图1　水下文化遗产保护中心研究员孙键主讲“帆过浪有痕——‘南海一号’考古”

引言

7月27日下午，中国丝绸博物馆邀请水下文化遗产保护中心研究员孙键来到经纶讲堂，主讲“帆过浪有痕——‘南海一号’考古”。 

在地球上，海洋的面积远比陆地大，海洋占地球表面积的71%；全球海洋的平均深度是3733米；全球90%的海域水深超过1000米。海里不光是沉船，也有许多水下遗址，蕴藏了非常丰富的宝藏。距今800多年前的南海一号遗址是南宋中期一艘外销瓷器的沉船，在广东省台山市海域被发现，它不仅是国内发现的第一艘沉船，也是世界上目前比较重要的远洋贸易沉船，船上已出土18万余件文物，是研究海上丝绸之路的重要材料。

海上考古背景

1. 欧洲海上考古

迄今为止，沉船占了很大一部分的水下文物内容，是最常见的遗址类型。英国地质学家查尔斯•莱伊尔（Charles Lyell）曾说过：“在人类历史演进的过程中，海底聚集的人类艺术品和工业纪念物的数量可能比大陆上任何一个时期保存的还要多。” 考古学者雷纳克（Solomon Reinach）也说过：“古代世界最丰富的博物馆坐落在地中海的海底……然而这家博物馆却还无法进入。”说明了海底沉船中蕴藏文物的丰富。 20世纪初，头带硬盔的原始潜水技术问世，并运用在水下考古。例如，1900年代，希腊安提基希拉（Antikithera）海域的中世纪沉船考古；1907年，英国肯特郡赫尔纳湾的罗马沉船考古。 40年代，当代最常见的轻潜配备“自携式水下呼吸器”SCUBA（Self-Contained Underwater Breathing Apparatus），由法国海军库斯托（Jacques Cousteau）发明，潜水员的装备更为进步，也为水下探勘遗址工作揭开了新的一页。 1960年，乔治･巴斯（George F. Bass）让考古学与潜水技术结合，他在土耳其格里多亚角（Cape Gelidonya）发现沉船遗址，现场指挥并亲自潜水调查，完成了人类史上第一次真正有意义的海上考古。库斯托的发明与乔治･巴斯的贡献，促进了“海上考古学”这门学问的诞生。

图2　水面供气重潜水

图3　自携式潜水装备

2. 中国的海上考古学

中国的海岸线长达18000多公里，海域面积由原来的360万平方米增加到400多万平方米，境内又有众多的江河湖泊，航船历史源远流长。唐宋以来，中国与世界各国通过海上丝绸之路往来频繁，因此在中国的海疆不断发现历代沉船遗址，显示了当年蓬勃兴盛的海上贸易，也是今天维护国家主权和海洋权益的重要依据。 海上考古使人们对水下遗产有更多的认识，但频繁的水下活动也让文物易遭劫掠和破坏，因此目前国家十分重视水下文化遗产保存。 上世纪80年代末，中国历史博物馆（现中国国家博物馆）馆长俞伟超先生率先提出发展我国的水下考古事业。水下考古是考古学的一个分支与组成部分，结合了海洋学、生物学、环境学、工程力学、测绘、遥感等学科。

图4　中国沿海主要沉船示意图

南海一号

1. 南海一号的发现

1987年8月，英国人向中国交通部广州打捞局申请，在南海川山群岛附近找寻18世纪东印度公司的沉船莱茵斯堡号。英国人没有找到莱茵斯堡号，却打捞了247件文物，意外发现了距离海岸线大约18海里、位于水下24—26米间的南海一号，引起了中国当局注意，政府立即介入展开调查。

图5　打捞出的青釉碗、德化窑白釉瓶、金腰带

早期中国缺乏水下考古的经验，需要向国外学习，借鉴外国经验，经过一年多的筹划，中国历史博物馆与日本的“水中考古学研究所”合作，组成“中国南海沉船水下考古调查队”。调查队于1989年11月，首次进行水下探勘，这是中国改革开放以来文物考古界第一次与国外研究机构合作。

