试论自然环境因素对海洋沉船考古的影响

田国敏

（广东海上丝绸之路博物馆，广东 阳江 529536）

我国水下考古事业从1987年中国历史博物馆设立水下考古学研究室起步，发展至今，国家文物局水下文化遗产保护中心和沿海各地水下文化遗产保护基地相继成立，培养了8期共百余名水下考古专业人员，翻译、撰写了大量专业学术文章和书籍，建造了专业船舶“中国考古01号”。无论是机构建设、人才培养，还是学科发展、装备配置，都取得了长足进步。中国水下考古队在渤海、黄海、东海和南海，已完成多项水下沉船遗址的调查、发掘工作。

笔者作为中国水下考古队员，有幸参加了部分沉船遗址的调查和发掘。本文结合参与上述沉船考古项目的经验，就考古用船，考古人员安全，作业工期和水下作业时间，考古作业面和遗址揭露面，潜水方式、调查探摸方式和发掘方式，遗址埋藏深度和保存状况等几个方面，分析自然环境因素对沉船考古的影响。

1 自然环境因素对海洋沉船考古的影响

1.1 自然环境因素对考古用船的影响

(1)沉船所在海域的水深影响考古用船的选择。吃水深的船容易搁浅，不能在浅水沉船遗址作业；吃水浅的船不能抗击深水沉船海域的风浪。因此，使用合适的考古船是开展工作的前提。

(2)潮汐对考古用船的影响颇大。在不具备可住宿水面平台或船舶的情况下，考古队员在港口和调查海域往返是常有的事。在考古调查中，曾出现过租用的渔船为防止退潮造成搁浅，到深水区停泊，而在往返码头和渔船间的浅水区则无船可用的情形，导致人员无法登船作业。

1.2 自然环境因素对考古人员安全的影响

海洋沉船考古潜水作业受空气供给的限制。气瓶充入的压缩空气压力和空气质量关系着队员在水下作业的时间和安全。若气瓶压力不足，考古队员中途吸不到气，会带来致命危险；若空气压缩机的进气口吸入燃油船舶排放的废气，考古队员吸入污染的气体后，于水下作业时会胸闷和呕吐。

我国除南海部分区域，其他海区夏季炎热，冬季寒冷。受冬季低温、寒潮天气影响，沉船考古工作无法开展。在风力作用下，海面形成的风浪使船舶摇晃，人员眩晕呕吐。水面风浪过大时，逆向的波浪阻碍考古队员上下水和登船上岸。海面降雨对沉船考古的影响相对较小，但会导致船面湿滑，易发生人员摔伤事故。海面起雾时，能见度低，考古船和人员得不到安全保障，将停止水面作业。

我国所辖海区的海水，夏秋季水温较冬春季高，更适宜潜水作业。当水温过低时，水下考古队员体温无力维持作业。水温同时影响考古队员潜水服的选择，潜水服的厚薄影响队员的水下浮力调整。

射入海水的光线受水面反射，以及水中颗粒物质、浮游生物散射的影响，穿透力有限，加上我国近海海域环境污染严重，水中能见度大大低于水面以上。能见度随水的深度增加逐渐降低，能见度低的海域中，物体和背景的对比度降低，使考古队员视力受限，人身安全无法得到保障。

海水流动不仅受潮汐影响，风力、重力和障碍物也能改变水流方向。水体流动使得水中悬浮颗粒增多，能见度降低。南澳I号沉船海域表层最大流速为89.5 cm/s，底层最大流速超过45 cm/s[1]，快速的水流会导致潜水员放漂。

蓝圈章鱼、海蛇、鸡心螺、水母、石鱼、刺鳐、海胆、鲨鱼等有毒或坚刺利齿的水生物会对水下考古队员构成威胁。渔船拖网被古代沉船遗址的凝结物挂住，由此形成的废旧渔网容易缠住考古队员的潜水装备。水面船只的螺旋桨叶对考古队员出水构成危险，过船声音会干扰水下通信信号。

