試論自然環(huán)境因素對海洋沉船考古的影響

田國敏

（廣東海上絲綢之路博物館，廣東 陽江 529536）

我國水下考古事業(yè)從1987年中國歷史博物館設(shè)立水下考古學(xué)研究室起步，發(fā)展至今，國家文物局水下文化遺產(chǎn)保護(hù)中心和沿海各地水下文化遺產(chǎn)保護(hù)基地相繼成立，培養(yǎng)了8期共百余名水下考古專業(yè)人員，翻譯、撰寫了大量專業(yè)學(xué)術(shù)文章和書籍，建造了專業(yè)船舶“中國考古01號”。無論是機(jī)構(gòu)建設(shè)、人才培養(yǎng)，還是學(xué)科發(fā)展、裝備配置，都取得了長足進(jìn)步。中國水下考古隊在渤海、黃海、東海和南海，已完成多項水下沉船遺址的調(diào)查、發(fā)掘工作。

筆者作為中國水下考古隊員，有幸參加了部分沉船遺址的調(diào)查和發(fā)掘。本文結(jié)合參與上述沉船考古項目的經(jīng)驗，就考古用船，考古人員安全，作業(yè)工期和水下作業(yè)時間，考古作業(yè)面和遺址揭露面，潛水方式、調(diào)查探摸方式和發(fā)掘方式，遺址埋藏深度和保存狀況等幾個方面，分析自然環(huán)境因素對沉船考古的影響。

1 自然環(huán)境因素對海洋沉船考古的影響

1.1 自然環(huán)境因素對考古用船的影響

(1)沉船所在海域的水深影響考古用船的選擇。吃水深的船容易擱淺，不能在淺水沉船遺址作業(yè)；吃水淺的船不能抗擊深水沉船海域的風(fēng)浪。因此，使用合適的考古船是開展工作的前提。

(2)潮汐對考古用船的影響頗大。在不具備可住宿水面平臺或船舶的情況下，考古隊員在港口和調(diào)查海域往返是常有的事。在考古調(diào)查中，曾出現(xiàn)過租用的漁船為防止退潮造成擱淺，到深水區(qū)停泊，而在往返碼頭和漁船間的淺水區(qū)則無船可用的情形，導(dǎo)致人員無法登船作業(yè)。

1.2 自然環(huán)境因素對考古人員安全的影響

海洋沉船考古潛水作業(yè)受空氣供給的限制。氣瓶充入的壓縮空氣壓力和空氣質(zhì)量關(guān)系著隊員在水下作業(yè)的時間和安全。若氣瓶壓力不足，考古隊員中途吸不到氣，會帶來致命危險；若空氣壓縮機(jī)的進(jìn)氣口吸入燃油船舶排放的廢氣，考古隊員吸入污染的氣體后，于水下作業(yè)時會胸悶和嘔吐。

我國除南海部分區(qū)域，其他海區(qū)夏季炎熱，冬季寒冷。受冬季低溫、寒潮天氣影響，沉船考古工作無法開展。在風(fēng)力作用下，海面形成的風(fēng)浪使船舶搖晃，人員眩暈嘔吐。水面風(fēng)浪過大時，逆向的波浪阻礙考古隊員上下水和登船上岸。海面降雨對沉船考古的影響相對較小，但會導(dǎo)致船面濕滑，易發(fā)生人員摔傷事故。海面起霧時，能見度低，考古船和人員得不到安全保障，將停止水面作業(yè)。

我國所轄海區(qū)的海水，夏秋季水溫較冬春季高，更適宜潛水作業(yè)。當(dāng)水溫過低時，水下考古隊員體溫?zé)o力維持作業(yè)。水溫同時影響考古隊員潛水服的選擇，潛水服的厚薄影響隊員的水下浮力調(diào)整。

射入海水的光線受水面反射，以及水中顆粒物質(zhì)、浮游生物散射的影響，穿透力有限，加上我國近海海域環(huán)境污染嚴(yán)重，水中能見度大大低于水面以上。能見度隨水的深度增加逐漸降低，能見度低的海域中，物體和背景的對比度降低，使考古隊員視力受限，人身安全無法得到保障。

