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用科技穿越时空 与文明再度相逢——记山东大学特聘教授王全玉
发布时间:2021年11月18日 15:26    点击次数:

用科技穿越时空 与文明再度相逢

——记山东大学特聘教授王全玉

方方 刘玉杰

1759年,大英博物馆在建成的第6年正式对公众开放,成为世界上第一座对民众开放的博物馆。几百年来,大英博物馆藏有800多万件展品,是世界上规模最大、最著名的四大博物馆之一。

“如入宝山”——2004年,当王全玉以“大英博物馆科技部资深科学家”的身份走进这里时,这4个字便是她最大的感受。在这里,她仿佛有了穿越时空的能力,可以与世界上不同地区、不同文化背景的藏品“对话”。整整15年,她的工作,像是在“科技”与“考古”之间架起了一座桥梁。她希望这座桥梁,能够四通八达,解开更多的文化密码;她也思考,在科技考古这条路上,她究竟要走向何方。

2019年,王全玉接受了山东大学文化遗产研究院递过来的橄榄枝,回到了离家乡不远的青岛。科技考古是用科技手段解决考古问题,其实也是在研究文化。大英博物馆的馆藏很丰富,但在那边不太可能接触到新出土的文物。比如说青铜器研究,文化土壤还是在国内。”她说。

一场讲座,一场奔赴

1988年7月,王全玉从清华大学化学与化学工程系硕士毕业。从本科时期就读非金属材料专业,到硕士期间学习瓷釉化学方向,王全玉慢慢对古代材料产生了兴趣,她毕业后的第一份工作便是到北京大学考古系任教。不过此时的她,恐怕也没想到,她的事业生涯会因为一个讲座而发生重大的变化。

就在王全玉到北京大学考古系任职的第5年,北大赛克勒考古与艺术博物馆正式开馆,这也是中国高等院校中第一所考古专题博物馆。成立之后,博物馆与当时已经建成70余年的美国弗利尔美术馆开展了一系列合作活动,并邀请弗利尔美术馆科技部主任前来作报告。“他讲的是如何利用科技手段来对金属文物——如中国的青铜器,进行修复和保护。”坐在台下的王全玉头一次发现,原来文物保护还能这么做。

真的追溯起来,世界上第一个文物保护与科学研究实验室早在1888年就在德国柏林成立了,可惜在第一次世界大战中毁于一旦。而世界上现存的最早的科技考古实验室是王全玉曾工作了15年的大英博物馆科技部,至2020年,它正好度过了100周年诞辰。

整体来看,20世纪90年代时,“科技考古”在西方已经形成了一个初步成熟的体系。但在我国,科技考古当时还只能算是起步阶段:自然科学家采用现代仪器分析手段对考古学家提供的样品进行分析,并将分析的数据及可能的解释反馈给考古工作者。这种“各自为政”的状态体现在考古发掘上,就是只有考古工作者参与,非必要很少会出现文物保护人员,更没有地质学家、材料学家、物理学家、化学家等人员的加入。

如果再深入了解传统考古就会发现,在很长一段时间内,我国的考古多注重器物收集,极少对器物所在环境进行取样。甚至于,为了看清器物上的铭文和纹饰等,会对有些器物进行不恰当的清洗。从科技考古看,那些被清洗掉的泥土、金属锈蚀物,乃至器物本身的表面层,都是研究其存在环境、保存状况和制造工艺的重要媒介。

“这种东西一旦丢失就无法弥补,很可惜。”科技考古意味着可以从有限的古代遗存中提取更多信息,这不仅对文物科技保护有重要影响,还有利于从不同角度了解人类的过去。王全玉开始思考,在科技考古上,她到底能做什么。

1995年9月,王全玉前往美国弗利尔美术馆访学。在那里,她接触到了青铜器腐蚀机理及其保护研究。这种接触也激发了她的求学热情,1997年,她获得全额奖学金赴英国伦敦大学考古学院攻读博士学位,后又于英国谢菲尔德大学和伦敦大学开展博士后研究。而这,形成了她在2004年受聘于大英博物馆之前的知识储备轨迹。“山西天马曲村的晋国青铜器、埃及萨卡拉神圣动物墓地青铜器、英国锻打青铜盾牌”,王全玉细数着那些年她所从事过的各种青铜器研究。

