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从“黑屋”到“气相补水” 浙大团队破解文物保

11-13 午夜大片

  从“黑屋”到“气相补水”   浙大团队破解文物保护技术瓶颈(匠心独运)   习近平总书记在四川考察时指出:“文物保护修复是一项长期任务,要加大国家支持力度,加强人才队伍建设,发扬严谨细致的工匠精神,一件一件来,久久为功,做出更大成绩。”   通过“黑屋”和“气相补水”等方法保护南方潮湿环境中的土遗址,将传统细金工艺技法运用到贵金属文物保护修复中,借助数字图像处理等技术让简牍“显影”……本版刊发的几个案例,是文物保护利用技术传承和发展的生动缩影。   ——编者   暑期,杭州的南宋德寿宫遗址博物馆游客如织。博物馆建在遗址之上,每到设定时间,遗址四周垂下帷幕,播放“一眼千年,德寿重华”全息影片。沉浸于千年之前的繁华兴衰,“今夕是何年”的感慨在游客心中油然生发。   “为了不让土遗址表面生长绿色植物,更好保护遗址,我们采取‘黑屋’措施。这个创意,为德寿宫的沉浸式展示提供了良好的环境条件,这是意外之喜。”浙江大学(以下简称“浙大”)艺术与考古学院文物保护材料实验室教授张秉坚对于“黑屋”的举措钟爱有加。   2014年至2017年,浙大文保团队与杭州萧山跨湖桥遗址博物馆合作,在遗址大厅连续监测3年。这是一个水下6米的遗址,遗址大厅无窗,无自然光线照射。监测结果显示,土遗址表面没发现有绿色生物,避光的“黑屋”可以抑制生物生长。   南方潮湿环境土遗址的保护,被称为“世界级难题”。2016年至2017年,宁波发现一段城墙基址,总长79.5米,主要由唐末时期的土基槽和铺垫层、唐宋至元代夯土墙、宋代包砖墙和护坡、元代至明清包石墙等构成。这段城墙遗址,体现了宁波1000多年的城墙建造发展脉络,具有唯一性、稀缺性和不可再生性。但是,日晒、台风、生物、地下水和地下盐分等,都会破坏遗址,在自然环境下只要一两个月,土遗址就会明显损坏。2019年3月,浙大文物保护材料实验室研究制定这段城墙遗址公园的原址保护方案,最终提出5条原则措施:在遗址周边建立地下止水帷幕,形成封闭的防水体系;借助跨湖桥遗址的保护实践,建一个遮光的“黑屋”,以抑制绿色生物的生长和破坏;在“黑屋”里再用电加热玻璃罩封闭土遗址,模拟埋入地下的高湿度的“回填”环境,以避免土遗址泛盐和开裂,同时可以在玻璃结雾时加热去雾;建立喷雾系统,喷出温度稍高于土遗址的纳米级水雾,在需要时给土遗址“气相补水”;建立监测系统,自动启动并控制玻璃加热和“气相补水”的操作。   “气相补水”的灵感来自生活。张秉坚说,南方潮湿的春天,放在柜子里的衣服会发潮。因为柜子外面温度高、里面温度低,湿度增大,湿空气就会钻入柜子内部,在较冷的衣物上凝结成水。实验室经过反复试验,逐步摸清土遗址在不同含盐率、不同湿度和温度差时,单位面积土体会吸收多少水量,并建立了数学公式。这样,只要在玻璃罩里加装空气加湿器,并使湿气温度高于土体,土遗址就可自动吸水。“气相补水”通过控制环境条件,使土遗址中的水分增加,达到水分平衡状态,这样土体就不会收缩开裂,泛盐问题得到解决,也避免出现喷洒液态水使土遗址表面板结的问题。   “黑屋”和“气相补水”都是南方潮湿环境土遗址保护的首创,良渚老虎岭水坝遗址和德寿宫遗址的保护,都借鉴了这些成功经验。   田螺山遗址在沿海低丘湿地约3米深的饱水环境下,保存了壮观、罕见的干栏式建筑遗迹,有1000多件木构件。目前,木构件上部大多露出地表,中间部分浸泡于水中,余下深埋于土壤层中。