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沉船考古中的凝结物问题

2019-9-29 17:38| 发布者: Ansanjin| 查看: 42| 评论: 0|来自: 考古汇

摘要: 海洋出水凝结物的问题是随着海洋地区水下考古工作的开展而出现的。目前在国内外影响较大的海洋沉船考古工作有英国Mary Rose号沉船、瑞典VASA号沉船、韩国新安沉船、西澳地区Bauvia号沉船及国内的南海I号、三道岗元代沉船、南澳I号、华光礁I号、小白礁I号等。海洋出水凝结物(简称凝结物)在这些沉船中均有发现,中国海域的几条沉船更是有大量的凝结物出水(表1)。表1中国近海四艘沉船凝结物出水情况[1


海洋出水凝结物的问题是随着海洋地区水下考古工作的开展而出现的。目前在国内外影响较大的海洋沉船考古工作有英国Mary Rose号沉船、瑞典VASA号沉船、韩国新安沉船、西澳地区Bauvia号沉船及国内的南海I号、三道岗元代沉船、南澳I号、华光礁I号、小白礁I号等。海洋出水凝结物(简称凝结物)在这些沉船中均有发现,中国海域的几条沉船更是有大量的凝结物出水(表1)。

表1中国近海四艘沉船凝结物出水情况[1]
这些凝结物种类较多,从目前了解的凝结物出水后的处理情况来看,比较小的沉船凝结物已经开始得到分解处理,一次出水数量较多,体积重量很大的如南海I号沉船的凝结物目前多浸水保存。对凝结物的保护处理以及分析、研究方面的工作总体来说正在进行中,国外对海洋中有色金属器物的腐蚀及表面凝结物的研究较多,国内最近几年也开始有一些研究。南海I号沉船整体打捞后的全面发掘为凝结物研究提供了重要的实物材料。
一、凝结物所处的海底环境和成因

海底沉船遗址或其他遗址原来处于陆地环境或水面环境,其形成海底遗存有一个过程,这个变化过程有短时间的急剧变化,也有长时间的缓慢变化(主要就沉船遗址来说)。一艘船发生变故沉入水下的这一过程很短暂,但其沉入海底后解体或埋藏入沉积物却是一个较长时间的过程。从埋藏到发掘的全过程,沉船和其船载文物的环境可能会发生三次变化,即由船舶的水面环境及船货的海面船舱环境到深浅不一的海底海水环境,再由海底海水环境到海底沉积物环境,最后由海底埋藏环境发掘出水。

目前凝结物多为海底沉船打捞出水,这些已经出水的凝结物通常埋藏在海底表面或较浅的海底地层中,处在海洋界面化学概念上的沉积物-海水界面及其下的表层沉积物中,受埋藏处的海水环境、沉积物-间隙水环境和海底及沉积物生物环境影响。
(一)凝结物所处的海洋环境
1.海水环境和沉积物环境

中国沿海发现的沉船多处于近岸海域,水深一般不超过40米,整体来说处于近海浅水洋流季风区。洋流和季风是古代海上航行的主要动力,中国沿海发现的沉船多处于洋流和季风影响的区域。渤海、黄海及东海北部受西北-东南季风影响,此区域的沉船有三道岗沉船和小白礁沉船等。东海南部和南海受东北-西南季风影响,此区域的沉船有南澳I号、华光礁I号及南海I号等。
由于受到大江大河带来的大量泥沙的影响,自南海北部以北,中国近海海底多为泥沙覆盖,泥质、砂-泥质、砂质海底占据了近海多数沉船发现地。南海海域温差较小,远离大江大河入海口,盐度较其他海域高。西沙等地的沉船多发现于礁盘上,是独特的珊瑚砂海底沉积物环境(图1)。南澳I号、南海I号处于南海北部海域,海底以泥质、砂-泥质为主(图2)。三道岗沉船所处的辽西走廊海域海水冬夏温差大。海底同样以砂-泥质、砂质为主。

图1 华光礁I号发掘时的珊瑚砂海底环境

图2 南海I号发掘时的上部泥沙层
无论是海水环境还是沉积物环境,近海浅水洋流季风区的海底沉船受到的腐蚀破坏都比较严重,能够保存下来主要依赖的是海底泥沙等沉积物的迅速覆盖。

2.海洋环境的生物因素及相互影响

对文物造成影响的生物主要是底栖生物。海洋生物中底栖生物种类最多,数量极大,包括无脊椎动物的绝大部分门类,还有大型藻类和少数高等植物,以及几乎无处不在的微生物。
底栖生物或污损生物[2]是影响凝结物形成的主要生物种类。中国的沉船所处海域均为海底生物较多的区域,目前考古发掘认识到的主要有各种贝类软体动物及珊瑚、藤壶等。