海水流動不僅受潮汐影響，風(fēng)力、重力和障礙物也能改變水流方向。水體流動使得水中懸浮顆粒增多，能見度降低。南澳I號沉船海域表層最大流速為89.5 cm/s，底層最大流速超過45 cm/s[1]，快速的水流會導(dǎo)致潛水員放漂。

藍(lán)圈章魚、海蛇、雞心螺、水母、石魚、刺鰩、海膽、鯊魚等有毒或堅刺利齒的水生物會對水下考古隊員構(gòu)成威脅。漁船拖網(wǎng)被古代沉船遺址的凝結(jié)物掛住，由此形成的廢舊漁網(wǎng)容易纏住考古隊員的潛水裝備。水面船只的螺旋槳葉對考古隊員出水構(gòu)成危險，過船聲音會干擾水下通信信號。

1.3 自然環(huán)境因素對作業(yè)工期和水下作業(yè)時間的影響

(1)臺風(fēng)影響沉船考古作業(yè)工期。2012年6月至9月，南澳I號沉船水下考古發(fā)掘工作先后受“泰利”“杜蘇芮”“韋森特”“蘇拉”“啟德”“天秤”等臺風(fēng)影響，考古船或進(jìn)河道，或靠港避風(fēng)29 d，占整個項目工期的1/4。

(2)海水深度影響水下考古作業(yè)時間。潛水員在高于常壓的水體中，吸入高于常壓的空氣，吸入的氮氣會溶解在體內(nèi)血液等組織中，深度越大，壓力越大，氮氣的溶解量就越多；潛水速度越大，差壓越大，溶解速度越快。當(dāng)機(jī)體溶解的氮氣分壓和吸入氣體的氮氣分壓相等時，達(dá)到氮氣飽和。當(dāng)潛水員上升時，隨外界壓力降低，液態(tài)組織中的氮氣經(jīng)血液流到肺部變成氣態(tài)排出。上升過快和深水停留時間太長，會使?jié)撍畣T在上升過程不能充分將氮氣排除，氮氣會在人體液狀組織中形成擴(kuò)張的氣泡，阻礙血液循環(huán)，使組織變形，形成減壓病[2]。因此，在無減壓艙的考古船上，考古隊員要按照免減壓潛水時間出水。

(3)潮汐造成水的深淺變化，影響考古作業(yè)時間。潮汐是受太陽、月亮和地球引力的相互作用所發(fā)生的周期性海水漲落現(xiàn)象。漲、退潮時水體劇烈運動，海水流速大不利于考古隊員立身，這使得水下考古隊員多選擇平潮期作業(yè)。平潮期也意味著考古作業(yè)時間在3 h左右。

1.4 自然環(huán)境因素對考古作業(yè)面和遺址揭露面的影響

臺風(fēng)會使水體產(chǎn)生涌動，受影響水域的能見度降低，破壞沉船遺址布設(shè)的基線和探方。風(fēng)浪會拉拽設(shè)置在水面的浮漂，扯斷連接浮漂和水下基點的導(dǎo)向繩，失去設(shè)置的基點。

自然光由不同顏色的光譜組成，不同顏色光譜穿透力不同。同一物體在空氣中和水中表現(xiàn)出的顏色不同。水下考古只可借助輔助光來使物體真實顏色得以重現(xiàn)。自然光穿過不同密度的介質(zhì)時，光線會發(fā)生彎曲，即光的折射。考古隊員帶上潛水面鏡，面鏡內(nèi)充滿空氣，空氣和面鏡外的水屬于不同的傳播介質(zhì)。光的折射使得考古隊員視覺中的物體距離失真，視覺中的物體大小總是比真實的偏大30%左右。

