丹麦国家博物馆对饱水考古木材的保护

中国博物馆二〇二一年第一期EKE
丹麦国家博物馆对饱水考古木材的保护
克里斯缇娜■斯特拉克玟/丹麦国家博物馆哥本哈根23〇〇
交静芳译/中国博物馆协会北京
摘要：150多年来，丹麦国家博物馆的保护人员用不同的方法和材料应对饱水考古木材方面的挑战。

几项重大考古发现所实施的保护方法.如使用明矾、有机溶剂、聚乙二醇处理和真空冷冻干燥处理等.促进了饱水考古木材保护的研究和发展。

这些发展和成果，有利于木材遗存的良好保存.是丰富的考古传统，工作人员的开拓进取和不懈努力.对各种资源的充分利用.以及与国际专家开展对话、寻求帮助等因素共同作用的结果。

关键词：博物馆；饱水考古木材，保护，维京船，丹麦国家博物馆
一、研究背景---饱水考古木材
自人类文明开始，木材就是一种关键材料，用于 生火，建造房屋、船舶、车辆和制造工具。

由于木材 易于获取，可使用简单工具加工，因此随着时代发 展，在适应自然并产生文化的过程中，人类能够针对 不同的用途，选择相应适合的木材。

随着时间的流 逝，存留下来的木质考古文物成为文化和自然历史信 息的重要载体。

不论何类树种，木材中的细胞结构均由木质素和 各种类型的纤维素组成。

随着环境条件改变，其形态和 性质也会发生改变。

当一块干燥的木头被弄湿或浸人水 中，便会膨胀。

如果继续将木材浸入水中或在潮湿的地 方，木材的孔隙最终将充满水，木材会变成饱水状态。

如果木质文物被埋藏在合适的环境条件下，可以 幸存数千年。

得以幸存的关键条件是埋藏环境中存在 水且缺乏氧气。

因为只有极少数能使木材降解的害 虫、微生物和细菌能够在潮湿且低氧的条件下生存。

虽然软腐菌和侵蚀菌可在饱水的低氧条件下生存，并降解细胞腔的纤维素和半纤维素，但它们无法分解木 质细胞壁中的木质素。

木材内部的细胞结构以木质素 为主要成分，当降解的木材成分被水替代时，只要木质素结构处于饱水状态，物体的形状几乎可以保持不 变。

但是在饱水状态下，由于已被降解的木质文物中 脆弱的结构仅由水来支撑，如果任由其干燥，则木质 结构会塌陷、收缩和翘曲，很快将变得不再适合被记 录、研究、保护和展览。

(_)先驱者
在丹麦，得天独厚的保存条件，以及考古学的高 质发展，较早就催生了饱水木质文物的研究和保护。

其保护历史可以追溯到1860年代。

在过去近160年中，特别是从沼泽、墓冢和海域发现的保存完好的木 制文物，构成了丹麦国家博物馆的重要收藏。

想要使饱水考古木材免于因碎裂而失去巨大的研 究和传播价值，就需要迅速进行保护处理。

如果不这 样，已被分解的木材由于结构不稳定会迅速收缩，水 汽蒸发后木材将变得无法辨识。

多年来，饱水考古木 材的处理方法和材料已经发生了变化，但要义始终是 将其从潮湿和不稳定的状态转变为干燥和稳定的状态。

丹麦在此方面的先驱者之一古斯塔夫•罗森伯格 (Gustav Rosenberg)采用了各种不同配方的“明帆 法”，并在丹麦国家博物馆中使用了近100年。

该法 于1861年在德国开创，所使用的明矾是十二水硫酸铝 钾（KAI(S04)2_12H20 )。

此法起初在金属类器物上
作者简介：克里斯缇娜•斯特拉克玟，女，丹麦国家博物馆藏品保护工作者，国际博物馆协会藏品保护委员会主席（2〇丨4一2020)。

电子邮箱：K r is t ia n e. s t「a e t k v e「n@n a tm u s. d k •
D 00丨国际丨丨NTERNATIONAL
取得很好的保护效果，这是如今仍能欣赏诸如以下文 物的原因——
欧洲唯一保存完好的青铜器时代（公元
前1400年）的折叠椅，它出土于南日德兰半岛的一个 墓冢；西日德兰半岛沼泽中的铜马车，可追溯到罗马 铁器时代（公元前500年至公元400年）。

