試論自然環境因素對海洋沉船考古的影響

田國敏

（廣東海上絲綢之路博物館，廣東 陽江 529536）

我國水下考古事業從1987年中國歷史博物館設立水下考古學研究室起步，發展至今，國家文物局水下文化遺產保護中心和沿海各地水下文化遺產保護基地相繼成立，培養了8期共百余名水下考古專業人員，翻譯、撰寫了大量專業學術文章和書籍，建造了專業船舶“中國考古01號”。無論是機構建設、人才培養，還是學科發展、裝備配置，都取得了長足進步。中國水下考古隊在渤海、黃海、東海和南海，已完成多項水下沉船遺址的調查、發掘工作。

筆者作為中國水下考古隊員，有幸參加了部分沉船遺址的調查和發掘。本文結合參與上述沉船考古項目的經驗，就考古用船，考古人員安全，作業工期和水下作業時間，考古作業面和遺址揭露面，潛水方式、調查探摸方式和發掘方式，遺址埋藏深度和保存狀況等幾個方面，分析自然環境因素對沉船考古的影響。

1 自然環境因素對海洋沉船考古的影響

1.1 自然環境因素對考古用船的影響

(1)沉船所在海域的水深影響考古用船的選擇。吃水深的船容易擱淺，不能在淺水沉船遺址作業；吃水淺的船不能抗擊深水沉船海域的風浪。因此，使用合適的考古船是開展工作的前提。

(2)潮汐對考古用船的影響頗大。在不具備可住宿水面平臺或船舶的情況下，考古隊員在港口和調查海域往返是常有的事。在考古調查中，曾出現過租用的漁船為防止退潮造成擱淺，到深水區停泊，而在往返碼頭和漁船間的淺水區則無船可用的情形，導致人員無法登船作業。

1.2 自然環境因素對考古人員安全的影響

海洋沉船考古潛水作業受空氣供給的限制。氣瓶充入的壓縮空氣壓力和空氣質量關系著隊員在水下作業的時間和安全。若氣瓶壓力不足，考古隊員中途吸不到氣，會帶來致命危險；若空氣壓縮機的進氣口吸入燃油船舶排放的廢氣，考古隊員吸入污染的氣體后，于水下作業時會胸悶和嘔吐。

我國除南海部分區域，其他海區夏季炎熱，冬季寒冷。受冬季低溫、寒潮天氣影響，沉船考古工作無法開展。在風力作用下，海面形成的風浪使船舶搖晃，人員眩暈嘔吐。水面風浪過大時，逆向的波浪阻礙考古隊員上下水和登船上岸。海面降雨對沉船考古的影響相對較小，但會導致船面濕滑，易發生人員摔傷事故。海面起霧時，能見度低，考古船和人員得不到安全保障，將停止水面作業。

我國所轄海區的海水，夏秋季水溫較冬春季高，更適宜潛水作業。當水溫過低時，水下考古隊員體溫無力維持作業。水溫同時影響考古隊員潛水服的選擇，潛水服的厚薄影響隊員的水下浮力調整。

射入海水的光線受水面反射，以及水中顆粒物質、浮游生物散射的影響，穿透力有限，加上我國近海海域環境污染嚴重，水中能見度大大低于水面以上。能見度隨水的深度增加逐漸降低，能見度低的海域中，物體和背景的對比度降低，使考古隊員視力受限，人身安全無法得到保障。

海水流動不僅受潮汐影響，風力、重力和障礙物也能改變水流方向。水體流動使得水中懸浮顆粒增多，能見度降低。南澳I號沉船海域表層最大流速為89.5 cm/s，底層最大流速超過45 cm/s[1]，快速的水流會導致潛水員放漂。

藍圈章魚、海蛇、雞心螺、水母、石魚、刺鰩、海膽、鯊魚等有毒或堅刺利齒的水生物會對水下考古隊員構成威脅。漁船拖網被古代沉船遺址的凝結物掛住，由此形成的廢舊漁網容易纏住考古隊員的潛水裝備。水面船只的螺旋槳葉對考古隊員出水構成危險，過船聲音會干擾水下通信信號。