沉船沉態(tài)和船體暴露情況影響考古工作面。在水下考古實踐中，沉船沉沒的姿態(tài)有正沉、側(cè)沉和倒扣3種。筆者參與的天津大沽口I號沉船是以正沉的姿態(tài)端坐海底（圖1）；2018年9月，大連莊河海域水下考古隊發(fā)現(xiàn)甲午中日戰(zhàn)爭中沉沒的經(jīng)遠(yuǎn)艦以倒扣的姿態(tài)沉沒海底；而2015年丹東港西南大東溝海域確認(rèn)的致遠(yuǎn)艦則以側(cè)沉的姿態(tài)沉沒海底。3種沉態(tài)在揭露遺址面獲取信息量上，正沉優(yōu)于側(cè)沉，側(cè)沉優(yōu)于倒扣。此外，沉船考古在沒有持續(xù)抽沙作業(yè)的情況下，揭露的船體結(jié)構(gòu)有限，已揭露的船體結(jié)構(gòu)存在被海泥海沙回填的困擾。例如，“南海I號”沉船海域回淤測量試驗，結(jié)合現(xiàn)場抽泥回淤綜合分析，沉船附近的回淤是每月10 cm[3]。

大多數(shù)情形下，受沉積環(huán)境影響，近代沉沒的船只會比古代沉沒的船只更加突兀存在于海床表面。近代沉沒的船只多有艙門，考古隊員意圖進(jìn)入這些脆弱的結(jié)構(gòu)是危險的。例如天津大沽口2號沉船正沉海底，中部斷裂，水面距沉船甲板18 m，距船底25 m，型深7 m，突兀于海床上。

圖1 水下三維全景成像聲吶系統(tǒng)下的天津大沽口沉船遺址（來源：作者自攝）

1.5 自然環(huán)境因素對潛水方式、調(diào)查探摸方式、發(fā)掘方式的影響

(1)沉船所在海域的地理位置、水深、壓強(qiáng)影響考古采用的潛水方式。近岸海域的沉船用岸潛方式，遠(yuǎn)離海岸的沉船用船潛方式。水深每增加10 m，相當(dāng)于增加101.325 kPa。潛水實踐中，在30 m的水深，氮氣分壓為303.975 kPa，潛水員會有明顯的麻醉感覺，需使用高氧潛水代替壓縮空氣潛水。

(2)不同的海底地貌上使用的水下考古探摸方式不同。依據(jù)水下行進(jìn)方向和路線劃分，水下考古探摸有直線、圓周和矩形3種搜尋方式。平坦的海底地貌適合矩形搜索方式；海底地貌高低起伏較大、水流較湍急的情況下，可采用直線搜索方式；圓周搜索機(jī)動靈活，受水底地貌影響相對較小[4]。

(3)不同深度的沉船，考古發(fā)掘方式亦不同。港口內(nèi)和近海灘涂中的沉船所在的水位較淺，遺址規(guī)模較小，如丹麥的奧爾森對羅斯基勒峽谷的蘇科爾代菜瓦拜海域的調(diào)査就采取圍堰法。由于海水很淺，因此先向地下打入鋼板樁建造堤壩，形成圍堰，再使用抽水機(jī)將其中約1 337 m2的水抽掉，待遺址完全干燥后，用陸地發(fā)掘方法發(fā)掘[5]。位于近海60 m以內(nèi)深度的海底沉船，考古隊員借助潛水裝置直接在水中發(fā)掘是較常見的方式。位于深海60 m到2 000 m深的海底沉船，考古學(xué)家通常借助新式潛水服、潛水器、機(jī)器人在水中發(fā)掘。1993年，法國文化部下屬水下考古研究中心組織人員，借助“鸚鵡螺號”潛水器對沉沒地中海土倫軍港90 m水深的法國皇家海軍軍艦“月亮號”進(jìn)行考察。1993年和1995年，他們借助“鸚鵡螺”號潛水器對沉沒在660 m和450 m深的Plage d'Arles4號、5號沉船進(jìn)行調(diào)查。2015年，法國考古學(xué)家身著可下潛300 m深度的法國海軍新式潛水服到月亮號沉船進(jìn)行發(fā)掘，并測試了用機(jī)械爪發(fā)掘的水下機(jī)器人[6]。