1.3 自然环境因素对作业工期和水下作业时间的影响

(1)台风影响沉船考古作业工期。2012年6月至9月，南澳I号沉船水下考古发掘工作先后受“泰利”“杜苏芮”“韦森特”“苏拉”“启德”“天秤”等台风影响，考古船或进河道，或靠港避风29 d，占整个项目工期的1/4。

(2)海水深度影响水下考古作业时间。潜水员在高于常压的水体中，吸入高于常压的空气，吸入的氮气会溶解在体内血液等组织中，深度越大，压力越大，氮气的溶解量就越多；潜水速度越大，差压越大，溶解速度越快。当机体溶解的氮气分压和吸入气体的氮气分压相等时，达到氮气饱和。当潜水员上升时，随外界压力降低，液态组织中的氮气经血液流到肺部变成气态排出。上升过快和深水停留时间太长，会使潜水员在上升过程不能充分将氮气排除，氮气会在人体液状组织中形成扩张的气泡，阻碍血液循环，使组织变形，形成减压病[2]。因此，在无减压舱的考古船上，考古队员要按照免减压潜水时间出水。

(3)潮汐造成水的深浅变化，影响考古作业时间。潮汐是受太阳、月亮和地球引力的相互作用所发生的周期性海水涨落现象。涨、退潮时水体剧烈运动，海水流速大不利于考古队员立身，这使得水下考古队员多选择平潮期作业。平潮期也意味着考古作业时间在3 h左右。

1.4 自然环境因素对考古作业面和遗址揭露面的影响

台风会使水体产生涌动，受影响水域的能见度降低，破坏沉船遗址布设的基线和探方。风浪会拉拽设置在水面的浮漂，扯断连接浮漂和水下基点的导向绳，失去设置的基点。

自然光由不同颜色的光谱组成，不同颜色光谱穿透力不同。同一物体在空气中和水中表现出的颜色不同。水下考古只可借助辅助光来使物体真实颜色得以重现。自然光穿过不同密度的介质时，光线会发生弯曲，即光的折射。考古队员带上潜水面镜，面镜内充满空气，空气和面镜外的水属于不同的传播介质。光的折射使得考古队员视觉中的物体距离失真，视觉中的物体大小总是比真实的偏大30%左右。

沉船沉态和船体暴露情况影响考古工作面。在水下考古实践中，沉船沉没的姿态有正沉、侧沉和倒扣3种。笔者参与的天津大沽口I号沉船是以正沉的姿态端坐海底（图1）；2018年9月，大连庄河海域水下考古队发现甲午中日战争中沉没的经远舰以倒扣的姿态沉没海底；而2015年丹东港西南大东沟海域确认的致远舰则以侧沉的姿态沉没海底。3种沉态在揭露遗址面获取信息量上，正沉优于侧沉，侧沉优于倒扣。此外，沉船考古在没有持续抽沙作业的情况下，揭露的船体结构有限，已揭露的船体结构存在被海泥海沙回填的困扰。例如，“南海I号”沉船海域回淤测量试验，结合现场抽泥回淤综合分析，沉船附近的回淤是每月10 cm[3]。

大多数情形下，受沉积环境影响，近代沉没的船只会比古代沉没的船只更加突兀存在于海床表面。近代沉没的船只多有舱门，考古队员意图进入这些脆弱的结构是危险的。例如天津大沽口2号沉船正沉海底，中部断裂，水面距沉船甲板18 m，距船底25 m，型深7 m，突兀于海床上。

图1 水下三维全景成像声呐系统下的天津大沽口沉船遗址（来源：作者自摄）

1.5 自然环境因素对潜水方式、调查探摸方式、发掘方式的影响

(1)沉船所在海域的地理位置、水深、压强影响考古采用的潜水方式。近岸海域的沉船用岸潜方式，远离海岸的沉船用船潜方式。水深每增加10 m，相当于增加101.325 kPa。潜水实践中，在30 m的水深，氮气分压为303.975 kPa，潜水员会有明显的麻醉感觉，需使用高氧潜水代替压缩空气潜水。

