考古出水脆弱遗存的临时加固提取技术探索——以“南海Ⅰ号”为例

唐小红，韩向娜，张治国，孙 键， 陈坤龙

(1.北京科技大学 科技史与文化遗产研究院，北京 100083;2.国家文物局水下文化遗产保护中心，北京 100192)

1 出水文物保护研究概况

自20世纪80年代起，中国水域陆续科学打捞、发掘了“南海Ⅰ号”、“碗礁Ⅰ号” 、“华光礁Ⅰ号”、 “南澳Ⅰ号”和 “小白礁Ⅰ号”等沉船遗存，水下考古事业取得重要进展，并且发现了大批珍贵的物质文化遗存.由于水分填充、腐蚀、霉菌、藻类滋生、钙质沉积、泥沙侵蚀和水解等原因，部分文物出水时已十分脆弱，加固保护迫在眉睫.目前出水文物的保护，主要包括文物出水发掘现场的保护和实验室的科技保护，其中发掘现场的保护主要包括淡水浸泡、清除泥沙、清除海洋沉积物等；[1]实验室保护主要包括船体保护和文物保护，也是出水文物保护的重点.船体保护主要有木船构件的提取、脱盐、脱水、加固、定型以及复原等流程.其主要的加固保护方法有聚乙二醇法、自然干燥脱水法和超临界脱水干燥法等.[2]

船体保护最常用的是聚乙二醇脱水渗透加固法.例如蓬莱三艘中外古船、瑞典瓦萨号古船、[3-4]韩国新安古船、英国玛丽罗斯号古船等都是运用的聚乙二醇法进行脱水加固；[5]而蓬莱元朝古船在脱水定型后是采用喷涂聚醋酸乙烯酯，然后用生桐油封护船体的方法.[6]自然干燥法也是一种脱水定型方法，如马王堆汉墓出土的部分漆器，[7]以及泉州宋船、[8]菏泽古船[9]等都是在高湿环境中缓慢自然阴干，完成了整体的脱水定型，较好的保持了原型.液氮法是比较新颖的方法.河南信阳城阳城址8号楚墓出土的饱水彩漆竹席，采用液氮将彩席及周边泥土混杂物进行冷冻，冻结后的彩席强度明显增加，成功地将彩席整体提取到了考古实验室.[10]另外还有超临界脱水干燥法.[11]

聚乙二醇法、自然干燥脱水法、超临界脱水干燥法等都是对木质船体进行脱水定型，都属于将脆弱船体转移或提取至实验室以后进行的后续处理过程，只有液氮法可以用于现场加固提取.但液氮冷却后要迅速转移文物，否则冰融化后会失去加固效果.所以对于高湿环境下考古出土或出水的饱水脆弱木质文物的现场提取，急需找到一种操作方便、加固效果久且后续可以实现可逆去除的临时加固提取材料.

2 薄荷醇临时加固技术及其应用

薄荷醇是一种无色针状结晶体，从薄荷茎叶里提取而来，规定剂量下对人体无害，被大量用于香烟、化妆品、牙膏、口香糖、饮料和糖果中，主要是作为添加剂和赋香剂.近年来，薄荷醇作为一种新型考古现场出土遗存提取材料，逐渐受到大家的关注.[12]

薄荷醇的优点是可在考古发掘现场对脆弱文物进行预加固，增加文物强度，使文物可以安全移动、长距离运输，待文物运至室内后，通过简易的方法即可将薄荷醇人为去除，这种技术不妨碍后续其他保护措施的进行.薄荷醇是一种性质截然不同的提取材料，不同于石膏、聚氨酯传统提取材料.石膏或聚氨酯在后期去除时，需要较多的人为干涉，费时费力，而薄荷醇在室温下能够升华，后期仅通过自然放置就能达到去除的目的，亦可采用通风、密封等措施来加快或者减缓去除速度.这种新奇的临时固型材料，在兵马俑一号坑和墓葬壁画揭取中得到了成功应用.[13-14]在提取秦俑出土彩绘遗迹时，没有对脆弱的彩绘漆皮造成任何损坏，且挥发后认为是“零残留”.[15-16]还在陕西其他发掘现场以及江西、内蒙古、河南等地都有成功提取过脆弱文物，提取文物种类包括彩绘遗迹、木质木炭文物、漆器、琉璃、人骨等.[12]

综合已有的研究表明，薄荷醇在提取脆弱文物时是比较安全、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发掘现场，对于潮湿环境的考古发掘现场，薄荷醇的运用受到质疑.实际上根据已有研究，相较于环十二烷、香豆素、乙基麦芽酚等临时固型材料，薄荷醇具有较好的亲水性、较高的渗透深度及较强的提取能力，适合于潮湿考古发掘现场脆弱文物的临时固型和提取，在钟家港古河道遗址发掘提取中，用薄荷醇进行饱水编织物提取的小实验，取得了成功.[17]但是，关于薄荷醇在潮湿环境下提取较大型、重要脆弱文物的应用案例，目前尚未有报道.

