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潛進歷史–水下考古:水下考古遺物的保存與維護

水下和陸上考古遺物的保存、維護和修復工作,並沒有太大差異,只是進行水下遺物處理時,人員需借助潛水裝備。但因遺物的劣損狀況有差異,因此維護的材料與技術會有些許不同。
 
 
 
沉埋於海洋、湖泊河川和地下水層中的遺物,除了容易受到水中生物蛀蝕、腐化、造礁生物附著等影響外,也會因水下環境的因素,產生各種物理和化學變化。例如部分材質在水中會溶解,或因海水組成和水中各種有機及無機物質的影響而銹蝕,甚或因水壓造成破裂或潰陷等,當然也會受到海(水)流和漁撈作業等干擾,磨擦、敲撞而受損或脫離原來的位置。

經過長時間後,大部分遺物會因此失去原有樣貌而難以辨識或逐漸消失,只有一小部分埋藏於海床或位於海洋深處,因海洋底層缺氧與低溫的環境而有較長的保存壽命,但也會因長期與水作用而改變性質。

原址保存

考古發掘研究工作者,通常不會任意將遺物出水(土),把遺物留存在原有的位置與環境,除可維持原有的歷史脈絡外,更能保護遺址與保存這些脆弱的遺物。把水下遺物留在原址,更是 2009 年生效的聯合國教科文組織《保護水下文化資產公約》的主要目標。

把水下遺物留在原址,其實和大家熟悉的古蹟一樣,以最小干擾讓它自然存在是最基本的原則。但古蹟仍會受到空氣汙染、工業震動、生物活動、人為地貌改變等影響而加速劣損,因此需要持續進行維護及管理;同理,水下遺址也會受水、混於水中的各種物質、水流、水中生物等影響,更因水下遺址和陸地遺址一樣無法以肉眼看見,水底工程與底拖漁撈難以事先閃避,以致造成更多的破壞。

此外,水下遺址發掘工作也會造成海底地形改變與原本密實的底砂結構變得鬆軟,而讓海流改變及侵蝕遺址使遺物裸露而損壞,因此水下遺物也需要適當的保護。

就考古發掘研究而言,和陸地考古一樣,回埋是基本措施。目前在陸地上的遺址積極地推動遺址公園,在遺址上種植草皮減緩表層土壤流失,而最先大規模實施水下遺物就地保存的荷蘭 BZN(Burgzand Noord)10,則採用沙袋和聚酯網覆蓋所要保護的遺址,以避免受到海流沖刷及海洋生物的影響。

最近的研究更指出,回埋時覆蓋泥砂的高度會影響水下遺物保存的效果,且回埋後如同陸地的古蹟和遺址一樣仍需持續進行水下環境與保存狀況監測。各國因此紛紛建立水下考古地圖,以事先調查建檔並劃定保護區管理,避免不必要的人為破壞。臺灣的陸地及水下考古地圖在文建會的積極推動下,也已有初步成果。

遺物出水準備作業

水下遺物通常已相當脆弱,對環境變化更是敏感,且不適應大氣環境,發掘出水過程或出水後如沒有適當的保存措施,通常會迅速損壞,如飽水木材放任乾燥會劇烈收縮變形、金屬會快速銹蝕等。此外,遺物出水作業對水下考古人員的安全也是負擔,如因保存或研究等原因必須出水時,都需要詳細的規劃和準備。

遺物出水不僅是實驗室或修復室的作業而已,保存修復人員在出水前須先進行相關的準備和安排工作,大略的作業程序如下:
  1. 保存人員入水確認考古研究要出水的遺物,記錄遺物所處環境及保存現況,評估是否適合出水。
  2. 擬訂遺物出水計畫,準備水下包裝運送、出水方式與現場暫時性保存措施,以及和船務人員評估海象、推算潮汐,規劃進出港口及時間、裝載所需器械與作業安全等。如需典藏保存,則另安排實驗室進行保存維護處理和博物館進行後續典藏管理。
  3. 包裝運送材料的準備:許多遺物除水下或陸上運送過程中可能因碰撞或搬運不慎而損毀外,也會在出水的瞬間,因水的表面張力、浮力的消失、水的重量等因素造成遺物的崩毀,所以通常遺物出水前都需包裝保護。
  4. 水下作業時,保存人員在水下協助發掘、記錄,並包裝、運送等。
  5. 出水後的保存措施:運送期間的保護及考古工作室的暫時性保存處理。
  6. 調查記錄:分類處理、基礎資料登錄、測繪、攝影等。

