出水沉船的保护——以华光礁Ⅰ号沉船为例

符 燕（海南省博物馆 海南海口 570203）

古沉船在出水前因受海水中高盐分，海底生物的附着及自然降解等因素影响，船体强度已十分脆弱，加上打捞出水后保存环境发生非常明显的改变，水分快速流失，从而引发船体木材脱水、变形风化等一系列不可逆转的破坏，还有光照强度升高、环境温湿度的改变等其他因素的变化，对沉船影响也十分显著。所以对出水沉船进行及时的保护十分必要。

一、出水沉船保护的影响因素

（一）含水率的影响

由于长期沉没于水下，沉船船体木材含水率高至300%，甚至更高。常规状态下，普通木材的干缩湿胀在某一程度上是可逆的[1]。而饱水木材对水分变化的响应远超过正常木材，饱水木材出水后含水率急剧降低会造成木材弯曲变形、开裂等现象。研究表明，饱水木材干缩主要是木材的细胞塌陷引起的。构成细胞壁的纤维素降解会导致细胞壁的强度下降，因此，细胞腔与细胞壁等结构中水分蒸发不但使细胞腔无水支撑，细胞壁还会被纤维素干燥时造成的收缩应力所影响，从而造成严重的形变[2]。由于环境的变化，在干燥环境中失水速率过高的现象会导致木质结构内部与表层应力布局不均匀：内部压应力过小，而表面拉应力过大，从而致使木材表层出现开裂[3]。

（二）盐类的影响

出水船体含有大量盐分，加之船体细胞的纤维素严重降解，随着季节变化引起的温度和湿度变化会使留在船体内的可溶性盐（主要为氯化钠）反复发生结晶及溶解的过程，在这个过程中船板细胞的细胞壁之间就会产生拉伸应力，在连续不断的拉伸应力下，势必会引起细胞壁的断裂，从而引起整个细胞的坍塌。再者，盐分也会在船体外表结晶析出，随着盐分的析出，船体表面会形成一层吸潮的“外衣”，这对于船体的保存及展陈都是不利的。而藏在船板中的难溶性盐——硫铁化合物在一定条件下会转化为硫酸腐蚀船板，对船体长时间保存非常不利[4]。

（三）海底生物和微生物的影响

海洋沉积物类型很多，一般附着在船木表面的凝结物是由海藻、珊瑚、软体动物残骸等沉积形成。这类沉积物多孔而坚硬，因此其内部易于积聚大量可溶盐，一旦环境合适，盐分会迅速溶解。因此富集可溶性盐类的包裹体附着于船木之上，对船木脱盐极为不利。此外附着在船木上的凝结物会遮挡文物表面的信息。

除了海底生物，船木在海底还会遭受微生物的降解腐蚀。出水后，随着船木保护环境的改变，微生物种群也随之改变。沉船出水后，纤维素受到真菌、细菌等微生物侵蚀，发生降解，微生物产生的色素或微生物分泌物和木质组分反应生成的有色化合物而导致木材变色[5]。

二、出水沉船的保护处理

（一）船木表面凝结物的去除

凝结物不仅掩盖了船木本身的原本样貌和历史信息，还会对船木的脱盐处理产生不利的影响，因此要把其去掉。去除表面附着物的方法主要有机械法和化学法。机械法一般采用手工工具如手术刀、超声波清洗机等对船木进行物理去除。化学法是用对船木没有影响的化学试剂对船木进行化学软化后再去除，此法比较快速便捷，还可以大面积软化坚硬的表面凝结物。实际工作中选择哪种方法要经过分析后选择小面积部位进行去除表面附着物的实验，根据测试结果而定[6]。

（二）船木构件脱盐

可选用去离子水浸泡等方式去除船木盐分。需持续替换去离子水，反复浸泡。保存状况较好的船木可以加上超声波设备辅助脱盐。在浸泡脱盐处理过程中，需要实时监测浸泡液中氯离子浓度，直到氯离子剩余量小于500ppm[7]。可选用加入络合物等方式来去除硫铁化合物等难溶性盐。同时利用加入防腐剂等方式来限制微生物的发展，还要考虑到耐药性问题，需多种防腐剂交替应用。

（三）船木的脱色

饱水木材脱色采用的办法有多种，如草酸法、双氧水法、连二亚硫酸钠法等，但在脱色过程中因脱色剂引起的副作用也较为明显，可能对木材造成一定程度的损伤。由此对船木脱色处理应尽可能谨慎细微，要充分考虑脱色剂的副作用[8]。

（四）船木构件填充加固和脱水定形

目前，用于木材填充加固的材料有多种，应用最为广泛的是聚乙二醇（PEG）。步骤为把船木构件放在聚乙二醇温热溶液中，溶液要从低浓度慢慢升至高浓度，使得聚乙二醇慢慢渗入至木材结构之中[9]。然后选用热水或酒精擦洗之后阴干或冷冻干燥，再对船木表层进行封护处置。可以选用亲和力好、无色透明以及亚光的表面封护剂对其进行封护操作，达到防潮稳定效果[10]。

三、华光礁Ⅰ号沉船保护

华光礁Ⅰ号沉船发现于西沙群岛华光礁礁盘内的西北边沿方向。遗址处于浅水层，只有1～2米。2008年底，展开沉船发掘、清理等工作。船体被拆解成500余块船板后打捞出水，主要船板长度均在五六米以上，其中最长的船板大于14米，船板的宽度均超过30厘米，最宽的达48厘米。船板被运送至海南省博物馆，用硼酸硼砂溶液浸泡。

