出水沉船的保護
——以華光礁Ⅰ號沉船為例

符 燕（海南省博物館 海南海口 570203）

古沉船在出水前因受海水中高鹽分，海底生物的附著及自然降解等因素影響，船體強度已十分脆弱，加上打撈出水后保存環(huán)境發(fā)生非常明顯的改變，水分快速流失，從而引發(fā)船體木材脫水、變形風(fēng)化等一系列不可逆轉(zhuǎn)的破壞，還有光照強度升高、環(huán)境溫濕度的改變等其他因素的變化，對沉船影響也十分顯著。所以對出水沉船進行及時的保護十分必要。

一、出水沉船保護的影響因素

（一）含水率的影響

由于長期沉沒于水下，沉船船體木材含水率高至300%，甚至更高。常規(guī)狀態(tài)下，普通木材的干縮濕脹在某一程度上是可逆的[1]。而飽水木材對水分變化的響應(yīng)遠超過正常木材，飽水木材出水后含水率急劇降低會造成木材彎曲變形、開裂等現(xiàn)象。研究表明，飽水木材干縮主要是木材的細胞塌陷引起的。構(gòu)成細胞壁的纖維素降解會導(dǎo)致細胞壁的強度下降，因此，細胞腔與細胞壁等結(jié)構(gòu)中水分蒸發(fā)不但使細胞腔無水支撐，細胞壁還會被纖維素干燥時造成的收縮應(yīng)力所影響，從而造成嚴重的形變[2]。由于環(huán)境的變化，在干燥環(huán)境中失水速率過高的現(xiàn)象會導(dǎo)致木質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部與表層應(yīng)力布局不均勻：內(nèi)部壓應(yīng)力過小，而表面拉應(yīng)力過大，從而致使木材表層出現(xiàn)開裂[3]。

（二）鹽類的影響

出水船體含有大量鹽分，加之船體細胞的纖維素嚴重降解，隨著季節(jié)變化引起的溫度和濕度變化會使留在船體內(nèi)的可溶性鹽（主要為氯化鈉）反復(fù)發(fā)生結(jié)晶及溶解的過程，在這個過程中船板細胞的細胞壁之間就會產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，在連續(xù)不斷的拉伸應(yīng)力下，勢必會引起細胞壁的斷裂，從而引起整個細胞的坍塌。再者，鹽分也會在船體外表結(jié)晶析出，隨著鹽分的析出，船體表面會形成一層吸潮的“外衣”，這對于船體的保存及展陳都是不利的。而藏在船板中的難溶性鹽——硫鐵化合物在一定條件下會轉(zhuǎn)化為硫酸腐蝕船板，對船體長時間保存非常不利[4]。

（三）海底生物和微生物的影響

海洋沉積物類型很多，一般附著在船木表面的凝結(jié)物是由海藻、珊瑚、軟體動物殘骸等沉積形成。這類沉積物多孔而堅硬，因此其內(nèi)部易于積聚大量可溶鹽，一旦環(huán)境合適，鹽分會迅速溶解。因此富集可溶性鹽類的包裹體附著于船木之上，對船木脫鹽極為不利。此外附著在船木上的凝結(jié)物會遮擋文物表面的信息。

除了海底生物，船木在海底還會遭受微生物的降解腐蝕。出水后，隨著船木保護環(huán)境的改變，微生物種群也隨之改變。沉船出水后，纖維素受到真菌、細菌等微生物侵蝕，發(fā)生降解，微生物產(chǎn)生的色素或微生物分泌物和木質(zhì)組分反應(yīng)生成的有色化合物而導(dǎo)致木材變色[5]。

二、出水沉船的保護處理

（一）船木表面凝結(jié)物的去除

凝結(jié)物不僅掩蓋了船木本身的原本樣貌和歷史信息，還會對船木的脫鹽處理產(chǎn)生不利的影響，因此要把其去掉。去除表面附著物的方法主要有機械法和化學(xué)法。機械法一般采用手工工具如手術(shù)刀、超聲波清洗機等對船木進行物理去除?；瘜W(xué)法是用對船木沒有影響的化學(xué)試劑對船木進行化學(xué)軟化后再去除，此法比較快速便捷，還可以大面積軟化堅硬的表面凝結(jié)物。實際工作中選擇哪種方法要經(jīng)過分析后選擇小面積部位進行去除表面附著物的實驗，根據(jù)測試結(jié)果而定[6]。

