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水下文化遺產保護中心研究員孫鍵
引言
7月27日下午，國絲邀請水下文化遺產保護中心研究員孫鍵作客經綸講堂，主講「帆過浪有痕——『南海一號』考古」。
在地球上，海洋的面積遠比陸地大，海洋佔地球表面積的71%；全球海洋的平均深度是3733米；全球90%的海域水深超過1000米。海裡不光是沉船，也有許多水下遺址，蘊藏了非常豐富的寶藏。距今800多年前的南海一號遺址是南宋中期一艘外銷瓷器的沉船，在廣東省臺山市海域被發現，它不僅是國內發現的第一艘沉船，也是世界上目前比較重要的遠洋貿易沉船，船上已出土18萬餘件文物，是研究海上絲綢之路的重要材料。
海上考古背景
1. 歐洲海上考古
迄今為止，沉船佔了很大一部分的水下文物內容，是最常見的遺址類型。英國地質學家查爾斯·萊伊爾（Charles Lyell）曾說過：「在人類歷史演進的過程中，海底聚集的人類藝術品和工業紀念物的數量可能比大陸上任何一個時期保存的還要多。」考古學者雷納克（Solomon Reinach）也說過：「古代世界最豐富的博物館坐落在地中海的海底……然而這家博物館卻還無法進入。」說明了海底沉船中蘊藏文物的豐富。 20世紀初，頭帶硬盔的原始潛水技術問世，並運用在水下考古。例如，1900年代，希臘安提基希拉（Antikithera）海域的中世紀沉船考古；1907年，英國肯特郡赫爾納灣的羅馬沉船考古。 40年代，當代最常見的輕潛配備「自攜式水下呼吸器」SCUBA（Self-Contained Underwater Breathing Apparatus），由法國海軍庫斯託（Jacques Cousteau）發明，潛水員的裝備更為進步，也為水下探勘遺址工作揭開了新的一頁。 1960年，喬治巴斯（George F. Bass）讓考古學與潛水技術結合，他在土耳其格裡多亞角（Cape Gelidonya）發現沉船遺址，現場指揮並親自潛水調查，完成了人類史上第一次真正有意義的海上考古。庫斯託的發明與喬治巴斯的貢獻，促進了「海上考古學」這門學問的誕生。
2. 中國的海上考古學
中國的海岸線長達18000多公裡，海域面積由原來的360萬平方米增加到400多萬平方米，境內又有眾多的江河湖泊，航船歷史源遠流長。唐宋以來，中國與世界各國通過海上絲綢之路往來頻繁，因此在中國的海疆不斷發現歷代沉船遺址，顯示了當年蓬勃興盛的海上貿易，也是今天維護國家主權和海洋權益的重要依據。海上考古使人們對水下遺產有更多的認識，但頻繁的水下活動也讓文物易遭劫掠和破壞，因此目前國家十分重視水下文化遺產保存。上世紀80年代末，中國歷史博物館（現中國國家博物館）館長俞偉超先生率先提出發展我國的水下考古事業。水下考古是考古學的一個分支與組成部分，結合了海洋學、生物學、環境學、工程力學、測繪、遙感等學科。
中國沿海主要沉船示意圖
南海一號
1. 南海一號的發現
1987年8月，英國人向中國交通部廣州打撈局申請，在南海川山群島附近找尋18世紀東印度公司的沉船萊茵斯堡號。英國人沒有找到萊茵斯堡號，卻打撈了247件文物，意外發現了距離海岸線大約18海裡、位於水下24—26米間的南海一號，引起了中國當局注意，政府立即介入展開調查。
