考古現(xiàn)場(chǎng)發(fā)掘重設(shè)無(wú)氧或低氧模擬方案設(shè)計(jì)

1、<p>　　考古現(xiàn)場(chǎng)發(fā)掘重設(shè)無(wú)氧或低氧模擬方案設(shè)計(jì)</p><p>　　[摘要]本文主要通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)以及案例分析，介紹氧氣對(duì)紙質(zhì)文物和青銅錢幣兩類文物的影響。并通過(guò)查找資料，簡(jiǎn)述國(guó)內(nèi)外運(yùn)用的一些創(chuàng)造無(wú)氧或低氧環(huán)境的技術(shù)手段，以期對(duì)減少氧氣對(duì)文物的不利影響有所幫助。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]考古發(fā)掘；文物保護(hù)；模擬方案 </p><p>　　本文為西

2、北民族大學(xué)國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目成果，項(xiàng)目編號(hào)：201610742022。 </p><p>　　隨著近年來(lái)，每年都有重要的考古發(fā)現(xiàn)展示在世人面前，為考古學(xué)、歷史學(xué)等相關(guān)學(xué)科的研究不斷補(bǔ)充新的內(nèi)容。眾所周知，人類在歷史進(jìn)程中創(chuàng)造的這些遺存，不少已毀滅消失，保存下來(lái)的僅是一小部分，有的還埋在地下未被發(fā)掘，有的已經(jīng)因?yàn)槿藶槠茐牟坏貌话l(fā)掘。但發(fā)掘出土的文物在出土瞬間因溫濕度等環(huán)境的改變，腐朽速度加快，從而

3、不易于文物信息的收集。 </p><p>　　一、選題目的意義及范圍 </p><p>　　本選題通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，探討氧氣對(duì)出土文物的不利影響，分析減少文物在出土前后受到的不利影響的方法，從而使文物能夠更好的發(fā)揮其價(jià)值。在選題研究的范圍上，根據(jù)材質(zhì)分類，本實(shí)驗(yàn)選紙質(zhì)文物與青銅錢幣作為實(shí)驗(yàn)材料。因?yàn)樗鼈兙哂斜阋艘椎谩⒉僮骱?jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。此次模擬實(shí)驗(yàn)的主要目的是為案例的研究提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 </

4、p><p>　　二、氧對(duì)文物的間接危害 </p><p>　　當(dāng)文物埋藏在地下密閉的土壤環(huán)境時(shí)，土壤團(tuán)粒之間擠壓密實(shí)，不存在能夠傳輸氧氣的通道，文物基本處于無(wú)氧或低氧狀態(tài)，因此腐蝕反應(yīng)會(huì)得到極大的延緩。隨著文物出土發(fā)掘，接觸到大氣環(huán)境，在沒(méi)有任何保護(hù)的條件下，大氣中的氧氣和水分直接接觸文物表面，促使一系列腐蝕反應(yīng)發(fā)生，導(dǎo)致文物出現(xiàn)腐蝕等病害。1氧氣還可充當(dāng)催化劑，加快Cl-、SO42-等離子對(duì)

5、青銅器及鐵質(zhì)等文物腐蝕反應(yīng)的速度。另外，氧氣也會(huì)在光的作用下影響紙質(zhì)文物。紙質(zhì)文物的纖維素、半纖維素與木質(zhì)素在光氧化反應(yīng)的作用下會(huì)發(fā)生斷裂，紙張的色度也會(huì)受到影響。2 </p><p>　?。ㄒ唬┭鯇?duì)青銅錢幣的危害 </p><p>　　常溫干燥環(huán)境下，青銅錢幣中的銅不與氧氣發(fā)生反應(yīng)，但在潮濕環(huán)境下，尤其是在有Cl-離子存在時(shí)，銅的氧化銹蝕速度極快，會(huì)在青銅錢幣上形成層狀結(jié)構(gòu)的銹蝕。當(dāng)繼續(xù)

