從“黑屋”到“氣相補(bǔ)水”

浙大團(tuán)隊(duì)破解文物保護(hù)技術(shù)瓶頸(匠心獨(dú)運(yùn))

習(xí)近平總書記在四川考察時(shí)指出：“文物保護(hù)修復(fù)是一項(xiàng)長期任務(wù)，要加大國家支持力度，加強(qiáng)人才隊(duì)伍建設(shè)，發(fā)揚(yáng)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工匠精神，一件一件來，久久為功，做出更大成績?！?/p>

通過“黑屋”和“氣相補(bǔ)水”等方法保護(hù)南方潮濕環(huán)境中的土遺址，將傳統(tǒng)細(xì)金工藝技法運(yùn)用到貴金屬文物保護(hù)修復(fù)中，借助數(shù)字圖像處理等技術(shù)讓簡牘“顯影”……本版刊發(fā)的幾個案例，是文物保護(hù)利用技術(shù)傳承和發(fā)展的生動縮影。

——編者

暑期，杭州的南宋德壽宮遺址博物館游客如織。博物館建在遺址之上，每到設(shè)定時(shí)間，遺址四周垂下帷幕，播放“一眼千年，德壽重華”全息影片。沉浸于千年之前的繁華興衰，“今夕是何年”的感慨在游客心中油然生發(fā)。

“為了不讓土遺址表面生長綠色植物，更好保護(hù)遺址，我們采取‘黑屋’措施。這個創(chuàng)意，為德壽宮的沉浸式展示提供了良好的環(huán)境條件，這是意外之喜。”浙江大學(xué)(以下簡稱“浙大”)藝術(shù)與考古學(xué)院文物保護(hù)材料實(shí)驗(yàn)室教授張秉堅(jiān)對于“黑屋”的舉措鐘愛有加。

2014年至2017年，浙大文保團(tuán)隊(duì)與杭州蕭山跨湖橋遺址博物館合作，在遺址大廳連續(xù)監(jiān)測3年。這是一個水下6米的遺址，遺址大廳無窗，無自然光線照射。監(jiān)測結(jié)果顯示，土遺址表面沒發(fā)現(xiàn)有綠色生物，避光的“黑屋”可以抑制生物生長。

南方潮濕環(huán)境土遺址的保護(hù)，被稱為“世界級難題”。2016年至2017年，寧波發(fā)現(xiàn)一段城墻基址，總長79.5米，主要由唐末時(shí)期的土基槽和鋪墊層、唐宋至元代夯土墻、宋代包磚墻和護(hù)坡、元代至明清包石墻等構(gòu)成。這段城墻遺址，體現(xiàn)了寧波1000多年的城墻建造發(fā)展脈絡(luò)，具有唯一性、稀缺性和不可再生性。但是，日曬、臺風(fēng)、生物、地下水和地下鹽分等，都會破壞遺址，在自然環(huán)境下只要一兩個月，土遺址就會明顯損壞。2019年3月，浙大文物保護(hù)材料實(shí)驗(yàn)室研究制定這段城墻遺址公園的原址保護(hù)方案，最終提出5條原則措施：在遺址周邊建立地下止水帷幕，形成封閉的防水體系；借助跨湖橋遺址的保護(hù)實(shí)踐，建一個遮光的“黑屋”，以抑制綠色生物的生長和破壞；在“黑屋”里再用電加熱玻璃罩封閉土遺址，模擬埋入地下的高濕度的“回填”環(huán)境，以避免土遺址泛鹽和開裂，同時(shí)可以在玻璃結(jié)霧時(shí)加熱去霧；建立噴霧系統(tǒng)，噴出溫度稍高于土遺址的納米級水霧，在需要時(shí)給土遺址“氣相補(bǔ)水”；建立監(jiān)測系統(tǒng)，自動啟動并控制玻璃加熱和“氣相補(bǔ)水”的操作。

“氣相補(bǔ)水”的靈感來自生活。張秉堅(jiān)說，南方潮濕的春天，放在柜子里的衣服會發(fā)潮。因?yàn)楣褡油饷鏈囟雀?、里面溫度低，濕度增大，濕空氣就會鉆入柜子內(nèi)部，在較冷的衣物上凝結(jié)成水。實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，逐步摸清土遺址在不同含鹽率、不同濕度和溫度差時(shí)，單位面積土體會吸收多少水量，并建立了數(shù)學(xué)公式。這樣，只要在玻璃罩里加裝空氣加濕器，并使?jié)駳鉁囟雀哂谕馏w，土遺址就可自動吸水。“氣相補(bǔ)水”通過控制環(huán)境條件，使土遺址中的水分增加，達(dá)到水分平衡狀態(tài)，這樣土體就不會收縮開裂，泛鹽問題得到解決，也避免出現(xiàn)噴灑液態(tài)水使土遺址表面板結(jié)的問題。

“黑屋”和“氣相補(bǔ)水”都是南方潮濕環(huán)境土遺址保護(hù)的首創(chuàng)，良渚老虎嶺水壩遺址和德壽宮遺址的保護(hù)，都借鑒了這些成功經(jīng)驗(yàn)。

田螺山遺址在沿海低丘濕地約3米深的飽水環(huán)境下，保存了壯觀、罕見的干欄式建筑遺跡，有1000多件木構(gòu)件。目前，木構(gòu)件上部大多露出地表，中間部分浸泡于水中，余下深埋于土壤層中。長期的原址原位展示，由于生物侵蝕，導(dǎo)致裸露在空氣中的部位糟朽嚴(yán)重。潮濕環(huán)境土遺址保護(hù)難，而半干半濕的木質(zhì)文物保護(hù)更難！浙大文物保護(hù)材料實(shí)驗(yàn)室的研究人員在勘察后提出設(shè)想，木頭埋在水下，1000年也不會腐爛，能否讓木頭沉浸在水中展示，游客通過玻璃廊道，到水下觀看田螺山遺址？