然而，后来尝试的不同配方的明矾法，效果却 不理想。

其中添加甘油的改良法对文物存在伤害 性。

对于前铁器时代丹麦阿尔斯的约特斯普林船 (Hjortspring )的明矶法改良版保护就是一个例子。

1940年罗森伯格去世后，该方法逐渐停止使用m 。

(二）第一批维京海盗船
20世纪50年代后期，在罗斯基勒峡湾发掘出五艘 维京时代（公元1000年）船只。

这次考古发掘规模宏 大，而且材料特征与先前发现的考古木材不同。

船只 的完整度从15%至80%不等。

可以在克鲁姆林•皮特 森（Crumlin Pedersen )和奥尔森（Olsen )的《斯 库勒莱乌海盗船1号》
（The Skuldelev Ships I ) —书
中找到对这一非凡发现的详尽描述121。

船舶在现场被 拆解，大量的船舶零件被带到保护部门。

当时，人们 已普遍认识到明矾法的不足之处。

两位在丹麦沉船保 护研究工作中的里程碑式人物：伯格•布罗森■克里斯 滕森（B 0rge Brorson Christensen )和克莉丝汀•吉 斯拍森（Kirsten jespersen )，在丹麦国家博物馆重 建了饱水木材保护实验室。

几十年来，布罗森•克里斯 滕森在其著作《丹麦国家博物馆内的饱水木材保护》
(The Conservation of Waterlogged Wood in the National Museum of Denmark ) 131 中描述了这项艰
巨的任务，该书对饱水木材保护人员来说是一部重要 的著作。

布罗森•克里斯滕森在研究最合适斯库勒莱乌船木 材的保护方法时，摸索出木材降解的程度和方式直接 决定了保护处理能否成功的原理。

首先，通过使用光 学显微镜明确木材的种类和细胞水平上的降解程度， 进而确定木材的保存程度和柔软度取决于木材中所保 存的干性物质的量。

然后，釆集湿重、烘箱干重和小 样本体积的数据，从宏观层面确定木材的密度和含水
Fig. 20. Showr* schematically two sections of frame timbers of oak. In the section to the
right decay is more pronounced than in the left specimen.
图1布罗森•克里斯滕森对饱水考古木材降解进行分类的系统®(来源：布罗森•克里斯滕森，年）
量。

这些信息对保护结果至关重要|41。

布罗森•克里斯滕森将木材的降解区分为不同程 度。

降解程度最高的木材属于A 类，降解程度最低、 同时最难降解的为C 类。

然后就其降解模式制定了一 个饱水考古木材的分类系统（图1)。

该系统用于选 择木材不同类型的保护处理方法。

经过一段时间各种其他试剂的测试后，第一个解 决方案出现在20世纪50年代，当时瑞典的保护人员 开始使用聚乙二醇（PEG )进行实验。

PEG 是一种合 成的水溶性蜡，具有极好的保存古木材的性能。

PEG 具有不同的分子量和粘度。

粘度较低的等级（200至 600)是液体，粘度较高的等级（1000至6000)则从 软蜡质变为硬蜡质。

随着分子量增加，PEG 的熔点也 会升高，吸收水的能力则会降低。

研究人员对瑞典军舰瓦萨（一个未组装的大型船 结构建筑）喷淋PEG 水溶液。

受此启发，斯库勒莱乌 的维京海盗船在考古过程中被仔细拆解，以便对船体 部件进行手工操作。

布罗森•克里斯滕森决定将船体放 人浸泡槽中浸泡，并选择PEG 4000作为保护剂。

他采用了不同类型的浸泡方案，从较低浓度的
PEG 开始，逐渐增加浓度。

根据不同的降解类别，木
材将在不同的过程、不同的浓度和温度下得到保护处 理。

一般而言，浸泡过程持续7至24个月。

自然千燥 期的长短取决于文物的厚度，
一
般从几个月到半年以
上。

处理过的文物较暗，沉重，不易弯曲且易碎，需
①状态A : ■■降解非常严重的木材”，表面和内部均可见，状态B :(通常是有限的区域）是“半降解”，状态C :位于木材的中心（核
心），木材较密，状况为“
良好”。

