石膏与考古

何文竞 吴玲

生石膏（CaSO4·2H2O）是一种单斜晶系矿物，一般呈白色或无色，晶体多为透明或半透明状，常带玻璃、丝绢、珍珠光泽，是五大凝固材料之一，被广泛应用于建筑、模具、化工、医药、食品加工等领域。

人类利用石膏的历史至少可以追溯到1万年以前，新石器时代早期的先民即已开始使用石膏制作容器。或将石膏用作建筑和装饰材料涂抹于墙壁和底板上。生石膏加热到150℃左右脱水生成熟石膏（2CaSO4·H2O），熟石膏粉加水搅拌又会重新转化成生石膏，根据这一特性，熟石膏常被用来制作模型、工艺品、石膏绷带等等。因其价格低廉、方便易得、无毒无异味、凝固速度快、有一定的强度又易于刻划等方面的优势，熟石膏很早就被运用到考古工作之中。

文物修复

熟石膏是文物修复，特别是陶、瓷器修复中使用频率最高的一种材料。陶、瓷器是考古发掘常见的遗存，通常一个遗址发掘出土的文化遗存中都以陶片、瓷片体量最大、数量最多，它们对判断遗址的时代和性质都具有非常重要的意义。考古工作者整理之后，往往可以从陶、瓷片中找出相当数量的可复原器物（即一件器物从口沿、颈部、耳、腹部至底足都有足够比例面积保存下来，可以根据残留下来的部分复原其原始的形状，考古学上称之为“小件”）。但一般很难从陶、瓷片中找到一件器物的所有组成部分，并且陶片与陶片之间，特别是早期烧造温度不高的的泥质陶和夹砂陶，如果直接用胶粘接非常容易破碎脱落。另外，陶、瓷片或者残损的陶、瓷器也不便于研究、展览，特别是不便于没有相关专业知识储备的观众的参观和学习。因此考古学家很早就开始使用石膏来对陶、瓷器进行修复，这样可以达到对文物本体的保护以及满足研究、展览和参观的需求。

修复陶、瓷器的方法有很多种，有的先用黄色黏土将残器修补完整，然后在其外表壁浇熔化的蜂蜡制作外范，再将黄色黏土去除，把熟石膏加水搅拌倒入蜡范内，待石膏固化后稍作修整，便修复好了一件器物；有的则直接用橡皮泥附在残器外表面翻范，浇石膏浆；还有的将残器扣置于粉沙之上旋转，以沙体为器物内范，然后浇石膏浆修复器物。但无论用何种方法，过去都是用石膏作为修补的材料，如果要求稍高还可以对石膏进行上色处理以达到逼真、美观的效果。

填充遗迹孔洞

除了石、陶、瓷、金属等无机材料外，古人也大量使用竹、木、漆、骨、植物纤维等有机材料。当这些有机物被有意或无意埋藏于地下后，如果地层环境比较稳定，有机质腐朽分解后便会在地层中形成一类特殊的遗迹——空腔，因为其保存下了遗物或遗体的形状，所以空腔也是非常重要的文化遗存。

用石膏作为填充物保存遗迹的形状最早是由意大利考古学家基尤赛普·菲奥雷里（Giuseppe Fiorelli 1823—1896）在庞贝（ Pompeii）古城的考古发掘开始的。1863—1875年，在其主持庞贝古城的考古发掘期间，菲奥雷里发现火山灰下有许多空腔，这些空腔很多是维苏威火山（Vesuvius）喷发遇难者尸体被腐蚀后所遗留下来的，它们记录下了遇难者最后一刻的情形，将时间定格在灾难发生的那一刻，其重要性可見一斑。菲奥雷里创造性地用石膏灌入这些空腔，待石膏固化后再小心地将火山灰剥去，如此便保留下了遇难者身体的形状，时隔140多年这些石膏人体早已成为珍贵文物！

另一个比较著名的例子是英国考古学家伦纳德·伍利（Leonard Woolley，1880—1960）20世纪20年代在苏美尔时期的城市乌尔（Ur，今伊拉克波斯湾附近）的皇家陵园里的考古工作。这里曾发现了好几件竖琴，包括“皇后竖琴（Queens Lyre）”，发现时竖琴的木质部分已经腐烂，伍利将石膏浇入木质腐朽后形成的空腔内，这样就将竖琴的形状以及附件装饰品一同保护了下来。

固定易碎遗物

考古发掘中经常会遇到一些比较脆弱的文化遗存，有的外形还在，比如竹、木、漆器、严重锈蚀的金属器、人类以及动物骨骼，但其内部结构已完全朽坏，一触即溃，稍有不慎历史信息将会荡然无存；有的轮廓尚完整，如破碎不堪的陶器、瓷器、工艺复杂的饰品、结构精细的艺术品等，如果局部提取，打乱各部分的相对位置后几乎无法对其复原。