1.3 自然環境因素對作業工期和水下作業時間的影響

(1)臺風影響沉船考古作業工期。2012年6月至9月，南澳I號沉船水下考古發掘工作先后受“泰利”“杜蘇芮”“韋森特”“蘇拉”“啟德”“天秤”等臺風影響，考古船或進河道，或靠港避風29 d，占整個項目工期的1/4。

(2)海水深度影響水下考古作業時間。潛水員在高于常壓的水體中，吸入高于常壓的空氣，吸入的氮氣會溶解在體內血液等組織中，深度越大，壓力越大，氮氣的溶解量就越多；潛水速度越大，差壓越大，溶解速度越快。當機體溶解的氮氣分壓和吸入氣體的氮氣分壓相等時，達到氮氣飽和。當潛水員上升時，隨外界壓力降低，液態組織中的氮氣經血液流到肺部變成氣態排出。上升過快和深水停留時間太長，會使潛水員在上升過程不能充分將氮氣排除，氮氣會在人體液狀組織中形成擴張的氣泡，阻礙血液循環，使組織變形，形成減壓病[2]。因此，在無減壓艙的考古船上，考古隊員要按照免減壓潛水時間出水。

(3)潮汐造成水的深淺變化，影響考古作業時間。潮汐是受太陽、月亮和地球引力的相互作用所發生的周期性海水漲落現象。漲、退潮時水體劇烈運動，海水流速大不利于考古隊員立身，這使得水下考古隊員多選擇平潮期作業。平潮期也意味著考古作業時間在3 h左右。

1.4 自然環境因素對考古作業面和遺址揭露面的影響

臺風會使水體產生涌動，受影響水域的能見度降低，破壞沉船遺址布設的基線和探方。風浪會拉拽設置在水面的浮漂，扯斷連接浮漂和水下基點的導向繩，失去設置的基點。

自然光由不同顏色的光譜組成，不同顏色光譜穿透力不同。同一物體在空氣中和水中表現出的顏色不同。水下考古只可借助輔助光來使物體真實顏色得以重現。自然光穿過不同密度的介質時，光線會發生彎曲，即光的折射。考古隊員帶上潛水面鏡，面鏡內充滿空氣，空氣和面鏡外的水屬于不同的傳播介質。光的折射使得考古隊員視覺中的物體距離失真，視覺中的物體大小總是比真實的偏大30%左右。

沉船沉態和船體暴露情況影響考古工作面。在水下考古實踐中，沉船沉沒的姿態有正沉、側沉和倒扣3種。筆者參與的天津大沽口I號沉船是以正沉的姿態端坐海底（圖1）；2018年9月，大連莊河海域水下考古隊發現甲午中日戰爭中沉沒的經遠艦以倒扣的姿態沉沒海底；而2015年丹東港西南大東溝海域確認的致遠艦則以側沉的姿態沉沒海底。3種沉態在揭露遺址面獲取信息量上，正沉優于側沉，側沉優于倒扣。此外，沉船考古在沒有持續抽沙作業的情況下，揭露的船體結構有限，已揭露的船體結構存在被海泥海沙回填的困擾。例如，“南海I號”沉船海域回淤測量試驗，結合現場抽泥回淤綜合分析，沉船附近的回淤是每月10 cm[3]。

大多數情形下，受沉積環境影響，近代沉沒的船只會比古代沉沒的船只更加突兀存在于海床表面。近代沉沒的船只多有艙門，考古隊員意圖進入這些脆弱的結構是危險的。例如天津大沽口2號沉船正沉海底，中部斷裂，水面距沉船甲板18 m，距船底25 m，型深7 m，突兀于海床上。

圖1 水下三維全景成像聲吶系統下的天津大沽口沉船遺址（來源：作者自攝）

1.5 自然環境因素對潛水方式、調查探摸方式、發掘方式的影響

(1)沉船所在海域的地理位置、水深、壓強影響考古采用的潛水方式。近岸海域的沉船用岸潛方式，遠離海岸的沉船用船潛方式。水深每增加10 m，相當于增加101.325 kPa。潛水實踐中，在30 m的水深，氮氣分壓為303.975 kPa，潛水員會有明顯的麻醉感覺，需使用高氧潛水代替壓縮空氣潛水。