在王全玉眼中,那一件件青铜器背后,都是文明在岁月长河中的深厚积淀。“我最早做古陶瓷研究时,就被中国古陶瓷文化的博大精深所吸引。后来再研究青铜器的时候,更为我们的古代青铜器铸造技术的精湛而震撼。”王全玉为此感到自豪,但她同时也有些担心——在和国内进行学术交流时,她发现在科技考古上,我们的研究方法和严谨程度较于西方还是有所欠缺。

在美国弗利尔美术馆时,王全玉就发现,他们非常重视文物档案。每一次取样前后都要拍照、记录器物上的锈蚀位置、颜色等,观察是否发生了变化,同时记录所有的研究步骤和使用的设备仪器、分析参数等。“文物保护需要我们去观察器物的变化情况,从而有针对性地采取保护措施。一个连贯、严谨的记录,能让文物保护有据可依。”

大英博物馆在这方面做得有过之而无不及。“在计算机、打印机没发明之前,他们的一份器物档案最早可能只是一小张纸上的一句话。随着科技的进步,逐渐变成几十页的大报告。这些档案本身,甚至已经成了文物。”王全玉说。在她印象里,大英博物馆科技部的节奏一直都很慢,但研究十分严谨和系统。研究文物不同于其他,不可能直接拆解掉器物,他们一般都是从浅层的表面观察开始,逐渐过渡到利用仪器设备观察。一个问题没搞明白,就反复调度器物进行分析,无论如何,都要尽最大可能地实现数据精准、解读无误。

“一件器物不一定是单一材质,很多都是复合材料。而且出土环境中可能会有纺织品、木材、漆料等残留,这些综合到一起,才能提供出关于这个器物完整的历史状况。所以,我们需要合作。”王全玉举了个例子,比如,根据器物材质的不同,博物馆科技部会匹配上无机材料、有机材料、生物学、物理学等相应领域的学者进行跨学科合作和综合研究。王全玉曾主持和参与了多项这样的综合研究,积累了丰富的研究经验,推动了其科研进展。

大英博物馆内收藏着中国古代青铜容器160余件,另有更多的兵器、车马器和饰件等。那些年,王全玉利用现代科技分析手段,对康侯簋、邢侯簋、双羊尊、三羊瓿等重要礼器,以及错金银、鎏金、表面富锡装饰等诸多青铜器进行了细致的研究,认真探讨了它们的制作工艺。她还同大英博物馆其他科学家一道,对英国出土的青铜盾牌和大型容器等锻打器物进行了科学研究及模拟实验,不仅取得了一批重要成果,而且建立起了一套科学分析古代金属遗物的方法。基于这些成果,她在Studies in Conservation, Archaeometry,J.of Archaeological Science 等知名学术期刊上发表了多篇论文,出版专著多部,成为行业内具有代表性的人物。

但研究得越多,王全玉越觉得,要做好科技考古与文物保护,更广阔的天地在中国。在一次学术合作中,中国科学院自然科学史研究所苏荣誉教授向她推荐了山东大学文化遗产研究院。这座研究院成立于2012年。研究院依托山东大学考古学科在考古学和民俗学上的优势,以古史重建和中华文明起源为主攻方向,从器物-技术、制度-社会、文化-认知和环境变迁等角度,揭示我国主要区域社会的复杂进程,阐释中华文明起源的机制和早期形态。在与研究院院长方辉教授沟通过之后,王全玉发现,他非常看重开放性和国际性,竭力提升考古学一级学科建设,并培养具有国际影响力的高层次人才。

忆及最早与研究院的接触,王全玉说她的第一反应就是“格局很大”,这令她产生了志同道合之感。梁园虽好,非久居之乡。几经考虑后,对大英博物馆的不舍最终败下阵来。她曾经感动于国内同行在科技考古上的十足干劲儿,希望能以所学在弥补研究方法和严谨程度不足上发挥能尽的作用。而15年的时光,她也不再满足于从馆藏品上下功夫,大英博物馆的珍藏虽多,可以近距离研究新出土文物的机会却更令她向往。种种因素,逐渐坚定了她的选择。“而且我本来就是山东人,喜欢海滨,对青岛很有感情,这里离家人也很近。”王全玉说。

侯马陶范,打破“一模一范一器”的时代

“科技考古是用现代的科技分析手段,对考古材料进行断代、产地、成分、工艺等各方面的分析,以解决这样的问题:它是用什么材料制作的?谁制作的?如何制作的?什么年代制作的?经历了怎样的保存、保护历史?”王全玉概括道。