1.6 自然環(huán)境因素對沉船遺址埋藏深度和保存狀況的影響

(1)沉積速率快的海域，沉船埋藏越來越深。1996年1月，汕頭廣澳港港池清淤泥，在深4 m的淤泥坑壁上發(fā)現(xiàn)沉船。1997年，汕頭文管會組織力量準(zhǔn)備對沉船進(jìn)行搶救發(fā)掘時，發(fā)現(xiàn)港池懸浮淤泥受進(jìn)出港船只的攪動，將沉船重新覆蓋，使用淺地層剖析技術(shù)判讀沉船深度為負(fù)3～7 m。廣澳灣較周邊海域泥沙沉積速率更快，為7.2～8.7 mm/a,每年淤積7～8 mm[7]。在2009年水下考古調(diào)查煙臺牟平蛤堆后銅皮夾板沉船時，可以看到海床上暴露的局部船體。而2011年再次調(diào)查該遺址時，沉船船體已在泥沙下方近1 m深處。

(2)不同的地質(zhì)、地貌沉沒的船只，船體保存狀況不同。沉船所在海底表層或軟泥、或沙礫、或礁石。將宋元時期沉沒的船只作對比：在宋代南海I號沉沒的大帆石海域，海底上層是平均1.53 m厚的灰色淤泥。后期室內(nèi)發(fā)掘發(fā)現(xiàn)，船體甲板下的艙壁結(jié)構(gòu)尚存。綏中元代三道崗沉船海域以沙脊、沙坡地貌為主，發(fā)掘僅見零星船體構(gòu)件。西沙華光礁宋代沉船位于華光礁礁盤內(nèi)西北邊沿，發(fā)掘中可見底艙板。泥質(zhì)海底在船體結(jié)構(gòu)保存上優(yōu)于砂礫和礁石的海底。

2 沉船考古的應(yīng)對策略

2.1 掌握海洋天氣預(yù)報

專人負(fù)責(zé)氣瓶的充氣工作，已充氣的氣瓶壓力在200 Pa左右，瓶口處粘貼膠布，以區(qū)分未充氣的氣瓶。若在船上充氣，氣瓶充氣位置應(yīng)選擇上風(fēng)向，進(jìn)氣管口距船面2 m以上?？脊抨爢T在使用氣瓶時，檢查瓶口O形氣密墊。氣瓶和潛水BCD組裝后，隊員應(yīng)檢查瓶口和呼吸器是否漏氣、檢查呼吸器是否能吸到氣，并查看壓力表，同時將數(shù)值報給潛水信息記錄員。

考古隊員在高溫天氣作業(yè)時，應(yīng)備好防中暑和暈船的藥品；寒冷天氣作業(yè)時，應(yīng)備防風(fēng)保暖衣物?？脊抨爢T注視海天交接處，隨船的晃動調(diào)整呼吸，可防暈吐?？脊抨牳鶕?jù)考古船抗風(fēng)等級和預(yù)報風(fēng)況，有計劃地進(jìn)行作業(yè)。當(dāng)隊員遭遇逆向風(fēng)浪時，手可拉緊船和浮漂的連接繩，潛入水下，依繩而行。隊員脫離連接繩，被風(fēng)浪推著遠(yuǎn)離考古船時，可用羅盤定向，下潛后依向而行?？脊糯鄼C(jī)起錨，應(yīng)適度用船側(cè)靠近隊員，船上人員注意觀察水面潛水員吐出的氣泡，避免船體碰撞水面和水下人員。隊員在水面登船梯前，摘取腳蹼套在手腕處；登船梯過程中，手握船梯中間橫梁，逐級而上。風(fēng)浪扯斷浮漂后，考古隊員可根據(jù)之前沉船定位坐標(biāo)，重新投擲繩索、鉛砣和浮漂，搜索并找回基點，將新繩索系在原基點。雨天時，船面可鋪設(shè)防滑墊，船上備雨衣和跌打損傷藥物?？脊抨爢T及時匯總調(diào)查海域天氣預(yù)報信息，有利于工作計劃的訂定。

