（材料学专业论文）成都金沙出土象牙物理化学性质及赋存环境研究.pdfVIP

摘要 摘要 为了给成都金沙出土古象牙的有效保护提供科学依据，采用电子扫描电镜、 x 射线衍射、x 荧光光谱、差热一热重分析仪等现代测试技术与方法，对成都金 沙出土古象牙的基本物理性质、化学腐蚀性质、脱水特征、微生物特征和赋存环 境进行分析，并通过与新鲜亚洲象牙的对比分析，探讨了古象牙物理化学性质变 化机理及赋存环境对它的影响，取得了以下成果和进展： 新鲜象牙内层饱和密度为1 7 6g c m 3 ，古象牙饱和密度平均值为1 7 6g c m 3 ， 其中外层为2 0 0 9 c m 3 ，内层平均为1 6 4 5g c 1 t 1 3 ，结果证明：古象牙是一种多孔 材料，其孔隙率为5 7 8 7 0 o 。 新鲜象牙天然含水率为1 5 3 ，古象牙天然含水率平均值为5 3 7 7 ，其中 外层为3 1 1 ，内层平均为6 5 1 。，在3 7 。c 恒温烘箱中干燥，新鲜象牙9 天后 失水率为1 2 3 6 ，形貌没有变化，古象牙在6 小时后，失水率就高达为3 1 3 7 ， 更为严重地是水分丢失后古象牙会开裂，甚至粉化。 古象牙、新鲜象牙和天然磷灰石都易溶于酸，难溶于碱，它们在i h c l 中 的腐蚀量分别为9 2 6 9 、9 0 9 和8 0 0 2 ，2 0 n a o h 中的腐蚀量分别为2 7 9 、 3 1 4 和6 1 2 。成都金沙古象牙和新鲜象牙的酸腐蚀量比天然磷灰石高，碱腐 蚀量比天然磷灰石的低。新鲜象牙含有的有机成分极易和碱反应。 经过对古象牙上微生物的分离纯化，一共得到4 种微生物，各是曲霉、青霉、 细菌和放线菌。通过平板和扫描电镜观察，直观地表现出了它们各自的菌落形态 特征，为成都金沙古象牙的防霉防菌打下了基础。 古象牙赋存土壤样品主要由粘土及硅酸盐矿物组成，其p h 和e h 的平均值 分别为6 5 和一1 3 5m v 。这种弱酸性还原环境的形成与土壤中含有0 3 左右的 腐殖酸有着密切的关系；成都金沙古象牙p h 和e h 值平均分别为6 4 6 和一1 5 5 m v ，与土壤p h 和e h 值非常接近，这种赋存环境对它的地下长期保存影响较小 的。 关键词：古象牙，象牙，碳羟磷灰石，文物保护，成都金沙，物理性质，化学性 质，赋存环境 a b s t r a c t b a s i cp h y s i c a la n dc h e m i cp r o p e r t i e s ，a n dh o s t e n v i r o n m e n to ft h ea n c i e n ti v o r y u n e a r t h e d f r o mj i n s h a ，c h e n g d u ，c h i n a a b s t r a c t i no r d e rt op r o v i d et h es c i e n t i f i cb a s i sf o re f f e c t i v ep r o t e c t i o nm e t h o do ft h ea n c i e n ti v o r y u n e a r t h e df r o mj i n s h a , c h e n g d u ，c h i n a , t h eb a s i cp h y s i c a lp r o p e r t i e s ，c h e m i cc a u t e r i z a t i o n p r o p e r t i e s ，h o s te n v i r o n m e n t ，m i c r o o r g a n i s mo ft h ea n c i e n ti v o r yu n e a r t h e df r o mj i n s h as i t ew a s m e a s u r e d ，c a l c u l a t e da n da n a l y z e db ys e m ，x r d ，x r f ，t g - d t aa n ds oo nw h i c ha r em o d e m t e s tt e c h n o l o g ya n dm e a n s t h ed i f f e r e n c ea m o n gt h ea n c i e n ti v o r yu n e a r t h e df r o mj i n s h a , c h e n g d ua n dt h ef r e s ha s i ai v o r yw e r ec o n t r a s t e d d i s c u s sc h a r a c t e ro fi v o r y sp h y s i c sa n d c h e m i s t r y ，a n dh o s te n v i r o n m e n t se f f e c tw i t hi v o r y t h er e s u l t ss h o w ： t h ed e n s i t yo f t h el