以最近極受囑目的南海一號而言,單出水作業準備就耗費多年規劃,包含建造大型拖吊船、專用航道和碼頭,以及建造日後保存、研究和展示用的水晶宮等,後續的遺物處理與保存,更是無止盡的工作。

出水後的保存措施,可大略區分為考古田野現場及實驗室操作兩個部分。近年多數實驗室都推動人力和設備現場支援、就近處理與遠端監控的概念,以確保處理品質與程序的連貫,讓田野現場工作站也能有專業實驗室的處理水準。在考古田野工作室的暫時性保存處理措施方面,都須先依材質種類、遺物保存狀況與處理方式分類,再繼續進行表面清潔、穩定處理、暫時性保存等。

出水遺物的表面清潔

表面清潔主要是去除表面髒汙和有害物質、附著生物或凝結物等。水下遺物露出海床的部分,通常有造礁生物附著,如藤壺、牡蠣、管蟲、珊瑚等。附著的生物在脫離生存環境後就會死亡,生物體開始腐敗,微生物快速滋生,發出惡臭,這種狀況不但危害處理人員的健康,也會影響遺物的保存及後續處理。因此遺物出水後,都會在生物體還沒腐爛前就先剔除。

另外,造礁生物留下的硬殼,除因材質脆弱而特別保留外,如簡易操作就能處理的,在田野現場就會一併去除,但通常僅止於可供辨識器形或紋樣的階段。

另一種對遺物表面也會造成明顯影響的是凝結物,通常發生於金屬器物上,尤其是鐵器上。沒入水中的金屬器表面會與海水形成硫化物或碳酸鹽類等難溶性鹽,並與周圍的砂石形成凝結物。這些凝結物和生物附著物一樣,有些許的保護效果,但常使器物難以辨識原貌,需要清除才能鑑識或重建。而且多數情形是金屬會因持續銹蝕而消失,導致凝結物中僅留下空洞,無法由外觀判斷器物形貌。因此,通常會先進行X光攝影來判斷內容物,再決定如何保存處理。

通常表面生物附著物或輕微的凝結物,可使用手工具或氣動工具去除。必要時使用化學藥劑處理,但其過程通常緩慢而效率差,且會有不良的後遺症,如遺物材質會因酸劑而溶解、燒灼等,使遺物更為脆弱,影響後續材質科學分析結果,造成典藏管理問題等。

凝結物中的遺物如已消失,則採取樹脂鑄模方式取得遺物的外形輪廓。當然,專業修復人員除有經磨練後的靈巧雙手外,另一項專長與責任就是判斷遺物狀況,並選用最適當的方法確保遺物的穩定,以及盡可能地保留及取得遺物所蘊含的考古研究資訊。表面髒汙採用物理性清潔或化學性清潔方式,都需保存修復人員依遺物材質、劣損狀況與研究、典藏需求等綜合評估後實施。

出水遺物的保存與修復

在考古田野工作現場,出水遺物最基本的穩定處理就是提供遺物原有的水中環境,保持潮溼避免讓出水遺物乾掉。大部分的出水遺物會在乾燥過程中損毀,如飽水木材會因失去水分的支撐而收縮乾裂、陶瓷器會因水中鹽分乾燥析出結晶而撐破表面、金屬器被空氣中的大量氧氣快速氧化,因此保持潮溼、隔絕空氣是出水遺物基本的穩定處理措施。

更積極的穩定處理措施,則是去除危害物質。對遺物會造成危害的物質很多,難以全面實施,在實務操作上,都以去除會造成立即危害的含氯鹽類為主,且在考古田野現場也容易實施。以陶瓷器來說,即浸泡在乾淨的淡水中,讓陶瓷器內的鹽擴散出來,並定期換水直到鹽分去除。金屬器則多使用鹼液抑制氯化物與氧和水持續反應,或轉化氯化物成穩定的物質,如鐵器用氫氧化鈉和亞硫酸鈉混合溶液,銅器採用碳酸鈉溶液浸泡。

穩定處理大多需要一段不算短的時間,且一個水下遺址考古研究通常也需好幾個田野考古期。出水遺物大多需要持續保存在穩定處理的階段,讓考古人員得以記錄、研究。如何維持這一期間遺物免遭空氣(氧氣、二氧化碳等)、環境(溫溼度、紫外線等)、微生物等影響的暫時性處理措施,也是保存修復人員須考量的。