3 “南海Ⅰ号”考古发掘现场遗存概况

“南海Ⅰ号” 是南宋初期木质古沉船，沉没于广东省阳江市东平港以南约20海里处，船体现今残长22.15 m，宽9.85 m，是我国迄今为止发现的海上沉船中年代较早、船体较大、保存较完整的远洋贸易商船.2007年底，经整体打捞出水，移至位于广东阳江市海陵岛上的海上丝绸之路博物馆，并采取人造海水浸泡的办法，模拟当时所处的海洋环境进行保护.[18]2013年保护发掘项目正式启动.截至目前，发掘出水了包括瓷器、金银器、铜器、铁器、漆木器以及朱砂、骨骸、果核、串饰在内的大量文物.其中瓷器几乎囊括了当时南方的主要窑口与瓷器种类，金器、漆器等制作精美、质量上乘，为研究宋代手工业技术发展和中外交通史等问题提供了极为重要的考古资料.[19]

船体作为“南海Ⅰ号”的载体，整个沉船就是一件最重要的文物，需要严加保护.沉船的木质结构是考古现场发掘和保护的重点及核心，但由于遭受长时间的海水侵蚀，船体木头的含水量极高，强度极低，有些甚至非常糟朽，再加上微生物的猖獗，极大地增加了保护工作的难度.[20]要确保出水木质船体的原有形态，需要在确保木质船体不发生收缩和变形的前提下，尽可能提高糟朽饱水船体构件的强度，快速、高效、安全的将新鲜出水的木质文物及时提取出来，迅速转移到实验室，及时进入下一个保护环节，是“南海Ⅰ号”沉船发掘现场的迫切需求.

图1 “南海Ⅰ号”的发掘现场(船尾)

薄荷醇技术操作快捷简便，在数分钟内即能提高脆弱文物的强度，达到迅速、安全提取文物的目的，满足“南海Ⅰ号”发掘现场出水木质文物提取困难的需求.文章是在以往研究的基础上，将薄荷醇技术应用在“南海Ⅰ号”出水糟朽饱水隔仓板的现场加固提取中，详细介绍了现场需求、加固提取、薄荷醇去除、后续保护处理等过程的具体技术和方法.也是首次关于薄荷醇用于高度潮湿环境考古出水脆弱质遗存保护完整过程的案例报道，为如何在该环境下使用薄荷醇技术提供了较详细的操作范例.

4 加固提取

4.1 主要材料与工具

薄荷醇(纯度99.7%，常州嘉众新材料科技有限公司)，自加热装置(实验室自制)，纱布，软刷等.

4.2 隔仓板的加固提取

随着“南海Ⅰ号”考古发掘的进行，沉船内部的凝结物、船货和沉船舵承、两舷船板、隔仓板等船体结构渐渐清晰，沉船的船型渐渐暴露.在船尾的一处船舱，上层装载的是铁器，下层是瓷器，中间由木板隔开形成独立的隔层.上层的铁器由于在海水里长期浸泡已经生锈，形成了大量的铁锈凝结物.将铁器提取以后，发现隔仓板上附着有较多的铁锈凝结物，绝大多数隔仓板木材松软，强度不高，有些甚至糟朽严重，碎裂成块，若要进一步提取下层的瓷器，首先要提取隔仓板.选择提取的木板长1.5 m，宽0.35 m，高0.08 m，整体饱水、腐朽，保存状态差，且一端已压碎成块，提取难度极大(图2).

注：a：遗存的相对位置；b：局部疏松和开裂

图2待提取隔仓板保存状况

Fig.2 Excavation site of"Nanhai I"

针对待提取木质隔舱板的状况和现场工作条件，我们设计了基于薄荷醇技术的现场加固提取工艺，现按保护流程详述如下：

(1)提取前处理：薄荷醇具有一定的疏水性，加固对象的含水量会直接影响薄荷醇的加固深度和加固效果，所以加固对象不能有明水或有水浸泡，最好是低于饱和含水率.待提取的隔仓板处于高度饱水状态，为了不影响薄荷醇的渗透，第一步先要降低含水量.采用纸巾贴敷在隔仓板上吸湿，用手轻轻按压增加服帖，待一定时间后揭去敷纸(图3).再使用热风机进一步降低隔仓板表面的水分，同时增加隔仓板表面温度.控制隔仓板表面没有明水，达到接近半干状态即可，防止木板失水过多造成开裂或变形.