i n i n go f t h ef r e s hi v o r yi s l 7 6 c m j ，t 1 1 ed e n s i t yo f a n c i e n ti v o r yi s l 7 6 g c m 3 a n dt h eo u t e ro f a n c i e n ti v o r yi s2 0 0g c m t h ea v e r a g ed e n s i t yo f l i n i n go f t h ea n c i e n t i v o r yi s1 6 4 5g e r a 3 t h ee x p e r i m e n t sp r o v e dt h a ta n c i e n ti v o r yi sam a t e r i a lw i t hm a n yh o l e s t h eh o l er a t i oo f a n c i e n ti v o r yi s5 7 8 7 0 0 t h ec o n t a i n i n gw a t e ro rm o i s t u r eo f 曲s hi v o r yi s15 3 t h ea v e r a g ec o n t a i n i n gw a t e ro r m o i s t u r eo f t h ea n c i e n ti v o r yi s5 3 7 7 a n dt 1 1 eo u t e ro f a n c i e n ti v o r yi s3 l _ 1 t h el i n i n gi s 6 5 1 i nt h ec o n s t a n tt e m p e r a t u r eo v e na t3 7 t h ed e h y d r a f i o nr a t i oo ff r e s hi v o r yi s 1 2 3 6 a f t e rn i n ed a y s ，a n di t sb o d yi sn oc h a n g e ，b u tt h er a t i oo fd e h y d r a t i o no f a n c i e n ti v o r yi s31 3 7 a f t e r6h o u r s t h ea n c i e n ti v o r yc r a z e da n dp u l v e r i z e d t h e ye a s yd i s s o l v ea c i da n dh a r dd i s s o l v ea l k a l iw h i c ha r et h ea n c i e n ti v o r yu n e a r t h e df r o m j i n s h a , c h e n g d ui v o r y , 舶s hi v o r ya n ds a v a g ea p a t i t e t h e i rc o r r o s i o nd a t ai nt h e1 h y d r o c h l o r i c a c i di s9 2 6 9 、9 0 9 a n d8 0 0 2 b u ti nt h e2 0 s o d i u mh y & o x i d ei s2 ，7 9 、3 1 4 a n d 6 1 2 t h eq u a n t i t yo fa c h ec a u t e r i z a t i o no ft h ea n c i e n ti v o r yf r o mj i n s h aa n df r e s hi v o r ya r e h i 曲e rt h a nt h es a v a g ea p a t i t e ，a n dt h eq u a n t i t yo fa l k a l ic a u t e r i z a t i o no ft h ea n c i e n ti v o r ya n d f r e s hi v o r ya r el o w e rt h a nt h es a v a g ea p a t i t e t h eo r g a n i cc o m p o s i t i o no ff r e s hi v o r ye a s y r e s p o n s et oa l k a l i t h r o u 曲s e p a r a t e da n dp u r i f i e dm i c r o o r g a n i s m i nt h ea n c i e n t i v o r y ，w eh a v e f o u r m i c r o o r g a n i s m ，t h e ya r ea s p e r g i l l u s ，p e n i e i l l i u m ，b a c t e r i aa n da c t i n o m y c e t e o b s e r v e db yf l a ta n d s e mp h o