长期的原址原位展示,由于生物侵蚀,导致裸露在空气中的部位糟朽严重。潮湿环境土遗址保护难,而半干半湿的木质文物保护更难!浙大文物保护材料实验室的研究人员在勘察后提出设想,木头埋在水下,1000年也不会腐烂,能否让木头沉浸在水中展示,游客通过玻璃廊道,到水下观看田螺山遗址?   如何控制水的洁净度,才能让木质文物不被微生物腐蚀?浸泡水是否需要添加某些物质,以调节木头内外渗透压?观众参观时,隔着玻璃看水下木质遗存不应有变形,如何解决这一光学问题?等等。实现这样的设想,要研究的内容很多。   “田螺山遗址的勘测,需要做生物的采样和鉴定、木质文物的各种性质分析、土遗址病害的定量调查、周围环境及遗址的无损检测等。文物保护本身就是一门交叉学科,需要不同学科背景的研究者分工合作。”张秉坚所在的文物保护材料实验室就是负责解决这些难题的部门。   进入浙大西溪校区的一栋大楼,一个个实验室走过去,就像揭开一个个“盲盒”。一块块方方的小“石块”色彩斑斓,深灰、浅灰、白、褐……从外观看,同天然岩石没啥差别,实际上,它们是无机仿石材料、仿古代灰浆材料。实验室的任务,是进行耐盐、耐干湿、耐冷冻等系列干预循环实验。   做古代灰浆研究的实验人员还承担北京故宫、曲阜孔庙、钱塘江海塘、长城等几十处著名古建筑灰浆的检测任务。“我们发现了世界上最早将黏性淀粉添加到石灰灰浆的案例,掺3%左右的淀粉,糯米灰浆的黏结性和强度最好。对南京明城墙等处取样检测后,发现一些高强度古代灰浆所掺糯米的量,同实验室研究的最佳点基本吻合,说明中国古代传统工艺蕴含了代代传承的智慧。”实验人员介绍。   隔壁实验室,做的是防生物破坏等实验。5000多年前的良渚遗址,水坝是人工用一捆捆草裹泥堆筑而成。草裹泥是什么成分、结构?发掘暴露后,风化、老化速率怎么样?经微生物群落作用后表面会生成什么?实验人员在良渚遗址取样后,正在进行化学成分、微观结构、降解变化机理和保护策略研究。   微生物防治实验在另一个实验室,天然植物精油是环保生物防治材料。植物精油容易挥发,不会损害文物。“要先搞清楚是哪一类微生物,然后进行实验模拟,再应用相应的植物精油杀灭微生物。”张秉坚说,“用植物精油防治,新问题是精油的挥发速度太快。为了控制精油的释放速率,我们采用纳米碳管做载体,先把管内径腐蚀得大一点儿,装进植物精油并适当封闭后,涂布在遗址表面,因为纳米碳管非常细,涂布后不会改变遗址的外观和颜色,附着力也好,这样就能比较长久地抑制表面微生物生长。这是比较前沿的科学技术问题。”   进入下一个实验室,能闻到一股香味。“这种特殊香料叫藜芦醛,约四五十摄氏度就能熔化成液体,比水重,是一种先进的‘黑科技’。”张秉坚说。发掘古代沉船时,潜水员打捞过程中容易搞乱文物的原始形态,现在把装有熔融藜芦醛的瓶子带到水下,先做好围栏,再将藜芦醛倒在文物表面,整块凝固后再取,文物就能完整出水。藜芦醛加热后会完全挥发,文物可完整展现在水下的原始形态。这项技术应用在福建漳州一个30米深的水下考古现场,沉船上包裹瓷器的脆弱竹片等,都能整个固型提取上来。   在另一个专门研究灯光的实验室,张秉坚介绍,在标准灯光照射下,大概10天到15天,土遗址就会生长霉菌、藻类等微生物。这个实验把灯光分成7个不同波长,发现有一种波长范围的光照下不长生物。团队打算下一步到遗址博物馆去做试验。   “目前在文保领域,文物保护力量正在不断增加,喜欢文物保护的年轻人越来越多,未来可期。”张秉坚说。25

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