從“黑屋”到“氣相補水” 浙大團隊破解文物保護技術瓶頸

從“黑屋”到“氣相補水”

浙大團隊破解文物保護技術瓶頸(匠心獨運)

習近平總書記在四川考察時指出：“文物保護修復是一項長期任務，要加大國家支持力度，加強人才隊伍建設，發揚嚴謹細致的工匠精神，一件一件來，久久為功，做出更大成績。”

通過“黑屋”和“氣相補水”等方法保護南方潮濕環境中的土遺址，將傳統細金工藝技法運用到貴金屬文物保護修復中，借助數字圖像處理等技術讓簡牘“顯影”……本版刊發的幾個案例，是文物保護利用技術傳承和發展的生動縮影。

——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，每到設定時間，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。

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

2014年至2017年，浙大文保團隊與杭州蕭山跨湖橋遺址博物館合作，在遺址大廳連續監測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。監測結果顯示，土遺址表面沒發現有綠色生物，避光的“黑屋”可以抑制生物生長。

南方潮濕環境土遺址的保護，被稱為“世界級難題”。2016年至2017年，寧波發現一段城墻基址，總長79.5米，主要由唐末時期的土基槽和鋪墊層、唐宋至元代夯土墻、宋代包磚墻和護坡、元代至明清包石墻等構成。這段城墻遺址，體現了寧波1000多年的城墻建造發展脈絡，具有唯一性、稀缺性和不可再生性。但是，日曬、臺風、生物、地下水和地下鹽分等，都會破壞遺址，在自然環境下只要一兩個月，土遺址就會明顯損壞。2019年3月，浙大文物保護材料實驗室研究制定這段城墻遺址公園的原址保護方案，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實踐，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”環境，以避免土遺址泛鹽和開裂，同時可以在玻璃結霧時加熱去霧；建立噴霧系統，噴出溫度稍高于土遺址的納米級水霧，在需要時給土遺址“氣相補水”；建立監測系統，自動啟動并控制玻璃加熱和“氣相補水”的操作。

“氣相補水”的靈感來自生活。張秉堅說，南方潮濕的春天，放在柜子里的衣服會發潮。因為柜子外面溫度高、里面溫度低，濕度增大，濕空氣就會鉆入柜子內部，在較冷的衣物上凝結成水。實驗室經過反復試驗，逐步摸清土遺址在不同含鹽率、不同濕度和溫度差時，單位面積土體會吸收多少水量，并建立了數學公式。這樣，只要在玻璃罩里加裝空氣加濕器，并使濕氣溫度高于土體，土遺址就可自動吸水。“氣相補水”通過控制環境條件，使土遺址中的水分增加，達到水分平衡狀態，這樣土體就不會收縮開裂，泛鹽問題得到解決，也避免出現噴灑液態水使土遺址表面板結的問題。

“黑屋”和“氣相補水”都是南方潮濕環境土遺址保護的首創，良渚老虎嶺水壩遺址和德壽宮遺址的保護，都借鑒了這些成功經驗。

田螺山遺址在沿海低丘濕地約3米深的飽水環境下，保存了壯觀、罕見的干欄式建筑遺跡，有1000多件木構件。目前，木構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，導致裸露在空氣中的部位糟朽嚴重。潮濕環境土遺址保護難，而半干半濕的木質文物保護更難！浙大文物保護材料實驗室的研究人員在勘察后提出設想，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，才能讓木質文物不被微生物腐蝕？浸泡水是否需要添加某些物質，以調節木頭內外滲透壓？觀眾參觀時，隔著玻璃看水下木質遺存不應有變形，如何解決這一光學問題？等等。實現這樣的設想，要研究的內容很多。

“田螺山遺址的勘測，需要做生物的采樣和鑒定、木質文物的各種性質分析、土遺址病害的定量調查、周圍環境及遺址的無損檢測等。文物保護本身就是一門交叉學科，需要不同學科背景的研究者分工合作。”張秉堅所在的文物保護材料實驗室就是負責解決這些難題的部門。

進入浙大西溪校區的一棟大樓，一個個實驗室走過去，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，實際上，它們是無機仿石材料、仿古代灰漿材料。實驗室的任務，是進行耐鹽、耐干濕、耐冷凍等系列干預循環實驗。

做古代灰漿研究的實驗人員還承擔北京故宮、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。“我們發現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，糯米灰漿的黏結性和強度最好。對南京明城墻等處取樣檢測后，發現一些高強度古代灰漿所摻糯米的量，同實驗室研究的最佳點基本吻合，說明中國古代傳統工藝蘊含了代代傳承的智慧。”實驗人員介紹。

隔壁實驗室，做的是防生物破壞等實驗。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、結構？發掘暴露后，風化、老化速率怎么樣？經微生物群落作用后表面會生成什么？實驗人員在良渚遺址取樣后，正在進行化學成分、微觀結構、降解變化機理和保護策略研究。

微生物防治實驗在另一個實驗室，天然植物精油是環保生物防治材料。植物精油容易揮發，不會損害文物。“要先搞清楚是哪一類微生物，然后進行實驗模擬，再應用相應的植物精油殺滅微生物。”張秉堅說，“用植物精油防治，新問題是精油的揮發速度太快。為了控制精油的釋放速率，我們采用納米碳管做載體，先把管內徑腐蝕得大一點兒，裝進植物精油并適當封閉后，涂布在遺址表面，因為納米碳管非常細，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技術問題。”

進入下一個實驗室，能聞到一股香味。“這種特殊香料叫藜蘆醛，約四五十攝氏度就能熔化成液體，比水重，是一種先進的‘黑科技’。”張秉堅說。發掘古代沉船時，潛水員打撈過程中容易搞亂文物的原始形態，現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，文物可完整展現在水下的原始形態。這項技術應用在福建漳州一個30米深的水下考古現場，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驗室，張秉堅介紹，在標準燈光照射下，大概10天到15天，土遺址就會生長霉菌、藻類等微生物。這個實驗把燈光分成7個不同波長，發現有一種波長范圍的光照下不長生物。團隊打算下一步到遺址博物館去做試驗。

“目前在文保領域，文物保護力量正在不斷增加，喜歡文物保護的年輕人越來越多，未來可期。”張秉堅說。(人民日報 顧春)