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图2
经过加热.成型和冷却后.一块木板被安装到斯库勒莱乌1号船上。

（来源：位于罗斯基勒的维京船博物馆）
要进行多次后期处理才能去除表面过量的白色PEG 溶液沉积|5~。

随着海盗船保护工作的进展，PEG 法出现了更多 的变化。

其中之一是由布罗森_克里斯滕森于1968年前 后开发的PEG /TBA 法。

该法将叔丁醇（TBA )作为重 要成分。

当醇从浸泡过的木材中蒸发后，木材将呈现 出漂亮的表面，几乎没有收缩。

此法虽简洁，但因极 易燃.危害人体健康且耗时过长，1990年后便不再使 用这种方法。

斯库勒莱乌维京船的保护工作完成后，位于罗斯 基勒的维京船博物馆也建造完毕，用于展示这一非凡 发现。

在博物馆展出之前，需要对被拆解的船只进行 重建，将木质部件重新组装。

根据这艘船各部件原始 尺寸的记录，结合现场资料，人们制作了该船的金属 托架。

如上文所述，保护处理后的木板不易弯曲，其 形状不适合船的重建框架。

因此，每一块木板都需要 在加热（60C )的潮湿舱室内成型数小时，直至PEG 溶解，木板变得柔软。

这种情况下，木板适度弯曲， 碎片被连接起来，然后冷却、固化，最后工作人员将 木板提起（图2),安装到支撑的金属托架中m 。

斯库勒莱乌维京船发掘和保护之后，海洋考古在图3来自尼达姆沼泽发掘的 现场图像，其中非常脆弱且 严重扭曲的盾牌，箭和其他
战利品散乱叠放。

（来源：
丹麦国家博物馆）
丹麦兴起，这意味着博物馆水箱里堆积的众多饱水考 古木器开始真正得到重视。

1989年，波尔•延森（Poul
Jensen )博士成为丹麦国家博物馆布雷德（Brede )
木材保护实验室的负责人，新的木材研究计划浮出水 面，并对原有的木材保护方法进行了升级。

(一）尼达姆考古发现——
保护从现场开始
丹麦南部的尼达姆进行的大型考古发掘实现了饱 水木材保护过程的新进化。

1991年至1997年，这里 发掘了超过15000件（套）来自罗马铁器时代（公元 200至500年）的木制品。

该遗址曾用于提供大规模武 器和其他军事装备，据推测，这些武器装备应为战利 品。

大量的考古发现和其劣化状况成为木材保护取得 另一项决定性突破的起点。

这不仅关乎浸泡和干燥， 也关乎从沼泽地到博物馆展柜的整个过程。

在考古发 掘现场，参与发掘的文物保护工作者必须以最少的干 预，将许多极易破碎且高度降解的木质文物带离现场 进行保护8气
该遗址发掘的文物分布在复杂的“米卡多游 戏” ®结构中（图3),其中许多作为祭品的部分已被 破坏，暴露在外的木质文物严重退化，已失去约90% 原有的木材细胞壁物质。

这些文物需要立即进行保护处理防止其变干。

为 此，一个文物保护团队加入了考古发掘，并建立了单
独的工作站，用于现场处理这些考古发掘物。

考古学
②译者注
：指一种游戏.竹签相互叠压，要挑开竹签不移动其他竹签。

这里比喻文物相互叠压。

t ilf r f国际INTERNATIONAL
家发掘文物，贴好文物编码，并将其放在衬有湿棉布 的塑料盒/托盘中带往工作站。

保护人员用毛刷和淡水 将文物清洗干净，按照后续保护处理的相关类别进行 分类，然后将文物直接包装以便后续的保护处理。

文 物被保湿存放于冷藏容器中，于发掘结束后送往保护 实验室。

文物保护与考古发掘现场的密切合作具有诸多优 势。

由于易碎文物表面仍为湿泥炭，易于清除，且清 洁过程中仅发生少量机械摩擦，因此文保人员和考古 专家可以对新发现的文物，如符文碑铭、雕刻物及植 物遗存的观察情况和相关信息立即展开讨论。