(2)现场临时加固：发掘现场条件有限，操作空间非常狭小，周围是强度极低的饱水木质文物，因此不能使用较大或者笨重的加热工具，我们使用简易的自加热装置融化薄荷醇.即使进行了先前的吸湿措施，隔仓板的含水量仍然很高，为保证薄荷醇有较理想的渗透深度，需要熔体温度维持在较高的范围.[16]此次试验中，薄荷醇融体温度为71 ℃～82 ℃.为了尽可能地提高加固强度，选用了纱布增强，两遍涂刷的施工工艺.[21]

注：a. 敷纸吸湿；b. 前处理后的局部状态

图3加固提取前处理

Fig.3 Pre-extraction

将纱布裁剪成比提取木板略大的尺寸，平铺在木板上，注意使纱布尽可能与木板完全贴合.然后用软刷快速地将薄荷醇融体涂刷上去，在刷的过程中，先从木板中间位置开始，逐渐向周边进行，尽量避免出现空洞，第一遍涂刷完成后，再铺第二层纱布，用同样的方法二次涂刷薄荷醇.对于十分脆弱的地方，可以多刷一些.薄荷醇涂刷大约10分钟后就能达到完全固化(图4).加固该隔仓板使用了0.4 kg薄荷醇.

图4 薄荷醇加固两次后的隔仓板状态

(3)整体提取：根据隔仓板的大小制作一块托板，托板长2 m，宽0.5 m，厚0.01 m.提取前先要对隔仓板周围的附着物进行清理，将隔仓板与周围遗存分离开.用铲子将隔仓板周围的淤泥和凝结物清除，遇到特别坚硬的凝结物，可用钉锤适当用力击碎，但要注意力度.清理完成后，将托板从隔仓板的侧边慢慢插入，用力往里面深入，缓缓将隔仓板托起来(图5a, b).隔仓板下层是瓷器，在插入托板时要控制好力度，避免对下层瓷器造成伤害.提取出来的隔仓板可以单独移动(图5c).

注：a. 边缘清理与剥离；b. 插板提取支撑；c. 整体提取后状态

图5隔仓板的整体提取

Fig.5 Overall extraction

(4)薄荷醇脱除：将提取出来的隔仓板转移到实验室内后，在进行下一步处理前，要先去除薄荷醇.薄荷醇可溶于乙醇，本试验中利用乙醇来快速去除薄荷醇.将提取出的隔仓板放置于清洗槽中，用浓度为30%的乙醇溶液浸泡，持续两天后，隔仓板上的薄荷醇大部分已溶解进入乙醇溶液里.用盛有乙醇溶液的喷壶冲洗纱布，慢慢将纱布揭取下来(图6a，b).图6c是去除薄荷醇后的隔仓板，几乎和发掘现场出水时的状态一样.至此，采用薄荷醇技术将糟朽饱水隔仓板安全提取回实验室，可以继续下一步的操作程序.

注：a. 揭取纱布；b. 薄荷醇去除后局部形貌

图6薄荷醇脱除过程

Fig.6 Menthol removal process

(5) 表面清洗：隔仓板连带有大量的淤泥和凝结物，用水将大块的淤泥冲掉，然后用刷子清理，对于比较顽固的凝结物，用铁质工具将其一点点清理掉，最后再用水慢慢地冲洗.

(6)脱硫处理：将清理好的隔仓板用纱网固定好，浸泡在EDTA二钠盐水溶液中进行脱硫处理.EDTA二钠盐水溶液浸泡脱硫耗时较长，通常需要1～2年.

5 总结与展望

薄荷醇技术在“南海Ⅰ号”现场进行了试用，虽然是在局部的木构件上的初步实验，但是对解决目前“南海Ⅰ号”面临的极端脆弱糟朽饱水木材的提取难题具有非常正面的意义.

由于发掘现场出水遗存的独特性，需要针对不同遗存设计单独的提取方案，尤其是辅助的吸水、加温、物理支撑等措施，对于薄荷醇应用于潮湿环境脆弱遗存的现场加固是必不可少的辅助.薄荷醇的后期去除，不必等待长时间的自然挥发，以防止长期放置而使水分流失造成木材变形，可用吸附乙醇的脱脂棉包覆，不断更换脱脂棉，多次重复，或简单的乙醇浸泡、喷淋.去除薄荷醇后的木材即可进行下一步的脱硫和加固操作.总体而言，薄荷醇提取技术不妨碍原有的后续保护措施的进行，反而和原有脱硫和加固技术具有较好的衔接性，是“南海一号”现有常规提取手段的有效补充.

本次实验验证薄荷醇应用于潮湿环境脆弱质遗存临时加固的可行性.在类似的沉船、高湿环境墓葬和遗址等发掘现场，薄荷醇临时加固技术的应用探索，将有望为出水或出土脆弱质遗存的提取提供更为安全、便捷的技术解决方案.