2.2 熟悉海水水文環(huán)境

在低水溫海域作業(yè)，潛水服的選擇尤為重要。2014年10月末，唐山樂亭東坑坨I號沉船海域水深10 m，水溫17℃。考古隊員著7 cm厚潛水服，在浮力的調(diào)整上增加配重。半干式潛水服將領(lǐng)口和袖口做了防進(jìn)水設(shè)計，胸口位置有排氣閥。該設(shè)計于寒冷水域考古作業(yè)中是不錯的選擇。

根據(jù)考古調(diào)查海域的海圖，了解該海域的水深是開展工作的前提。水深關(guān)系到考古用船的安全。東坑坨I號沉船海域排列數(shù)道沙脊，低平潮時，沉船距水面4 m。中國考古01號船作業(yè)容易擱淺，船上小艇不能有效運輸人員和潛水裝備，故考古隊租用當(dāng)?shù)貪O船和快艇投入作業(yè)。

若考古隊員采用壓縮空氣潛水方式，不同深度的免減壓潛水時間不同，考古隊員需要根據(jù)空氣潛水減壓表進(jìn)行有計劃潛水。南澳I號沉船所處深度為27 m，免減壓安全水下作業(yè)時間30 min；出于安全考慮，實際海底作業(yè)25 min，考古人員在上升到距水面18 m時停留6 min，上升到距水面6 m時停留3 min，整個上下水過程近40 min，根據(jù)體內(nèi)殘余氮量，次日方可做第二次潛水。

高氧潛水方式適用于深度在25～42 m的海域考古作業(yè)。2012年7月21日至9月20日，南澳I號水下考古作業(yè)便采用了36%氧氣雙瓶潛水方式。與同年6月5日至7月20日使用的壓縮空氣雙瓶潛水方式相比，平均每人次潛水時長延長10.5 min。2014年，天津大沽口2號沉船考古作業(yè)同樣采用了31%氧氣雙瓶潛水方式，與2013年調(diào)查使用的空氣雙瓶潛水方式相比，平均每次潛水時長增加11.2 min。高氧潛水既可預(yù)防25～42 m深度考古隊員使用壓縮空氣潛水導(dǎo)致的氮麻醉情況的出現(xiàn)，又可滿足海底抽泥、文物采集、拍攝和測繪的時間需求。

保持通信和輔助照明有助于克服水下能見度低帶來的不利影響。在南澳I號沉船海域，考古隊員下潛至距水面16 m處，自然光線明顯減弱，能見度降低而產(chǎn)生暗適應(yīng)，需要借助輔助光源，方能視物。在水下拍攝時，文物的真實顏色需要借助輔助光源來重現(xiàn)，南澳I號考古隊員將諸多水下電燈筒捆綁在框架上，制成燈陣以提高沉船局部的亮度，燈陣有助于水下拍攝。2012年，南澳I號沉船海域的能見度在0.2～2.5 m不等。低能見度時，考古隊員借助手電側(cè)面照射潛水表，方能獲取潛水時長。當(dāng)然，船上人員可通過水下喇叭對水下人員報時，提醒作業(yè)時長。此外，考古隊員還可以通過潛水鐘、全面罩呼吸器等裝備實現(xiàn)與船上人員通話。

水下能見度低的情況下，標(biāo)示牌和涂色繩子對考古隊員有指向和衡量距離的作用。2012年6月7日，南澳I號沉船上方放置金屬框架，防止非法打撈文物和捕魚拖網(wǎng)拖到船體?？脊抨爢T用油性筆將方位“N”“S”字母加阿拉伯?dāng)?shù)字寫于穿孔的塑料板之上，制成指示牌，并用繩子固定指示牌在金屬框的橫梁兩端。指示牌形成的位置共識有助于考古隊員水下作業(yè)。將白色繩子間隔1 m涂紅色油漆，形成紅白相間的導(dǎo)向繩，涂色或綁有長度標(biāo)示的繩子有助于考古隊員在水下對距離作出判斷，起到標(biāo)尺作用。