6、處在潮濕的環(huán)境下，水將鉆入到銹層內(nèi)部后反應(yīng)生成鹽酸。若接觸到銅的本體時(shí)，在氧的作用下又發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使表面銅體進(jìn)一步受到腐蝕，形成新的氯化亞銅。經(jīng)過(guò)上述反應(yīng)，銅逐漸經(jīng)過(guò)CuCl階段而轉(zhuǎn)化為Cu2O，繼而生成堿式碳酸銅。青銅錢幣上一般會(huì)有年號(hào)或花紋等，若經(jīng)過(guò)上述的反應(yīng)，便失去其歷史、藝術(shù)價(jià)值。3 </p><p>　?。ǘ┭鯇?duì)紙質(zhì)文物的危害 </p><p>　　古代紙質(zhì)文物的原材料一般都

7、是植物纖維，而植物纖維的細(xì)胞壁主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。這三種主要成分都易水解，從而破壞紙張結(jié)構(gòu)，同時(shí)強(qiáng)度也會(huì)受到影響，使紙張變脆。另外，木質(zhì)素易氧化，尤其是在光的照射下，氧化更快。木質(zhì)素氧化后變脆是紙張發(fā)黃變脆的主要因素。所以說(shuō)，常溫干燥環(huán)境下，紙質(zhì)文物受氧氣的影響不大，但當(dāng)紙質(zhì)文物處于潮濕、含酸且有光的環(huán)境下，紙質(zhì)文物受到侵蝕的速度更快。 </p><p><b>　　三、模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) &

8、lt;/b></p><p>　　文物一般常年埋藏在地下，已達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。在發(fā)掘的過(guò)程中，一旦暴露在另一個(gè)環(huán)境中，打破了原來(lái)所處的平衡環(huán)境，文物很快受到二次嚴(yán)重傷害，尤其是金屬類文物和有機(jī)質(zhì)文物。在本研究中，除了查詢資料外，還采取了模擬實(shí)驗(yàn)。主要是針對(duì)文物臨時(shí)儲(chǔ)存環(huán)境做了簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，利用控制變量法來(lái)達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果。主要的變量是有氧和無(wú)氧氛圍，其他的條件只是輔助作用。 </p>

9、;<p><b>　?。ㄒ唬?shí)驗(yàn)方法 </b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)原料：在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件下，此次模擬考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)選取青銅錢幣、報(bào)紙、宣紙和A4紙作為實(shí)驗(yàn)材料。 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)設(shè)備：MIT紙張耐折度測(cè)定儀；CM-700d分光測(cè)色計(jì)，日本柯尼卡美能達(dá)。 </p><p>　　1.青銅錢幣腐蝕模擬實(shí)驗(yàn) </

10、p><p>　　實(shí)驗(yàn)一：制作常溫、高濕、含氯、酸性條件、氧化氣氛環(huán)境。在干凈的玻璃干燥器的底部先后放入盛有過(guò)氧化氫溶液、碳酸氫鈉溶液、鹽酸溶液、燒開(kāi)的蒸餾水的四個(gè)小坩堝。再用滴管滴幾滴碳酸氫鈉溶液于過(guò)氧化氫溶液的小坩堝，在裝有碳酸氫鈉溶液的小坩堝中滴幾滴鹽酸溶液。蓋緊干燥器蓋，置于室內(nèi)自然環(huán)境中，并在玻璃干燥器外做好標(biāo)簽。觀察兩周，拍照記錄。 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)二：制作常溫、高濕、含氯

11、、酸性條件、無(wú)氧氣氛環(huán)境。在實(shí)驗(yàn)一基礎(chǔ)上少加一個(gè)盛有過(guò)氧化氫的小坩堝。 </p><p>　　2.紙質(zhì)文物腐蝕模擬實(shí)驗(yàn)4 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)三：制作常溫、高濕、酸性條件、氧化氣氛環(huán)境。在干凈的玻璃干燥器的底部先后放入過(guò)氧化氫溶液、鹽酸溶液與燒開(kāi)的蒸餾水的三個(gè)小坩堝，再用滴管滴幾滴碳酸氫鈉溶液于過(guò)氧化氫的小坩堝，蓋緊干燥器蓋，置于室內(nèi)自然環(huán)境中，并在玻璃干燥器外做好標(biāo)簽。觀察一周后取