沉船沉入海底中使海底生物的环境发生了一定的变化,给原本泥、砂质的海底环境带来了木质、石质和铁锈质物质,对沉船区域海底生物的群落造成了一定的影响。而因沉船物质带来的海底生物物种的活动及残骸又促进了凝结物的产生[3]。
(二)凝结物的形成
文物受海水影响必然会发生一系列物理及化学变化,在某种程度上海底文物参与了海洋物质循环。文物埋藏在沉积物的位置不同,对凝结物形成也有不同程度的影响。文物半掩埋或全埋在沉积物中,在沉积物中的埋藏深浅,埋藏在砾砂质沉积物、黏土质沉积物(海泥)或珊瑚碎屑沉积物等不同环境中,其凝结物的组成成分也不一样。总体说来,凝结物的形成经过以下步骤。

1.盐类富集、不溶盐沉淀及金属腐蚀

不同的文物由于埋藏处海水盐度、埋藏时间及文物质地不同,被海水浸泡后的含水量和含盐量也会不同,一般富含盐分的文物更适合于各类海底生物生长。在热带海域,碳酸盐等不溶盐还会沉淀在文物表面。
中国沿海沉船中常搭载的铁器、铜器等都容易腐蚀锈结。金属文物在海水中会发生电化学反应。海水中的一些物质如氯离子会加速电化学反应。金属文物在海水中的腐蚀速度与深度变化有关:深度加深,含氧量降低,腐蚀速度变缓。
2.生物开始附着形成附着物
辽宁绥中三道岗沉船考古工作中出水的包裹满海蛎子的瓷器(图3)及西沙珊瑚礁海域出水中带珊瑚的凝结物(图4),是比较具有代表性的出水凝结物。在寒、温及热带海域,文物上附生的主体物种不同,形成的凝结物上主要生物附着物也不同。通常这种附着由微生物的细菌附着生长开始,直到较大的底栖动植物附着到文物表面,这些生物生长及代谢常常会改造周边环境形成生物沉积,生物壳体及分泌物甚至可以完全包裹文物,这种分泌物还会粘接相邻文物形成凝结物。

图3 三道岗元代沉船出水的
被生物附着物包裹的文物

图4 华光礁I号出水的附着有珊瑚的碗
文物在海底沉积物中不可避免地被微生物利用,并参与到海洋中的物质循环中:铁还原菌在不同环境中能分别形成或溶解磁铁矿,硫酸盐还原菌会还原硫酸盐产生硫化物等。凝结物的形成,凝结物中物质组成成分都和细菌有关。
文物没入沉积物后生物因环境改变而死亡或自然死亡后所遗留的壳体也会附着在文物表面,形成较厚的生物附着物。
3.物理堆垒胶结
文物与细小的沉积物颗粒,颗粒物与颗粒物之间有一定的吸附力,沉积物颗粒间不同的堆垒方式造成沉积物间结合强度的差异[4]。另外沉积物含有胶体,胶体具有较大的表面能和负电荷,具有凝聚性。在凝结物的形成中,沉积物填充在文物及文物碎片间,沉积物中的胶质还有凝聚力,形成类似混凝土的结构,再加上海水压力和铁离子的作用,会形成比周围沉积物坚硬的凝结物。南海I号沉船后部覆盖的壳层状凝结物就属此类(图5)。

图5 南海I号艉凝结物壳层
(三)凝结物形成中铁的作用

很多凝结物都是在铁质文物的周围形成的,凝结物上往往可见一些红色的铁锈物质,这是由铁离子的扩散作用引起的。
当沉积物被埋藏后,由于逐渐缺溶解氧,原来的氧化环境变为还原环境,高价的三价铁离子成为电子受体被还原为易溶的低价的二价铁离子而进入间隙水,间隙水中铁离子的浓度增大,造成与其他地方的浓度差,因而二价铁离子就向外扩散迁移,至其他部位重新被氧化而富集。朱茂旭等对海洋沉积物有机质早期成岩矿化路径及其相对贡献的研究中指出,铁异化还原和硫酸根还原是近海沉积物厌氧矿化的主要路径[5],凝结物中沉积物比周围海泥、海砂坚硬就是因为其经过这种矿化作用。铁离子的扩散及富集自然会使很多文物表面侵染铁绣变色。由于铁质文物的这种特性,所以目前发掘的沉船凝结物中多是含有铁质文物的[6]。
二、海洋出水凝结物的类型

海洋出水凝结物给人的直观印象是一个复合体,有文物(陶器、瓷器、金属器等),有沉积物(海泥、海砂),有生物附着物(海蛎子、贝壳、珊瑚等),有的凝结物上还有红色的铁锈物。