打撈出的青釉碗、德化窯白釉瓶、金腰帶
早期中國缺乏水下考古的經驗，需要向國外學習，借鑑外國經驗，經過一年多的籌劃，中國歷史博物館與日本的「水中考古學研究所」合作，組成「中國南海沉船水下考古調查隊」。調查隊於1989年11月，首次進行水下探勘，這是中國改革開放以來文物考古界第一次與國外研究機構合作。
1989年與日本學者合作組成研究團隊
當時中國歷史博物館館長俞偉超先生，即便高齡也親自出海調查，當時的技術還無法將南海一號精確定位以及開展水下調查、發掘工作。到了2000年，我們的設備也進步許多，才重啟了這項工作。2007年，我們順利將南海一號打撈上岸，2014年，我們開始全面發掘船上文物。
南海一號歷史足跡
要將南海一號打撈上岸，首先必須確認沉船位置。因為海底與陸地不同，無法直接參照定位或地標就能準確找到沉船，2000年時，我們利用GPS全球定位系統，特別是「差分GPS定位」進行了精確定位，我們做了6—8次的定位調查，才確認位置。沉船位於一片漆黑的水下，能見度超越人的肉眼，除了差分GPS定位，還必須依靠「聲學信號」的「潛力層剖面儀」，把聲音的能量集中起來，再一點一點的向海面下傳播，從回聲信號來確認垂直深度與海底地形起伏高差，才能找到沉船。我們在陸地上時，無線電、光波、雷達等電磁波的速度是每秒30萬公裡，例如語言在空氣中的傳播速度大概是每秒340米左右，但在水中，所有的電磁波都會快速衰減，我們只能依靠聲波，聲波在水裡比空氣中傳遞大概快了3倍，但跟電磁波和光波相比仍然有很大的差距。回聲信號的誤差，就是我們尋找沉船時要克服的困難。
南海一號沉船橫剖面圖
南海一號沉船縱剖面圖
從事水下考古工作時，會在海面上搭建一個工作平臺，供大家在海上日常生活及工作處理。南海一號位於水深24至26米，有些地方超過30米，在這個深度下，考古學者如果採用不減壓的潛水方式，也頂多只能停留30分鐘左右，在水下大致測量後，再回到水面上工的作平臺繪出示意圖。在陸地進行考古發掘時可以靠鏟車，但在水底下只能靠抽泥機，抽乾海底淤泥，才能見到海上遺址的面貌。
水下考古的工作示意圖
2. 打撈出水方案
調查期間，先後採集了大約6000多件文物，作為工作前期的調查準備。
緊接著就面臨一個問題，我們該用什麼方式將這艘船打撈上岸? 當時有兩種主張，一派主張在水下直接發掘，一派認為應該像陸上考古一樣，打撈回陸地後再進行研究，這兩種主張都各有利弊。
現場出水文物之一
英國在發掘海底戰艦瑪麗露思號時採用了「整體打撈」的方式，他們先做了一個框架，將整艘沉船從海底抬出。1997年，美國德州歷史學會採用「人工圍堰」的方式，以金屬構築圍堰，再用水泵抽乾海水，使考古發掘由水中改為陸上，兩種皆取得了巨大的成功。 70年代，中國在海邊灘涂發掘了泉州的「後渚」沉船，這條沉船是廢棄的空船，而南海一號是一條滿載貨物的沉船，如果在水下發掘，會因為能見度不足而忽略許多細節，也容易破壞到沉船。「後渚」沉船以及後來的山東蓬萊沉船、浙江象山海船等發掘工作，都為南海一號的打撈提供了許多參考經驗。最後我們採用「整體打撈」的方式，先製作了一個長35.7m×寬14.4m×高7.2m的沉箱，整體鋼結構總重為540噸，體積非常大。我們必須先把這個沉箱分成兩節運到海面，再將它套到沉船上。在海底20多米的深度下，要準確套入，是非常艱巨的工作。南海一號順利打撈上岸後，我們建立了「海上絲綢之路博物館」，儘量將它維持在水中的溫溼度，可以儘量減少外部環境改變對沉船的影響，也是對水下遺產的保護更為慎重的做法。
