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博物之島 MUSEUMS

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水底考古學的進展與難題:斯德哥爾摩VASA古戰艦博物館

2022/09/08
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作者:劉德祥(前國立自然科學博物館副研究員)


夏日,漫遊於北歐五國之一,瑞典的首都-斯德哥爾摩,簡直就是一種享受。除了氣溫宜人,太陽到了晚上九點多依然不肯下山,人們依然寫意享受著各種戶外活動。事實上,斯德哥爾摩市雖然僅約兩百多萬人口,卻有著70多家大大小小的博物館。正如其他都會型城市般,這些博物館的類型十分多樣,包括了我們熟悉的歷史、文化、自然史、音樂、科技、設計、人類學等。

其中,VASA古戰艦博物館(VASA Museet)設立於1990年,是座展出一艘在十七世紀沉沒,經打撈、修復後的古戰艦博物館,在分類上應屬考古類型博物館。筆者選擇介紹這座博物館的原因是,這艘古戰艦從規劃設計、建造到首航,其故事充滿了戲劇性;其次,VASA博物館在公開展出後十年,在眾多事先未知的保存知識中,出現了史無前例的崩塌危機,因此對博物館界在保存科學實踐上,特別是水底考古學領域,有重大的啟發性和參考價值。

17世紀的瑞典,在政治上受到天主教和德國皇室的威脅,不難理解當時的國王Gustavus II Adolphus欲建造一艘超級軍艦的殷切,以展現瑞典皇家海軍的實力。1628年,VASA艦終於建造完成,並於8月10日進行下水禮與首航,卻在成千上萬的圍觀者面前,航行不到一海里時便傾斜和沉沒。國王下令調查船長與造船廠,最終無任何人因這事故而坐牢。隨後雖然曾有幾次的打撈作業,但成果皆不顯著。

 

拯救VASA:喚醒沈睡三個世紀的戰艦

1956年,潛水人員透過檔案文件研究,得知VASA戰艦的沈沒位置。經過詳細的打撈規劃,1961 年4月24日,在海底沈寂了333年的VASA艦,終於在斯德哥爾摩港重見天日。世界各國主要媒體爭相報導,瑞典電視臺更是史無前例的進行即時現場轉播。瑞典的電視機幾乎被搶購一空,似乎大家都在等待 VASA艦再次浮出水面的一剎那。不過,等待的人同時也擔心這艘木製軍艦,經過三百多年浸泡在海底,會不會有解體的可能?由於長期處在海底缺氧的髒水中,有助於延緩船隻的腐蝕,且協助打撈的瑞典皇家海軍船塢離就在沈船地點附近,一切技術支援十分便利,使最終浮上水面的VASA艦相當完整。

打撈成功後,遇到的首要挑戰為如何讓船身乾燥,且不會使船身的木材裂開,這是過去大家沒有的經驗。後來,暫存單位採用了當時最新的聚乙二醇(PEG, Polyethylenglycol)木材保存技術,以PEG取代木材中的水份,並強化已接近中空的木材細胞壁,藉此鞏固木材結構與應力。VASA艦可能是博物館保存史上最大的物件,為了確保船隻的完整性,保存工作需每天向船身噴灑 PEG液數小時,並持續17年才告一段落。另外,緩慢的乾燥歷程也花了9年之久。至於艦上的小型文物,則直接浸泡在 PEG液中處理。

經過二十多年的修復工作後,瑞典政府決定在原海軍船塢附近建立一座博物館,以展出修復後的VASA古戰艦。博物館的建築外觀設計納入古戰艦的元素,具強烈的標識性,並於1990年6月15日對外開放。VASA戰艦的傳奇故事相當吸引人,博物館也很快成為斯德哥爾摩市一重要的旅遊景點,每年吸引八十多萬人參觀。

VASA古戰艦博物館鈙述一艘軍艦坎苛的故事,相當有戲劇性,吸引相當多人前來參觀。(劉德祥 提供)

 

足足有七層樓高的VASA古戰艦是博物館內的重點文物,其餘還有許多被拆解下的戰艦裝飾木雕。這些帶著文藝復興晚期和巴洛克藝術風格的木雕,是由幾位移民瑞典的德國和荷蘭大師級工藝師共同完成。由於當時的國王,致力於帶領人民對抗強敵而被喻為「北方的獅子」,所以船頭和大炮上不乏怒吼獅子的雕像;其他木雕造型還包括了天使、惡魔、戰士、樂師、帝王和神像等。博物館為了保存戰艦,館內環境條件控制在60%相對濕度和溫度20攝氏度,照明也只有50流明,雖然進入博物館後會令人感到十分昏暗,但也體現館方保護文物的用心。

體積龐大的VASA戰艦,從旁邊觀眾身高比較可見一斑。(劉德祥 提供)

VASA戰艦上安裝了許多人物木雕品,角色十分多元。這些重建木雕作品呈現當年的風釆,十分引人注目。(劉德祥 提供)

 