(2)不同的海底地貌上使用的水下考古探摸方式不同。依據水下行進方向和路線劃分，水下考古探摸有直線、圓周和矩形3種搜尋方式。平坦的海底地貌適合矩形搜索方式；海底地貌高低起伏較大、水流較湍急的情況下，可采用直線搜索方式；圓周搜索機動靈活，受水底地貌影響相對較小[4]。

(3)不同深度的沉船，考古發掘方式亦不同。港口內和近海灘涂中的沉船所在的水位較淺，遺址規模較小，如丹麥的奧爾森對羅斯基勒峽谷的蘇科爾代菜瓦拜海域的調査就采取圍堰法。由于海水很淺，因此先向地下打入鋼板樁建造堤壩，形成圍堰，再使用抽水機將其中約1 337 m2的水抽掉，待遺址完全干燥后，用陸地發掘方法發掘[5]。位于近海60 m以內深度的海底沉船，考古隊員借助潛水裝置直接在水中發掘是較常見的方式。位于深海60 m到2 000 m深的海底沉船，考古學家通常借助新式潛水服、潛水器、機器人在水中發掘。1993年，法國文化部下屬水下考古研究中心組織人員，借助“鸚鵡螺號”潛水器對沉沒地中海土倫軍港90 m水深的法國皇家海軍軍艦“月亮號”進行考察。1993年和1995年，他們借助“鸚鵡螺”號潛水器對沉沒在660 m和450 m深的Plage d'Arles4號、5號沉船進行調查。2015年，法國考古學家身著可下潛300 m深度的法國海軍新式潛水服到月亮號沉船進行發掘，并測試了用機械爪發掘的水下機器人[6]。

1.6 自然環境因素對沉船遺址埋藏深度和保存狀況的影響

(1)沉積速率快的海域，沉船埋藏越來越深。1996年1月，汕頭廣澳港港池清淤泥，在深4 m的淤泥坑壁上發現沉船。1997年，汕頭文管會組織力量準備對沉船進行搶救發掘時，發現港池懸浮淤泥受進出港船只的攪動，將沉船重新覆蓋，使用淺地層剖析技術判讀沉船深度為負3～7 m。廣澳灣較周邊海域泥沙沉積速率更快，為7.2～8.7 mm/a,每年淤積7～8 mm[7]。在2009年水下考古調查煙臺牟平蛤堆后銅皮夾板沉船時，可以看到海床上暴露的局部船體。而2011年再次調查該遺址時，沉船船體已在泥沙下方近1 m深處。

(2)不同的地質、地貌沉沒的船只，船體保存狀況不同。沉船所在海底表層或軟泥、或沙礫、或礁石。將宋元時期沉沒的船只作對比：在宋代南海I號沉沒的大帆石海域，海底上層是平均1.53 m厚的灰色淤泥。后期室內發掘發現，船體甲板下的艙壁結構尚存。綏中元代三道崗沉船海域以沙脊、沙坡地貌為主，發掘僅見零星船體構件。西沙華光礁宋代沉船位于華光礁礁盤內西北邊沿，發掘中可見底艙板。泥質海底在船體結構保存上優于砂礫和礁石的海底。

2 沉船考古的應對策略

2.1 掌握海洋天氣預報

專人負責氣瓶的充氣工作，已充氣的氣瓶壓力在200 Pa左右，瓶口處粘貼膠布，以區分未充氣的氣瓶。若在船上充氣，氣瓶充氣位置應選擇上風向，進氣管口距船面2 m以上。考古隊員在使用氣瓶時，檢查瓶口O形氣密墊。氣瓶和潛水BCD組裝后，隊員應檢查瓶口和呼吸器是否漏氣、檢查呼吸器是否能吸到氣，并查看壓力表，同時將數值報給潛水信息記錄員。