12、出，晾干。測(cè)量數(shù)據(jù)。 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)四：制作常溫、高濕、酸性條件、無(wú)氧氣氛環(huán)境再實(shí)驗(yàn)一基礎(chǔ)上少加一個(gè)盛有過(guò)氧化氫的小坩堝。 </p><p>　　（二）實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 </p><p>　　1.實(shí)驗(yàn)前后青銅錢幣與結(jié)果分析 </p><p><b>　?。?）實(shí)驗(yàn)前 </b></p><p&

13、gt;　　通過(guò)上述圖片可以看出，在有氧環(huán)境下，青銅錢幣的腐蝕面積較實(shí)驗(yàn)前和無(wú)氧環(huán)境下的大，而在無(wú)氧環(huán)境下，基本和實(shí)驗(yàn)前時(shí)的錢幣相似，沒(méi)多大的變化。 </p><p>　　2實(shí)驗(yàn)前后紙張性能檢測(cè)與結(jié)果分析 </p><p>　?。?）紙張色度檢測(cè) </p><p>　　紙張纖維的變化會(huì)表現(xiàn)在紙張的顏色上，因此可以通過(guò)紙張顏色的變化分析紙張性能的影響。顏色可以用L、a、

14、b來(lái)表示。其中，L表示明度，a、b表示顏色，a表示紅綠，b表示黃藍(lán)，△E為NBS色差單位。通過(guò)測(cè)出各材料的L、a、b值來(lái)分析紙張性能的變化。 </p><p>　　經(jīng)色度檢測(cè)可以看出無(wú)論是在實(shí)驗(yàn)前還是試驗(yàn)后這三種紙的明度都較高；就顏色的黃藍(lán)而言，據(jù)數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過(guò)有氧氛圍后A4紙的偏藍(lán)程度減弱，報(bào)紙由原來(lái)的偏藍(lán)逐漸偏黃，宣紙的偏黃程度增加；無(wú)氧或低氧氛圍數(shù)據(jù)顯示這三種紙與實(shí)驗(yàn)前的黃藍(lán)程度大致相同。從NBS單位的感覺(jué)

15、值來(lái)看，實(shí)驗(yàn)三中的色差感覺(jué)值基本都為可覺(jué)察，而實(shí)驗(yàn)四的色差感覺(jué)值基本?榍崳?，表明氧氣的含量對(duì)紙質(zhì)文物有一定的影響。 　?。?）紙張耐折度測(cè)定6 </p><p>　　從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出不同的紙質(zhì)在相同作用力下，耐折度不同；相同的紙質(zhì)在不同氧氣含量的環(huán)境下保存一段時(shí)間后，在相同的作用力下，耐折度也不同。而考慮到折疊次數(shù)小于10或大于10000時(shí)，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性會(huì)降低，故分別挑選一種適合這三種紙的作用力，以便更好

16、的測(cè)量與分析。通過(guò)對(duì)不同紙張與相同紙張的比較，試驗(yàn)后紙張的耐折度均有不同程度地降低，表明氧氣含量會(huì)影響紙質(zhì)文物的機(jī)械性能。 </p><p><b>　?。ㄈ┬〗Y(jié) </b></p><p>　　據(jù)上述的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)證明，有氧和無(wú)氧的氛圍對(duì)文物的影響不一樣。因此，在考古發(fā)掘時(shí)，臨時(shí)環(huán)境的制作是非常有必要的。在制作的過(guò)程中，需要仔細(xì)的勘測(cè)所處遺跡的環(huán)境，盡可能做到相似

17、，尤其是影響文物的因素。最重要的是臨時(shí)環(huán)境的密閉性。 </p><p><b>　　四、案例研究 </b></p><p>　　在我國(guó)博物館等相關(guān)機(jī)構(gòu)中，文物低氧或無(wú)氧保存運(yùn)用的相對(duì)廣泛，例如北京房山云居寺“石經(jīng)回藏”就是運(yùn)用氮?dú)鈳?kù)技術(shù)實(shí)施低氧環(huán)境來(lái)保護(hù)石經(jīng)的。當(dāng)然，還有一些案例是使用除氧劑或其他有關(guān)化學(xué)試劑來(lái)控制氧氣含量，這為延長(zhǎng)文物壽命提供有利的幫助。7 <

