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土遗址的防风化技术

来源:未知 作者:佚名 时间:2019-08-23 阅读: 类别:人文科学
  天啦噜,清华竟然发现了古墓!而且还同时发现了汉、明、清三个朝代的古墓呢!这次的古墓在考古学上被定为土遗址。别高兴太早,你以为几个“土坑”是那么好保护的吗?先看看考古学家是怎么细心保护这些“土坑”的吧!
  
  清华大学发现古墓(来源:古美术公众号)
  土遗址,顾名思义就是古人类遗留下的以土为主的遗迹或遗物。按照制作方式的不同,还能形象地把它们分为“凸”和“凹”两大类土遗址。
  “凸类”土遗址,其实就是那些建在地面上的土建筑,比如土质的房子啦,城墙啦,粮仓啦等等。“凹类”土遗址更好理解,其实就是通过“挖土坑”的方式建造的地下土遗址,古代的墓葬就是这类土遗址的重要代表。
  
  土遗址地上土遗址的典型——唐代含光门遗址(来源:维基百科)
  
  土遗址地下类型的代表——安阳殷墟妇好墓(来源:维基百科)
  不管是凸类还是凹类土遗址,挖出来的时候我们都很兴奋,但其实想长久地保存它们还是挺令考古学家们头疼的。因为没被挖出来的时候还算安全(受到比较大的威胁也就是地震)一旦被挖出来之后,什么风吹、雨淋、沙打、日晒等磨难就会接踵而至。
  根据土遗址面对安全隐患的不同,考古学家们大致要从防风化、防水防潮和防震三个方面来保护它的“人身安全”。咱们先说说防风化。
  在成土过程中有个非常关键的环节——黏化,即原始土体中的黏土矿物在水、热各方面条件都较稳定的情况下,会在土地的中下部发生明显聚集,这就表现为日后土壤颗粒之间的结合力,这个结合力会让土粒们老老实实地“抱”在一起,不散掉。
  但刚才说的是在水热等条件比较稳定的情况下,会形成这种黏化,那么当水热等条件不稳定的时候,这些本来“挤”得恰到好处的小土粒之间的结合力就有可能变弱甚至消失。
  原来紧凑的土粒之间变得稀疏了,颗粒间原有结构被破坏,原有的形制就会发生改变,比如考古学家要研究一个朝代墓的形制,只因为土粒结构发生了一点点变化,很多有价值的历史信息可能就丢了哦!这就是土遗址有可能面临的风化危险。
  打个比方吧,你费劲吧啦地画好一幅沙画,一个捣蛋鬼在上面一通乱抓,原来沙画的颗粒结构被破坏,沙画的内容当然也就被破坏了。
  
  为了防止风化,专家们研究出很多方法,下面举几类有代表性的:
  1. 给土坑“喷涂”氢氧化钙(Ca(OH)2)或氢氧化钡(Ba(OH)₂)溶液
  材料:氢氧化钙或氢氧化钡溶液
  原理:土坑里潜伏着“伺机而动”的二氧化碳,氢氧化钙或氢氧化钡被喷洒上之后,二氧化碳立刻“蜂拥而至”,与其反应生成碳酸钙或碳酸钡,这些“硬家伙”沉淀于土坑,让土坑更结实。其化学反应方程式分别为:
  Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O
  Ba(OH)2+CO2=BaCO3↓+H2O
  
  石灰水,氢氧化钙饱和溶液的通俗名称。纯石灰水是无色澄清的溶液,有一种轻微的泥土气味和氢氧化钙的苦涩碱味。(来源:维基百科)
  
  氢氧化钡外观通常为白色颗粒状(来源:维基百科)
  优点:碳酸钡或碳酸钙虽然硬,但不爱“挡道儿”,不会讨人嫌地堵住土坑里的小孔隙,给反应中生成的少量水“放行”。
  缺点:
  (1)碳酸钙和碳酸钡为白色粉末,用多了土坑仿佛被刷上一层“大白”;
  (2)氢氧化钙或氢氧化钠溶解度低,溶液制得浓度不高,很多二氧化碳就“抢不着”,生成的结实的碳酸钡或碳酸钙就少,强化效果不佳,所以得需要制备溶液,多次喷洒。
  2、 给土坑“注射”PS(硅酸钾K2SiO3)
  材料:硅酸钾溶液(K2SiO3)
  原理:这个叫PS的溶液真能把土坑“P”结实,里面有俩高手,一个叫钾离子,一个叫硅酸根离子。钾离子把不听话的土粒吸附到一起,硅酸根离子能吸附黏土矿物金属里的阳离子,两大高手夹击下,原本呈分离状的黏土矿物变成了结实的网状结构。
  
  硫酸钾,稳定状态时为呈蓝绿色的透明质,故又形象的被称为“钾水玻璃”(来源:indiamart)
  优点:抗冷、抗热,还特透气,所以用这种方法加固的土坑不用太担心土坑天冷会不会“冻坏”,天热会不会“热晕”等问题。
  缺点:
  (1)比较怕水,位于潮湿环境的土坑不建议用;
  (2)价格有点儿贵。
  3、 用高分子材料“修补”土坑
  材料:丙烯酸酯类、聚氨酯类、树脂类材料等
  原理:这类材料由几个小分子化合物(相对于聚合物,小分子化合物叫单体)“抱团”而成,称为聚合,这个过程中会产生不小的作用力,也就是化学键,将这类聚合物单体注入土里,让它们在土里“抱团”吧!利用产生的化学键作用力达到加固土壤的目的。
  优点:有强大的化学键作用力,加固效果还是杠杠的。
  缺点:一些聚合物在某些特殊的情况下(如遇热)会游离单体,单体的毒性很大,例如我们熟悉的“恶鬼”——甲醛,对皮肤及黏膜有刺激性作用,造成身体局部发炎、溃烂甚至严重的病变。
  综上,其实目前考古学对防风化加固材料方法的研究还没有一个相对较为完美的方案,还需要进一步的研究和实证。那么,除了防风化问题,咱们的土遗址尤其是古墓必然是怕水的,历代帝王看到自己的陵墓渗水都会龙颜大怒。古土遗址被挖出来之后,考古学家是怎么解决这个问题的呢?请看系列之二《土遗址的防水防潮》
  
  【参考文献】
  土遗址防风化保护概况,周双林《中原文物》2003年06期
  土遗址保护研究现状与进展,孙满利《文物保护与考古科学》2004年07期
  石灰固化土抗压强度发展规律研究,宁建国等《路基工程》2009年01期
  《自然地理学》(第三版)刘南威,科学出版社,2018-11-01
  水玻璃的改性研究及其在古象牙保护中的应用,李艺名,成都理工大学

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