土遗址的防风化技术

上帝露露，清华竟然找到了坟墓！而且还发现了汉墓、明清墓！在考古学中，这座古墓被指定为土遗址。不要太早快乐。你认为几个“土坑”保护得这么好吗？让我们看看考古学家如何小心保护这些“土坑”！

清华大学发现古墓(资料来源:古代艺术公开号)

土遗址，顾名思义，是古代人类遗留下来的遗迹或遗物，主要由地球构成。根据生产方式的不同，它们在视觉上也可以分为“凸”和“凹”两类土遗址。

“凸形”土遗址实际上是建在地面上的土建筑，如土房、城墙、粮仓等。对“凹”土遗址的更好理解实际上是通过“挖土坑”建造的地下土遗址。古墓是这种土遗址的重要代表。

地面上典型的土遗址——唐代广门遗址(来源:*)

地下型土遗址的代表——安阳殷墟付豪墓(来源:*)

无论是凸起的还是凹陷的陶土遗址，当它们被挖掘出来时，我们都非常兴奋，但事实上，考古学家想要长期保存它们是相当令人头痛的。因为当它没有被挖出时是安全的(更大的威胁是地震)。一旦它被挖出来，风、雨、沙和太阳等苦难就会接踵而至。

根据土遗址面临的不同安全隐患，考古学家应该从防风、防水防潮、防震三个方面来保护他们的“人身安全”。让我们先谈谈防风林。

在土壤形成过程中，有一个非常关键的环节——胶结作用，即在水热条件相对稳定的情况下，原土中的粘土矿物将明显聚集在土地的中下部，这表明了未来土壤颗粒之间的结合力。这种结合力会让土壤颗粒诚实地“结合”在一起，不会散开。

不过，我刚才所说的是，这种附着是在水和热等相对稳定的条件下形成的，所以当水和热等条件不稳定时，这些被适当“挤压”的土壤小颗粒之间的结合力可能会减弱，甚至消失。

原来密实的土壤颗粒变得稀疏，颗粒间原有的结构被破坏，原有的形状也随之改变。例如，考古学家需要研究一个朝代的坟墓的形状，因为土壤颗粒的结构改变了一点，许多有价值的历史信息可能会丢失。这是土遗址可能面临的风化危险。

例如，你煞费苦心地完成了一幅沙画，一个捣蛋鬼在上面抓挠。原始沙画的颗粒结构被破坏了，沙画的内容也被破坏了。

为了防止风化，专家们开发了许多方法。以下是一些有代表性的例子:

1.向土坑喷洒氢氧化钙(氢氧化钙)或氢氧化钡(氢氧化钡)溶液

材料:氢氧化钙或氢氧化钡溶液

原则:二氧化碳的“等待游戏”潜伏在深坑里。喷射氢氧化钙或氢氧化钡后，二氧化碳立即“聚集”并与其反应生成碳酸钙或碳酸钡。这些“硬汉”沉淀在坑里，使坑更坚固。化学反应方程式如下:

氢氧化钙+二氧化碳=碳酸钙↓+H2O

钡(氢)2+二氧化碳=氧化钡↓+H2O

石灰水和氢氧化钙饱和溶液的通称。纯石灰水是无色透明的溶液，有轻微的泥土味和氢氧化钙的苦味。(来源:*)

氢氧化钡通常呈白色颗粒状(来源:*)

优点:虽然碳酸钡或碳酸钙很硬，但它不喜欢“堵塞道路”，也不会堵塞土坑中的小孔来“释放”反应中产生的少量水。

缺点:

(1)碳酸钙和碳酸钡是白色粉末，如果使用更多的土坑，它们似乎被涂上一层“白色”。

(2)氢氧化钙或氢氧化钠的溶解度低，从溶液中得到的浓度不高，所以不能“抓起”大量的二氧化碳，生成的强碳酸钡或碳酸钙少，强化效果不好。因此，溶液需要多次制备和喷洒。

2.向坑内注入硅酸钾

材料:硅酸钾溶液(K2SiO3)

原则:这个叫做PS的解决方案真的能让这个坑变得很坚固。它有两个主离子，一个是钾离子，另一个是硅酸盐离子。钾离子将不顺从的土壤颗粒吸附在一起。硅酸盐离子可以吸附粘土矿物金属中的阳离子。在两位大师的攻击下，原本分离的粘土矿物变成了固体网络结构。

硫酸钾是一种蓝绿色透明物质，处于稳定状态，因此也被称为“钾水玻璃”(来源:印度市场)

优点:它耐寒、耐热、特别透气，所以用这种方法加固的坑不需要太担心在寒冷的天气里是否会“冻掉”，在炎热的天气里是否会“热晕”。

缺点:

(1)怕水，不推荐用于潮湿环境中的土坑。

(2)价格有点高。

3.使用聚合物材料“修复”土坑

材料:丙烯酸酯、聚氨酯、树脂等

原理:这种材料由几个小分子化合物组成(与聚合物相比，小分子化合物被称为单体)，它们是“聚集的”。这叫做聚合。在这个过程中，会产生一个很大的力，即化学键。将这些聚合物单体注入土壤，让它们在土壤中“聚集”。利用产生的化学键力达到加固土壤的目的。

优点:具有很强的化学键力，增强效果仍然很强。

缺点:一些聚合物在某些特殊条件下(如加热)会分解单体。这种单体毒性很大。例如，甲醛，一种常见的“恶鬼”，对皮肤和粘膜有刺激作用，引起局部炎症、溃疡甚至严重的病理变化。

综上所述，实际上防风加固材料的考古研究还没有一个相对完善的方案，需要进一步的研究和论证。那么，除了防风林的问题，我们的土遗址，尤其是古墓，一定是怕水。所有朝代的皇帝当他们看到坟墓里的渗漏时都会非常愤怒。考古学家是如何在古土遗址被挖掘出来后解决这个问题的？请看系列2，“土遗址的防水防潮”

[参考资料]

土遗址防风保护概况，周《中原文物》2006

土遗址保护研究的现状与进展，孙《文物保护与考古科学》2004年第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年第01期

自然地理(第三版)刘南威，科学出版社，201101

水玻璃的改性及其在古象牙保护中的应用研究，李一鸣，成都理工大学