清華驚現(xiàn)古墓！這些“土坑”太神奇了

天啦嚕，清華竟然發(fā)現(xiàn)了古墓！而且還同時(shí)發(fā)現(xiàn)了漢、明、清三個(gè)朝代的古墓呢！這次的古墓在考古學(xué)上被定為“土遺址”。

別高興太早，你以為幾個(gè)“土坑”是那么好保護(hù)的嗎？先看看考古學(xué)家是怎么細(xì)心保護(hù)這些“土坑”的吧！

清華大學(xué)發(fā)現(xiàn)古墓（來源：古美術(shù)公眾號(hào)）

土遺址，顧名思義就是古人類遺留下的以土為主的遺跡或遺物。按照制作方式的不同，還能形象地把它們分為“凸”和“凹”兩大類土遺址。

“凸類”土遺址，其實(shí)就是那些建在地面上的土建筑，比如土質(zhì)的房子啦，城墻啦，糧倉啦等等。

“凹類”土遺址更好理解，其實(shí)就是通過“挖土坑”的方式建造的地下土遺址，古代的墓葬就是這類土遺址的重要代表。

土遺址地上土遺址的典型——唐代含光門遺址（來源：維基百科）

土遺址地下類型的代表——安陽殷墟婦好墓（來源：維基百科）

不管是凸類還是凹類土遺址，挖出來的時(shí)候我們都很興奮，但其實(shí)想長久地保存它們還是挺令考古學(xué)家們頭疼的，因?yàn)闆]被挖出來的時(shí)候還算安全（受到比較大的威脅也就是地震）一旦被挖出來之后，什么風(fēng)吹、雨淋、沙打、日曬等磨難就會(huì)接踵而至。

根據(jù)土遺址面對(duì)安全隱患的不同，考古學(xué)家們大致要從防風(fēng)化、防水防潮和防震三個(gè)方面來保護(hù)它的“人身安全”。咱們先說說防風(fēng)化。

在成土過程中有個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)——黏化，即原始土體中的黏土礦物在水、熱各方面條件都較穩(wěn)定的情況下，會(huì)在土地的中下部發(fā)生明顯聚集，這就表現(xiàn)為日后土壤顆粒之間的結(jié)合力，這個(gè)結(jié)合力會(huì)讓土粒們老老實(shí)實(shí)地“抱”在一起，不散掉。

但剛才說的是在水熱等條件比較穩(wěn)定的情況下，會(huì)形成這種黏化，那么當(dāng)水熱等條件不穩(wěn)定的時(shí)候，這些本來“擠”得恰到好處的小土粒之間的結(jié)合力就有可能變?nèi)跎踔料А?/p>

原來緊湊的土粒之間變得稀疏了，顆粒間原有結(jié)構(gòu)被破壞，原有的形制就會(huì)發(fā)生改變，比如考古學(xué)家要研究一個(gè)朝代墓的形制，只因?yàn)橥亮＝Y(jié)構(gòu)發(fā)生了一點(diǎn)點(diǎn)變化，很多有價(jià)值的歷史信息可能就丟了哦！這就是土遺址有可能面臨的風(fēng)化危險(xiǎn)。

打個(gè)比方吧，你費(fèi)勁吧啦地畫好一幅沙畫，一個(gè)搗蛋鬼在上面一通亂抓，原來沙畫的顆粒結(jié)構(gòu)被破壞，沙畫的內(nèi)容當(dāng)然也就被破壞了。

為了防止風(fēng)化，專家們研究出很多方法，下面舉幾類有代表性的：

1. 給土坑“噴涂”氫氧化鈣（Ca(OH)2）或氫氧化鋇（Ba(OH)2）溶液

材料：氫氧化鈣或氫氧化鋇溶液

原理：土坑里潛伏著“伺機(jī)而動(dòng)”的二氧化碳，氫氧化鈣或氫氧化鋇被噴灑上之后，二氧化碳立刻“蜂擁而至”，與其反應(yīng)生成碳酸鈣或碳酸鋇，這些“硬家伙”沉淀于土坑，讓土坑更結(jié)實(shí)。其化學(xué)反應(yīng)方程式分別為：

Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O

Ba(OH)2+CO2=BaCO3↓+H2O

石灰水，氫氧化鈣飽和溶液的通俗名稱。純石灰水是無色澄清的溶液，有一種輕微的泥土氣味和氫氧化鈣的苦澀堿味。（來源：維基百科）

氫氧化鋇外觀通常為白色顆粒狀（來源：維基百科）

優(yōu)點(diǎn)：碳酸鋇或碳酸鈣雖然硬，但不愛“擋道兒”，不會(huì)討人嫌地堵住土坑里的小孔隙，給反應(yīng)中生成的少量水“放行”。

缺點(diǎn)：

(1)碳酸鈣和碳酸鋇為白色粉末，用多了土坑仿佛被刷上一層“大白”；

(2)氫氧化鈣或氫氧化鈉溶解度低，溶液制得濃度不高，很多二氧化碳就“搶不著”，生成的結(jié)實(shí)的碳酸鋇或碳酸鈣就少，強(qiáng)化效果不佳，所以得需要制備溶液，多次噴灑。

