“南海I號”沉船船體病害調查

□ 張玄微

“南海I號”宋代沉船從沉沒到被整體打撈出水至今，經歷了三個時期的環(huán)境變化。第一個時期是從沉沒開始到2007年被整體打撈之前，時間跨度達800 余年；第二個時期是沉船被整體打撈轉運入住“水晶宮”開始，到2013年啟動全面發(fā)掘的這一時間段；第三個時期是2013年全面發(fā)掘至今的這一段時期。這三個時期，船體保存環(huán)境狀態(tài)并不相同，與之對應的保存環(huán)境經歷了“穩(wěn)定”、“干擾”和“變化”的轉變過程。

啟動全面發(fā)掘后，由于發(fā)掘工作的不斷進展，“南海I號”的保存環(huán)境急劇變化，船體保存環(huán)境和文物保存狀態(tài)之間原有的平衡關系被打破，隨之而來的是一系列的保護難題。

一、“南海I號”病害環(huán)境

作為承載文物的物質載體，不論是有機物還是無機物，就材料本身而言，都具有一定的“壽命”，而環(huán)境因素對文物的“壽命”影響極大，有利的環(huán)境條件可以延緩文物材料的劣化進程，而不利的環(huán)境一方面可以加快文物材料的劣化速度，另一方面還會引發(fā)文物材料發(fā)生新的“病害”，從而促使文物材料的“壽命”進一步縮短。

就“南海I號”的木質船體來說，經歷的三個時期的環(huán)境變化，文物病害的環(huán)境特點是不同的。

1.穩(wěn)定期

在這一時期內，威脅木質船體保存的因素是復雜多樣的，其中海洋生物是威脅船體保存的重要影響因素之一。這類生物有污損生物、鉆木類生物以及各類微生物等。

在外部環(huán)境適宜的條件下，海洋生物的繁殖極其旺盛，在很短時間內就會將木質材料損壞殆盡。此外，海流帶動泥沙造成的沖擊、打磨、海水的腐蝕等，都嚴重威脅著沉船的長期保存。

幸運的是，“南海I號”沉沒后船體逐漸下沉海床淤泥層中并被泥沙完全包埋[1]。當船體完全沉入淤泥層后，沉船處于一個相對密封、絕氧的環(huán)境，海洋生物侵蝕和海流泥沙沖刷產生的破壞活動基本停止，沉船病害發(fā)展與周圍環(huán)境逐漸相互適應，病害活動處于發(fā)展極其緩慢的平衡狀態(tài)，沉船進入長期的“穩(wěn)定期”。

2.干擾期

沉船整體打撈移入“水晶宮”后，其保存環(huán)境發(fā)生了較大變化，由水深近30 米的天然海域轉入一個封閉的水深距沉船遺址表面僅有1 米的人工封閉水體環(huán)境。沉船的封閉沉積環(huán)境發(fā)生變化，沉船原有的低溫、低氧、低照度環(huán)境被打破（圖一）。

特別是高氧含量富含有機質的海水，有利于生物繁殖和沉箱金屬的腐蝕，“水晶宮”室內大氣環(huán)境、封閉的水體環(huán)境、沉箱銹蝕等多種因素開始對沉船木質船體的原有保存狀態(tài)產生干擾。

3.變化期

2013年啟動了“南海I號”全面發(fā)掘，考古發(fā)掘參照陸地模式開展[2]，船體原有飽水、封閉的環(huán)境狀態(tài)變?yōu)橹苯颖┞队谑覂瓤諝猸h(huán)境中，環(huán)境條件改變劇烈，船體病害變得十分復雜。加之發(fā)掘現場文物材質種類多樣，不同材質的文物對保護要求不同甚至保護條件相互矛盾，現場文物保護工作面臨著艱巨的挑戰(zhàn)（圖二）。

二、病害調查

“南海I號”全面發(fā)掘工作開始后，船體逐步暴露出來，為進一步深入探查評估船體保存狀況創(chuàng)造了有利條件，根據現場勘查，船體木材病害的表現形式主要有殘缺、斷裂、變形、變色等（圖三）。

1.生物損害

海生物損害主要是鉆孔類、蛀木類及污損性生物對船木的破壞，損壞部位集中在船體上部（圖四），這是因為船體沉沒后，船體下部首先下沉到海床的淤泥層中，淤泥的低氧環(huán)境不利于海生物滋生繁殖，而船體上部完全被淤泥包埋的過程相對經歷了較長時間。