t o g r a p h y , s t r a i g h t l y p u tu pt h e i r s s h a p ec h a r a c t e r t h e ya r e b a s i co fp r e v e n t i n g m i c r o o r g a n i s mf o r t h ea n c i e n ti v o r y s a m p l e so fh o s ts o i lo ft h ea n c i e n ti v o r ya r em a i n l yc o m p o s e do fc l a ym i n e r a l sa n ds i l i c a t e m i n e r a l s ，t h e i rp ha n de ha v e r a g ev a l u ea r e6 5a n d 一1 3 5m v t h e r ei sc l o s ec o n n e c t i o nw i t h t h ef o r m a t i o no f w e a ka c i d r e d u c t i o ne n v i r o n m e n ta n da b o u t0 3p e r c e n to f h u m i ca c i di ns o i l s t h ep ha n de ha v e r a g ev a l u eo f t h ea n c i e n ti v o r ya r e6 5a n d 一1 3 5m v , t h e ya r ec l o s et ot h e s o i l s t h i sh o s te n v i r o n m e n ti sa d v a n t a g ef o r p r o t e c t i n gt h ea n c i e n ti v o r y k e y w o r d s ：a n c i e n ti v o r y ，i v o r y ，c a r b o n a t e h y d r o x y l a p a t i t e ，c u l t u r a lr e l i c sc o n s e r v a t i o n ，j i n s h a , c h e n g d u , p h y s i c a lp r o p e r t i e s ，c h e m i cp r o p e r t i e s ，h o s ts o i l i i 第一章序言 第一章序言 我国作为世界著名的文明古国，历史悠久，文化遗产十分丰富。这些珍贵文 化遗产对传承中华文化、建设社会主义精神文明和物质文明、实现中华民族伟大 复兴具有不可替代的重要作用。古象牙是人类文化遗产中的瑰宝。而现在所面临 的难题是怎样将这些珍贵的文物永久地流传。因此，对古象牙的有效保护刻不容 缓。 1 1 成都金沙古象牙的保护 1 1 1 保护工作的必要洼 文物被称作是古代文化信息的“储存库”，是人类文化的精华，是历代先民创 造的物质财富的精粹，是人类社会政治、经济、文化和社会发展的见证，是现代 文明的根基。文物蕴涵着丰富的内容和特定的内涵，折射时代的人类文明，反映 社会群体审美准则、制造技术反展程度、人类信仰( 宗教，巫术，图腾崇拜，祭 祀等) 、社会生活( 服饰，活动等) 、文化交流发展和政治背景等等 1 2 】。文物 也是后代人研究人类历史、文化艺术和古代科学技术发展历程，以及教育、启迪 后来者极其珍贵的实物资料。但是这些历史的承载体却极易遭到破坏，从而使那 些具有价值的部分或全部消失口 ，因此，文物的保护具有重要意义。文物的保护 实质上就是通过对文物材料损坏原因与规律的研究，合理地确定保护文物的技术 标准和技术方法，最大限度地延长文物的寿命，使文物负载的花纹、图案、形状、 成分及记载的历史事件、人物、科技、文化等受到最大限度的保护，从而使文物 具有较高的资料价值、珍藏价值和艺术价值 4 】。 文物保护是一门多学科、多领域相互交叉的边缘学科，涉及的范围极广。它 与化学、物理学、考古学、矿物学、矿物谱学和微生物学等多个学科都有密切的 联系，是科学、技术和实践技巧的结合。在对古象牙保护的处理过程中，只有把 它们有机的结合起来，才能保证古象牙在保护过程中受到最小的损坏。 金沙遗址位于成都西郊，被国家文物局评为2 0 0 1 年全国十大考古新发现之 - - i 5 1 。2 0 0 1 年2 月，成都市文物考古工作队对金沙遗址进行了正式发掘，该遗址 目前已发现的遗址面积近1 0 0 万1 t 1 2 ，时代约为商代晚期至西周早期，因一次出 土了数以吨计的象牙、象牙器，而成为考古学上一大奇观【“。2 0 0 2 年8 月下旬， 成都市文物考古工作队对其进行了第二次发掘，在祭祀区内再次发掘了两堆象牙 和一堆玉器。 自2 0 0 1 年初发掘以来，成都金沙共出土了金器、玉器、石器、青铜器、象 成都理工大学硕士学位论文 牙器等珍贵文物3 0 0 0 余件，进步改写了成都历史和四川古代史，将古蜀国统 治者在成都附近的活动从2 5 0 0 多年前推进到3 0 0 0 多年前。