考古隊員在高溫天氣作業時，應備好防中暑和暈船的藥品；寒冷天氣作業時，應備防風保暖衣物。考古隊員注視海天交接處，隨船的晃動調整呼吸，可防暈吐。考古隊根據考古船抗風等級和預報風況，有計劃地進行作業。當隊員遭遇逆向風浪時，手可拉緊船和浮漂的連接繩，潛入水下，依繩而行。隊員脫離連接繩，被風浪推著遠離考古船時，可用羅盤定向，下潛后依向而行。考古船相機起錨，應適度用船側靠近隊員，船上人員注意觀察水面潛水員吐出的氣泡，避免船體碰撞水面和水下人員。隊員在水面登船梯前，摘取腳蹼套在手腕處；登船梯過程中，手握船梯中間橫梁，逐級而上。風浪扯斷浮漂后，考古隊員可根據之前沉船定位坐標，重新投擲繩索、鉛砣和浮漂，搜索并找回基點，將新繩索系在原基點。雨天時，船面可鋪設防滑墊，船上備雨衣和跌打損傷藥物。考古隊員及時匯總調查海域天氣預報信息，有利于工作計劃的訂定。

2.2 熟悉海水水文環境

在低水溫海域作業，潛水服的選擇尤為重要。2014年10月末，唐山樂亭東坑坨I號沉船海域水深10 m，水溫17℃。考古隊員著7 cm厚潛水服，在浮力的調整上增加配重。半干式潛水服將領口和袖口做了防進水設計，胸口位置有排氣閥。該設計于寒冷水域考古作業中是不錯的選擇。

根據考古調查海域的海圖，了解該海域的水深是開展工作的前提。水深關系到考古用船的安全。東坑坨I號沉船海域排列數道沙脊，低平潮時，沉船距水面4 m。中國考古01號船作業容易擱淺，船上小艇不能有效運輸人員和潛水裝備，故考古隊租用當地漁船和快艇投入作業。

若考古隊員采用壓縮空氣潛水方式，不同深度的免減壓潛水時間不同，考古隊員需要根據空氣潛水減壓表進行有計劃潛水。南澳I號沉船所處深度為27 m，免減壓安全水下作業時間30 min；出于安全考慮，實際海底作業25 min，考古人員在上升到距水面18 m時停留6 min，上升到距水面6 m時停留3 min，整個上下水過程近40 min，根據體內殘余氮量，次日方可做第二次潛水。

高氧潛水方式適用于深度在25～42 m的海域考古作業。2012年7月21日至9月20日，南澳I號水下考古作業便采用了36%氧氣雙瓶潛水方式。與同年6月5日至7月20日使用的壓縮空氣雙瓶潛水方式相比，平均每人次潛水時長延長10.5 min。2014年，天津大沽口2號沉船考古作業同樣采用了31%氧氣雙瓶潛水方式，與2013年調查使用的空氣雙瓶潛水方式相比，平均每次潛水時長增加11.2 min。高氧潛水既可預防25～42 m深度考古隊員使用壓縮空氣潛水導致的氮麻醉情況的出現，又可滿足海底抽泥、文物采集、拍攝和測繪的時間需求。

保持通信和輔助照明有助于克服水下能見度低帶來的不利影響。在南澳I號沉船海域，考古隊員下潛至距水面16 m處，自然光線明顯減弱，能見度降低而產生暗適應，需要借助輔助光源，方能視物。在水下拍攝時，文物的真實顏色需要借助輔助光源來重現，南澳I號考古隊員將諸多水下電燈筒捆綁在框架上，制成燈陣以提高沉船局部的亮度，燈陣有助于水下拍攝。2012年，南澳I號沉船海域的能見度在0.2～2.5 m不等。低能見度時，考古隊員借助手電側面照射潛水表，方能獲取潛水時長。當然，船上人員可通過水下喇叭對水下人員報時，提醒作業時長。此外，考古隊員還可以通過潛水鐘、全面罩呼吸器等裝備實現與船上人員通話。