美國人工圍堰打撈法
南海一號整體打撈
打撈南海一號的沉箱
打撈南海一號的沉箱與人物大小比例
2007年啟動整體打撈
海上絲綢之路博物館全貌
3. 文物發掘方案
2011年，國家正式啟動南海一號文物考古發掘方案的編制，國家文物局水下文化遺產保護中心、廣東省文物考古研究所根據南海一號物探結果、兩次試掘成果以及沉船保存現狀等資料，編制完成了一套包括水下、溼式等三套考古發掘方案。
水下的環境，每10米會增加一個大氣壓力，南海一號在海下埋了800多年，等於要承受14倍的大氣壓力。我們打撈上岸後，會改變海底恆溫的環境，海水的腐蝕性也非常強，因此保護工作特別重要。我們根據力學計算，沿沉箱外側設置了兩排、共22個支撐立柱的桁架平臺，桁架可以加固沉箱本體，並為考古發掘平臺提供支撐、建設運輸、照明、通風等依託。但是從2007年整體打撈上岸到發掘船內文物工作開展，已經過了8年，達到平臺使用壽命的限制，因此各種安全項目都需要不斷檢測。
當初整體打撈時，我們確認船體套進沉箱以後，使用「雙頻測試聲納」，對整艘船進行綜合掃描，確認箱體兩邊高差的數字值與密度。南海一號的表面分布了大量的凝結物，整艘船的密度完全不同，保存狀況也比預估的還差。為了儘可能保護好船體，我們把沉船分成上表面和船體兩部份進行文物發掘，同時一邊控制保存船隻的水位，儘可能不讓船體受到溫度劇烈變化的影響。由於沉箱自2007年入館後一直浸泡於海水中，箱體鏽蝕嚴重，原計劃利用箱體橫梁改造，移動發掘平臺的方式無法實現。但為了保障發掘工作進行，需將連接箱體作為支撐的十三道橫梁拆除。我們必須確保拆除時，沉箱頂部橫梁及桁架整體穩定，監測點的應變最大值必須控制在在400個微應變內，才可保證文物的安全。
4. 水下立體模型測量
一般來說，水下沉船只有偶爾的機率會有相疊的狀況，當初我們打撈時，建立了一套獨立的全站儀，採坐標法精密定位後，用了12個6×6的探方進行探測，儘可能總體測量，以確保沒有相疊的情形。海底的沉積物堆棧，並非陸地上文化層的概念，而是純粹不同時期的自然堆積。
不同的進水量與泥沙含量也不同，需要有不同的保護方法。我們希望將海洋埋藏沉船的環境與水動力學之間的關聯結合，先用「雙頻測深儀」從沉箱上測出水深和淤泥模型後，再從側面測量出水深和淤泥厚度，最後得出沉船模型。
沉船測量方法示意圖
正面測量方法
側面測量方法
古代的船隻遇到海難時，會在到達穩定的海泥層時停止下沉，船的表面會很快形成海泥，埋藏在海床之下。我們國家沿海多為泥地，對於沉船有利也有弊，好處是泥沙層的堆積會形成天然保護，沉船不容易發現也不會再受到海洋潮汐衝刷。一般我們國家都是半日潮，每天會有兩個高平潮和兩個低平潮（海水的漲潮和退潮），如果沉船暴露在海底的話，會被大量的泥沙反覆衝刷，例如我們在西沙發現的「華光礁沉船」，船隻一直裸露在外，被泥沙海水衝刷，因此打撈出來的瓷器表層釉面多已磨損。南海一號埋藏在海床之下，客觀環境保護了船體。我們採用「地層剖面儀」和「雙頻聲吶」對沉船進行了初步探測，在沉箱四周，每隔30公分進行分區（A—G區域）探測。測量後發現，船艏、船艉已破損嚴重，部分船板嚴重腐朽；船艏、船舯、舷內都堆積了大小不一的凝結物；甲板上層的建築也已解體，只有甲板下的隔艙、船體支撐結構保存尚可，因此船艙內的貨物仍相對完好。