经过连续的发掘和研 究，遗址内迄今为止共出土了1 0 0 0 多根象牙，在个地方如此集中地发现数量 众多古象牙，在全世界是独一无二的。 结合近年来成都地区的考古发掘成果来看，金沙遗址是处大型的商周时期 蜀文化中心遗址，可能是古蜀国的又一个都邑所在地。金沙遗址的发现对于研究 古蜀国的历史无疑具有十分重要的意义。尤其是一次性出土数以吨计的象牙，在 考古学上十分罕见，这也正是古蜀王国高度发达文明的一个旁证。 1 1 2 保护工作的基本原则7 1 保护文物的实质是理解和保护文物的历史价值、艺术价值和科学价值。因此， 金沙出土古象牙文物保护工作的基本原则是准确地理解古象牙出土前的原状和 尽可能地保持其原状，避免其由于光照、微生物的侵蚀而降解，变色，甚至发生 新的霉变、断裂。操作时应遵循如下原则： ( 1 ) 文物原状原貌的保持 所谓文物的原状一般是指文物出土或征集到时的状态。古象牙文物的形状、 结构、色彩等都应该尽量保持不变。因此，对古象牙文物进行保护操作时，应尽 量保留其原有的信息，如因保护需要新增加材料，必须以不破坏古象牙原貌为前 提；在保证文物能得到有效保护的前提下，应尽量减少操作步骤和工序；操作过 程中尽量减少使用化学试剂，凡能用物理方法解决的，尽量用物理方法；在对文 物做任何处理前都要进行局部试验，在取得经验和确认对文物不会造成很大影响 的情况下再扩大面积操作，避免对文物造成更大的损坏。 ( 2 ) 可逆的原则 此原则主要是针对文物的加固和修复过程而言。由于文物非常的脆弱，通常 需要某些辅助材料，使文物更易被保存。但必须注意所添加的任何材料都是易于 被去除的，而且在去除材料时文物本身不受影响，目的是便于在发现问题、或是 在找到更好的材料时可以被更新，使文物得到更好的保护。除非那些损坏程度比 较严重的文物，才可以尝试用不可逆的方法进行处理。此外，保护过程中的清洗 处理也是不可逆过程，在操作时也要多加注意。 ( 3 ) 外观效果的要求 文物保护要尊重历史，考虑当时的生产条件与文化背景，最大程度的保持文 物的历史面貌、技术与艺术特征，使其尽可能的恢复原有的面貌，例如文物修复 尽可能使用与文物本身的同质材料，不可将修复范围任意扩大。 2 第一章序言 1 1 3 古象牙保护的过程 古象牙保护过程是一个复杂的过程，必须进行综合的研究。 对于古象牙保护分为两个步骤：预防性保护和损伤处理。预防性保护的目的 是针对影响和控制古象牙因素的研究，为古象牙文物提供受控的环境。损伤处理 包括加固处理和修复处理，加固处理主要是对槽朽、脆弱( 包括饱水) 文物的加 固技术和材料的研究，修复处理主要研究文物形状、受损部分的修复技术。 国内学者对保护研究定义为八个内容：文物材料的构成、文物质变机理、文 物地下埋藏环境( 特别注意腐蚀文物和质变残损程度) 、文物保存环境、文物保 养技术、文物修复技术、文物复制技术和文物年代测定技术r ”。对于古象牙保护 工作，主要可分为以下几个方面：获取信息、文物鉴别、清洁处理、文物消毒、 文物加固、文物贮藏。获取信息和文物鉴别是前期工作，为整个保护过程提供必 要的实验和操作依据，清洁处理等过程是整个保护工作的主要内容，对文物是否 能够被很好地保存有直接的影响作用。清洁处理等过程实施的好坏与上面提到的 八个保护研究的内容中的前六个有密切关系。 1 - 2 古象牙保护的历史与现状 1 2 1 国内研究的历史与现状 尽管我国有悠久的历史，在多处都发现古象牙的遗址，但对于古象牙的保护 技术还比较落后。在二十世纪六十年代之前，中国象牙的考古发现及其保护研究 基本出于空白。在二十世纪八十年代后，我国在三星堆和成都金沙遗址出土了大 量古象牙。 ( 1 ) 三星堆遗址 1 9 8 6 年夏秋之际在成都平原的腹心地带广汉三星堆曾出土有相当数量的象 牙，其中一号坑出土象牙1 3 根；二号坑出土象牙6 7 根，一般长8 0 1 0 0 厘米 左右；经鉴定这些象牙均属于亚洲象种。二号坑同时出土的还有象牙珠1 2 0 件和 一些雕刻有纹饰的象牙器残片【8 。三星堆的发现大大丰富了人们对中国古象牙的 认识，促进了对中国古象牙的研究。但由于当时没有有效地保护措施，现在，三 星堆遗址出土的古象牙已基本损坏。如图1 1 所示，三星堆古象牙已分层、粉化 成无数块，层与层、块与块之间完全依靠胶粘联，三星堆古象牙的成分和结构基 本遭到破坏，后人能从其中采集的信息有限。 3 成都理工大学硕士学位论文 图1 - 1 三星堆古象牙样品 f i g 1 - 1s a m p l eo f t h ea n c i e n ti v o r yu n e a r t h e df r o ms a n x i n g d u i ( 2 ) 金沙遗址 2 0 0 1 年2 月和2 0 0 2 年8 月下旬，金沙遗址内共出土了1 0 0 0 多根象牙。被 国家文物局评为2 0 0 1 年全国十大考古新发现之一，是四川省继三星堆之后最为 重要的考古发现 5 】，并以出土数量众多的埋藏3 0 0 0 多年的十分珍贵的古象牙文 物而倍受世人关注。出土的古象牙数量之大，保存之好，都是前所未有的。