（一）树种鉴定

从船木中取17个不同部位样品进行树种鉴定，包括船壳板、龙骨、舱壁板、桅杆、木锯钉等。根据树种鉴定结果可知，华光礁Ⅰ号沉船的船木大部分是松木，有少量的香樟、润楠、柏木及核果木（见表1）。

（二）降解程度分析

木材的含水率测试结果见表2。

表2 华光礁Ⅰ号船木含水率测定结果

含水率按以下公式计算：

华光礁Ⅰ号船体的木材种类主要为松木，正常松木的理论最大含水量是160%，而实验样品绝对含水率平均值约为340%，远远大于正常松木的含水率，处于饱水状态，因而其干缩湿胀是不可逆的。

木材组成成分以纤维素、半纤维素及木质素为主。因木材种类不一样，纤维素、半纤维素及木质素的含量也会不一样的，但是这几种的含量之和可超过木材干重的90%。木材的纤维素、半纤维素及木质素的含量占比不同，能反映木材的降解糟朽程度。

纤维素按以下公式计算：

试验分析测得饱水船木试样中纤维素平均含量为8.26%。从饱水船木主要化学成分的含量来看，纤维素含量明显减少，结合试样的绝对含水率可以判断饱水船木发生了严重的降解。

（三）船木的保护

1.去除表面凝结物

沉船在运到海南省博物馆保护前，船木表面的凝结物已被考古队员剔除，采用的方法为机械去除法，只留有船木和陶瓷器胶结在一起的少部分凝结物。为了展示和保留其基本信息，这类型凝结物没有再进一步处理。

2.脱盐

2008年底至2017年，船木都是浸泡在博物馆脱盐池中，即采用了浸泡脱盐方法进行保护。在脱去盐分过程中，把船木浸泡在装有去离子水的水池中，完全浸没船木即可停止加入去离子水，期间还在脱盐池中增加了循环水装置，并定期替换水池里的去离子水。为了控制微生物的生成，脱盐的全程都放入防腐剂，并测试浸渍液的电导率。如果浸渍液的电导率变化程度不反复剧变，说明脱盐基本完成，再通过离子色谱分析判定可溶盐是否达到脱去标准[11]。 2012年底，项目组对船木进行了取样，并测得可溶性盐已大量脱除，但还是有很大部分的难溶性盐存在。用X射线衍射分析，船体盐分组成以石膏（CaSo4·2H2O）为主，其中还掺杂一小部分四水白铁矾（CaSo4·4H2O）、铁矾（CaSo4·7H2O）以及其他硫铁化合物[12]。

2013年初，沉船从原有的脱盐池换至新的脱盐池。2013年初至2017年，采用EDTA二钠盐进行脱难溶性盐。六个月后难溶性盐可见有明显的脱除，三维显微形貌观察和色差分析可知，船木中铁和硫含量明显变少，通过船木基体内的铁和硫含量检测分析可知，铁的脱除率为25.2%，硫的脱除率为26.7%，但木材中还有大量的铁和硫成分存在。两年后铁的脱除率为98.9%，硫的脱除率为55.55%，说明木材中铁已基本脱除[13]。

在实验室脱盐实验中，初期阶段，溶液中离子浓度梯度最大，离子浓度呈迅速下降趋势。随着浸渍时间的延长（50天以上），电导率仍然有一定程度的升高，但是比原来大大降低。经过一段时间，浸出液电导率下降趋缓。最后，电导率变化趋于平缓[14]（图1）。

现场船木的脱盐过程和实验室脱盐有着一定的差别。在图2中可见最初离子浓度下降的梯度很快，梯度比较大，可能是在现场船木脱盐中一定量去离子水内的船木比在实验室浸泡脱盐的船木多；而中间阶段，电导率又有所增加，再接着趋于平滑，可能是船木中内部的可溶性盐被浸泡出。

由于电导率仅能反映浸出液中离子的总浓度，所以在实验室中的不同时段取样进行离子色谱分析，确定各阴离子的实际变化情况（见表3）。

由表3可知，经过约250天的实验室浸泡脱盐后，浸出液中CI-浓度明显降低；而在浸泡过程中浓度变化不大，但是在饱水船木木构件内部，仍然有较高的浓度。由此可知，在250天以上的实验室浸泡脱盐后，以CI-为标志的可溶盐已经基本达到脱盐要求。

3.脱水定型

可溶盐脱除工作基本结束后，把饱水木构件浸泡在装有质量分数为25%的PEG2000中进行脱水定型处理[15]。但是华光礁Ⅰ号脱水处理只是在实验室阶段，接下来的工作是要把实验室取得的成果运用在大面积的船木脱水定型中。

在实验室阶段，饱水船木木构件经过PEG2000定形加固后采用真空冷冻的方式进行脱水干燥。与饱水船木木构件通过自然干燥后引起的严重收缩相比，经过PEG2000定形加固后的船木构件尺寸稳定性大大增加，最大收缩率约为2.75%，而自然干燥试样的最大收缩率高达31.3%。

表3 实验室浸泡中不同样品中阴离子的离子色谱测试结果

结语

出水古沉船由于环境的显著变化，若不采取有效保护措施，必将对沉船造成不可逆转的损害，由此需要及时进行保护处理。因出水环境、船体木质等因素影响，出水沉船的后续保护工作也存在一定差异。结合沉船的腐蚀破坏程度、盐分高低等，采用不同保护措施，以此达到最佳保护效果。理想的沉船保护需要使船体能很好的适应保存环境和展览环境，这也应该是沉船保护人员今后努力的方向。