18、/p><p>　　而在考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)，使用低氧或無(wú)氧技術(shù)的案例并不多，江西西漢?；韬钅菇⒌脱豕ぷ鱾}(cāng)可以說(shuō)是國(guó)內(nèi)首例。它在考古發(fā)掘中運(yùn)用了低壓氧倉(cāng)文物保護(hù)設(shè)備等大量高新技術(shù)，即使用研制出的“移動(dòng)式低氧氣體工作站”“低氧工作室”、“低氧儲(chǔ)藏柜”等高新技術(shù)，來(lái)制作出用于發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)文物臨時(shí)保護(hù)的低氧鏈系統(tǒng)及成套設(shè)備。8其中的低氧工作站的設(shè)計(jì)為本研究提供了實(shí)踐基礎(chǔ)。9 </p><p>　　因此，在考古發(fā)

19、掘現(xiàn)場(chǎng)，大面積的低氧處理可以參考?；韬钅拱l(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)，而小面積的無(wú)氧、低氧處理可以制作一個(gè)小環(huán)境，根據(jù)不同的文物用物理或化學(xué)的方法制作出相應(yīng)的小環(huán)境，關(guān)鍵是密封的處理。 </p><p><b>　　五、結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　通過(guò)相關(guān)資料以及實(shí)驗(yàn)可以看出，氧氣對(duì)于出土文物會(huì)產(chǎn)生影響，但是單一的氧氣因素對(duì)出土文物的影響不大。一般情況下，會(huì)與溫濕度、光、霉菌、空

20、氣中的其他有害氣體等一起作用于文物，使文物因這些環(huán)境的變化而被破壞。就氧氣而言，氧的分子結(jié)構(gòu)決定了其化學(xué)活性較強(qiáng)，與其它元素結(jié)合時(shí)，氧原子和氧分子都可以作為形成化合物的基礎(chǔ)。因此，對(duì)文物材料，尤其是金屬文物和有機(jī)質(zhì)文物有較為顯著的氧化作用，從而引起文物材料微觀等結(jié)構(gòu)的變化。 </p><p>　　因此，對(duì)于考古現(xiàn)場(chǎng)文物來(lái)說(shuō)，在最短時(shí)間內(nèi)將剛出土的文物放置在缺氧環(huán)境中保存，即臨時(shí)環(huán)境的制作，能夠最大程度避免文物因所

21、處環(huán)境驟變帶來(lái)的破壞。 </p><p><b>　　[注釋] </b></p><p>　　18周華華：《低氧工作間在國(guó)內(nèi)考古工作中首次使用》，《中國(guó)文物報(bào)》，2015年11月20日第9版；郭宏、趙靜：《氧氣（O2）對(duì)文物材料的劣化作用》，《文物保護(hù)與考古科學(xué)》，2006年第4期，第55～59頁(yè)。 </p><p>　　2王成興、王蕙貞、尹慧

22、道：《文物保護(hù)技術(shù)》安徽大學(xué)出版社2005年版，第 頁(yè)；《文物保護(hù)技術(shù)》，文物出版社2009年版，第 頁(yè)。 </p><p>　　3郭宏、周浩、祝鴻范、蔡蘭坤、王蕙貞、朱 虹、宋迪生：《文物保護(hù)環(huán)境概論》，科學(xué)出版社2001年版，第100～101頁(yè)；《鐵器文物脫鹽清洗溶液中硅酸鹽緩蝕性能的研究》，《文物保護(hù)與考古科學(xué)》，2002年第14期（增刊），第51～62頁(yè)； 《秦漢鐵器銹蝕機(jī)理探討及保護(hù)方法研究》，《文物保

23、護(hù)與考古科學(xué)》，2003年第1期，第7～11頁(yè)。 </p><p>　　4實(shí)驗(yàn)三和實(shí)驗(yàn)四實(shí)驗(yàn)前的數(shù)據(jù)一樣，且在實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，實(shí)驗(yàn)三和實(shí)驗(yàn)四的材料需一一對(duì)應(yīng)，以便試驗(yàn)后數(shù)據(jù)的分析。 </p><p>　　5黃敏：《紙張白度的測(cè)定及色差的控制方法》，《中小企業(yè)科技》，2002年第11期，第21～22頁(yè)。 </p><p>　　6本實(shí)驗(yàn)每一種紙做五組實(shí)驗(yàn)，求出平均值，減少偶