàn)場(chǎng)提取，急需找到一種操作方便、加固效果久且后續(xù)可以實(shí)現(xiàn)可逆去除的臨時(shí)加固提取材料.

2 薄荷醇臨時(shí)加固技術(shù)及其應(yīng)用

薄荷醇是一種無(wú)色針狀結(jié)晶體，從薄荷莖葉里提取而來(lái)，規(guī)定劑量下對(duì)人體無(wú)害，被大量用于香煙、化妝品、牙膏、口香糖、飲料和糖果中，主要是作為添加劑和賦香劑.近年來(lái)，薄荷醇作為一種新型考古現(xiàn)場(chǎng)出土遺存提取材料，逐漸受到大家的關(guān)注.[12]

薄荷醇的優(yōu)點(diǎn)是可在考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)對(duì)脆弱文物進(jìn)行預(yù)加固，增加文物強(qiáng)度，使文物可以安全移動(dòng)、長(zhǎng)距離運(yùn)輸，待文物運(yùn)至室內(nèi)后，通過(guò)簡(jiǎn)易的方法即可將薄荷醇人為去除，這種技術(shù)不妨礙后續(xù)其他保護(hù)措施的進(jìn)行.薄荷醇是一種性質(zhì)截然不同的提取材料，不同于石膏、聚氨酯傳統(tǒng)提取材料.石膏或聚氨酯在后期去除時(shí)，需要較多的人為干涉，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而薄荷醇在室溫下能夠升華，后期僅通過(guò)自然放置就能達(dá)到去除的目的，亦可采用通風(fēng)、密封等措施來(lái)加快或者減緩去除速度.這種新奇的臨時(shí)固型材料，在兵馬俑一號(hào)坑和墓葬壁畫揭取中得到了成功應(yīng)用.[13-14]在提取秦俑出土彩繪遺跡時(shí)，沒(méi)有對(duì)脆弱的彩繪漆皮造成任何損壞，且揮發(fā)后認(rèn)為是“零殘留”.[15-16]還在陜西其他發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)以及江西、內(nèi)蒙古、河南等地都有成功提取過(guò)脆弱文物，提取文物種類包括彩繪遺跡、木質(zhì)木炭文物、漆器、琉璃、人骨等.[12]

綜合已有的研究表明，薄荷醇在提取脆弱文物時(shí)是比較安全、有效的.但是已有的成功的提取案例基本都是在干燥或半干燥的考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)于潮濕環(huán)境的考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)，薄荷醇的運(yùn)用受到質(zhì)疑.實(shí)際上根據(jù)已有研究，相較于環(huán)十二烷、香豆素、乙基麥芽酚等臨時(shí)固型材料，薄荷醇具有較好的親水性、較高的滲透深度及較強(qiáng)的提取能力，適合于潮濕考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)脆弱文物的臨時(shí)固型和提取，在鐘家港古河道遺址發(fā)掘提取中，用薄荷醇進(jìn)行飽水編織物提取的小實(shí)驗(yàn)，取得了成功.[17]但是，關(guān)于薄荷醇在潮濕環(huán)境下提取較大型、重要脆弱文物的應(yīng)用案例，目前尚未有報(bào)道.

3 “南海Ⅰ號(hào)”考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)遺存概況

“南海Ⅰ號(hào)” 是南宋初期木質(zhì)古沉船，沉沒(méi)于廣東省陽(yáng)江市東平港以南約20海里處，船體現(xiàn)今殘長(zhǎng)22.15 m，寬9.85 m，是我國(guó)迄今為止發(fā)現(xiàn)的海上沉船中年代較早、船體較大、保存較完整的遠(yuǎn)洋貿(mào)易商船.2007年底，經(jīng)整體打撈出水，移至位于廣東陽(yáng)江市海陵島上的海上絲綢之路博物館，并采取人造海水浸泡的辦法，模擬當(dāng)時(shí)所處的海洋環(huán)境進(jìn)行保護(hù).[18]2013年保護(hù)發(fā)掘項(xiàng)目正式啟動(dòng).截至目前，發(fā)掘出水了包括瓷器、金銀器、銅器、鐵器、漆木器以及朱砂、骨骸、果核、串飾在內(nèi)的大量文物.其中瓷器幾乎囊括了當(dāng)時(shí)南方的主要窯口與瓷器種類，金器、漆器等制作精美、質(zhì)量上乘，為研究宋代手工業(yè)技術(shù)發(fā)展和中外交通史等問(wèn)題提供了極為重要的考古資料.[19]