2、 給土坑“注射”PS（硅酸鉀K2SiO3）

材料：硅酸鉀溶液（K2SiO3）

原理：這個(gè)叫PS的溶液真能把土坑“P”結(jié)實(shí)，里面有倆高手，一個(gè)叫鉀離子，一個(gè)叫硅酸根離子。鉀離子把不聽話的土粒吸附到一起，硅酸根離子能吸附黏土礦物金屬里的陽離子，兩大高手夾擊下，原本呈分離狀的黏土礦物變成了結(jié)實(shí)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

硫酸鉀，穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)為呈藍(lán)綠色的透明質(zhì)，故又形象的被稱為“鉀水玻璃”（來源：indiamart）

優(yōu)點(diǎn)：抗冷、抗熱，還特透氣，所以用這種方法加固的土坑不用太擔(dān)心土坑天冷會(huì)不會(huì)“凍壞”，天熱會(huì)不會(huì)“熱暈”等問題。

缺點(diǎn)：

(1)比較怕水，位于潮濕環(huán)境的土坑不建議用；

(2)價(jià)格有點(diǎn)兒貴。

3、 用高分子材料“修補(bǔ)”土坑

材料：丙烯酸酯類、聚氨酯類、樹脂類材料等

原理：這類材料由幾個(gè)小分子化合物（相對(duì)于聚合物，小分子化合物叫單體）“抱團(tuán)”而成，稱為聚合，這個(gè)過程中會(huì)產(chǎn)生不小的作用力，也就是化學(xué)鍵，將這類聚合物單體注入土里，讓它們?cè)谕晾铩氨F(tuán)”吧！利用產(chǎn)生的化學(xué)鍵作用力達(dá)到加固土壤的目的。

優(yōu)點(diǎn)：有強(qiáng)大的化學(xué)鍵作用力，加固效果還是杠杠的。

缺點(diǎn)：一些聚合物在某些特殊的情況下（如遇熱）會(huì)游離單體，單體的毒性很大，例如我們熟悉的“惡鬼”——甲醛，對(duì)皮膚及黏膜有刺激性作用，造成身體局部發(fā)炎、潰爛甚至嚴(yán)重的病變。

綜上，其實(shí)目前考古學(xué)對(duì)防風(fēng)化加固材料方法的研究還沒有一個(gè)相對(duì)較為完美的方案，還需要進(jìn)一步的研究和實(shí)證。

那么，除了防風(fēng)化問題，咱們的土遺址尤其是古墓必然是怕水的，歷代帝王看到自己的陵墓?jié)B水都會(huì)龍顏大怒。古土遺址被挖出來之后，考古學(xué)家是怎么解決這個(gè)問題的呢？

由于土遇水有成為“一堆爛泥”的風(fēng)險(xiǎn)，因此依據(jù)土遺址所處的干濕程度劃分，可分為“干燥環(huán)境中的土遺址”和“潮濕環(huán)境中的土遺址”。

干燥環(huán)境中的土遺址分布范圍較小，多出現(xiàn)在有溫帶大陸性氣候、高原山地氣候的地區(qū)，如我國甘肅、新疆部分地區(qū)。

位于新疆的樓蘭古城是典型的干旱環(huán)境下的土遺址（來源：維基百科）

潮濕環(huán)境下的土遺址范圍可就廣了，在我國廣大的季風(fēng)氣候區(qū)，這些土遺址遭受著來自雨水、地下水甚至是空氣水分的威脅，保護(hù)難度極大。在這幾路“水軍”，對(duì)土遺址危害比較大的，就是來自地下的水軍——地下水。

不過保護(hù)難度雖然大，在實(shí)踐中考古學(xué)家還是找到了幾種好方法。

一、 擋水墻

原理：在土遺址的四周修建隔水墻。方法是用混凝土或水泥筑起防水墻的“形”，再覆上一層防水卷材（如PCV）起到防水的“靈魂作用”。如果把土遺址比作城池，把水比作敵軍，那擋水墻就好比城墻。

優(yōu)點(diǎn)：立竿見影地抵御來自土遺址側(cè)面不發(fā)生水位變化的地下水（以下形象地稱為“一定高度的水軍”）侵襲。

缺點(diǎn)：

1、地下水有時(shí)候會(huì)忽高忽低（以下形象地稱為“忽高忽低的水軍”），而我們擋水墻的高度是設(shè)定好的，有時(shí)，那些“忽高忽低的水軍”會(huì)“爬”上“城墻”，侵襲土遺址。