在介绍完海洋出水凝结物的形成环境后,我们根据凝结物的形成环境,影响凝结物形成的要素,对凝结物作一个初步的分类研究。
(一)凝结物和表面凝结物的区分
谈到凝结物,就会遇到两个名词——凝结物和表面凝结物。凝结物一般指单件或多件文物,可能还是不同类的文物和周围沉积物等其他物质凝结在一起,形成比较坚实的凝结状物体, 有时可称作凝结物复合体。表面凝结物是存在于一件文物表面(不分内外,但多数在外表 面),不属于文物本体但又同文物结合的其他物体。这里的其他物体泛指非文物本体物质的其他物质。
1.文物表面硬结物
有的凝结物存在于文物表面并同文物本体结合较直接, 形成层膜状凝结物,这些凝结物都可称作表面层状凝结物,这种层状物可能只堆积在部分区域,也可能就是全面的层壳状堆积。
表面硬结物主要有两种:金属腐蚀产物、金属腐蚀产物与沉积物混合物,钙类、硅类沉积物[7]。金属文物在海底受到氧化及还原环境的交替作用以及海水运动对腐蚀产物及沉积物的扰动往往会形成氧化产物 、 还原产物以及与沉积物混合物的分层状凝结物[8]。钙类沉积物如碳酸钙沉积(主要是文石、含镁方解石等)等会在文物表面形成疏松的层膜状凝结物,这种沉积物层有时直接沉积在文物表面,有时沉积在文物腐蚀产物层上。另外,有的文物附近有铁质文物,铁的锈蚀产物或会污染沉积物层形成含铁的沉积物。
2.生物附着物
生物附着中的生物外壳附着及生物分泌物附着通常都会在文物或文物表面层状物上形成比较独特的生物附着物。瓷器、石质文物、有机质文物和部分金属文物的表面都可能直接附着生物,从而形成生物附着物。但有些金属文物不同。如铜制文物有毒,生物体一般不会直接附着在文物表面,通常是附着在铜制文物表面上形成的含钙沉积层上(主要是含镁方解石),因为钙质层已覆盖了具有毒性的铜腐蚀产物[9]。生物外壳附着产物通常有贝壳,生物分泌物附着最常见的是珊瑚类的有机物或其遗体。
3.文物间的沉积物凝结物
还有一些凝结物中的物质,与文物本体间的结合没有生物附着物及表面层状物那么直接和紧密,但广泛存在于凝结物中。凝结物中文物与文物之间的物质大多数是这类凝结物,这里将其称为外层沉积物凝结物。
外层沉积物凝结物主要是沉积物在铁离子的加速岩化作用、生物作用、吸附作用、海水压力作用下凝结在文物上或文物之间的海底沉积物。总的来说外层沉积物凝结物在刚出水时往往比较疏松,易于去除。常见的有海泥(混合物)、石灰类(碳酸钙等)、石膏(硫酸钙的各种水合物)和硅质类(二氧化硅等)。刘薇等在分析华光礁I号、南海I号、南澳I号三处沉船的铁器凝结物时,发现越靠近铁质基体,铁含量越高,而外层的铁含量依然很高[10]。

(三)出水凝结物的类型
1.生物附着物为主的凝结物
绥中三道岗沉船及西沙水下工作出水有不少主要由生物附着形成的凝结物,在南海I号及南澳I号也有出水。此外沉船中石质文物表面易被生物附着物覆盖,形成凝结物。此类凝结物主要是海洋生物的壳体及分泌物,主要成分是钙类(文石、方解石)及硅质类(硅藻)。常见的是数件或单件器物被海洋生物的壳体和分泌物粘连、包裹(图3、图4)。
2.金属文物锈蚀胶结在一起形成的凝结物
此类金属凝结物以铁质凝结物为多数,铁质凝结物在几艘沉船中均有发现,多是一堆铁器锈蚀后粘接在一起形成一个整体。凝结物组成主要是铁器锈蚀产物及周围的沉积物。常见的是成组摞在一起的铁锅或整个区域的铁条锈蚀成一个整体[11]。
南海I号还出水了2个多件银铤聚合凝结物,由堆放在一起的银铤锈蚀胶结为一体(图6)。

图6 南海I号出水的银铤凝结物
由于铜对生物具有毒性,故铜质器物较少产生凝结物。现仅见南海I号藏于铁器中的成组铜钱被铜锈蚀物和铁锈蚀物一起粘连、胶结形成的铜钱凝结物,体量十分庞大(图7)。

图7 南海I号出水的与铁器、木板凝结为一体的
铜钱凝结物
3.瓷器、瓷片为主的复合型凝结物
一堆瓷器及碎瓷片被铁锈蚀物、海底沉积物凝结在一起的凝结物,在南海I号出水较多,2014——2015年度发掘中T0501、T0502船艉外这种凝结物还形成了大面积的厚度超过0.3米的片状壳层,其形成主要受到铁锈氧化和生物影响。凝结物主要成分是海底沉积物,出水时海泥为黑色或青色(图5)。