船體作為“南海Ⅰ號(hào)”的載體，整個(gè)沉船就是一件最重要的文物，需要嚴(yán)加保護(hù).沉船的木質(zhì)結(jié)構(gòu)是考古現(xiàn)場(chǎng)發(fā)掘和保護(hù)的重點(diǎn)及核心，但由于遭受長(zhǎng)時(shí)間的海水侵蝕，船體木頭的含水量極高，強(qiáng)度極低，有些甚至非常糟朽，再加上微生物的猖獗，極大地增加了保護(hù)工作的難度.[20]要確保出水木質(zhì)船體的原有形態(tài)，需要在確保木質(zhì)船體不發(fā)生收縮和變形的前提下，盡可能提高糟朽飽水船體構(gòu)件的強(qiáng)度，快速、高效、安全的將新鮮出水的木質(zhì)文物及時(shí)提取出來(lái)，迅速轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室，及時(shí)進(jìn)入下一個(gè)保護(hù)環(huán)節(jié)，是“南海Ⅰ號(hào)”沉船發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)的迫切需求.

圖1 “南海Ⅰ號(hào)”的發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)(船尾)

薄荷醇技術(shù)操作快捷簡(jiǎn)便，在數(shù)分鐘內(nèi)即能提高脆弱文物的強(qiáng)度，達(dá)到迅速、安全提取文物的目的，滿足“南海Ⅰ號(hào)”發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)出水木質(zhì)文物提取困難的需求.文章是在以往研究的基礎(chǔ)上，將薄荷醇技術(shù)應(yīng)用在“南海Ⅰ號(hào)”出水糟朽飽水隔倉(cāng)板的現(xiàn)場(chǎng)加固提取中，詳細(xì)介紹了現(xiàn)場(chǎng)需求、加固提取、薄荷醇去除、后續(xù)保護(hù)處理等過(guò)程的具體技術(shù)和方法.也是首次關(guān)于薄荷醇用于高度潮濕環(huán)境考古出水脆弱質(zhì)遺存保護(hù)完整過(guò)程的案例報(bào)道，為如何在該環(huán)境下使用薄荷醇技術(shù)提供了較詳細(xì)的操作范例.

4 加固提取

4.1 主要材料與工具

薄荷醇(純度99.7%，常州嘉眾新材料科技有限公司)，自加熱裝置(實(shí)驗(yàn)室自制)，紗布，軟刷等.

4.2 隔倉(cāng)板的加固提取

隨著“南海Ⅰ號(hào)”考古發(fā)掘的進(jìn)行，沉船內(nèi)部的凝結(jié)物、船貨和沉船舵承、兩舷船板、隔倉(cāng)板等船體結(jié)構(gòu)漸漸清晰，沉船的船型漸漸暴露.在船尾的一處船艙，上層裝載的是鐵器，下層是瓷器，中間由木板隔開(kāi)形成獨(dú)立的隔層.上層的鐵器由于在海水里長(zhǎng)期浸泡已經(jīng)生銹，形成了大量的鐵銹凝結(jié)物.將鐵器提取以后，發(fā)現(xiàn)隔倉(cāng)板上附著有較多的鐵銹凝結(jié)物，絕大多數(shù)隔倉(cāng)板木材松軟，強(qiáng)度不高，有些甚至糟朽嚴(yán)重，碎裂成塊，若要進(jìn)一步提取下層的瓷器，首先要提取隔倉(cāng)板.選擇提取的木板長(zhǎng)1.5 m，寬0.35 m，高0.08 m，整體飽水、腐朽，保存狀態(tài)差，且一端已壓碎成塊，提取難度極大(圖2).