泥质块范法贯穿于整个中国青铜时代,是世界上独一无二的。古代青铜器“块范铸造”可以这样描述:先制模并刻上花纹;在模上翻范,使花纹翻至范的内表面,然后根据需要在范上做些修整;将模削去一层使其变成芯以形成器物的空腔,这层削去的厚度就是铸造青铜器的壁厚。“它的特点是一模一范一器,金属凝固冷却后把陶范打碎才能将青铜器取出来,所以陶范不能重复使用。用这样的方法是不可能批量生产青铜器的。山西侯马铸铜遗址出土的陶范使块范铸造技术有了一个变革性的进步。”王全玉补充道。

山西侯马铸铜遗址是国内目前发现的规模最大,遗存最丰富的铸铜遗址之一。自1952年起,发掘出土了数以万计的具有精细纹饰的陶范和陶模,包括近万件礼乐器的模、范碎块。此后,国内外对侯马陶范的研究络绎不绝,但大多侧重于陶范艺术而非技术。大英博物馆收藏了数件侯马青铜器,如青铜对壶(赵孟壶)、青铜钟等。在大英博物馆期间,王全玉有幸对这些侯马青铜器进行研究,为侯马青铜器中的制作技术“纹饰范片法”而感叹。

不同于之前的一模一范一器的制作方法,“纹饰范片法”中存在可以反复使用的刻有花纹的母模或模块。这些模块可以像印章一样直接在范的内表面按出花纹,也可以将细泥片覆盖其上翻制花纹,然后将印有纹饰的泥片贴在范内表面的相应位置。“这意味着,从侯马时期,青铜器能够批量生产了。”

2018年,王全玉帮助苏荣誉教授成功申请并获得了英国学术院第一批国际访问学者基金,研究课题是“变革性的纹饰范片法在中国青铜器制作中的使用,其在公元前6世纪的发明与扩散”。在这项为期仅3个月的工作中,他们对大英博物馆馆藏的数件侯马青铜器进行了制作工艺研究,并对2003年侯马白店遗址出土的少量陶范残片进行了初步研究,来探索和了解侯马青铜器的制作方法。相关成果发表在Orientations 和英国材料学会著名学术期刊Historical Metallurgy 上。

也是在这项研究中,王全玉发现了“纹饰范片法”的有趣之处。“侯马白店出土的陶范,质地相当疏松,多孔,呈砂质,个别样品明显可见添加的有机纤维质材料。但侯马青铜器上的花纹又极其细密。”面对这样的反差,王全玉有很多疑问,但她也冷静地考虑到:只研究的10件样品是否具有代表性?如果有机会对来自不同铸铜作坊的大量样品进行比较研究,会不会有不同的发现?

直到回国后,这样的疑问依然萦绕在王全玉心头。2020年9月,她的课题“何以古代中国创造了青铜铸造技术奇迹——侯马陶范的研究解析”,出现在了国家自然科学基金面上项目的公示名单中。“那么精细的花纹,是如何在这样粗糙的材质上制作出来的?这些陶模和陶范在制作时,又是如何选材、配制、成型和焙烧的?”王全玉对这个项目的设想是,从科学技术的角度研究侯马铸铜遗址的陶模和陶范的选材和制作工艺,探索纹饰范片法的起源、发展和衰落。她认为此项目的成果可为中国古代冶金技术研究提供新科技数据,乃至为中国科技史以及中华文明研究贡献力量。

这是王全玉回国后的第一个国家自然科学基金项目。对她来说,这是一个融冶金考古、古陶器技术与艺术于一体的研究。而现阶段最重要的,就是对侯马出土的陶模和陶范及当地的原生土取样,进行科学检测和比较分析。该项研究会持续到2024年年底,届时,他们会组织一个“侯马陶范技术与艺术”国际研讨会,与国内外专家共同探讨他们的新发现。

