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清华惊现古墓!这些“土坑”太神奇了
2019-06-20 21:58:33  出处:蝌蚪五线谱  作者:殷元宗 编辑:上方文Q   点击可以复制本篇文章的标题和链接

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!

清华惊现古墓!这些“土坑”太神奇了
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。

清华惊现古墓!这些“土坑”太神奇了
土遗址地上土遗址的典型——唐代含光门遗址(来源:维基百科)

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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

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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)

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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。

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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?

由于土遇水有成为“一堆烂泥”的风险,因此依据土遗址所处的干湿程度划分,可分为“干燥环境中的土遗址”和“潮湿环境中的土遗址”。

干燥环境中的土遗址分布范围较小,多出现在有温带大陆性气候、高原山地气候的地区,如我国甘肃、新疆部分地区。

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位于新疆的楼兰古城是典型的干旱环境下的土遗址(来源:维基百科)

潮湿环境下的土遗址范围可就广了,在我国广大的季风气候区,这些土遗址遭受着来自雨水、地下水甚至是空气水分的威胁,保护难度极大。在这几路“水军”,对土遗址危害比较大的,就是来自地下的水军——地下水。

不过保护难度虽然大,在实践中考古学家还是找到了几种好方法。

一、 挡水墙

原理:在土遗址的四周修建隔水墙。方法是用混凝土或水泥筑起防水墙的“形”,再覆上一层防水卷材(如PCV)起到防水的“灵魂作用”。如果把土遗址比作城池,把水比作敌军,那挡水墙就好比城墙。

优点:立竿见影地抵御来自土遗址侧面不发生水位变化的地下水(以下形象地称为“一定高度的水军”)侵袭。

缺点:

1、地下水有时候会忽高忽低(以下形象地称为“忽高忽低的水军”),而我们挡水墙的高度是设定好的,有时,那些“忽高忽低的水军”会“爬”上“城墙”,侵袭土遗址。

2、防水卷材一旦老化,连侧面“一定高度的水军”也会“破城而入”。

点评:连侧面“一定高度的水军”都不能完全搞定,PASS。

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北京丰台区大葆台遗址汉墓用的是混凝土修筑的挡水墙,有一定的隔水效果,但是无法阻挡水位不定的地下水(来源:维基百科)

二、 隔水廊道

原理:与挡水墙原理类似(用料也是水泥或混凝土,再覆一层防水卷材),唯一不同的是,廊道增加了与土遗址之间的隔离空间。

优点:莫小看这个多出来的空间,考古学家可以在这多出来的空间里搞出名堂。1、在空间里增设通风设施,进一步弱化侧面“一定高度的水军”的侵扰;2、空间大了,便于在墙出现问题时及时维修,提高“城墙”的使用寿命。

缺点:和挡水墙一样,无法应对“忽高忽低的水军”的侵扰。

点评:只是强化了应对侧面“一定高度的水军”的能力,漏洞还是很大,PASS。

三、 抽水法

原理:隔水廊道基本解决了“一定高度的水军”,但是还是无法抵御那些“忽高忽低的水军”。说明挡水墙和隔水廊道这些被动防御的策略不成了,我们必须主动进攻,这就是“抽水法”。具体就是,我们在遗址附近打几口井,在井中放入抽水泵,预设一个数值(比如地下水接近地面XX米),开始主动抽走地下水。

优点:不管你是“一定高度的水军”还是“忽高忽低的水军”,你还远在城外一定距离的地方“进军”,我们就把你消灭。

缺点:抽水容易让“千军万马”的水军集结起来,形成水军“大流”,在抽水泵的强力带动下,水军大流威力十足,甚至把流经的土壤都带走了,造成土遗址结构的破坏,甚至造成土体塌陷,给研究造成损失。所以,选好挖井地点、预测抽水最佳时间点很重要。

点评:能够有效解决“忽高忽低的水军”,但是要预防反作用,可以酌情使用。

四、 拱券法

原理:拱券是古代一种特殊的建筑形式,形为半圆弧状,类似于拱桥的“拱”,有着良好的承重作用。拱券法的具体做法是,在土遗址的底部修筑石拱券,再在土遗址四周配合修筑廊道和通风设施。

优点:相当于从地下水必经的土遗址底部修筑挡水层,使土遗址和地下水彻底隔绝,切断遗址和地下水的联系。

缺点:操作难度大导致修筑拱券费用极高,一旦出现施工失误,产生漏洞,拱券作用也会立刻失效。

点评:理论上可以隔绝地下水,但是实际操作难度大,酌情使用。

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河南新郑郑韩故城遗址车马坑,便是在地下修筑拱券,隔断了与地下水的联系,至今隔水防潮效果还非常好。(来源:中国考古)

看来,目前常用的土遗址防水防潮措施也不那么尽善尽美,还需要在考古实践和工程技术研究的过程中寻找更有效、更经济的方式。说完水,下一个咱们再说说更猛烈的,如果土遗址面临塌陷的危险怎么办?请看下篇之三《土遗址的抗震防塌技术》

【参考文献】

《自然地理学》(第三版)刘南威,科学出版社,2018-11-01

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

潮湿土遗址隔水防潮技术对比研究,周双林等《东南文化》2009年02期

中原地区潮湿土遗址保护理念探索与对策研究,贾付春,郑州大学,2016年

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