注：a：遺存的相對(duì)位置；b：局部疏松和開(kāi)裂

圖2待提取隔倉(cāng)板保存狀況

Fig.2 Excavation site of"Nanhai I"

針對(duì)待提取木質(zhì)隔艙板的狀況和現(xiàn)場(chǎng)工作條件，我們?cè)O(shè)計(jì)了基于薄荷醇技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)加固提取工藝，現(xiàn)按保護(hù)流程詳述如下：

(1)提取前處理：薄荷醇具有一定的疏水性，加固對(duì)象的含水量會(huì)直接影響薄荷醇的加固深度和加固效果，所以加固對(duì)象不能有明水或有水浸泡，最好是低于飽和含水率.待提取的隔倉(cāng)板處于高度飽水狀態(tài)，為了不影響薄荷醇的滲透，第一步先要降低含水量.采用紙巾貼敷在隔倉(cāng)板上吸濕，用手輕輕按壓增加服帖，待一定時(shí)間后揭去敷紙(圖3).再使用熱風(fēng)機(jī)進(jìn)一步降低隔倉(cāng)板表面的水分，同時(shí)增加隔倉(cāng)板表面溫度.控制隔倉(cāng)板表面沒(méi)有明水，達(dá)到接近半干狀態(tài)即可，防止木板失水過(guò)多造成開(kāi)裂或變形.

(2)現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)加固：發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)條件有限，操作空間非常狹小，周圍是強(qiáng)度極低的飽水木質(zhì)文物，因此不能使用較大或者笨重的加熱工具，我們使用簡(jiǎn)易的自加熱裝置融化薄荷醇.即使進(jìn)行了先前的吸濕措施，隔倉(cāng)板的含水量仍然很高，為保證薄荷醇有較理想的滲透深度，需要熔體溫度維持在較高的范圍.[16]此次試驗(yàn)中，薄荷醇融體溫度為71 ℃～82 ℃.為了盡可能地提高加固強(qiáng)度，選用了紗布增強(qiáng)，兩遍涂刷的施工工藝.[21]

注：a. 敷紙吸濕；b. 前處理后的局部狀態(tài)

圖3加固提取前處理

Fig.3 Pre-extraction

將紗布裁剪成比提取木板略大的尺寸，平鋪在木板上，注意使紗布盡可能與木板完全貼合.然后用軟刷快速地將薄荷醇融體涂刷上去，在刷的過(guò)程中，先從木板中間位置開(kāi)始，逐漸向周邊進(jìn)行，盡量避免出現(xiàn)空洞，第一遍涂刷完成后，再鋪第二層紗布，用同樣的方法二次涂刷薄荷醇.對(duì)于十分脆弱的地方，可以多刷一些.薄荷醇涂刷大約10分鐘后就能達(dá)到完全固化(圖4).加固該隔倉(cāng)板使用了0.4 kg薄荷醇.

圖4 薄荷醇加固兩次后的隔倉(cāng)板狀態(tài)

(3)整體提取：根據(jù)隔倉(cāng)板的大小制作一塊托板，托板長(zhǎng)2 m，寬0.5 m，厚0.01 m.提取前先要對(duì)隔倉(cāng)板周圍的附著物進(jìn)行清理，將隔倉(cāng)板與周圍遺存分離開(kāi).用鏟子將隔倉(cāng)板周圍的淤泥和凝結(jié)物清除，遇到特別堅(jiān)硬的凝結(jié)物，可用釘錘適當(dāng)用力擊碎，但要注意力度.清理完成后，將托板從隔倉(cāng)板的側(cè)邊慢慢插入，用力往里面深入，緩緩將隔倉(cāng)板托起來(lái)(圖5a, b).隔倉(cāng)板下層是瓷器，在插入托板時(shí)要控制好力度，避免對(duì)下層瓷器造成傷害.提取出來(lái)的隔倉(cāng)板可以單獨(dú)移動(dòng)(圖5c).