分担工 作和责任有助于各方专注于其各自专业领域，并促进 相互尊重和理解。

从长远来看，该程序也节约了一些 成本。

由于已在现场进行重要的准备工作，同时在项 目的早期阶段已对文物进行取样，确定了木制品的降 解程度及其保护要求，一旦保护实验室接收到文物，就可以更快、更容易地开始保护处理。

显然，几乎所 有的木质饱水文物都严重退化，如果不经过精心的保 护处理，其终将碎裂。

(二）尼达姆发现—
—保护实验室的新挑战和解 决方案
原标准方法是将PEG4000溶于TBA，然后把文物 置于其中浸泡，最后冷冻干燥。

20世纪90年代初，受 加拿大文保人员的启发，此法被一种新的、更有效、无害的方法所取代，即：先用PEG溶液浸泡，然后真 空冷冻干燥。

随着需要保护处理的文物数量增加，以及保护方 法的改变，继续升级保护方法的课题也被提上议程。

研究调查的第一项内容集中在浸渍剂上。

研究结果证 明110—161，PEG2000满足对合适浸渍剂的若千要求；其 渗透木材的能力优于PEG4000,在室温下为固体，还 可以取代在降解过程中损失的部分材料以稳定木材。

此外，与较低等级的PEG相比，PEG2000对水分和周 围相对湿度变化的敏感度较低。

PEG2000的另一重要 特性是能在特定温度下固化，使其更适合真空冷冻干 燥。

因减少了冰晶在冷冻过程中的膨胀，它在真空冷冻 干燥过程前后都能发挥稳定剂的作用，从而达到低温保护的效果。

尼达姆发掘的大部分木质文物在室温下都用PEG 2000水溶液浸泡，最终浓度为30%至40%(质量比，w/w)a。

完成浸泡的文物被放置在设备中进行真空 冷冻千燥以去除文物中残留的水。

将木材的温度降低 至能够使PEG和水完全凝固的温度（至少零下22摄氏 度），此时冰和固态的PEG填充了木质文物，并形成 支撑结构。

当施加真空（0.01毫巴）时，基质中的冰 晶从固相变为气相（升华），水蒸气从木材和冷冻干 燥室中被除去，并在外部冷阱中冷凝。

根据物体的尺 寸，真空冷冻干燥过程需要3至6个月。

真空冷冻干燥 法实现了布罗森•克里斯滕森的想法，即通过升华从饱 水的PEG饱水木材中除去液体。

由于PEG对大多数金属具有腐蚀性，因此PEG 2000不适合处理具有完整金属部件的木质文物。

对 于金属和木头制成的文物应采取不同的处理方法。

在少数情况下，使用蔗糖或葡萄糖水溶液浸泡，然 后进行真空冷冻干燥。

一些复合材料制品则采用溶纤 素-石油法进行处理，使用有机溶剂安全地将水从文物 中去除1171。

随着保护方法的发展和对能力提升的需求，1996 年丹麦国家博物馆花费重金购买了一个新的大型冷冻 干燥设备，这是欧洲最大的冷冻干燥设备。

冷冻腔室 长8米，直径2米，可同时容纳数百件文物。

真空冷冻 干燥设备的容量增加了一倍以上。

当数百件独特的考古文物接受同一处理程序时，绝不允许出现错误。

低温对于实现适当的升华具有决 定性作用。

另一方面，温度越低，过程越慢。

因此，研究又聚焦于如何改进、控制和平衡干燥过程，使过 程安全但又不需要投入太多资源
在进行所有保护处理之后，文物就会进人清洁、粘接、包装等流程，然后储存起来或为展览做准备。