水下遺物出水進行相關考古研究後,通常會再回埋到原水下遺址,這樣雖然減少了教育推廣的機會,但提供了日後再研究的機會。如果遺物已不適合水下環境保存,或有持續研究及展示的需要,則須另進行保存修復和典藏措施,讓水下遺物能以原有的形貌在空氣環境中長久保存,必要時再依研究或展示需求修復。接下來就是一輩子再加上後續子孫保管文化遺產永遠的責任。

為便於博物館典藏管理及展示教育,通常須讓遺物可以脫離水槽和藥劑。而為讓已在水中穩定的遺物重新回到大氣環境,一般需要應用特殊的保存技術,把遺物材質轉變為在空氣中可以穩定的形式,或加固強化再進行脫水,其中以飽水木材乾燥以及金屬器物除銹的處理技術發展最受矚目。

陶瓷器通常於穩定處理階段完成脫鹽步驟,就可自然晾乾,但部分陶瓷器可能出現釉面脫落,或因某些組成已溶解而鬆軟。保存修復人員則會評估是否進行加固措施,目前大多採噴塗壓克力樹脂固定或塗刷有機矽酸鹽類藥劑,讓藥劑滲入後反應生成二氧化矽與器物結合而填補間隙補強。

有機材料一般很難保存,以木材來說,木材的基本成分纖維素、半纖維素、木質素等易受環境劣化及動物蛀蝕與微生物等分解,雖然在水中仍可以維持外觀形狀,但細胞壁結構缺損失去強度,含水率因而提升。以臺灣環境來說,通常木材的平衡含水率約在 12~15%,水下遺址的飽水木材含水率則多了數十倍至百倍,如澎湖馬公港古沉船調查時出水的木材,含水率就高達 500% 以上。

已嚴重劣化的木材其組織變得鬆軟,在乾燥過程中因無法抵抗水的表面張力而發生潰陷收縮、龜裂變形,且一旦收縮變形就很難回復原貌。為了讓飽水木材乾燥後仍能維持原貌,目前針對木材的收縮原因,以及因應國際上文化遺產修復原則,近幾十年來已發展出許多處理方法。

例如為了去除水表面張力影響而開發的醇醚法,或應用真空冷凍乾燥技術填充支撐木材細胞組織的聚乙二醇浸漬法,和注入單體樹脂再以放射線促進聚合成木塑材等,目前以二階段聚乙二醇法配合真空冷凍乾燥技術最為普遍。近年也陸續發展出符合「可逆性修復材料」原則的乳糖醇浸漬法,以及能提升處理時程的羽(角)蛋白注入法等,希冀能解決因聚乙二醇的吸溼性及對金屬的腐蝕性所造成的後續管理困難。

處理作業通常需要很長的時間,以大家熟知的瑞典瓦薩號(Vasa)戰艦來說,於 1961 年出水,在特別規劃興建的建物中經過17年的聚乙二醇藥劑處理和再 9 年的乾燥過程,至 1991 年始略為穩定後開放參觀,並不間斷地進行溫溼度等環境控制。目前仍持續進行各種化學處理與保存設施改善中。

金屬器物都是人類把原來穩定的金屬化合物原礦經還原、精煉製成的純金屬或合金,在自然環境中並不穩定,容易受外界環境影響而反應成較穩定的狀態。在空氣中如此,在海底也是如此,即會產生人們認為的銹蝕現象,而以銅器及鐵器最易發生。

在水中含氧量及溫度都低的環境下,銹蝕速度較慢,因此能保存下來。但出水後,又遭受到空氣、水、熱等的影響,以及金屬表面與滲入內部的氯離子反應而快速銹蝕劣化。因此除進行抑制銹蝕的穩定處理外,通常會積極地採取將氯化物轉化成穩定的物質、去除有害銹和隔絕外界環境等保存措施。

處理技術很多樣,最基本的是機械性的清潔,如手工具、噴砂、超音波、雷射等。目前多數單位普遍採用電解還原法,把鐵器或銅器放入電解液中,通入直流電促使金屬遺物還原,是較能確保文物安全的方法。遺物經處理除銹後乾燥,再刷塗隔離劑如壓克力樹脂、蠟等或塗上防銹劑。

金屬銹不一定有害,如銅器表面的銅綠,除了讓文物看起來有古樸質感外,還有避免繼續氧化的效果,以保存修復而言,不一定要去除。但銅綠除具有保護作用的無害銹外,也有可能是銅的氯化物,這些氯化物會持續腐蝕銅器,且因重量輕容易隨風飄散,當附著於其他銅器時也會產生銹蝕,類似疾病的飛沫傳染,因此一般多稱為青銅病。保存修復人員通常須藉由分析儀器確認這些銹是有害還是無害,再評估保存處理方法。

