科学家如何防止古代沉船 crumbling into dust

一项化学反应可能会将一艘巨大的船只化为乌有,除非得到保护。
Shipwreck on shore
若无适当的帮助,最奇妙的海难残骸也会变成一堆尘土。Giuseppe Murabito Unsplash

从水下看,一艘有数百年历史的沉船几乎可以看起来崭新。当条件合适时,木材可以保持完好无损,逃脱被贪婪的海洋生物或细菌吞噬的命运。而且,与其他必须从坟墓中挖掘或隐藏在多年泥土和灰尘下的文物不同,这艘船沉没时保持着原样,完美地展现了过去时代的普通人、探险家和商人带着什么前往新世界的旅程。

“很多人称它们为时间胶囊,”专门研究沉船的西佛罗里达大学人类学教授约翰·布拉滕(John Bratten)说。“它们为我们提供了人们使用物品的快照,包括衣物、食物、携带的物品、在船上不同部位进行的活动,以及用于防御的物品。”

沉船可以在不引起太大干扰的情况下无限期地沉没。真正的麻烦发生在它们浮出水面时。在海中与鱼共度了许多年,木材中的纤维素已经开始分解,现在支撑着船只及其木制部件的唯一东西是其细胞间隙中的粘性水分。“问题在于,当您将木材捞上来时,它已经浸泡在水中很长时间了,所以它实际上已经肿胀了一点,”调查过五大湖沉船的大河谷州立大学人类学教授马克·施瓦茨(Mark Schwartz)说。

而且,正如您可能想象的那样,当水分蒸发时,船的结构就完蛋了。船一接触到干燥空气,时间就开始倒计时。研究人员试图通过用聚乙二醇涂覆木材碎片或用巨大的冷冻干燥机对其进行处理来暂时保存木材结构,但这并不能持久。一种随时可能开始的潜在酸解过程,可以在几天内将即使是保存最完好的船只变成尘土。

这正是瑞典一艘巨大的战舰“瓦萨号”目前面临的情况,它于1628年沉没。尽管多年来付出了巨大的努力来保存这艘226英尺长的船只免受其水下坟墓的侵害,但木材中的铁钉和金属钉已经开始酸蚀并破坏木材。一旦这个过程开始,整艘船几乎不可避免地会受到损害。

“现在,瓦萨号上几乎有两吨硫酸,”法国格勒诺布尔拉乌埃-朗之父研究所(Institut Laue-Langevin)的物理学家克劳迪娅·蒙德利(Claudia Mondelli)说。“如果反应开始,几天之内,木材就会崩溃成尘土。”但是,蒙德利和一群意大利和法国的研究人员发现,由氢氧化物和镁或钙等土金属组成的化学化合物——土碱金属氢氧化物的纳米颗粒——可以形成一层屏障,中和酸,阻止破坏性的化学反应,并充当已受到酸蚀侵害的木材的“治疗剂”。他们的发现上周发表在《Nanomaterials》上。

蒙德利和她的团队在一块发现于2003年的一艘二世纪高卢-罗马时期沉船的木样上测试了他们的想法。蒙德利说,为了保存这些沉船的木材,它们必须在装有聚乙二醇的大型水池中浸泡数月甚至数年。他们的研究发现,将水和氢氧化钙或氢氧化镁的悬浮液加入这些水池中,能够阻止酸蚀。悬浮的纳米颗粒能够渗透木材,中和木材中已有的任何酸,并提供一定的储备,以防酸蚀再次发生。

当然,尽管这些结果对于那些梦想探索沉船的人来说令人兴奋,但仍有工作要做。将这些颗粒悬浮在水中是一个重要的第一步,因为以前的尝试是使用酒精,这是一种危险得多且反应性强的溶剂,但该溶液仍必须在实验室特制,并且基于木材厚度的适当剂量仍在研究中。

更不用说,打捞一艘沉船是一项极其昂贵的任务。毕竟,用特殊化学品填充水池来浸泡巨大的文物,以便进行老化、分析、拍照或为博物馆重建,这绝非易事。

得克萨斯农工大学海事考古与保护中心主任克里斯·多斯塔尔(Chris Dostal)未参与这项研究,他补充说,除非做好充分准备,否则不建议将沉船材料带出水面。否则,可能会眼睁睁地看着一件美丽的文物凋零至“无法修复的糟糕境地”,就像1960年代在威斯康星州发现的已有百年历史的Alvin Clark号船一样。

但这项研究提供了一个简单的额外步骤,以确保像瓦萨号和玛丽·罗斯号(Mary Rose)这样的船只,不仅仅是海员传说,其美丽、创新和历史能够长久地被世代人们欣赏。

 

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Sara Kiley Watson 是 Popular Science 的撰稿人,自 2021 年起负责可持续发展报道。她于 2017 年作为实习生开始在 PopSci 工作,并于 2019 年全职加入团队担任编辑助理。


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