2、防水卷材一旦老化，連側(cè)面“一定高度的水軍”也會(huì)“破城而入”。

點(diǎn)評(píng)：連側(cè)面“一定高度的水軍”都不能完全搞定，PASS。

北京豐臺(tái)區(qū)大葆臺(tái)遺址漢墓用的是混凝土修筑的擋水墻，有一定的隔水效果，但是無法阻擋水位不定的地下水（來源：維基百科）

二、 隔水廊道

原理：與擋水墻原理類似（用料也是水泥或混凝土，再覆一層防水卷材），唯一不同的是，廊道增加了與土遺址之間的隔離空間。

優(yōu)點(diǎn)：莫小看這個(gè)多出來的空間，考古學(xué)家可以在這多出來的空間里搞出名堂。1、在空間里增設(shè)通風(fēng)設(shè)施，進(jìn)一步弱化側(cè)面“一定高度的水軍”的侵?jǐn)_；2、空間大了，便于在墻出現(xiàn)問題時(shí)及時(shí)維修，提高“城墻”的使用壽命。

缺點(diǎn)：和擋水墻一樣，無法應(yīng)對(duì)“忽高忽低的水軍”的侵?jǐn)_。

點(diǎn)評(píng)：只是強(qiáng)化了應(yīng)對(duì)側(cè)面“一定高度的水軍”的能力，漏洞還是很大，PASS。

三、 抽水法

原理：隔水廊道基本解決了“一定高度的水軍”，但是還是無法抵御那些“忽高忽低的水軍”。說明擋水墻和隔水廊道這些被動(dòng)防御的策略不成了，我們必須主動(dòng)進(jìn)攻，這就是“抽水法”。具體就是，我們?cè)谶z址附近打幾口井，在井中放入抽水泵，預(yù)設(shè)一個(gè)數(shù)值（比如地下水接近地面XX米），開始主動(dòng)抽走地下水。

優(yōu)點(diǎn)：不管你是“一定高度的水軍”還是“忽高忽低的水軍”，你還遠(yuǎn)在城外一定距離的地方“進(jìn)軍”，我們就把你消滅。

缺點(diǎn)：抽水容易讓“千軍萬馬”的水軍集結(jié)起來，形成水軍“大流”，在抽水泵的強(qiáng)力帶動(dòng)下，水軍大流威力十足，甚至把流經(jīng)的土壤都帶走了，造成土遺址結(jié)構(gòu)的破壞，甚至造成土體塌陷，給研究造成損失。所以，選好挖井地點(diǎn)、預(yù)測(cè)抽水最佳時(shí)間點(diǎn)很重要。

點(diǎn)評(píng)：能夠有效解決“忽高忽低的水軍”，但是要預(yù)防反作用，可以酌情使用。

四、 拱券法

原理：拱券是古代一種特殊的建筑形式，形為半圓弧狀，類似于拱橋的“拱”，有著良好的承重作用。拱券法的具體做法是，在土遺址的底部修筑石拱券，再在土遺址四周配合修筑廊道和通風(fēng)設(shè)施。

優(yōu)點(diǎn)：相當(dāng)于從地下水必經(jīng)的土遺址底部修筑擋水層，使土遺址和地下水徹底隔絕，切斷遺址和地下水的聯(lián)系。

缺點(diǎn)：操作難度大導(dǎo)致修筑拱券費(fèi)用極高，一旦出現(xiàn)施工失誤，產(chǎn)生漏洞，拱券作用也會(huì)立刻失效。

點(diǎn)評(píng)：理論上可以隔絕地下水，但是實(shí)際操作難度大，酌情使用。

河南新鄭鄭韓故城遺址車馬坑，便是在地下修筑拱券，隔斷了與地下水的聯(lián)系，至今隔水防潮效果還非常好。（來源：中國考古）

看來，目前常用的土遺址防水防潮措施也不那么盡善盡美，還需要在考古實(shí)踐和工程技術(shù)研究的過程中尋找更有效、更經(jīng)濟(jì)的方式。說完水，下一個(gè)咱們?cè)僬f說更猛烈的，如果土遺址面臨塌陷的危險(xiǎn)怎么辦？請(qǐng)看下篇之三《土遺址的抗震防塌技術(shù)》

【參考文獻(xiàn)】

《自然地理學(xué)》（第三版）劉南威，科學(xué)出版社，2018-11-01

土遺址保護(hù)研究現(xiàn)狀與進(jìn)展，孫滿利《文物保護(hù)與考古科學(xué)》2004年07期

潮濕土遺址隔水防潮技術(shù)對(duì)比研究,周雙林等《東南文化》2009年02期

中原地區(qū)潮濕土遺址保護(hù)理念探索與對(duì)策研究，賈付春，鄭州大學(xué)，2016年