成都 文物考古研究所和四川省文物考古研究所对其现场清理、加固和临时保护进行了 研究【6 , 9 ，并采用有机硅封存的方法，对金沙吉象牙采取了临时性的保护措施。 图1 2 是部分成都金沙古象牙出土后，采用有机硅封存的照片，封存后的古象牙 能得到暂时l 生地保护，但封存几年后，有机硅内部出现了不同程度的变化。 图1 - 2 用有机硅封存的成都金沙古象牙 f i g 1 - 2t h ea n c i e n ti v o r yu n e a r t h e df r o mj i n s h a , c h e n g d u s e a l e du pf o rk e e p i n g b yo r g a n i cs i l i c o n 除了三星堆，金沙有大量古象牙出土外，其它地方也有少量象牙出土，例如： 巫山大溪文化遗址墓葬有象牙出土( 有的人骨架头部枕着一支大象i f ) ，并发现 有象牙手镯与象牙质的种类相当丰富的装饰品等。在距今约7 0 0 0 年的河姆渡文化 4 第一章序言 遗址出土了十分精致的双鸟朝阳象牙雕刻，以及鸟形象牙圆雕等l l 。距今5 5 0 0 年左右的上海青浦福泉山遗址崧泽文化遗存中发现有戴在人骨手臂上的四件象 牙镯 i l 】。山东大汶口文化遗址墓葬出土有雕镂精致的多件象牙雕筒、象牙琮、象 牙梳等 】。河南安阳殷墟出土了较多的象牙制品，特别是妇好墓出土的三件象牙 杯雕刻有瑰丽复杂的纹饰，是少见的精美之作【l ”。2 0 0 1 年在重庆市奉节县云雾土 家族乡兴隆村的兴隆洞内发现了一枚剑齿象门齿【l 刊等等。 尽管中国古象牙的保护技术和工作有所发展，也越来越受到重视，但我国在 这方面的研究仍比较落后，专门从事古象牙的研究的人员、机构和实验设备特别 的少。 1 2 2 国外研究的历史与现状 在国外，s uxw 、c u ifz 、r a u b e n h e i m e rej ，b o s m a nmc 等人 1 4 , 1 5 1 对新鲜 象牙结构做了深入地研究，p r o z e s k yvm ，r a u b e n h e i m e rej ，v a nh e e r d e nw fp ， g r o t e p a s sw p 等人1 7 】对新鲜象牙的成分进行了报道，且e d w a r d s hgm ，f a r w e l l dw h o i d e rjm 、b u r r a g a t of 等人【1 8 ，旧l 做了关于1 万多年前已经绝种的长毛象 猛犸象的报道。猛犸象生活在冰川地区的的冻土地带，冻土3 0 多米深，而 它不慎掉入冰川裂隙里，就象进入一个巨大的冰库，一直冷冻到现代被发现。猛 犸象遗体，皮毛保存较好，肌肉新鲜可食。猛犸象的象牙也保存很好，不存在古 象牙的保护问题。在国外，研究较多的是利用何种现代的分析测试方法，在不破 坏象牙的成分和结构的前提下，快速、简便地区别猛犸象象牙、新鲜象牙和其它 哺乳动物牙。 1 3 本论文研究的意义 由于三千多年的埋藏，象牙中的蛋白质己基本流失，保存下来的成分主要为 无机盐。经过常年累月的腐蚀，几乎所有的象牙，从牙根到牙尖都形成了一个较 大的髓腔空洞，空洞的深度几乎占到象牙总长度的一半以上，牙根一端的腔壁最 薄的仅有几个毫米。因腐蚀流失形成的牙髓腔空洞完全被泥沙充填。清理出的象 牙暴露在空气中，表面很快开裂，原有的裂隙也逐渐变宽，从表面到内部，沿着 “年轮”及辐射线分层、开裂、剥离 6 】。象牙暴露在空气中失水很快，加之光照、 微生物的侵蚀与降解，象牙表面会迅速变色，裂隙增宽，甚至产生新的断裂、霉 变等病害。 成都文物考古研究所采用有机硅封存的方法，对金沙古象牙采取了临时生的 保护措旋。但如何对这些珍贵的古象牙进行长期有效保护，问题至今还没有得到 解决。本论文通过对成都金沙出土古象牙基本物理性质、脱水特征、化学腐蚀性 成都理工大学硕士学位论文 能帮外部斌存环境进行了研究，在此期间，偶然程古象牙上发现了微生物，对此 进行了研究，为众沙古象牙的有效保护提供科学依据。 圈1 - 3 成都金沙古毅牙出土时的照片 f i g t1 - 3p h o t o g r a p ho f t h ea n c i e n ti v o r yu n - t h e df r o m 舅n s h a , c h e n g d u 匿1 4 戏都金沙出轰敲蒡嚣裂、耪耗照麓 f i g 1 - 4p h o t o g r a p ho f t h ec r a z e da n dp u l v e r i z e da n c i e n ti v o r y u n e a r t h e df r o mj i n s h a , c h e n g d u ， 1 4 硕士论文完成的工作量 本研究项目来源于成都理工大学材料与化学化工学院汪灵教授主持的“十 玉”鏊家秘按攻关诗翔重意瑗基( 2 0 0 4 b a 8 1 0 8 0 2 ) 寒嚣家盎然辩学基金 ( 4 0 5 7 2 0 3 0 4 0 4 7 2 0 2 8 ) 资助。 6 第一章枣嵩 为了顺利的完成硕士论文，本人进行了大摄的资料查阅和懿验工作，如表 i - i 所示： 表i - 1 硕士论文工作量 飘b 。