保存處理後,接著配合典藏管理進行標記、登錄、包裝、庫存,以及各項預防性保存措施。也會因研究或教育推廣需要,進行併黏、填補、全色或修復。

遺物在水下遺址中時通常就會由考古發掘人員編號及標記,出水運至考古田野工作站時會重新標記,大多是臨時性的標記,如防水標籤和遺物一併套入網袋,或以塑膠條圈套於不易脫落的位置。在博物館典藏時,則會再進行正式的編號標記,標記標號時並非直接用簽字筆在遺物上編號,編號書寫的位置、材料和方式也有一定的原則,如不破壞遺物價值、不影響視覺、便於管理等。譬如小型陶瓷器會選擇底部圈足附近,以具可逆性的隔離漆塗薄層隔離後,使用黑色墨水筆書寫,再覆蓋一層保護漆。

接著如果是破片且能拼組,則視研究或展示需要進行黏合。就博物館典藏而言,一件破成數塊的文物並非一定要黏合,黏合破片有一些需要討論的層面。

首先破片重新組合的位置是否正確,再來這個物件本來或許就應該是破的,如歐美新船命名下水典禮時用來祈福的酒瓶,這酒瓶的碎片代表這艘船的誕生,也做為習俗演變的證據,你找到它後把它黏回時可能是不同的意義。又如台灣傳統結婚習俗中,迎娶新娘進家門,跨過火爐踩破瓦片,顯示了一個新生活的開始;若你把這塊瓦的碎片撿起來黏回,在展示教育時就可能誤導觀眾對文化的認知,這就是修護原則中有關真實性的探討。

另一個問題是黏合的膠,就修復原則來說,通常要求最小干擾和可逆性修復材料,黏合時除前面所提的不可臆測、歷史真實性外,如何讓膠不會汙染文物,又可讓後人可以輕易地再拆開,則是另一種挑戰。

填補和黏合有一樣的原則,另需考量修復的可辨識性。常看博物館古文物展覽的人會發現,陶甕缺損的地方用白色的石膏填補復原後,就沒有再進一步修飾成完整的狀態。其實以目前修復師的技術,修復到幾可亂真的程度並不困難,在古董交易市場就常看到。然而考古文物的修復師有一定的修護原則,填補是為了協助學術研究和教育推廣。修復師有責任讓研究人員和觀賞的人很容易地區隔哪個部分是原來的,而哪裡是修復人員創造出來的,以免誤導了人們對歷史文物的認知。

由於實體復原有很多難以克服的技術與無法符合修復原則的狀況,近年來已漸漸採用數位影像技術進行虛擬修復,或以逆向工程技術取代實體修復。

至於文物的典藏管理工作,文物和身體一樣預防勝於治療,須採取「預防性保存」。維持保存環境穩定與排除劣化因子是基本要求,不同材質的文物需要不同的保存環境。

降低保存溫度是典藏多數材質文物共同的原則,但也不是全部,如錫器就不能低於攝氏18度,以免發生「錫疫」;保存紙張、木材時,相對溼度則需穩定控制在一定範圍內,不能太高也不能太低;而金屬則越低越好,庫房內金屬器通常會被密封包裝,並放置除溼和除氧劑以減緩氧化。另外,博物館展示考古遺物時,展場通常不是很亮,以避免熱和紫外線加速文物劣化。展櫃設計除展現遺物特色外,其實展櫃底下裝設有溼度控制設備,不明顯的角落還放置著溫溼度記錄器監測展櫃內的環境。

文物保存修復研究人員並不是考古學家,但在考古工作團隊的田野工作中,是不可或缺的專業人員,在水下考古工作中更是如此。遺物出水後需要即時有效的保護措施,以免生變,否則考古學家將失去重要的依據。

保存修復人員如不了解考古研究的需求,選擇了不適宜的檢測與保存措施,也會讓遺物蘊含的歷史訊息消失。文物的保存修復研究人員需要與考古學家密切配合,且文化資產的保存維護是眾多專業學科與技術領域的集合,因此保存修護工作需要一個團隊的合作。

保存修復方法及技術、材料材質會隨著檢測分析技術與材料科學的發展不斷進步,不變的是,各種先進的處理技術都是為了保全文物做為歷史證物的價值,以及讓文物不受外力干擾而能自然地存在。
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