水下能見度低的情況下，標示牌和涂色繩子對考古隊員有指向和衡量距離的作用。2012年6月7日，南澳I號沉船上方放置金屬框架，防止非法打撈文物和捕魚拖網拖到船體。考古隊員用油性筆將方位“N”“S”字母加阿拉伯數字寫于穿孔的塑料板之上，制成指示牌，并用繩子固定指示牌在金屬框的橫梁兩端。指示牌形成的位置共識有助于考古隊員水下作業。將白色繩子間隔1 m涂紅色油漆，形成紅白相間的導向繩，涂色或綁有長度標示的繩子有助于考古隊員在水下對距離作出判斷，起到標尺作用。

運用潮汐表提供的信息，計劃考古作業時間。南澳I號沉船海域屬于不正規的半日潮，每日有兩次高潮和兩次低潮，平均潮差為1～1.5 m。信息采集員將高低平潮時間、潮高、預計潛水時間、潛水時長、氣溫、浪高、實測風力、風速、風向和天氣進行匯總，并提供上述信息給考古領隊。領隊據此安排白天的兩次平潮期進行水下考古作業。在2012年南澳I號沉船考古發掘作業中，信息采集員選用2012年潮汐表中云澳港的高、低平潮潮時和潮高。沉船海域低平潮轉流后水面上升快，潛水深度增加，故低平潮潮時向前推1.5 h，向后推1 h作為潛水時間，潛水時長2.5 h；高平潮潮時向前推1.5 h，向后推1.5 h作為潛水時間，潛水時長3 h。持續的平潮時間各地長短不一，考古隊員應根據各地情況制訂潛水計劃。在潛水作業前后，使用流速計測值，有助于判斷人員上下水時間點。

2.3 其他注意事項

考古隊員作業時，要注意防范有害生物的外部襲擊，不觸碰陌生的水生物，不將有毒、有刺生物放入潛水服中。考古隊員被水母蜇傷的情況常見，多采用白醋涂抹傷口。臺山上川島和圍夾洲中間的狹長水道出現沉船可疑點，在水下探摸過程中，部分考古隊員被水下長刺海膽扎傷。在海膽分布多的海底，考古隊員應著厚實皮手套。在即將下潛到海底時，保持中性浮力并懸停于水中可避免被扎傷。考古隊員在下潛到沉船遺址表面時，不慎被漁網纏住時，宜使用潛水刀將纏繞的漁網切除。

考古用船應定期對生活垃圾集中焚燒，避免污染物對沉船遺址的干擾。船上方懸掛潛水旗，備擴音喇叭，提醒水面其他船只切勿靠近作業區。沉船考古的海域若在航道上，項目組應向相關海事局提交航行通告申請書。考古作業期間，航行通告會提醒航道上的船只避讓考古船，保障水面水下作業人員安全。考古隊員每次下潛到沉船的作業面應固定，遵照潛水計劃，不宜進入沉船艙門和舷窗，避免重復潛水。

3 結束語

綜上所述，海洋沉船考古受海洋氣象、水文、地質等環境因素影響，較田野考古工作環境更加惡劣。考古隊員在船面、水面作業時，受到氣溫、風、浪、雨、霧、水面船只等因素影響；隊員上下水、布設基線和探方、抽泥、文物采集、測繪、拍攝作業時，會受到水溫、水深、能見度、潮汐、水流、水中生物、廢舊漁網、水面船只、復雜海底地形、沉船沉態等因素困擾。

綜合考量各種因素，考古調查前期，考古隊應備好海圖、氣象預報、水文信息、潮汐表等資料，選好合適的考古工作船。考古調查和發掘期間，考古隊根據天氣預報、風浪等級、能見度、水溫、水深和潮汐表，避開不利的天氣作業，制訂潛水和工作計劃；視不同海底地質、地貌和船體保存狀況，選擇合適的水下搜尋方式；據文中策略，積極應對水中生物、水面船只、廢舊漁網等潛在危險。

我國開展了諸多的海洋沉船考古項目，卻缺少水下考古技術和經驗的總結和交流。本文結合筆者參與沉船考古案例，嘗試論述自然環境因素對沉船考古的影響，希望所述策略對將來的沉船考古工作者有所幫助。