注：a. 邊緣清理與剝離；b. 插板提取支撐；c. 整體提取后狀態(tài)

圖5隔倉(cāng)板的整體提取

Fig.5 Overall extraction

(4)薄荷醇脫除：將提取出來(lái)的隔倉(cāng)板轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)后，在進(jìn)行下一步處理前，要先去除薄荷醇.薄荷醇可溶于乙醇，本試驗(yàn)中利用乙醇來(lái)快速去除薄荷醇.將提取出的隔倉(cāng)板放置于清洗槽中，用濃度為30%的乙醇溶液浸泡，持續(xù)兩天后，隔倉(cāng)板上的薄荷醇大部分已溶解進(jìn)入乙醇溶液里.用盛有乙醇溶液的噴壺沖洗紗布，慢慢將紗布揭取下來(lái)(圖6a，b).圖6c是去除薄荷醇后的隔倉(cāng)板，幾乎和發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)出水時(shí)的狀態(tài)一樣.至此，采用薄荷醇技術(shù)將糟朽飽水隔倉(cāng)板安全提取回實(shí)驗(yàn)室，可以繼續(xù)下一步的操作程序.

注：a. 揭取紗布；b. 薄荷醇去除后局部形貌

圖6薄荷醇脫除過(guò)程

Fig.6 Menthol removal process

(5) 表面清洗：隔倉(cāng)板連帶有大量的淤泥和凝結(jié)物，用水將大塊的淤泥沖掉，然后用刷子清理，對(duì)于比較頑固的凝結(jié)物，用鐵質(zhì)工具將其一點(diǎn)點(diǎn)清理掉，最后再用水慢慢地沖洗.

(6)脫硫處理：將清理好的隔倉(cāng)板用紗網(wǎng)固定好，浸泡在EDTA二鈉鹽水溶液中進(jìn)行脫硫處理.EDTA二鈉鹽水溶液浸泡脫硫耗時(shí)較長(zhǎng)，通常需要1～2年.

5 總結(jié)與展望

薄荷醇技術(shù)在“南海Ⅰ號(hào)”現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了試用，雖然是在局部的木構(gòu)件上的初步實(shí)驗(yàn)，但是對(duì)解決目前“南海Ⅰ號(hào)”面臨的極端脆弱糟朽飽水木材的提取難題具有非常正面的意義.

由于發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)出水遺存的獨(dú)特性，需要針對(duì)不同遺存設(shè)計(jì)單獨(dú)的提取方案，尤其是輔助的吸水、加溫、物理支撐等措施，對(duì)于薄荷醇應(yīng)用于潮濕環(huán)境脆弱遺存的現(xiàn)場(chǎng)加固是必不可少的輔助.薄荷醇的后期去除，不必等待長(zhǎng)時(shí)間的自然揮發(fā)，以防止長(zhǎng)期放置而使水分流失造成木材變形，可用吸附乙醇的脫脂棉包覆，不斷更換脫脂棉，多次重復(fù)，或簡(jiǎn)單的乙醇浸泡、噴淋.去除薄荷醇后的木材即可進(jìn)行下一步的脫硫和加固操作.總體而言，薄荷醇提取技術(shù)不妨礙原有的后續(xù)保護(hù)措施的進(jìn)行，反而和原有脫硫和加固技術(shù)具有較好的銜接性，是“南海一號(hào)”現(xiàn)有常規(guī)提取手段的有效補(bǔ)充.

本次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證薄荷醇應(yīng)用于潮濕環(huán)境脆弱質(zhì)遺存臨時(shí)加固的可行性.在類似的沉船、高濕環(huán)境墓葬和遺址等發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)，薄荷醇臨時(shí)加固技術(shù)的應(yīng)用探索，將有望為出水或出土脆弱質(zhì)遺存的提取提供更為安全、便捷的技術(shù)解決方案.