development of tools and techniques to survey, assess, stabilise, monitor and preserve underwater archaeological sites: sasmap?

開發調查、評估、穩定、監測和保護水下考古遺址的工具和技術：SASMAP

來源：The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Volume XL-5/W7, 2015

25th International CIPA Symposium 2015, 31 August – 04 September 2015, Taipei, Taiwan

 

一、摘要內容

摘要指出，SASMAP項目的目的是開發新的技術和最佳實踐，以便比現有方法更有效地定位、評估和管理歐洲的水下文化遺產。項目采用了一種基于整體和過程的方法來研究水下環境及其中的考古遺址。其成果有多重用途：使參與項目的中小企業能為海洋工業開發產品；增進對海洋環境及其對考古材料影響的理解；將項目成果整理成指南，供文化遺產管理者使用，以根據歐洲法規更好地管理和優化由開發商主導的水下考古項目。

二、研究目的

本研究的總目標是改進水下文化遺產的管理。具體目的對應于成功的原位保護所需的五個基本步驟：

 

確定需要保護的遺址范圍。

識別遺址面臨的最重要的物理、化學和生物威脅。

了解遺址上存在的材料類型及其保存狀態。

制定策略以減輕惡化并穩定遺址免受自然影響。

 

對遺址及已實施的緩解策略進行后續監測。

 

三、研究思路

項目的研究思路是采用一種“降尺度”再“升尺度”的層級化、多學科方法：

 

降尺度：從大區域范圍開始，利用衛星遙感、地質建模等技術和創新的地球物理方法（如3D淺層地震），逐步縮小范圍，定位潛在的水下考古遺址“熱點”區域。

升尺度：在定位具體遺址后，轉而采用“升尺度”方法，利用開發的新型工具對特定遺址進行細致評估，包括其埋藏環境、文物保存狀況，并研發相應的原位穩定、監測和文物提取技術。

 

多學科合作：項目匯集了來自七個歐洲國家的政府研究機構和中小企業，結合了考古學、保護科學、海洋地球化學、地球物理學等多個學科的專業知識。

 

四、測量數據、研究意義及來源

研究涉及多種數據的測量，其意義和來源如下：

 

古地理與地質模型數據：通過多學科數據（地震、沉積學、生物地層學、C-14測年）重建了丹麥和希臘研究區的古地理和沉積環境模型。

 

研究意義：用于預測在何處可能遇到淹沒的史前遺址，為區域范圍的考古遺址概率評估提供科學基礎。

 

數據來源：該模型的展示可參考圖1（丹麥案例研究點的古地理情景圖）。

 

海床地形與海岸線無縫測繪數據：結合多光譜衛星影像和多波束回聲測深儀數據，生成了從陸地到海岸再到海洋的無縫地形圖。

 

研究意義：實現了對沿海和水下遺址的大范圍、低成本測繪，并能識別出因沉積物運移而遭受侵蝕或淤積的“熱點”區域，評估遺址的物理穩定性。

 

數據來源：此類地圖的示例展示在圖2（丹麥案例研究點的衛星和多波束測量結合圖）。

 

沉積物樣本數據：使用項目開發的潛水員手持式振動取芯系統采集了未受擾動的沉積物巖心樣本。

 

研究意義：用于在實驗室中表征沉積物類型和孔隙水成分，理解為何文物能保存良好，以及何種沉積類型為原位保護或再埋藏提供最佳條件。

 

數據來源：取芯器設備如圖3所示。

 

 

孔隙水成分原位測量數據（使用丹麥Unisense電極）：使用Unisense公司開發的原位剖面記錄儀和探針系統，直接在沉積物中測量了溶解氧、硫化物含量、pH值、氧化還原電位等參數，最大深度達50厘米。

 

研究意義：這些參數共同提供了沉積物中正在進行的生物地球化學過程及其對有機材料轉化（降解）影響的關鍵信息。這對于實時評估遺址的化學環境和保存潛力至關重要。

 

數據來源：該測量系統如圖4所示。

 

 

木材密度數據：使用項目開發的手持式原型設備，通過無損測定木材密度來評估飽水考古木材的保存狀態。

 

研究意義：為考古學家和保護人員提供了關鍵信息，以決定木材是應該提取保護，還是其強度足以支持原位保存。該技術也有非考古學領域的應用潛力。

 

數據來源：該設備的水下使用版本如圖5所示。

 

五、結論

項目得出的主要結論是，通過其整體性和基于過程的方法，SASMAP增進了對水下考古遺址環境的理解。項目開發的一系列原型工具、技術以及最終形成的指南，為水下文化遺產的管理決策提供了最佳實踐基礎。無論是對遺址進行原位保護還是必須進行搶救性發掘，SASMAP都提供了改進的方案。項目成功促進了中小企業與科研機構的合作，所開發的技術具有超越考古學領域的更廣泛商業應用前景，并將有助于改進歐洲的水下文化遺產管理政策。

六、使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義詳細解讀

使用丹麥Unisense公司開發的原位剖面記錄儀（電極系統）測量的數據，對于水下考古遺址的評估和保護具有至關重要的意義，主要體現在以下幾個方面：

 

實現關鍵環境參數的原位、高分辨率測量：傳統上，了解沉積物內部的化學環境需要采集巖心樣本帶回實驗室分析，這個過程可能因樣本暴露于空氣而改變其化學性質（如硫化物氧化）。Unisense系統允許潛水員直接將微電極探針插入沉積物不同深度，實時測量溶解氧、硫化物、pH、氧化還原電位等。這種原位測量提供了更真實、更可靠的環境“快照”，空間分辨率高（可逐厘米測量），能精確描繪沉積物的化學分層結構。

直接評估有機質文物的保存潛力：飽水有機質文物（如木材、骨骼）的長期保存依賴于沉積物中的缺氧和通常呈中性的化學環境。Unisense測量的參數是判斷這種環境是否理想的直接指標：

 

溶解氧：快速消耗至零表明好氧微生物活動受限，有利于有機質保存。

硫化物：高濃度硫化物表明強烈的硫酸鹽還原過程，這是導致木材等有機物厭氧降解的主要機制之一。因此，硫化物濃度是評估降解速率的關鍵指標。

 

pH和氧化還原電位：共同定義了沉積物的整體化學狀態，影響微生物活性和化學降解過程。

 

為遺址管理決策提供科學依據：通過Unisense系統獲得的數據，文化遺產管理者可以科學地判斷一個遺址是否適合進行原位保護。例如，如果測量顯示沉積物中缺氧、硫化物濃度低、pH穩定，則表明環境對有機文物友好，原位保護可能是可行選項。反之，如果環境惡劣（如高硫化物，強酸性），則可能需要考慮采取穩定措施（如覆蓋）或進行搶救性發掘。這些數據使得管理決策從“憑經驗”轉向“有數據支撐”。

 

監測保護措施的有效性：如果對遺址采取了原位穩定措施（如覆蓋人工海草墊以促進淤埋），Unisense系統可以用于定期監測措施實施后沉積物環境參數的變化，驗證措施是否有效改善了保存條件（例如，是否成功營造了更穩定的缺氧環境）。

 

總而言之，Unisense電極系統將水下考古遺址的環境評估從宏觀的物理描述推進到了微觀的、定量的地球化學診斷層面，極大地提升了對遺址保存狀況和面臨風險的理解能力，是實現水下文化遺產科學化、精細化管理的核心技術工具之一。