如何控制水的潔凈度，才能讓木質(zhì)文物不被微生物腐蝕？浸泡水是否需要添加某些物質(zhì)，以調(diào)節(jié)木頭內(nèi)外滲透壓？觀眾參觀時(shí)，隔著玻璃看水下木質(zhì)遺存不應(yīng)有變形，如何解決這一光學(xué)問題？等等。實(shí)現(xiàn)這樣的設(shè)想，要研究的內(nèi)容很多。

“田螺山遺址的勘測，需要做生物的采樣和鑒定、木質(zhì)文物的各種性質(zhì)分析、土遺址病害的定量調(diào)查、周圍環(huán)境及遺址的無損檢測等。文物保護(hù)本身就是一門交叉學(xué)科，需要不同學(xué)科背景的研究者分工合作?！睆埍鼒?jiān)所在的文物保護(hù)材料實(shí)驗(yàn)室就是負(fù)責(zé)解決這些難題的部門。

進(jìn)入浙大西溪校區(qū)的一棟大樓，一個個實(shí)驗(yàn)室走過去，就像揭開一個個“盲盒”。一塊塊方方的小“石塊”色彩斑斕，深灰、淺灰、白、褐……從外觀看，同天然巖石沒啥差別，實(shí)際上，它們是無機(jī)仿石材料、仿古代灰漿材料。實(shí)驗(yàn)室的任務(wù)，是進(jìn)行耐鹽、耐干濕、耐冷凍等系列干預(yù)循環(huán)實(shí)驗(yàn)。

做古代灰漿研究的實(shí)驗(yàn)人員還承擔(dān)北京故宮、曲阜孔廟、錢塘江海塘、長城等幾十處著名古建筑灰漿的檢測任務(wù)。“我們發(fā)現(xiàn)了世界上最早將黏性淀粉添加到石灰灰漿的案例，摻3%左右的淀粉，糯米灰漿的黏結(jié)性和強(qiáng)度最好。對南京明城墻等處取樣檢測后，發(fā)現(xiàn)一些高強(qiáng)度古代灰漿所摻糯米的量，同實(shí)驗(yàn)室研究的最佳點(diǎn)基本吻合，說明中國古代傳統(tǒng)工藝蘊(yùn)含了代代傳承的智慧?！睂?shí)驗(yàn)人員介紹。

隔壁實(shí)驗(yàn)室，做的是防生物破壞等實(shí)驗(yàn)。5000多年前的良渚遺址，水壩是人工用一捆捆草裹泥堆筑而成。草裹泥是什么成分、結(jié)構(gòu)？發(fā)掘暴露后，風(fēng)化、老化速率怎么樣？經(jīng)微生物群落作用后表面會生成什么？實(shí)驗(yàn)人員在良渚遺址取樣后，正在進(jìn)行化學(xué)成分、微觀結(jié)構(gòu)、降解變化機(jī)理和保護(hù)策略研究。

微生物防治實(shí)驗(yàn)在另一個實(shí)驗(yàn)室，天然植物精油是環(huán)保生物防治材料。植物精油容易揮發(fā)，不會損害文物?！耙雀闱宄悄囊活愇⑸?，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M，再應(yīng)用相應(yīng)的植物精油殺滅微生物。”張秉堅(jiān)說，“用植物精油防治，新問題是精油的揮發(fā)速度太快。為了控制精油的釋放速率，我們采用納米碳管做載體，先把管內(nèi)徑腐蝕得大一點(diǎn)兒，裝進(jìn)植物精油并適當(dāng)封閉后，涂布在遺址表面，因?yàn)榧{米碳管非常細(xì)，涂布后不會改變遺址的外觀和顏色，附著力也好，這樣就能比較長久地抑制表面微生物生長。這是比較前沿的科學(xué)技術(shù)問題?！?/p>

進(jìn)入下一個實(shí)驗(yàn)室，能聞到一股香味。“這種特殊香料叫藜蘆醛，約四五十?dāng)z氏度就能熔化成液體，比水重，是一種先進(jìn)的‘黑科技’?！睆埍鼒?jiān)說。發(fā)掘古代沉船時(shí)，潛水員打撈過程中容易搞亂文物的原始形態(tài)，現(xiàn)在把裝有熔融藜蘆醛的瓶子帶到水下，先做好圍欄，再將藜蘆醛倒在文物表面，整塊凝固后再取，文物就能完整出水。藜蘆醛加熱后會完全揮發(fā)，文物可完整展現(xiàn)在水下的原始形態(tài)。這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在福建漳州一個30米深的水下考古現(xiàn)場，沉船上包裹瓷器的脆弱竹片等，都能整個固型提取上來。

在另一個專門研究燈光的實(shí)驗(yàn)室，張秉堅(jiān)介紹，在標(biāo)準(zhǔn)燈光照射下，大概10天到15天，土遺址就會生長霉菌、藻類等微生物。這個實(shí)驗(yàn)把燈光分成7個不同波長，發(fā)現(xiàn)有一種波長范圍的光照下不長生物。團(tuán)隊(duì)打算下一步到遺址博物館去做試驗(yàn)。

“目前在文保領(lǐng)域，文物保護(hù)力量正在不斷增加，喜歡文物保護(hù)的年輕人越來越多，未來可期?！睆埍鼒?jiān)說。(人民日報(bào) 顧春)