l lw o r l d o a do f m 鑫s t e rd l s s e r t a t l o n 成都理工大学硕士学位论文 第二章成都金沙出土古象牙的基本物理性质 2 1 实验 2 1 1 实验样品 图2 1 a 是成都金沙部分古象牙出土时的形貌，由于长时间埋藏于地下，大部 分象牙表面都粘有泥土。本工作所用的实验样品由成都文物考古研究所提供，其 出土时间是2 0 0 4 年1 1 月5 日，出土文物编号为2 0 0 4 c q j t 区t 7 2 0 2 7 2 0 8 ；实验样品 为出土文物残损部分，实验样品编号j s 0 1 0 1 。图2 1 b 是该实验样品在古象牙中的 位置示意图，图2 1 c 是该实验样品的外观与形貌。 如图2 1 c 所示，实验样品j s 0 1 0 1 近似扇形，高度2 c m 左右，重量约2 5 9 。 该实验样品具有象牙所特有的分层结构 1 4 1 ，颜色最浅的部分是象牙的外层( 样品 3 ) ，其它是象牙的内层( 样品l 、2 ) 。便于进行对比分析与实验研究，将象牙分 割成三块( 样品i 、2 、3 ) ，它们的基本特征见表2 - 1 。 为了对比分析，将新鲜象牙与古象牙同时进行实验。新鲜象牙样品是一根由 亚洲象牙制成的象牙筷制品的一部分，长度约1 2 c m ( 样品4 ) ，基本特征见表2 - l 所示。 ( a ) ( b )( c ) 图2 - 1 成都金沙出土的部分古象牙( a ) 及实验样品在古象牙中的位置( b ) 及其9 1 、观形貌( c ) f i g 2 - 1p a r t so f t h ea n c i e n ti v o r yu n e a r t h e df r o mj i n s h a ( a ) ，c h e n g d u , s a m p l e s i nt h ep a r to f t h ei v o r y ( b ) ，a n di t sa p p e a r a n c es h a p e ( c ) 8 第二章成都金沙出土古象牙基本物理性质 表2 1 成都金沙出土古象牙和新鲜象牙实验样品基本特征 t a b 2 - lb a s i cc h a r a c t e ro f s a m p l e so f t h ea n c i e n ti v o r yu n e a r t h e d f r o mj i n s h a , c h e n g d u ，a n df r e s hi v o r y 顺序号实验编号名称样品基本特征 金沙古象牙 除切割面外，其他面基本成灰黑色切割面较白，但 样品1j s 0 1 0 1 样品 有丝状黑色条纹，具有象牙特有的油脂光泽和蜡状光 金沙古象牙 泽，属象牙内层部分。其中，样品l 质量为9 2 0 9 7 9 ， 样品2j s 0 1 - 0 1 样品2 质量为1 1 4 4 5 6 9 。 样品 金沙古象牙基本成灰黑色，具有象牙特有的油脂光泽和蜡状光 样品3j s 0 1 0 l 样品 泽，质量4 0 2 3 7 9 ，属象牙外层部分。 新鲜亚洲象 取自象牙制品筷子，表面成淡黄色，具有象牙特有的 样品4n e w 0 1 油脂光泽和蜡状光泽，质量1 6 5 6 8 9 ，属象牙的内层部 象牙样品 分。 2 1 2 实验方法 由于至今还没有关于象牙基本物理性能系统的研究成果报道，并且根据笔者 的研究结果，金沙古象牙中的有机物几乎己全部消失，物相为羟基或碳基磷灰石。 所以，本文借鉴了矿物岩石密度、孔隙度、含水量的测量方法及计算方法【2 0 1 。 金沙古象牙出土后，一般只对其表面沙土简单清理。对于本实验样品，采用 软毛刷或竹签剔除象牙表面沙土，然后再进行相关实验。对于新鲜象牙样品( 象 牙筷) ，则不做任何处理，直接用于相关实验。 本工作所涉及的基本实验包括：( 1 ) 天然质量测试：用电子天平称量，即得 到象牙样品的天然质量。( 2 ) 饱和质量测试：将象牙样品放入蒸馏水中饱和，饱 和2 4 小时以上，直到象牙样品中的孔洞完全被蒸馏水填充为止，用电子天平称 量得到饱和象牙样品质量。( 3 ) 水中质量测试：用天平称量饱和象牙样品在水中 的质量，即象牙的水中质量。( 4 ) 烘干质量测试：再将饱和象牙样品放入恒温烘 箱中，烘箱温度控制在1 0 0 1 0 5 ，用天平每3 0 分钟对象牙样品的质量进行称 量一次，直到象牙样品恒重为止，即得到象牙的烘干质量。 另外，采用扫描电镜对金沙古象牙和新鲜象牙实验样品的显微结构进行了分 析研究。 2 2 结果 2 2 1 象牙的密度 成都金沙古象牙和新鲜象牙样品的天然、饱和、水中和烘干质量如表2 - 2 所 尔o 9 成都理工大学硕士学位论文 表2 - 2 成都金沙古象牙和新鲜象牙实验样品在不同状态下的质量 t a b 2 - 2s a m p l e s m a s si nv a r i o u ss t a t eo f t h ea n c i e n ti v o r y 墅翌! i 坚丛：璺! ! 婆! ! ：塑i ! 坐篓坐i ! 型 质量( g ) 样品1 样品2样品3样品4 注：表中样品编号及其相关特征与表l 相同，以下同。 