(2)不同的海底地貌上使用的水下考古探摸方式不同。依据水下行进方向和路线划分，水下考古探摸有直线、圆周和矩形3种搜寻方式。平坦的海底地貌适合矩形搜索方式；海底地貌高低起伏较大、水流较湍急的情况下，可采用直线搜索方式；圆周搜索机动灵活，受水底地貌影响相对较小[4]。

(3)不同深度的沉船，考古发掘方式亦不同。港口内和近海滩涂中的沉船所在的水位较浅，遗址规模较小，如丹麦的奥尔森对罗斯基勒峡谷的苏科尔代菜瓦拜海域的调査就采取围堰法。由于海水很浅，因此先向地下打入钢板桩建造堤坝，形成围堰，再使用抽水机将其中约1 337 m2的水抽掉，待遗址完全干燥后，用陆地发掘方法发掘[5]。位于近海60 m以内深度的海底沉船，考古队员借助潜水装置直接在水中发掘是较常见的方式。位于深海60 m到2 000 m深的海底沉船，考古学家通常借助新式潜水服、潜水器、机器人在水中发掘。1993年，法国文化部下属水下考古研究中心组织人员，借助“鹦鹉螺号”潜水器对沉没地中海土伦军港90 m水深的法国皇家海军军舰“月亮号”进行考察。1993年和1995年，他们借助“鹦鹉螺”号潜水器对沉没在660 m和450 m深的Plage d'Arles4号、5号沉船进行调查。2015年，法国考古学家身着可下潜300 m深度的法国海军新式潜水服到月亮号沉船进行发掘，并测试了用机械爪发掘的水下机器人[6]。

1.6 自然环境因素对沉船遗址埋藏深度和保存状况的影响

(1)沉积速率快的海域，沉船埋藏越来越深。1996年1月，汕头广澳港港池清淤泥，在深4 m的淤泥坑壁上发现沉船。1997年，汕头文管会组织力量准备对沉船进行抢救发掘时，发现港池悬浮淤泥受进出港船只的搅动，将沉船重新覆盖，使用浅地层剖析技术判读沉船深度为负3～7 m。广澳湾较周边海域泥沙沉积速率更快，为7.2～8.7 mm/a,每年淤积7～8 mm[7]。在2009年水下考古调查烟台牟平蛤堆后铜皮夹板沉船时，可以看到海床上暴露的局部船体。而2011年再次调查该遗址时，沉船船体已在泥沙下方近1 m深处。

(2)不同的地质、地貌沉没的船只，船体保存状况不同。沉船所在海底表层或软泥、或沙砾、或礁石。将宋元时期沉没的船只作对比：在宋代南海I号沉没的大帆石海域，海底上层是平均1.53 m厚的灰色淤泥。后期室内发掘发现，船体甲板下的舱壁结构尚存。绥中元代三道岗沉船海域以沙脊、沙坡地貌为主，发掘仅见零星船体构件。西沙华光礁宋代沉船位于华光礁礁盘内西北边沿，发掘中可见底舱板。泥质海底在船体结构保存上优于砂砾和礁石的海底。

2 沉船考古的应对策略

2.1 掌握海洋天气预报

专人负责气瓶的充气工作，已充气的气瓶压力在200 Pa左右，瓶口处粘贴胶布，以区分未充气的气瓶。若在船上充气，气瓶充气位置应选择上风向，进气管口距船面2 m以上。考古队员在使用气瓶时，检查瓶口O形气密垫。气瓶和潜水BCD组装后，队员应检查瓶口和呼吸器是否漏气、检查呼吸器是否能吸到气，并查看压力表，同时将数值报给潜水信息记录员。

