考古出水脆弱遺存的臨時加固提取技術探索
——以“南海Ⅰ號”為例

唐小紅，韓向娜，張治國，孫 鍵， 陳坤龍

(1.北京科技大學 科技史與文化遺產研究院，北京 100083;2.國家文物局水下文化遺產保護中心，北京 100192)

1 出水文物保護研究概況

自20世紀80年代起，中國水域陸續科學打撈、發掘了“南海Ⅰ號”、“碗礁Ⅰ號” 、“華光礁Ⅰ號”、 “南澳Ⅰ號”和 “小白礁Ⅰ號”等沉船遺存，水下考古事業取得重要進展，并且發現了大批珍貴的物質文化遺存.由于水分填充、腐蝕、霉菌、藻類滋生、鈣質沉積、泥沙侵蝕和水解等原因，部分文物出水時已十分脆弱，加固保護迫在眉睫.目前出水文物的保護，主要包括文物出水發掘現場的保護和實驗室的科技保護，其中發掘現場的保護主要包括淡水浸泡、清除泥沙、清除海洋沉積物等；[1]實驗室保護主要包括船體保護和文物保護，也是出水文物保護的重點.船體保護主要有木船構件的提取、脫鹽、脫水、加固、定型以及復原等流程.其主要的加固保護方法有聚乙二醇法、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、瑞典瓦薩號古船、[3-4]韓國新安古船、英國瑪麗羅斯號古船等都是運用的聚乙二醇法進行脫水加固；[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.河南信陽城陽城址8號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行冷凍，凍結后的彩席強度明顯增加，成功地將彩席整體提取到了考古實驗室.[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木質船體進行脫水定型，都屬于將脆弱船體轉移或提取至實驗室以后進行的后續處理過程，只有液氮法可以用于現場加固提取.但液氮冷卻后要迅速轉移文物，否則冰融化后會失去加固效果.所以對于高濕環境下考古出土或出水的飽水脆弱木質文物的現場提取，急需找到一種操作方便、加固效果久且后續可以實現可逆去除的臨時加固提取材料.

2 薄荷醇臨時加固技術及其應用

薄荷醇是一種無色針狀結晶體，從薄荷莖葉里提取而來，規定劑量下對人體無害，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，薄荷醇作為一種新型考古現場出土遺存提取材料，逐漸受到大家的關注.[12]

薄荷醇的優點是可在考古發掘現場對脆弱文物進行預加固，增加文物強度，使文物可以安全移動、長距離運輸，待文物運至室內后，通過簡易的方法即可將薄荷醇人為去除，這種技術不妨礙后續其他保護措施的進行.薄荷醇是一種性質截然不同的提取材料，不同于石膏、聚氨酯傳統提取材料.石膏或聚氨酯在后期去除時，需要較多的人為干涉，費時費力，而薄荷醇在室溫下能夠升華，后期僅通過自然放置就能達到去除的目的，亦可采用通風、密封等措施來加快或者減緩去除速度.這種新奇的臨時固型材料，在兵馬俑一號坑和墓葬壁畫揭取中得到了成功應用.[13-14]在提取秦俑出土彩繪遺跡時，沒有對脆弱的彩繪漆皮造成任何損壞，且揮發后認為是“零殘留”.[15-16]還在陜西其他發掘現場以及江西、內蒙古、河南等地都有成功提取過脆弱文物，提取文物種類包括彩繪遺跡、木質木炭文物、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掘現場，對于潮濕環境的考古發掘現場，薄荷醇的運用受到質疑.實際上根據已有研究，相較于環十二烷、香豆素、乙基麥芽酚等臨時固型材料，薄荷醇具有較好的親水性、較高的滲透深度及較強的提取能力，適合于潮濕考古發掘現場脆弱文物的臨時固型和提取，在鐘家港古河道遺址發掘提取中，用薄荷醇進行飽水編織物提取的小實驗，取得了成功.[17]但是，關于薄荷醇在潮濕環境下提取較大型、重要脆弱文物的應用案例，目前尚未有報道.

3 “南海Ⅰ號”考古發掘現場遺存概況

“南海Ⅰ號” 是南宋初期木質古沉船，沉沒于廣東省陽江市東平港以南約20海里處，船體現今殘長22.15 m，寬9.85 m，是我國迄今為止發現的海上沉船中年代較早、船體較大、保存較完整的遠洋貿易商船.2007年底，經整體打撈出水，移至位于廣東陽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，模擬當時所處的海洋環境進行保護.[18]2013年保護發掘項目正式啟動.截至目前，發掘出水了包括瓷器、金銀器、銅器、鐵器、漆木器以及朱砂、骨骸、果核、串飾在內的大量文物.其中瓷器幾乎囊括了當時南方的主要窯口與瓷器種類，金器、漆器等制作精美、質量上乘，為研究宋代手工業技術發展和中外交通史等問題提供了極為重要的考古資料.[19]

船體作為“南海Ⅰ號”的載體，整個沉船就是一件最重要的文物，需要嚴加保護.沉船的木質結構是考古現場發掘和保護的重點及核心，但由于遭受長時間的海水侵蝕，船體木頭的含水量極高，強度極低，有些甚至非常糟朽，再加上微生物的猖獗，極大地增加了保護工作的難度.[20]要確保出水木質船體的原有形態，需要在確保木質船體不發生收縮和變形的前提下，盡可能提高糟朽飽水船體構件的強度，快速、高效、安全的將新鮮出水的木質文物及時提取出來，迅速轉移到實驗室，及時進入下一個保護環節，是“南海Ⅰ號”沉船發掘現場的迫切需求.