三、海洋出水凝结物的保护及处理问题
凝结物由于具有凝结各种文物、海洋生物附着物与海洋沉积物的特点,被一些学者认为具有能够反映文物所处环境的特殊价值,因此不应全部予以分解处理;有些由于分解比较困难,进一步处理所提取的信息量不大,也可整体保护。
凝结物分解的核心是安全地提取文物,这个过程涉及文物信息的再提取问题。很多文物信息包含在凝结物中,在凝结物的分解过程中应该注意充分地获取考古信息,对带有信息的残存痕迹进行保护处理。
另外船舱内凝结物粘连船舱内木板,整体提取往往会损坏船体结构,此时需要直接拆解凝结物以保护船体结构。
凝结物保护处理一般经过大块分解成小块,小块中文物分离,文物表面凝结物清除等过程,在这个过程中需要考虑保护处理程度问题。这个处理程度主要基于上文所述保护处理的价值。
首先,能够体现沉船海底环境和凝结物形成的大块凝结物,应该适当保留部分标本,经过脱盐稳定处理后可以整体保留。
其次,金属文物除铁器外,自大块凝结物上将其分离后,其表面腐蚀产物是表面凝结物的一部分,但清除表面凝结物不能完全清除这些腐蚀产物,有些矿化严重的金属,处理腐蚀产物还会造成对文物原表面痕迹的破坏。这部分工作应该转由金属保护处理人员进行,由他们进一步保护处理。而铁质文物往往在海底环境中被腐蚀得比较彻底,凝结物形态反而能更好地保存其原始形态,此时就要考虑完整保存部分成组铁制品的凝结物形态。此外大批量同形制的铁器也不需要全部分解保护。
最后,关于瓷器,考虑其品种和同类型器物的数量,对于出土数量较少的,应采用多种方法比较完整地将其从凝结物上分离,比如南海I号出土的蕉叶纹方流执壶。
注释
[1]表格内容取自三道岗元代沉船、南海I号、南澳I号、华光礁I号等沉船考古报告。
[2]底栖生物及污损生物概念来自生物学及工程学。李冠国、范振刚:《海洋生态学》,髙等教育出版社,2004年。黄宗国主编:《海洋污损生物及其防除》(下册),海洋出版社,2008年。
[3]国家文物局水下文化遗产保护中心、广东省文物考古研究所、中国文化遗产研究院,等:《南海I号沉船考古报告之二——2014~2015年发掘》,文物出版社,2018年,第572——585页。
[4]卢博、李传荣指出混合接触结构的沉积物强度较大。卢博、李传荣:《珠江口外海沉积物(原状样)微结构特征及其物理性质》,《海洋学报》2002年第2期。
[5]朱茂旭、史晓宁、杨桂朋,等:《海洋沉积物中有机质早期成岩矿化路径及其相对贡献》,《地球科学进展》2011年第4期。
[6]通过对南海I号、南澳I号、华光礁丨号沉船的凝结物分析发现,从靠近铁器基体到凝结物中的沉积物均含有较高铁的成分。刘薇、张治国、李秀辉,等:《中国南海三处古代沉船遗址出水铁器凝结物分析》,《中国国家博物馆馆刊》2011年第2期。
[7]杨恒、田兴玲、李秀辉,等:《广东“南澳1号”明代沉船出水铜器表面凝结物分析与去除》,《中国文物科学研究》2012年第2期;刘薇、张治国、李秀辉,等:《中国南海三处古代沉船遗址出水铁器凝结物分析》,《中国国家博物馆馆刊》2011年第2期。
[8]〔澳〕I.D.麦克劳德著,铁付德、陈卫译:《沉船内有色金属文物之腐蚀研究》,《中原文物》1999年第1期。
[9]刘薇、张治国、李秀辉,等:《中国南海三处古代沉船遗址出水铁器凝结物分析》,《中国国家博物馆馆刊》2011年第2期。
[10]刘薇、张治国、李秀辉,等:《中国南海三处古代沉船遗址出水铁器凝结物分析》,《中国国家博物馆馆刊》2011年第2期。
[11]对铁器凝结物的研究和分析较多,如周文晖《海洋出水铁质文物的保护》,《福建文博》2012年第1期;包春磊《华光礁I号出水铁器文物的腐蚀与保护措施》,《腐蚀与防护》2012年第7期。

图文来源:《博物院》2019年04期
作者:叶道阳 广东海上丝绸之路博物馆
责编:静静
审核:卓卓


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