考古队员在高温天气作业时，应备好防中暑和晕船的药品；寒冷天气作业时，应备防风保暖衣物。考古队员注视海天交接处，随船的晃动调整呼吸，可防晕吐。考古队根据考古船抗风等级和预报风况，有计划地进行作业。当队员遭遇逆向风浪时，手可拉紧船和浮漂的连接绳，潜入水下，依绳而行。队员脱离连接绳，被风浪推着远离考古船时，可用罗盘定向，下潜后依向而行。考古船相机起锚，应适度用船侧靠近队员，船上人员注意观察水面潜水员吐出的气泡，避免船体碰撞水面和水下人员。队员在水面登船梯前，摘取脚蹼套在手腕处；登船梯过程中，手握船梯中间横梁，逐级而上。风浪扯断浮漂后，考古队员可根据之前沉船定位坐标，重新投掷绳索、铅砣和浮漂，搜索并找回基点，将新绳索系在原基点。雨天时，船面可铺设防滑垫，船上备雨衣和跌打损伤药物。考古队员及时汇总调查海域天气预报信息，有利于工作计划的订定。

2.2 熟悉海水水文环境

在低水温海域作业，潜水服的选择尤为重要。2014年10月末，唐山乐亭东坑坨I号沉船海域水深10 m，水温17℃。考古队员着7 cm厚潜水服，在浮力的调整上增加配重。半干式潜水服将领口和袖口做了防进水设计，胸口位置有排气阀。该设计于寒冷水域考古作业中是不错的选择。

根据考古调查海域的海图，了解该海域的水深是开展工作的前提。水深关系到考古用船的安全。东坑坨I号沉船海域排列数道沙脊，低平潮时，沉船距水面4 m。中国考古01号船作业容易搁浅，船上小艇不能有效运输人员和潜水装备，故考古队租用当地渔船和快艇投入作业。

若考古队员采用压缩空气潜水方式，不同深度的免减压潜水时间不同，考古队员需要根据空气潜水减压表进行有计划潜水。南澳I号沉船所处深度为27 m，免减压安全水下作业时间30 min；出于安全考虑，实际海底作业25 min，考古人员在上升到距水面18 m时停留6 min，上升到距水面6 m时停留3 min，整个上下水过程近40 min，根据体内残余氮量，次日方可做第二次潜水。

高氧潜水方式适用于深度在25～42 m的海域考古作业。2012年7月21日至9月20日，南澳I号水下考古作业便采用了36%氧气双瓶潜水方式。与同年6月5日至7月20日使用的压缩空气双瓶潜水方式相比，平均每人次潜水时长延长10.5 min。2014年，天津大沽口2号沉船考古作业同样采用了31%氧气双瓶潜水方式，与2013年调查使用的空气双瓶潜水方式相比，平均每次潜水时长增加11.2 min。高氧潜水既可预防25～42 m深度考古队员使用压缩空气潜水导致的氮麻醉情况的出现，又可满足海底抽泥、文物采集、拍摄和测绘的时间需求。

保持通信和辅助照明有助于克服水下能见度低带来的不利影响。在南澳I号沉船海域，考古队员下潜至距水面16 m处，自然光线明显减弱，能见度降低而产生暗适应，需要借助辅助光源，方能视物。在水下拍摄时，文物的真实颜色需要借助辅助光源来重现，南澳I号考古队员将诸多水下电灯筒捆绑在框架上，制成灯阵以提高沉船局部的亮度，灯阵有助于水下拍摄。2012年，南澳I号沉船海域的能见度在0.2～2.5 m不等。低能见度时，考古队员借助手电侧面照射潜水表，方能获取潜水时长。当然，船上人员可通过水下喇叭对水下人员报时，提醒作业时长。此外，考古队员还可以通过潜水钟、全面罩呼吸器等装备实现与船上人员通话。