南海一號船體示意圖
我們在發掘文物前，必須先揭除船體的泥沙土方。我國沿海的泥沙顆粒密度一般為2650-2700kg/m3，而南海一號的淤積時間長達800多年，淤泥顆粒較粗，幹密度達到1400~1500kg/m，海泥的比重約為2.70-2.72。沉箱的總容積約為3700立方米，我們估算扣除船貨、船體體積後，整體打撈涉及的土方量會超過3000噸，沉船的土方裡包含了大量遺留物的歷史信息，我們經篩選整理後再將土方運送到填埋區掩埋。
發掘區域
5. 貨艙包裝
我們將表面泥沙揭開以後發現，每一個船艙裝的貨物不同，每個貨物都有很複雜的包裝，兼顧了運輸安全和節約空間兩方面。
分艙裝載的船貨
例如德化窯喇叭口瓶的包裝，是8到10個一組交叉擺放，包裝成一個長方體後堆疊，能有效利用船上空間；龍泉窯則是用古代文獻上稱為「一床」的方式包裝，以竹片夾住後再捆綁，減少碰撞損傷；鐵鍋則用藤條綑紮；大罐子裡面會塞有瓷器和銅器，符合我們在文獻中看到的「貨多陶器，大小相套，少無隙地」的情況。當時的外銷貿易環境中，普通的船員沒有工資，因此船員自然會使用最節省空間的方式，儘可能多裝載貨物運送。
德化窯喇叭口瓶的包裝
在中國的沉船考古裡發現鐵器相當尋常，但是南海一號發現的鐵凝結物，重達130噸，數字非常驚人。船貨中的鐵錠、鐵鍋等物品在海中鏽蝕得很嚴重，並與其他鏽蝕融合，又有軟足海洋生物、船體、貨物附著凝結，使得發掘與保護工作較為困難。體積較小和性質明確的凝結物，考古隊在記錄後已移除，大型凝結物在不影響安全的前提下暫時保留，凝結物本身的鐵質文物已完全鏽蝕，單價的鐵多已不存在。
6. 船體結構
南海一號的第一艙在沉船時有可能已斷掉，第二艙的艙內裝滿貨物，首艙多不裝貨。在南海一號中我們發現了以前中國所有沉船裡都沒有的垂直分隔板，這種分隔板，既安全，又利於裝載貨物，說明當時的造船工藝很能有效利用空間。
南海一號的甲板至今仍依稀可見，又稱作承重甲板，上面有流水孔。船身的舵孔是一個「升降舵」，大約開角73度。「舵」是中國古代造船的重要貢獻和發明，對於船的方向控制與推進力學有很大的進步。古羅馬和埃及的戰艦，都是使用尾槳控制方向，11世紀以後，中國船舵的發明傳播到阿拉伯地區，15世紀以後，歐洲才開始普遍使用。
在古代，船的主桅會倒放，因為遇到大風浪時，船帆的受風面若受力過大，會破壞船的穩定性，如果把桅放倒，就可以減少船的受風面，也有利於通過限制高度的航道。這種將主桅倒放以維持安全的方式，在《夢溪筆談》與《三十六蠹民》都可以看到相關介紹。
舵承與舵孔
桅夾
南海一號出土的石錨有400多公斤，中國當時已經有了鐵錨，但南北方的泥性不同，北方的泥性利於鐵錨，南方的泥性透過木石組合，錨能獲得更大的抓力，因此南海一號是使用木石組合的錨，這種錨到明代還在使用。當時的大船都會帶有小艇，作為停泊工具，南海一號也出土了40多公斤的小錨，供小艇使用。
南海一號的船錨
船在海上像是一座移動的房子，南海一號可以見到船的上層建築的痕跡，例如漆有紅漆的木板，在《宣和出使高麗途徑》裡有過類似的描述。
船艉上的朱漆壁板