尽管大多数文物都是经过“批量处理”的，但个别文 物精品还是经过了特殊处理。

柔性木材通过模具复 形，独立的部件得以固定回正确位置。

然后立即将这 些文物用塑料密封并冷冻。

在真空冷冻干燥之前，将 塑料从预先塑形的文物中移除，处理之后的文物将恢
③译者注：W/W 意为质量比的缩写，描述某物质在混合溶液中的浓度。

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复原来的形状。

对上千件来自尼达姆的文物采用的保护方法取得
了出色的效果，避免了文物的收缩、塌陷和翘曲，文
物的表面光泽、雕刻和细节保存良好。

尼达姆文物精
品在丹麦国家博物馆展出，其他数千件文物被包装后
放入文物库房。

尽管暂存库房，但在包装这数以千
计的箭、弓、盾等部件时必须考虑文物潜在的研究
价值。

在准备将这些文物包装入库及做未来研究之用
时，包装工作的指导原则是减少研究人员接触易碎文物
的机会。

包装方法应节省空间和时间，因此所釆用的包
装方法是将文物固定在可堆叠的托盘上，托盘堆叠后放 人标准尺寸包装箱。

这是在多年的保护过程中，各个 保护阶段的方法得以发展和改进的又一个实例|211。

(三）更多沉船：50年后.又出现了新问题
1996至1997年间，当罗斯基勒维京船博物馆通过 在罗斯基勒港建立“博物馆岛”开始扩建博物馆时，考古人员发现了九艘维京时代（公元1000年）和中世 纪时代（公元1100至1500年）的船只遗骸。

它们被称 为罗斯基勒船，对其进行拆解和全面记录后，所有的 船木都被带到丹麦国家博物馆进行保护处理。

罗斯基勒船被运至保护实验室时，布罗森•克里 斯滕森的木材分类法被应于分析降解木材中的细胞壁 密度、空隙率和扩散率|221。

此外还研究了其他分析方 法，比如有一种间接的、非破坏性的方法，即通过电 导率以估算木材中的扩散系数并分析无机物质（盐、铁等）的含量。

除提供有关材料在不受控干燥时收缩 和塌陷趋势的信息外，最新的方法还提供了用于估计 木材浸泡和受控干燥时间的信息，由此可以计算出总 体保护成本。

通过评估无机物质的含量，可以确定保 护处理过程中是否需要去除或减少材料中的盐或金属 成分。

当构建保存木材的库房或展览环境时，这些信 息也具有重要参考价值。

当罗斯基勒船的木材被送往保护实验室时，面临 的挑战不在于如何根据发现的不同类型木材的不同状 况进行保护，而在于不明确船只的最终用途是什么。

这一次，没有计划专门建造博物馆，也没有提供额外 的资源来完成保护工作。

做出的唯一重大决定是保存 船上的木料。

它们被放在保护实验室的几个浸泡槽 中，用PEG2000水溶液进行浸泡（图4)。

因为通 过PEG浸泡和真空冷冻干燥的方法有一些需要注意图4丹麦国家博物馆的真空冷冻干燥设备装载了p e g浸泡的文物。

(来源：丹麦国家博物馆）
的事项：1.冷冻前木板或文物的形状为冷冻干燥后 的形状；2.真空冷冻干燥的木材不易弯曲，3.千燥后 再加热或加湿（斯库勒莱乌1号船所采用的方法）不但会破坏干燥后的木材，也会破坏通过PEG处理后的 考古木材1231，因此干燥过程暂缓进行。

这意味着，如要将船上的木料组装成船进行展 示，则必须将其干燥成与其他所有弯曲船用木材完全 匹配的形状。

这需要对原有形状进行重建，并需要额 外的资源来准备和实施真空冷冻干燥工艺12〃51。

2009年，博物馆决定对其中一艘船进行展出前的 保护处理。

在罗斯基勒发现的船只中，有世界上最长 的维京船（重建后全长37.4米）——罗斯基勒6号。

这艘船被确定为即将举行的维京展览的主要文物，并准备随后进行巡回展出。

丹麦国家博物馆拨出专项资 金，对肖&体木料的形状和设计支撑进行真空冷冻干燥，这极大便利了所有木料的安装、拆卸和运输。

(四）罗斯基勒6号船——特殊解决方案
为了能够安装“罗斯基勒6号”变形且扁平的部 件，木材在潮湿时被固定成正确的形状，并用40% (质量比，w/w)的PEG2000水溶液浸泡。