利用表2 2 测试结果，根据以下公式， 饱和密度和干密度( 表2 3 ) 。 天然密度风= 【m o ( m p l , n ，) p 。 饱和密度, o p = r n p ( r n p l , n 。) 】p 。 干密度p ，= m ，( m p m 。) 】p 。 可计算得到实验样品的天然密度、 ( 2 1 ) ( 2 - 2 ) ( 2 3 ) 表2 - 3 成都金沙古象牙和新鲜象牙实验样品在不同状态下的密度和孔隙率 t a b 2 - 3s a m p l e s d e n s i t ya n dh o l er a t i oi nv a r i o u ss t a t eo f t h ea n c i e n ti v o r y 墼尘! ! 堕! ! ：曼! ! 竖垫! 塑墼也i 塑型 名称样品1样品2 样品3样品4 从表中可以看出，实验样品1 和2 的天然密度平均值为1 5 7 5g c m 3 ，样品3 的天然密度为1 8 7g ，c m 3 ，即古象牙的内层天然密度比古象牙的外层天然密度小 o 2 9 5g c m 3 ；样品4 的天然密度为1 5 1g e m 3 ，即古象牙的内层天然密度比新鲜 象牙的内层天然密度大0 0 6 5g c m s 。 实验样品1 和2 的饱和密度平均值为1 6 4 5g c m 3 ，样品3 的饱和密度为2 0 0 g c m 3 ，即古象牙内层饱和密度比古象牙的外层饱和密度小o 3 5 5g c m 3 ：样品4 的饱和密度为1 7 6g c m 3 ，即古象牙内层饱和密度比新鲜象牙的内层饱和密度小 o 1 1 5g c m 3 。 实验样品1 和2 的干密度平均值为0 9 5g c m 3 ，样品3 的干密度为1 4 3g c m 3 ， 即古象牙的内层干密度比古象牙的外层干密度小o 4 8 9 c m 3 ；样品4 的于密度为 1 3 1g e m 3 ，即古象牙的内层干密度比新鲜象牙的内层干密度小o 3 6g c m j 。 2 2 2 象牙的子l 隙率 第二章成都金沙出土古象牙基本物理性质 利用实验样品在不同状态下的质量测试结果( 表2 - 2 ) ，根据孑l 隙率公式 ：兰 ! 翌1 0 0 计算，得到实验样品的孔隙率( 见表2 - 3 ) 。 。 m p m ” 从表2 3 可以看出，所有实验样品都具有较高的孔隙率。样品1 和2 孔隙率 的平均值为6 9 1 5 ，样品3 的孑l 隙率为5 7 8 ，即古象牙的内层孔隙率比古象牙的 外层孔隙率大1 1 3 5 ；样品4 的孔隙率为4 5 0 ，即古象牙的内层孔隙率比新鲜象 牙的内层孔隙率大2 4 1 5 。 2 2 3 象牙的含水率 利用表2 - 2 测试结果和以下公式，可计算得到象牙饱和含水率和天然含水率 ( 见表2 4 ) 。 饱和含水率= m p - m s m 5 天然含水率= 竺盟 朋5 ( 2 4 ) ( 2 5 ) 表2 - 4 成都金沙古象牙和新鲜象牙实验样品在不同状态下的含水率 t a b 2 - 4s a m p l e s c o n t a i n i n gw a t e rr a t i oi nv a r i o u ss t a t eo f t h ea n c i e n ti v o r y 墅翌! i 翌照坠! ! 鲤! ：! 丛塾些盟! 型 含水 量 样品1样品2样品3样品4 从表2 - 4 可以看出，所有实验样品都具有较高的含水率。样品l 和2 饱和含 水率的平均值为7 2 7 5 ，样品3 的饱和含水率为4 0 6 ，即古象牙的内层饱和 含水率比古象牙的外层饱和含水率大3 2 1 5 ；样品4 的饱和含水率为3 4 3 ， 即古象牙的内层饱和含水率比新鲜象牙的内层饱和含水率大3 8 4 5 。 样品1 和2 天然含水率的平均值为6 5 1 ，样品3 的天然含水率为3 1 1 ， 即古象牙的内层天然含水率比古象牙的外层天然含水率大3 4 ；样品4 的天然 含水率为1 5 3 ，即古象牙的内层天然含水率比新鲜象牙的内层天然含水率大 4 9 8 。 2 3 讨论 2 3 1 金沙古象牙内层与外层基本物理性质差异的原因分析 笔者的x 射线衍谢分析结果表明，金沙古象牙内层和外层的物相成分几乎 相同，均为碳基或羟基磷灰石。但是，象牙内层和外层的结构却是有区别的，象 成都理工大学硕士学位论文 牙内层孔隙较大，中部还有牙髓腔，而象牙外层结构比较致密，孔隙较小 1 4 j 1 5 1 。 从成都金沙古象牙内层( 图2 - 2 a ) 、外层( 图2 - 2 b ) 的扫描电镜照片可以看出， 古象牙内层的凹槽明显多于外层，结构不如外层致密。因此，古象牙内层的天然 密度、饱和密度、烘干密度等都小于外层，而孑l 隙率、饱和含水率和天然含水率 都必然大于外层( 表2 3 、2 4 ) 。 ( b ) ( c ) 图2 - 2 成都金沙古象牙内层( a ) 和外层( b ) 以及新鲜象牙( c ) 实验样品扫描电镜( $ e m ) 照片 f i g 2 - 2s e mp h o t o g r a p ho f s a m p l e so f t h el i n i n g ( a ) a n do u t e r ( b ) o f a n c i e n ti v o r y ，a n df r e s hi v o r y 2 3 2 金沙古象牙和新鲜象牙基本物理性质差异的原因分析 图2 2 a 、c 分别是成都金沙古象牙内层和新鲜象牙内层的扫描电镜照片。通 过对比二者结构特征可以看出，尽它们的凹槽结构特征相似，但是古象牙内层明 显比较疏松多孔，而新鲜象牙内层则比较致密。其原因在于，金沙古象牙埋藏于 地下3 0 0 0 年左右，经过长期的浸蚀作用，有机质已基本分解消失，可能矿物成 第二章成都金沙出土古象牙基本物理性质 分碳羟磷灰石也遭到一定程度的分解与破坏。笔者的测试分析结果表明，情况确 实如此，而且金沙古象牙珐琅膜大部分也遭到破坏，象牙孔洞被水分等填充。而 新鲜象牙物质组成包括有机成分、矿物成分和珐琅膜层。其中，有机成分主要包 括胶质蛋白、弹性蛋白，矿物成分主要是碳磷灰石，珐琅膜层是象牙在生长过程 中机体本身分泌出的一种珐琅质物质覆盖在表面。正是古象牙和新鲜象牙在结构 和组分上的差异，必然导致二者物理性质的差异，即金沙古象牙的孔隙率、饱和 含水率和天然含水率等都必然大于新鲜象牙，而饱和密度、烘干密度等都小于新 鲜象牙( 表2 - 3 、2 - 4 ) 。 有一个特别之处是，金沙古象牙内层天然密度大于新鲜象牙( 表2 - 3 ) 。可能 的原因是，金沙古象牙中含有较多的水分，而新鲜象牙中可能存在一定的相对封 闭微孔。由表2 - 3 可知，烘干密度的测试结果正好相反，说明这种解释是有定 道理的。 2 4 小结 ( 1 ) 成都金沙古象牙内层的密度比外层小，而孔隙率、含水率则比外层大， 这与金沙古象牙内层的凹槽比外层多，结构不如外层致密有关。 ( 2 ) 成都金沙古象牙内层比饱和密度、干密度都比新鲜象牙小，而孔隙率、 含水率则比新鲜象牙大，其主要原因在于，金沙古象牙经过3 0 0 0 年左右的浸蚀 作用，使结构比较疏松多孔以及物质组成发生变化有关。 ( 3 ) 由于成都金沙古象牙孔隙率、含水率都比较大，同时其有机物已经基 本消失，所以当古象牙离开了原有的环境，必将伴随着严重的脱水现象，引起粉 化、分层甚至破坏。因此，为了有效的保护成都金沙出土古象牙，因近一步了解 成都金沙古象牙的脱水特征。 成都理工大学硕士学位论文 第三章成都金沙出土古象牙的脱水特征 3 1 实验 3 1 1 实验样品 本工作所用的古象牙实验样品由成都文物考古研究所提供，其出土时间是 2 0 0 4 年1 1 月5 日，出土文物编号为2 0 0 4 c q j t 区t 7 2 0 2 7 2 0 8 ；实验样品为出土文物 残损部分，实验样品编号j s 0 1 0 1 。图3 1 a ( 右) 是该古象牙样品的外观与形貌。如 图3 1 ( 右) 所示，实验样品j s 0 1 0 1 近似扇形，高度0 7 5 c m ，重量约2 3 9 5 4 9 ，呈棕 色，样品表面有泥土附着的痕迹。 为了便于对比分析，将新鲜象牙与古象牙同时进行实验。新鲜象牙样品如图 3 1 b 所示。新鲜亚洲象牙样品重1 6 5 0 2 4 9 ，实验样品编号n e w 0 2 。取其中- 4 , 部分进行本次实验，见图3 1 “左) ，实验室编号n e w 0 2 0 1 ，高度o 8 c m ，重量 约1 7 3 7 4 ，呈浅黄色。 ( a )( b ) 圈3 - 1 用于脱水实验的象牙样品( a ) 及其新鲜象牙原貌( b ) f i g 3 - 1i v o r ys a m p l e sf o rd e h y d r a t et e s t ( a ) a n dt h ef o r m e ro f f r e s hi v o r y ( b ) 此外，本次实验还采用实验室编号为j s 0 1 0 1 、j s 0 1 0 2 、s x 0 1 和n e w 0 1 的粉末样品，及利用测量古象牙基本物理性质时，在1 0 0 1 0 56 c 干燥样品的实 验结果，达到避免珍贵文物样品浪费的目的。 3 1 2 试验方法 采用德国耐弛s t a 4 4 9 c 热分析仪对样品分析，氩气流数5 0 m l m i n ，升温速 率为1 0 。c r a i n ，参照材料为刚玉，对实验室编号j s 0 1 、s x 0 1 和n e w 0 1 的粉末 样品进行热分析。在3 74 c 恒温风箱中，干燥j s 0 1 0 1 和n e w 0 2 0 1 样品( 图3 - l a ) 。 1 4 第三章成都金沙出吉象牙的聪水特征 3 2 结暴 3 2 1 差热一热重曲线脱水特锨 从下豳可以清楚的看出：农差热蓝线中，a 、b 、c 和d 在1 0 0 赢右都出现 了一个较强戆嘏熬漳，不同蟪怒戆键遗瑷瓣温度蠢一定戆差襄。金涉吉象矛羚层 在9 9 ，肉豢在9 0 ，三震壤古象牙内层在8 3 5 ，帮吉象牙内屡静脱求温度 比外层低；而新鲜象牙在1 0 3 76 c ，也就是而新鲜苏牙内层的脱水温度比古象牙 都要高。谯热重曲线中，图3 ，2 a 、b 和c 失重率都谯1 2 左右，只有d 失重较高， 在2 0