2018年12月份，我們將南海一號的貨物發掘完畢。我們儘可能把船貨取出，減輕船艙內側的壓力再開始處理外側。我們從船身內側測量，發現每個艙的高度都不同，最高的艙室大約2米6。從外側水平測量，發現船身的高低落差很小，但在前期工作時，我們使用圍加測量法，發現傾角高差達到15公分，這是因為船身碰撞後會傾斜，而非水平下沉，因此船體已變形不完整。
南海一號沉船空拍圖
中國古代的船型有沙船、福船、廣船三種，或稱沙船、福船、廣船、鳥船四種。南海一號是中國古代典型的福船造型，長22米15、寬9米85。沙船是平底、沒有龍骨的船，它吃水比較淺，裝貨量也比較大，適合航行於北方有灘涂的地方，自元代以後到建國之前，從長江口一直到渤海灣都在使用沙船。福船出現於宋代，在福建沿海建造而得名，亦稱「大福船」，史書上記載的福船，叫做「上平如橫下側如刃，貴其可以破浪」。福船為尖底造型，方頭闊尾，結構堅固，具有多重板結構與多水密隔艙，裝載容量大，抗風力強，吃水深，性能優良，是中國古代風帆動力船類型之一，適合遠洋航行，自宋元時期開始，福船就是典型的海上運輸船，與廣船同樣多用於南海。與今天的船相比，福船的造型比較肥短，在航行時橫搖的周期比較長，比較平穩，但是航速相對比較慢。福船的特點是「多重板」結構，除了有輪轂之外，船舷不是一塊木頭，而是用了不同的木板粘合在一起，類似魚鱗的結構。歐洲造船，特別是北歐地區，大多使用堅固的橡木和柚木，中國造船則使用杉木和松木，因為這兩種木材生長周期快，雖然紋理鬆散不夠結實，但是我們利用它利於彎板加工的性能，做出魚鱗搭接的結構，方便更換與維修。
南海一號在宋代屬於中等偏大的海船，排水量大約400噸。我們從船的抱梁肋骨可以看出船身有反覆使用與修補的痕跡，它不是一條新船，修補也比較隨意，材料多是就地取材。目前發現船身使用了六種木頭，其中五種是中國沿海船隻常用的木材，另一種來自東南亞。按船體部位不同，南海一號分別使用了馬尾松木、福建柏、海南欖仁木、柄果木、江南榿木等6個樹種，其中裸子植物木材2種，被子植物木材4種，主要分布於我國華南地區（廣東、廣西、海南）和東南沿海一帶（浙江、福建、江西）的熱帶、亞熱帶地區的低海拔常綠闊葉林中。我們從南海一號的木材纖維素含量及海水可溶鹽的含量來研究目前船體結構強度。松木、杉木等木材的纖維素含量一般在50~70%左右，聚戊糖含量為10~12.5%，而南海一號船體木材纖維素含量不足20%，聚戊糖含量僅為0.95~1.92%間。木材含水率一般為112~348%，南海一號的平均含水率為245%，船尾木材含水率最高值已接近700%，代表木材腐蝕飽水情況嚴重，這會加速破壞木材的力學性能和支撐能力。正常松木橫紋抗壓強度為3.5MPa左右，南海一號的平均橫紋抗壓強度僅為0.74MPa，最低只有0.29MPa，抗壓強度僅為正常強度的20%。各個數據都說明這艘船體已相當脆弱。
7. 船上生物遺骸
我們對沉船外側的貝類生物標本做了統計，來推斷南海一號大約是在12月—1月，東北季風盛行、利於航行的時間裡出航。
考古學者針對南海一號出土的酒罈提取了生物樣本，發現保存食物的酒類酵母菌，屬於米酒，和現今二次蒸餾的白酒不同。
船上也發現大量動物骨骸，包含家雞46隻、家鵝40隻、9隻豬，綿羊的數量最多，高達86隻。宋代以食用羊肉為主，北宋的宮廷，一天要吃到上千頭的羊，因此南海一號也反映了宋代的飲食習慣，或者有些船員有特定的宗教信仰，需要食用羊肉。同時也可以提供羊奶等再生食物來源。古代沒有冰箱，出海必須帶著活體動物，避免腐壞或影響風味，航行時也會通過捕撈海鮮以擴充食物來源。我們發現的動物骨骸上，有屠宰和燒烤的痕跡，船員閒暇時也將殘骨製成骨器飾品。