2.船木纖維素含量分析

木材纖維素是木材強度的主要來源，纖維素含量分析是評估木材降解和糟朽程度的重要指標。選取的8 個檢測點，船木纖維素含量均不足20%，遠低于同種新材纖維素含量，說明船木降解嚴重。

3.含水率分析

木材含水率也是衡量木材腐朽程度的指標之一，對于飽水木材來說，含水率越高，木材降解程度越大，材質強度也就越低。

分別采集了船體木材樣品和船尾零散木材樣品共13 件，測試其含水率。測試結果顯示，船體木材含水率最高348%，平均含水率為245%；船尾零散木材含水率最高值接近700%，平均含水率高達500%左右，遠高于同種新材含水率。

4.橫紋抗壓強度分析

橫紋抗壓強度是直接衡量木材的力學性能和支撐能力的物理指標。在“南海I號”沉船體上選取了12 個檢測點，用于橫紋抗壓強度分析。分析結果顯示，其平均最大應力值為0.74MPa，最低為0.29MPa，而正常松木的橫紋抗壓強度為3.5MPa左右，說明“南海I號”船體木材已經嚴重腐蝕，強度已下降到正常強度的20%左右，船體十分脆弱。

表1 船木標本菌群分布（克隆文庫）

5.微生物檢測

在對船體進行防腐劑噴淋保護前，對“南海I號”船體木材進行微生物取樣培養(yǎng)，分析結果顯示，菌落總數達1.7×105CFU/g，存在十余種危害船木的菌群，如芽孢桿菌、環(huán)狀芽孢桿菌、硫桿菌、海源菌、鹽單胞菌、脂環(huán)酸芽孢桿菌、變形菌、擬桿菌、鐮刀菌、西瓜枯萎病菌等真菌，威脅船體的菌群活動非?；钴S。其中，對船木危害最大的優(yōu)勢菌群是鐮刀菌（表1）。

6.船木硫、鐵化合物及鹽分沉積檢測

對船體無顏色附著區(qū)域的木材進行取樣，樣品經切片烘干后，采用掃描電鏡和能譜儀進行顯微形貌和元素含量分析，發(fā)現木材內部分布大量含硫、鐵的化合物沉積（圖五）。說明外觀沒有顏色附著的船木，也含有難溶的有害鹽類。這些含硫、鐵的化合物在有氧的環(huán)境中，可以氧化生成硫酸，以及發(fā)生Fe2+/Fe3+氧化還原反應，對木材造成危害，嚴重威脅船體的長期安全保存[3]。

對船體木材樣品烘干研磨后，采用離子色譜分析含鹽量，分析數據顯示，對木材威脅最大的硫酸根含量最高達4.8ppm，需要在今后的全面保護中進行徹底脫鹽處理。

三、結 語

通過對“南海I號”船體木材保存狀態(tài)的檢測評估，顯示船體木材保存狀態(tài)較差，纖維降解嚴重、強度下降明顯，船木內硫、鐵、鹽含量很高，并存在微生物大量滋生的風險。開放式發(fā)掘方式，船體長期暴露環(huán)境空氣當中，高氧的室內環(huán)境不利于船體的長期保存。船體病害分布面積大、保存狀態(tài)極差，需要在未來的全面保護中進行綜合處理?？脊虐l(fā)掘完成后，會逐步過渡到全面保護階段，并進行長時間的脫鹽和填充置換加固。

首先要搭建一套船體的穩(wěn)定性支撐結構，并建立大型循環(huán)水噴淋或循環(huán)水池脫鹽、填充加固系統，脫除木材中的有害離子并對其進行脫水填充加固。通過對船體進行必要的修復，恢復部分破壞的船體結構，加固船體主體結構部分的強度。同時，為滿足展示的需要，有計劃、分批次地開展系統性保護修復工作，使寶貴的文物資源得到充分研究和展示利用。

[1]國家文物局水下文化遺產保護中心等編著《南海I號沉船考古報告之二——2014～2015年發(fā)掘》，北京：文物出版設，2018年第1版。

[2]沈大媧、葛琴雅、楊淼、馬清林《海洋出水木質文物保護中的硫鐵化合物問題》，《文物保護與考古科學》2013年第2期，82～88頁。

[3]同 [2]。