為讓觀眾一睹戰艦原來色彩華麗的風貌,VASA戰艦旁展出一艘等比例的縮小模型;另外,博物館各樓層也有情境式展示,利用模型與原尺寸人形呈現船上的生活樣態。此外,這艘雄偉的超級軍艦沈沒的原因一直讓大家好奇,所以館內設有多台互動式展示,以物理學原理說明VASA沈沒的原因,知識性十分豐富。VASA戰艦從發現、打撈到修復與固化過程相當有可看性,且博物館多方面利用比例模型說明,從鋼索如何放置到一步一步將VASA打撈浮出水面。當然,展示少不了當年潛水夫穿過的下潛裝備,也相當吸引人。

展場中的VASA戰艦比例模型,模型復原了沉沒前VASA戰艦繽紛的顏色和多樣的裝飾雕刻,十分華麗。模型也清楚看到艦身側面大炮的位置和金箔獅頭掀蓋,由此足以想像建造VASA戰艦工藝上所花的心思。(劉德祥 提供)

VASA戰艦博物館也以比例模型說明從海底打撈作業的過程,模型製作十分精緻相當吸引人,對想多了解打撈過程的人來說,非常有參考性。(劉德祥 提供)

 

VASA危機再現:一顆不定時化學炸彈!

可是開館後十年的2000年夏天,保存人員發現 VASA 艦部分木質樑柱表面上,出現了白色的粉狀物。在研究人員深入了解後,發現木材內部,存在事先未知的化學反應下產生硫酸。面對體積龐大的 VASA 艦,採用哪一種檢測方法及後續有效的解決方案,對保存人員而言的確是一大挑戰。甚至美國《科學》(Science)期刋更以「瑞典絶望地尋求協助拯救著名的戰艦」為題報導這事件,足見其嚴重及緊迫性。

後來瑞典和美國的科學家利用最新的分析方法,從船身表面和內鑽10公分的取樣進行分析。綜合各項分析結果,顯示這艘擁有1萬4000平方公尺表面積的VASA艦,每一片木材中均含有不同氧化程度的硫。研究人員估算,以VASA 1,210公噸的排水量來看,如果木材中所有的硫全部被氧化的話,至少會產生5公噸的硫酸。硫酸將會侵蝕木材中的纖維,這種情形就像是從船的內部往外「溶解」。讓人憂心的是,沒有人能確定到底需要多久,VASA艦的情況將會惡化到無法修復的地步。這時的VASA艦已有多處木材的pH值低於2.0,到了2002年7月,受影響的部位已增加到九百多個。難怪 《自然》(Nature)期刊在報導這項研究發現時,更以「不定時化學定時炸彈」來形容VASA的狀況。但問題是,那麼多的硫酸是從哪來的?

VASA戰艦在公開展示後十年的2001年,船身木材多處出現白色粉末,經分析後確認為硫的化合物,並估算整艘軍艦含有超過5公噸的硫酸,隨時有瓦解的可能性,被當時學術界喻為「不定時化學定時炸彈」。(劉德祥 提供)

 

危機暫時解除:阻止酸化反應

從保存的角度來看,這是不可怠慢的問題,因為除了硫酸會加快木材的分解外,新形成的硫結晶會膨漲,並會在木材裡向四周擠壓而對木材產生撕裂的傷害。為立即控制情形的惡化,博物館採用的短期策略包括更新環境控制設備,以維持較低的室溫,緩和木材中的化學反應;其次,博物館也噴灑碳酸鹽或碳酸氫鹽等化學劑以中和硫酸。不過這種處理後的改善只是短暫的,船體表面的酸醶值在幾個月又開始下降。後續研究顯示,促進這硫酸化反應是船身生鏽鐵釘所釋放鐵離子所導致,博物館發現阻止鐵離子持續釋出是唯一一勞永逸的做法。於是博物館計劃以惰性材質如鈦或碳纖維釘子,更換VASA戰艦上900多根的鐵釘。至於已存在木材中的游離鐵離子,保存人員也採用化學穩定物將鐵離子固定形成複雜的化學結構,以阻止酸化反應。至於硫,這一切危機的源頭,又是如何大量存在船身的木材中呢?研究人員推測,這些硫最有可能是在海底缺氧的環境下,厭氧菌在還原海水中的硫酸鹽時產生硫化氫,並滲透在木材裡,接著硫化氫逐漸在木材裡轉換成硫,這些隱藏在木材深層的硫後來在展示期間,和空氣中的水形成了硫酸,這一切都是保存人員事先沒有預測到的。

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VASA 戰艦保存過程紀錄

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VASA戰艦的啟示:留在海底還是博物館裡?

首先,對VASA戰艦而言,成功的打撈、修復和展出當然呈現了現代科技的進步,但付出的代價,包含時間和金錢都相當大,並非一般國家政府所能負擔。可是假設當年不打撈VASA戰艦,今日斯德哥爾摩港囗水質變好,其木材有可能就逐漸被分解,一個人類重要歷史文物從此消失。易言之,保存與否?實為兩難。事實上,VASA戰艦的保存與展出已成為水下考古研究的經典案例,對後來進行類似計劃的執行有絕大的參考價值,中國近年來進行的「南海一號」南宋海上絲路沉船便是一例。不過,根據聯合國教科文組織建議,當發現了沉船,等必要的考古研究結束後,船身就讓它留在水底吧!


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