文保是复杂的,热爱是纯粹的

每一座博物馆都是一座特殊的图书馆,陈列其中的馆藏品中,记录着人类历史进程,沉淀着一个个时代科技和文化的灵魂。但这些馆藏品的保存和保护却是个大问题。

以金属制品为例,博物馆展示的器物,大都经过了清理和修复,表面通常没有不稳定锈蚀物。然而有些器物表面本身2021年8月 科学中国人 31带有土壤中的氯化物,有些器物受环境中氯化物等的影响,会生成有害锈(也称粉状锈),导致器物出现裂痕或部分脱落,使未腐蚀的金属接触水汽、氧气和氯化物后继续腐蚀。这样的恶性循环加速金属的腐蚀,致使整个器物穿孔或瓦解。一旦发现,就得马上进行处理。王全玉在大英博物馆期间,经常接触到青铜器上浅蓝色铜锈蚀物。与在墓葬中形成的青铜器上的蓝色的碳酸盐、氯化物、硫酸盐及磷酸盐不同,这类浅蓝色铜锈蚀物为铜的有机盐。“这些有机盐的成分有的简单,有的复杂,对其进行断定往往很困难。”王全玉说,在英国期间,围绕其成因和环境因素作用,她展开了一系列研究。

据王全玉介绍,类似的研究在西方已有不少报道,但这一领域在国内还鲜有进展。回国后,她的经验得到了重视。2020年10月,她参与了新获批的科技部重点研发计划项目,负责其中的“馆藏脆弱铁质文物典型病害机理和环境因素作用研究”课题。

顾名思义,该项目针对的是铁质文物的保护。一个不得不面对的现状是,我国博物馆内大量铁质文物处于不适宜的保存或展览环境中。而出土和出水铁质文物由于馆藏环境不当而导致劣化,需要反复处理和加固,造成了严重的经济损失。一旦继续劣化则导致成渣,造成文物遗失和历史的缺失。

“这个领域中,国内对环境因素的研究意识,比西方要晚一些。所以我的工作可能看起来很新颖。”对于自己能够入选科技部重点研发计划项目,王全玉谦逊地说。

谈及2020年加入项目组,王全玉形容自己当时有些“蒙”。刚回国不久,团队还在筹建,学生还没招进来。王全玉突然就感受到汹涌而来的工作量,直到现在,她还在感慨项目大团队中,来自清华大学、国家博物馆等单位的同事帮助她良多。

尽管如此,配合重点研发计划,她的研究方向还是很明确的。一要进行馆藏环境与铁质文物劣化监测分析以确定造成铁器文物锈蚀的主要环境因素;二要搞清楚这些环境因素对铁质文物的腐蚀作用机制。在项目书中,她这样表述预期中的创新点:“通过监测分析不同区域和不同保存环境中的模拟样品和文物样品的变化,以及系列的温湿度、环境污染物加速腐蚀模拟实验来探讨不同温湿度、不同浓度的典型环境污染物对铁质文物劣化的影响,为不同地域博物馆、不同材质和结构的铁质文物的展示和储存提供环境监控指标参数,确立‘环境因素-文物材质-文物劣化程度’之间的量化关系,建立环境因素对脆弱铁质文物腐蚀模型。”

跟刚回来时不同的是,在研究院的支持下,王全玉所负责的冶金考古实验室已经运转开了。实验室已经具备了各类实验设备,人员也在逐步就位,开始有条不紊地推进诸多课题,如:江苏溧阳青龙头汉墓出土金属器的研究、山东滕州大韩东周墓地出土薄壁青铜器的研究等。“我现在有一个科研助理、两个学生,今年还会有4个学生进来,还有一位副研究员入职。”眼看着团队成长,王全玉没有多说什么,唯独强调的是坦诚和独立——交流要坦诚,要有问题意识、独立的思考和动手能力。而未来,她也会把跨学科这件事贯彻下去,除了要做好两个国家级项目,她还打算在锡同位素的示踪分析这一前沿方向同国际同行合作展开研究。

“很多文保领域的文章只用一种简单的分析方法就得出(往往是错误的)结论,这很危险!”2020年12月,王全玉在《文物保护与考古科学》上发表的论文末尾写了这样一句话。她的观点始终如一:文保是复杂的,千万要慎重。科技考古和文物保护是复杂的,但王全玉这个人很纯粹。“如果从金钱角度,我们的工作肯定不是人人向往。但工作性质,真的是世界上最好的了。特别是每次有新发现都会眼前一亮,打心眼儿里兴奋。”说着说着,王全玉又笑了起来。即便在电话两端,记者都觉得她仿佛正眉飞色舞地坐在眼前。



【作者:    责任编辑:李虎】


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