对于这些文化遗存就需要打包或套箱，连同遗物周边的泥土一起加固提取。以动物骨骼为例，地层中的动物骨骼经过长时间的埋藏，被地下水腐蚀（地下水一般会具有一定的酸性或碱性），骨骼的内部结构已遭破坏，直接提取非常容易断裂、破碎和粉化，这些遗物通常的处理方法是在其周围开小槽，槽深大于骨骼的厚度，在槽内灌石膏浆，石膏固化后形成石膏框，用薄板从石膏框底部平插，连同骨骼、石膏框以及它们之间的泥土一同托起打包带回实验室，进行精细的实验室考古。相较于野外环境，实验室中仪器设备、人员配置等各种条件都更为优越，这样可以最大限度地保护文物。

用石膏加固打包的做法不仅仅是在考古学中经常使用，古生物学家在野外通常也是用石膏或者蘸过石膏浆的纸对古生物化石进行加固打包，再运回实验室进行研究。

制作文物模型

有些比较脆弱的文物不便频繁出库入库，但又有科研、展览、教学的需求，便需要制作一些模型给研究人员研究，供学生学习或让民众参观，其中使用最广泛的还是石膏模型。有时候出于各种原因文物原件丢失或者损毁了，那么复制品的价值就愈加凸显出来。

众所周知，20世纪轰动全球的北京猿人头盖骨化石在战乱中不知所踪，成为我国乃至世界学术界难以平复的遗憾，著名旧石器时代考古学家贾兰坡先生曾说过“这些北京人标本化石，就像我的孩子，我对它们的感情是常人难以理解的。这些年来，我一直被失踪的北京人头盖骨所折磨，我今生最大的心愿，就是能把它们找回来！”让人略感欣慰的是，虽然北京人头盖骨原件遗失了，但早年国内外学者曾制作了一批复制品，其中收藏于天津北疆博物院的几个复制品就都是用石膏制作而成，再用水彩着色，制作者胡承志先生怕日久脱色还将模型放入蜡水中浸泡，用蜡膜封护颜料。至今这批复制品仍然完好如新，现在已经成为北疆博物院的“镇院之宝”，正是因为有了这些复制品，才让我们有机会一窥北京猿人头盖骨“容颜”！

其他辅助性功能

石膏可用于描绘遗迹单位的轮廓线，有丰富经验的考古工作者可以根据平面上土质、土色、包含物的变化分辨遗迹单位的轮廓和性质，但对于普通参观者就没那么简单了，于是就需要将遗迹单位的外轮廓线描画出来才便于理解。另外随着土壤暴露时间的增加，或者被雨水冲刷，遗迹单位的輪廓也会变得漫漶不清，即便是专业人员也难以分辨，因此用石膏浆将遗迹单位的平面轮廓线描绘出来就显得十分必要。无论是参观者还是专业人员拍照记录时，有了轮廓线，考古就变得更直观了。

石膏还有一些小的辅助功能，比如制作考古绘图的固定支架。传统考古绘图要用直立的尺子作为测量的工具，如果一时没有合适的固定工具便可以用石膏制作一个简易的固定支架，方便实用。石膏还可以被翻制成铸范，用熔化温度较低的铅锡浇铸制作残缺青铜器的配件，再将配件焊接到青铜器上，早年的一些青铜摇钱树就是这样修复完整的。当然，石膏铸范也可以用来做冶金考古铸造模拟实验。

除了上面提及的用途之外，石膏在考古中的应用一定还有一些，所以石膏可以算得上是考古研究的一大利器，在促进考古学科的发展上功不可没。随着科学技术的进步、经济水平的提高，一些新型材料不断被引入考古工作之中，石膏的很多用途正在逐渐被其他材料所替代，如加固提取材料薄荷醇，可以用来加固、粘连提取脆弱文物，文物被提取保护后薄荷醇可以自行挥发，解决了去除加固材料时可能对文物造成的伤害；瓷器修复材料环氧树脂跟石膏相比具有更良好的化学、物理性能，形变收缩率小、尺寸稳定性高、硬度大等优点；新型填充材料如玻璃纤维，相较于石膏，其透明度高、耐热性强、机械强度高、耐湿性好等优点非常突出，现在庞贝的发掘者就是用玻璃纤维代替石膏，这样可以看到遇难者的骨头和身边的器物，获取更多历史信息；最新的三维扫描和3D打印技术可以无损地复制出完美的器物部件，从而避免用石膏直接在器物上翻范时可能对器物造成的损害……虽然如此，由于受考古发掘往往出土器物数量巨大、经费不足、时间紧迫等各方面因素制约，现阶段石膏还不会被完全取代，再加上石膏廉价易得、操作简便，所以到目前为止，它仍然是考古工作必备的材料之一。

（作者何文竞为苏州市考古研究所工作人员；吴玲为无锡博物院工作人员）