（二）船木構(gòu)件脫鹽

可選用去離子水浸泡等方式去除船木鹽分。需持續(xù)替換去離子水，反復(fù)浸泡。保存狀況較好的船木可以加上超聲波設(shè)備輔助脫鹽。在浸泡脫鹽處理過程中，需要實時監(jiān)測浸泡液中氯離子濃度，直到氯離子剩余量小于500ppm[7]?？蛇x用加入絡(luò)合物等方式來去除硫鐵化合物等難溶性鹽。同時利用加入防腐劑等方式來限制微生物的發(fā)展，還要考慮到耐藥性問題，需多種防腐劑交替應(yīng)用。

（三）船木的脫色

飽水木材脫色采用的辦法有多種，如草酸法、雙氧水法、連二亞硫酸鈉法等，但在脫色過程中因脫色劑引起的副作用也較為明顯，可能對木材造成一定程度的損傷。由此對船木脫色處理應(yīng)盡可能謹慎細微，要充分考慮脫色劑的副作用[8]。

（四）船木構(gòu)件填充加固和脫水定形

目前，用于木材填充加固的材料有多種，應(yīng)用最為廣泛的是聚乙二醇（PEG）。步驟為把船木構(gòu)件放在聚乙二醇溫?zé)崛芤褐?，溶液要從低濃度慢慢升至高濃度，使得聚乙二醇慢慢滲入至木材結(jié)構(gòu)之中[9]。然后選用熱水或酒精擦洗之后陰干或冷凍干燥，再對船木表層進行封護處置?？梢赃x用親和力好、無色透明以及亞光的表面封護劑對其進行封護操作，達到防潮穩(wěn)定效果[10]。

三、華光礁Ⅰ號沉船保護

華光礁Ⅰ號沉船發(fā)現(xiàn)于西沙群島華光礁礁盤內(nèi)的西北邊沿方向。遺址處于淺水層，只有1～2米。2008年底，展開沉船發(fā)掘、清理等工作。船體被拆解成500余塊船板后打撈出水，主要船板長度均在五六米以上，其中最長的船板大于14米，船板的寬度均超過30厘米，最寬的達48厘米。船板被運送至海南省博物館，用硼酸硼砂溶液浸泡。

（一）樹種鑒定

從船木中取17個不同部位樣品進行樹種鑒定，包括船殼板、龍骨、艙壁板、桅桿、木鋸釘?shù)?。根?jù)樹種鑒定結(jié)果可知，華光礁Ⅰ號沉船的船木大部分是松木，有少量的香樟、潤楠、柏木及核果木（見表1）。

（二）降解程度分析

木材的含水率測試結(jié)果見表2。

表2 華光礁Ⅰ號船木含水率測定結(jié)果

含水率按以下公式計算：

華光礁Ⅰ號船體的木材種類主要為松木，正常松木的理論最大含水量是160%，而實驗樣品絕對含水率平均值約為340%，遠遠大于正常松木的含水率，處于飽水狀態(tài)，因而其干縮濕脹是不可逆的。

木材組成成分以纖維素、半纖維素及木質(zhì)素為主。因木材種類不一樣，纖維素、半纖維素及木質(zhì)素的含量也會不一樣的，但是這幾種的含量之和可超過木材干重的90%。木材的纖維素、半纖維素及木質(zhì)素的含量占比不同，能反映木材的降解糟朽程度。

纖維素按以下公式計算：

試驗分析測得飽水船木試樣中纖維素平均含量為8.26%。從飽水船木主要化學(xué)成分的含量來看，纖維素含量明顯減少，結(jié)合試樣的絕對含水率可以判斷飽水船木發(fā)生了嚴重的降解。

（三）船木的保護

1.去除表面凝結(jié)物

沉船在運到海南省博物館保護前，船木表面的凝結(jié)物已被考古隊員剔除，采用的方法為機械去除法，只留有船木和陶瓷器膠結(jié)在一起的少部分凝結(jié)物。為了展示和保留其基本信息，這類型凝結(jié)物沒有再進一步處理。