在海上要保存食物，需要徹底風乾，或以高鹽、高糖醃漬。堅果屬於乾果，利於長期保存，而核果屬於鮮果，不利於保存，但適於醃製，一般被醃製成梅子、橄欖和檳榔等，南海一號發現了鹹鴨蛋和糖漬的植物果核。這些植物都是為了遠洋航海特意選備的，主要分布於長江以南地區，其中又以嶺南及福建地區特產的熱帶或亞熱帶植物最為突出，這一發現對於沉船可能是自福建泉州出發的觀點提供了植物考古的證據。
胡椒何時傳入中國，在學術界尚未定論，主要原因是缺乏考古實物證據。南海一號沉船出土的胡椒是迄今出土年代最早的胡椒遺存，說明在南宋時，胡椒已傳播到中國。胡椒除了作為調味品，在對外貿易中，也可當作貨幣。宋代曾有一名宰相貪汙了800擔胡椒後被殺頭，可見胡椒當時是貴重物品。船上也發現了觀賞樹種石慄的殘骸，石慄在東南亞地區被當做調味品，因此也可能是供南海一號的船員食用。船上也發現許多人類遺骸，我們分析船上可能有六、七種人，包含從事海外貿易的客商與一般船客。從下頜骨、肋骨、臼齒、趾骨、鎖骨和顱骨分析，船上大多為青壯年男性。唐代和明代盛行朝貢貿易，帶有「厚往薄來」的概念，宋代則注重實用化的商業活動，從皇帝開始，就十分重視利潤，尤其宋高宗本人，相當重視海上貿易。唐代已開始輸出越窯青瓷，宋代時，東南沿海特定窯廠開始大量外銷，當時中國也已將指南針運用到航海，海外瓷器貿易帶來了巨大利潤。
瓷器生產與市場的擴大
《新唐書》記載的航海路線，是海南島、東北側的七洋州列島海路，與漢代不同。宋代時，指南針已普遍使用，從泉州和廣州出發對日貿易的船是直接跨越南海，到西沙之後分為三條路線，當時船舶也建造得夠大，因此在遠洋航線中，可以規避海盜與暗礁。
廣東海上絲綢之路博物館（南海一號博物館）
我們發現，南海一號從泉州出發後，偏離了航線。在宋代的海岸貿易管理上，有《關與關監控制度》，朝廷會派兩名官員在遠航貿易的船上監督，當船隻出海時，官員就會返回，因為遠洋貿易船當時不允許在沿岸航行。我們分析，南海一號有可能是為了路過廣州接送特定的客人，才偏離航道。
結語
南海一號從偶然發現，到水下調查、整體打撈、文物發掘和展示保護，所有環節都貫穿了整個中國的水下考古工作，見證了中國的國力和海洋施工能力的進步。
我們從南海一號的航線、貨品以及船隻建造形製做推測，南海一號來自福建泉州。它與海上絲綢之路有很深的關聯，我們對它進行研究，可以復原海上絲綢之路的歷史、中國航海史、造船史及陶瓷史。南海一號的船體結構複雜，許多艙室存有水平分隔結構，在我國沉船考古中非常罕見，目前的考古研究並不拆解船體，對研究中國古代船型發展、造船技術都提供了很大的幫助。我們對船上的有機物、動物、人骨等，分別進行了保護、鑑定和初步研究，並開展了海洋沉船埋藏環境、沉船遺址的海洋生物影響、古代海上生活、古代中外生物交流等綜合研究。研究成果方面，2009、2011年度的南海一號發掘報告已經整理出版，2014—2015年度發掘報告也已經整理完成並出版，保護工作的相應報告也已發表。
未來我們希望能夠完整展示這艘船，觀眾也可以從船的上方或側面參觀我們的研究工作。
來源：新華號 絲綢之路周