運用潮汐表提供的信息，計劃考古作業(yè)時間。南澳I號沉船海域?qū)儆诓徽?guī)的半日潮，每日有兩次高潮和兩次低潮，平均潮差為1～1.5 m。信息采集員將高低平潮時間、潮高、預(yù)計潛水時間、潛水時長、氣溫、浪高、實測風(fēng)力、風(fēng)速、風(fēng)向和天氣進(jìn)行匯總，并提供上述信息給考古領(lǐng)隊。領(lǐng)隊據(jù)此安排白天的兩次平潮期進(jìn)行水下考古作業(yè)。在2012年南澳I號沉船考古發(fā)掘作業(yè)中，信息采集員選用2012年潮汐表中云澳港的高、低平潮潮時和潮高。沉船海域低平潮轉(zhuǎn)流后水面上升快，潛水深度增加，故低平潮潮時向前推1.5 h，向后推1 h作為潛水時間，潛水時長2.5 h；高平潮潮時向前推1.5 h，向后推1.5 h作為潛水時間，潛水時長3 h。持續(xù)的平潮時間各地長短不一，考古隊員應(yīng)根據(jù)各地情況制訂潛水計劃。在潛水作業(yè)前后，使用流速計測值，有助于判斷人員上下水時間點。

2.3 其他注意事項

考古隊員作業(yè)時，要注意防范有害生物的外部襲擊，不觸碰陌生的水生物，不將有毒、有刺生物放入潛水服中?？脊抨爢T被水母蜇傷的情況常見，多采用白醋涂抹傷口。臺山上川島和圍夾洲中間的狹長水道出現(xiàn)沉船可疑點，在水下探摸過程中，部分考古隊員被水下長刺海膽扎傷。在海膽分布多的海底，考古隊員應(yīng)著厚實皮手套。在即將下潛到海底時，保持中性浮力并懸停于水中可避免被扎傷。考古隊員在下潛到沉船遺址表面時，不慎被漁網(wǎng)纏住時，宜使用潛水刀將纏繞的漁網(wǎng)切除。

考古用船應(yīng)定期對生活垃圾集中焚燒，避免污染物對沉船遺址的干擾。船上方懸掛潛水旗，備擴(kuò)音喇叭，提醒水面其他船只切勿靠近作業(yè)區(qū)。沉船考古的海域若在航道上，項目組應(yīng)向相關(guān)海事局提交航行通告申請書?？脊抛鳂I(yè)期間，航行通告會提醒航道上的船只避讓考古船，保障水面水下作業(yè)人員安全?？脊抨爢T每次下潛到沉船的作業(yè)面應(yīng)固定，遵照潛水計劃，不宜進(jìn)入沉船艙門和舷窗，避免重復(fù)潛水。

3 結(jié)束語

綜上所述，海洋沉船考古受海洋氣象、水文、地質(zhì)等環(huán)境因素影響，較田野考古工作環(huán)境更加惡劣。考古隊員在船面、水面作業(yè)時，受到氣溫、風(fēng)、浪、雨、霧、水面船只等因素影響；隊員上下水、布設(shè)基線和探方、抽泥、文物采集、測繪、拍攝作業(yè)時，會受到水溫、水深、能見度、潮汐、水流、水中生物、廢舊漁網(wǎng)、水面船只、復(fù)雜海底地形、沉船沉態(tài)等因素困擾。

綜合考量各種因素，考古調(diào)查前期，考古隊?wèi)?yīng)備好海圖、氣象預(yù)報、水文信息、潮汐表等資料，選好合適的考古工作船。考古調(diào)查和發(fā)掘期間，考古隊根據(jù)天氣預(yù)報、風(fēng)浪等級、能見度、水溫、水深和潮汐表，避開不利的天氣作業(yè)，制訂潛水和工作計劃；視不同海底地質(zhì)、地貌和船體保存狀況，選擇合適的水下搜尋方式；據(jù)文中策略，積極應(yīng)對水中生物、水面船只、廢舊漁網(wǎng)等潛在危險。

我國開展了諸多的海洋沉船考古項目，卻缺少水下考古技術(shù)和經(jīng)驗的總結(jié)和交流。本文結(jié)合筆者參與沉船考古案例，嘗試論述自然環(huán)境因素對沉船考古的影響，希望所述策略對將來的沉船考古工作者有所幫助。