圖1 “南海Ⅰ號”的發掘現場(船尾)

薄荷醇技術操作快捷簡便，在數分鐘內即能提高脆弱文物的強度，達到迅速、安全提取文物的目的，滿足“南海Ⅰ號”發掘現場出水木質文物提取困難的需求.文章是在以往研究的基礎上，將薄荷醇技術應用在“南海Ⅰ號”出水糟朽飽水隔倉板的現場加固提取中，詳細介紹了現場需求、加固提取、薄荷醇去除、后續保護處理等過程的具體技術和方法.也是首次關于薄荷醇用于高度潮濕環境考古出水脆弱質遺存保護完整過程的案例報道，為如何在該環境下使用薄荷醇技術提供了較詳細的操作范例.

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(實驗室自制)，紗布，軟刷等.

4.2 隔倉板的加固提取

隨著“南海Ⅰ號”考古發掘的進行，沉船內部的凝結物、船貨和沉船舵承、兩舷船板、隔倉板等船體結構漸漸清晰，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，中間由木板隔開形成獨立的隔層.上層的鐵器由于在海水里長期浸泡已經生銹，形成了大量的鐵銹凝結物.將鐵器提取以后，發現隔倉板上附著有較多的鐵銹凝結物，絕大多數隔倉板木材松軟，強度不高，有些甚至糟朽嚴重，碎裂成塊，若要進一步提取下層的瓷器，首先要提取隔倉板.選擇提取的木板長1.5 m，寬0.35 m，高0.08 m，整體飽水、腐朽，保存狀態差，且一端已壓碎成塊，提取難度極大(圖2).

注：a：遺存的相對位置；b：局部疏松和開裂

圖2待提取隔倉板保存狀況

Fig.2 Excavation site of"Nanhai I"

針對待提取木質隔艙板的狀況和現場工作條件，我們設計了基于薄荷醇技術的現場加固提取工藝，現按保護流程詳述如下：

(1)提取前處理：薄荷醇具有一定的疏水性，加固對象的含水量會直接影響薄荷醇的加固深度和加固效果，所以加固對象不能有明水或有水浸泡，最好是低于飽和含水率.待提取的隔倉板處于高度飽水狀態，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板上吸濕，用手輕輕按壓增加服帖，待一定時間后揭去敷紙(圖3).再使用熱風機進一步降低隔倉板表面的水分，同時增加隔倉板表面溫度.控制隔倉板表面沒有明水，達到接近半干狀態即可，防止木板失水過多造成開裂或變形.

(2)現場臨時加固：發掘現場條件有限，操作空間非常狹小，周圍是強度極低的飽水木質文物，因此不能使用較大或者笨重的加熱工具，我們使用簡易的自加熱裝置融化薄荷醇.即使進行了先前的吸濕措施，隔倉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]此次試驗中，薄荷醇融體溫度為71 ℃～82 ℃.為了盡可能地提高加固強度，選用了紗布增強，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

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，在刷的過程中，先從木板中間位置開始，逐漸向周邊進行，盡量避免出現空洞，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分鐘后就能達到完全固化(圖4).加固該隔倉板使用了0.4 kg薄荷醇.

圖4 薄荷醇加固兩次后的隔倉板狀態

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

圖5隔倉板的整體提取

Fig.5 Overall extraction

(4)薄荷醇脫除：將提取出來的隔倉板轉移到實驗室內后，在進行下一步處理前，要先去除薄荷醇.薄荷醇可溶于乙醇，本試驗中利用乙醇來快速去除薄荷醇.將提取出的隔倉板放置于清洗槽中，用濃度為30%的乙醇溶液浸泡，持續兩天后，隔倉板上的薄荷醇大部分已溶解進入乙醇溶液里.用盛有乙醇溶液的噴壺沖洗紗布，慢慢將紗布揭取下來(圖6a，b).圖6c是去除薄荷醇后的隔倉板，幾乎和發掘現場出水時的狀態一樣.至此，采用薄荷醇技術將糟朽飽水隔倉板安全提取回實驗室，可以繼續下一步的操作程序.

注：a. 揭取紗布；b. 薄荷醇去除后局部形貌

圖6薄荷醇脫除過程

Fig.6 Menthol removal process

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

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

5 總結與展望

薄荷醇技術在“南海Ⅰ號”現場進行了試用，雖然是在局部的木構件上的初步實驗，但是對解決目前“南海Ⅰ號”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.

由于發掘現場出水遺存的獨特性，需要針對不同遺存設計單獨的提取方案，尤其是輔助的吸水、加溫、物理支撐等措施，對于薄荷醇應用于潮濕環境脆弱遺存的現場加固是必不可少的輔助.薄荷醇的后期去除，不必等待長時間的自然揮發，以防止長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，或簡單的乙醇浸泡、噴淋.去除薄荷醇后的木材即可進行下一步的脫硫和加固操作.總體而言，薄荷醇提取技術不妨礙原有的后續保護措施的進行，反而和原有脫硫和加固技術具有較好的銜接性，是“南海一號”現有常規提取手段的有效補充.

本次實驗驗證薄荷醇應用于潮濕環境脆弱質遺存臨時加固的可行性.在類似的沉船、高濕環境墓葬和遺址等發掘現場，薄荷醇臨時加固技術的應用探索，將有望為出水或出土脆弱質遺存的提取提供更為安全、便捷的技術解決方案.