水下能见度低的情况下，标示牌和涂色绳子对考古队员有指向和衡量距离的作用。2012年6月7日，南澳I号沉船上方放置金属框架，防止非法打捞文物和捕鱼拖网拖到船体。考古队员用油性笔将方位“N”“S”字母加阿拉伯数字写于穿孔的塑料板之上，制成指示牌，并用绳子固定指示牌在金属框的横梁两端。指示牌形成的位置共识有助于考古队员水下作业。将白色绳子间隔1 m涂红色油漆，形成红白相间的导向绳，涂色或绑有长度标示的绳子有助于考古队员在水下对距离作出判断，起到标尺作用。

运用潮汐表提供的信息，计划考古作业时间。南澳I号沉船海域属于不正规的半日潮，每日有两次高潮和两次低潮，平均潮差为1～1.5 m。信息采集员将高低平潮时间、潮高、预计潜水时间、潜水时长、气温、浪高、实测风力、风速、风向和天气进行汇总，并提供上述信息给考古领队。领队据此安排白天的两次平潮期进行水下考古作业。在2012年南澳I号沉船考古发掘作业中，信息采集员选用2012年潮汐表中云澳港的高、低平潮潮时和潮高。沉船海域低平潮转流后水面上升快，潜水深度增加，故低平潮潮时向前推1.5 h，向后推1 h作为潜水时间，潜水时长2.5 h；高平潮潮时向前推1.5 h，向后推1.5 h作为潜水时间，潜水时长3 h。持续的平潮时间各地长短不一，考古队员应根据各地情况制订潜水计划。在潜水作业前后，使用流速计测值，有助于判断人员上下水时间点。

2.3 其他注意事项

考古队员作业时，要注意防范有害生物的外部袭击，不触碰陌生的水生物，不将有毒、有刺生物放入潜水服中。考古队员被水母蜇伤的情况常见，多采用白醋涂抹伤口。台山上川岛和围夹洲中间的狭长水道出现沉船可疑点，在水下探摸过程中，部分考古队员被水下长刺海胆扎伤。在海胆分布多的海底，考古队员应着厚实皮手套。在即将下潜到海底时，保持中性浮力并悬停于水中可避免被扎伤。考古队员在下潜到沉船遗址表面时，不慎被渔网缠住时，宜使用潜水刀将缠绕的渔网切除。

考古用船应定期对生活垃圾集中焚烧，避免污染物对沉船遗址的干扰。船上方悬挂潜水旗，备扩音喇叭，提醒水面其他船只切勿靠近作业区。沉船考古的海域若在航道上，项目组应向相关海事局提交航行通告申请书。考古作业期间，航行通告会提醒航道上的船只避让考古船，保障水面水下作业人员安全。考古队员每次下潜到沉船的作业面应固定，遵照潜水计划，不宜进入沉船舱门和舷窗，避免重复潜水。

3 结束语

综上所述，海洋沉船考古受海洋气象、水文、地质等环境因素影响，较田野考古工作环境更加恶劣。考古队员在船面、水面作业时，受到气温、风、浪、雨、雾、水面船只等因素影响；队员上下水、布设基线和探方、抽泥、文物采集、测绘、拍摄作业时，会受到水温、水深、能见度、潮汐、水流、水中生物、废旧渔网、水面船只、复杂海底地形、沉船沉态等因素困扰。

综合考量各种因素，考古调查前期，考古队应备好海图、气象预报、水文信息、潮汐表等资料，选好合适的考古工作船。考古调查和发掘期间，考古队根据天气预报、风浪等级、能见度、水温、水深和潮汐表，避开不利的天气作业，制订潜水和工作计划；视不同海底地质、地貌和船体保存状况，选择合适的水下搜寻方式；据文中策略，积极应对水中生物、水面船只、废旧渔网等潜在危险。

我国开展了诸多的海洋沉船考古项目，却缺少水下考古技术和经验的总结和交流。本文结合笔者参与沉船考古案例，尝试论述自然环境因素对沉船考古的影响，希望所述策略对将来的沉船考古工作者有所帮助。