将龙骨和 框架木材固定在钢托架中，将裂缝固定在正确的位 置，并在冻结之前将模具或楔子放置在木板下。

在此 过程中使用的曲率和形状都是基于最初的1:1相关资料 以及船只的全面重建|2W71。

该步骤最大程度地降低了 在安装展示时表面损坏的风险，避免了安装过程中对 PEG有害的加热。

自2013年在丹麦国家博物馆举行首 次展览以来，“罗斯基勒6
号”维京船通过特别设计
E H 国际 INTERNATIONAL
图5
2021年2月.
在丹麦国家博物馆.••罗斯基勒6号■•维京船
为展出而进行第7次组装。

（来源：丹麦国家博物馆）
的托架巡回展出，成为欧洲、美国和加拿大5次展览 的一大亮点。

2021年2月，该船被安置在丹麦哥本哈 根一个永久性的展览中（图5)。

罗斯基勒发现的其他四艘船仍在保护部门的浸泡 箱中，等待有关其最终用途的决定。

三、饱水考古木材保护的发展
多年来，用于保护饱水考古木材的处理方法和材 料已经发生了变化。

虽工作目的未曾改变，但进行了 新的研究和发展，获得了不同的成果。

丹麦国家博物 馆的木质文物藏品中，常有来自丹麦史前历史的伟大 发现。

这些藏品不但展示了文物不同的来源和不同的 埋藏遗址环境，也展示着不同的保护方法和手段。

一些文物最初是用-•些后来被证明有害的材料保 护处理的，为此，馆藏木质文物的工作也围绕着这些 文物未来的安全而展开。

最初用明矾和甘油进行保护 处理的文物在20世纪80年代通过PEG 方法保存下来， 重新处理这些物体可以首先去除所施加的保护剂。

文 物是否具有再处理的可能性是今天选择保护方法的基 准之一。

这需要充分结合保护试剂的老化特性及其在 视觉、物理和化学方面对木材的长期影响。

避免使用 有害物质，且在决策过程中应考虑环境和气候因素。

保护饱水的考古木材需要大量资源，特别是大
型结构（如沉船）与大规模考古发现（如尼达姆遗 址）。

尼达姆遗址现场虽仍有大量文物，但发掘工作 已于1997年结束。

通过一项深人的研究计划，发掘和 保护项目取得了成功。

该计划旨在确定文物保留在原 址是否有利于其后续保存，或者是否有必要重启考古 发掘工作，将文物从腐烂环境中拯救出来。

这项研究 的结论是，沼泽中的保存条件良好。

他们将对该站点 进行定期回访和检测，以确保上述结论仍然有效|281。

评估降解程度以及了解木材和埋藏环境中的降解 过程对保护处理的决策过程至关重要l 2<W )|。

在罗斯基勒
船的保护中，无法确定考古发现的最终用途这一事件让 研究人员认识到及时做出决策的重要性。

如果无法提供 充分保护文物的资源，则其他解决方案（例如将考古发 现留在原址或将其填埋入安全且受监测的环境中）可能 是在所有考古发掘之前应考虑的解决方案，因为在考 古发掘中可能会发现大量饱水考古木质文物。

饱水木材保护是一个利基®领域，丹麦国家博物 馆保护实验室有幸拥有专家团队及适合的技术。

一种 新类型的器物或者大量最新发现的文物被送至保护实 验室将开启并推动新方法。

虽然饱水木材的保护过程 耗费了大量资源，但这也是对宝贵的文化遗产负责的 态度体现。

在此过程中，与国外专家的对话也让他们 深受启发。

超越国界，在出版物和国际会议上分享和 讨论保护工作中的挑战，解决方案和成功经验，是前 进的关键，这将帮助文保人员和管理者开展更科学的 决策，取得更好的保护成果。

(致谢：感谢中国文化遗产研究院沈大蜗博士在翻译过程中给 予宝贵的修改意见。

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参考文献:__________________________________________________________
[1] Matthiesen H ,S traetkvern K ,G re g o ry D,Jensen P.Preservation of the Nydam site and finds—in situ and in the museum, in Excavating Nydam[M],Archaeology, Palaeoecology and Preservation,2020.345—371 .[2] C ru m l in —Pedersen 0,O lsen O.T h e S k u ld e le v S h ip s l[M ]. Roskilde, 2002.
[3] Brorson Christensen B.The Conservation of Waterlogged Wood in the National Museum of Denmark[M].The National Museum of Denmark,
④译者注
：商业术语，意为大环境下细分的、针对特定群体的领域。