2.脫鹽

2008年底至2017年，船木都是浸泡在博物館脫鹽池中，即采用了浸泡脫鹽方法進行保護。在脫去鹽分過程中，把船木浸泡在裝有去離子水的水池中，完全浸沒船木即可停止加入去離子水，期間還在脫鹽池中增加了循環(huán)水裝置，并定期替換水池里的去離子水。為了控制微生物的生成，脫鹽的全程都放入防腐劑，并測試浸漬液的電導(dǎo)率。如果浸漬液的電導(dǎo)率變化程度不反復(fù)劇變，說明脫鹽基本完成，再通過離子色譜分析判定可溶鹽是否達到脫去標準[11]。 2012年底，項目組對船木進行了取樣，并測得可溶性鹽已大量脫除，但還是有很大部分的難溶性鹽存在。用X射線衍射分析，船體鹽分組成以石膏（CaSo4·2H2O）為主，其中還摻雜一小部分四水白鐵礬（CaSo4·4H2O）、鐵礬（CaSo4·7H2O）以及其他硫鐵化合物[12]。

2013年初，沉船從原有的脫鹽池換至新的脫鹽池。2013年初至2017年，采用EDTA二鈉鹽進行脫難溶性鹽。六個月后難溶性鹽可見有明顯的脫除，三維顯微形貌觀察和色差分析可知，船木中鐵和硫含量明顯變少，通過船木基體內(nèi)的鐵和硫含量檢測分析可知，鐵的脫除率為25.2%，硫的脫除率為26.7%，但木材中還有大量的鐵和硫成分存在。兩年后鐵的脫除率為98.9%，硫的脫除率為55.55%，說明木材中鐵已基本脫除[13]。

在實驗室脫鹽實驗中，初期階段，溶液中離子濃度梯度最大，離子濃度呈迅速下降趨勢。隨著浸漬時間的延長（50天以上），電導(dǎo)率仍然有一定程度的升高，但是比原來大大降低。經(jīng)過一段時間，浸出液電導(dǎo)率下降趨緩。最后，電導(dǎo)率變化趨于平緩[14]（圖1）。

現(xiàn)場船木的脫鹽過程和實驗室脫鹽有著一定的差別。在圖2中可見最初離子濃度下降的梯度很快，梯度比較大，可能是在現(xiàn)場船木脫鹽中一定量去離子水內(nèi)的船木比在實驗室浸泡脫鹽的船木多；而中間階段，電導(dǎo)率又有所增加，再接著趨于平滑，可能是船木中內(nèi)部的可溶性鹽被浸泡出。

由于電導(dǎo)率僅能反映浸出液中離子的總濃度，所以在實驗室中的不同時段取樣進行離子色譜分析，確定各陰離子的實際變化情況（見表3）。

由表3可知，經(jīng)過約250天的實驗室浸泡脫鹽后，浸出液中CI-濃度明顯降低；而在浸泡過程中濃度變化不大，但是在飽水船木木構(gòu)件內(nèi)部，仍然有較高的濃度。由此可知，在250天以上的實驗室浸泡脫鹽后，以CI-為標志的可溶鹽已經(jīng)基本達到脫鹽要求。

3.脫水定型

可溶鹽脫除工作基本結(jié)束后，把飽水木構(gòu)件浸泡在裝有質(zhì)量分數(shù)為25%的PEG2000中進行脫水定型處理[15]。但是華光礁Ⅰ號脫水處理只是在實驗室階段，接下來的工作是要把實驗室取得的成果運用在大面積的船木脫水定型中。

在實驗室階段，飽水船木木構(gòu)件經(jīng)過PEG2000定形加固后采用真空冷凍的方式進行脫水干燥。與飽水船木木構(gòu)件通過自然干燥后引起的嚴重收縮相比，經(jīng)過PEG2000定形加固后的船木構(gòu)件尺寸穩(wěn)定性大大增加，最大收縮率約為2.75%，而自然干燥試樣的最大收縮率高達31.3%。

表3 實驗室浸泡中不同樣品中陰離子的離子色譜測試結(jié)果

結(jié)語

出水古沉船由于環(huán)境的顯著變化，若不采取有效保護措施，必將對沉船造成不可逆轉(zhuǎn)的損害，由此需要及時進行保護處理。因出水環(huán)境、船體木質(zhì)等因素影響，出水沉船的后續(xù)保護工作也存在一定差異。結(jié)合沉船的腐蝕破壞程度、鹽分高低等，采用不同保護措施，以此達到最佳保護效果。理想的沉船保護需要使船體能很好的適應(yīng)保存環(huán)境和展覽環(huán)境，這也應(yīng)該是沉船保護人員今后努力的方向。