图6　1989年与日本学者合作组成研究团队

当时中国历史博物馆馆长俞伟超先生，即便高龄也亲自出海调查，当时的技术还无法将南海一号精确定位以及开展水下调查、发掘工作。

到了2000年，我们的设备也进步许多，才重启了这项工作。2007年，我们顺利将南海一号打捞上岸，2014年，我们开始全面发掘船上文物。

图7　南海一号历史足迹

要将南海一号打捞上岸，首先必须确认沉船位置。

因为海底与陆地不同，无法直接参照定位或地标就能准确找到沉船，2000年时，我们利用GPS全球定位系统，特别是“差分GPS定位”进行了精确定位，我们做了6—8次的定位调查，才确认位置。

沉船位于一片漆黑的水下，能见度超越人的肉眼，除了差分GPS定位，还必须依靠“声学信号”的“潜力层剖面仪”，把声音的能量集中起来，再一点一点的向海面下传播，从回声信号来确认垂直深度与海底地形起伏高差，才能找到沉船。

我们在陆地上时，无线电、光波、雷达等电磁波的速度是每秒30万公里，例如语言在空气中的传播速度大概是每秒340米左右，但在水中，所有的电磁波都会快速衰减，我们只能依靠声波，声波在水里比空气中传递大概快了3倍，但跟电磁波和光波相比仍然有很大的差距。回声信号的误差，就是我们寻找沉船时要克服的困难。

图8　旁测声纳平面扫描图

图9　浅地层剖面图

图10　南海一号沉船横剖面图

图11　南海一号沉船纵剖面图

从事水下考古工作时，会在海面上搭建一个工作平台，供大家在海上日常生活及工作处理。

南海一号位于水深24至26米，有些地方超过30米，在这个深度下，考古学者如果采用不减压的潜水方式，也顶多只能停留30分钟左右，在水下大致测量后，再回到水面上工作平台绘出示意图。

在陆地进行考古发掘时可以靠铲车，但在水底下只能靠抽泥机，抽干海底淤泥，才能见到海上遗址的面貌。

图12　考古团队潜水探勘

图13　水下考古的工作示意图

图14　沉船中的文物

2. 打捞出水方案

调查期间，先后先采集了大约6000多件文物，作为工作前期的调查准备。

紧接着就面临一个问题，我们该用什么方式将这艘船打捞上岸?

当时有两种主张，一派主张在水下直接发掘，一派认为应该像陆上考古一样，打捞回陆地后再进行研究，这两种主张各有利弊。

图15　现场出水文物之一

图16　现场出水文物之二

英国在发掘海底战舰玛丽露思号时采用了“整体打捞”的方式，他们先做了一个框架，将整艘沉船从海底抬出。1997年，美国德州历史学会采用“人工围堰”的方式，以金属构筑围堰，再用水泵抽干海水，使考古发掘由水中改为陆上，两种皆取得了巨大的成功。

70年代，中国在海边滩涂发掘了泉州的“后渚”沉船，这条沉船是废弃的空船，而南海一号是一条满载货物的沉船，如果在水下发掘，会因为能见度不足而忽略许多细节，也容易破坏到沉船。

“后渚”沉船以及后来的山东蓬莱沉船、浙江象山海船等发掘工作，都为南海一号的打捞提供了许多参考经验。

最后我们采用“整体打捞”的方式，先制作了一个长35.7m×宽14.4m×高7.2m的沉箱，整体钢结构总重为540吨，体积非常大。

我们必须先把这个沉箱分成两节运到海面，再将它套到沉船上。在海底20多米的深度下，要准确套入，是非常艰巨的工作。

南海一号顺利打捞上岸后，我们建立了“海上丝绸之路博物馆”，尽量将它维持在水中的温湿度，可以尽量减少外部环境改变的沉船的影响，也是对水下遗产保护的更为慎重的做法。

图17　美国人工围堰打捞法

图18　南海一号整体打捞

图19　打捞南海一号的沉箱

图20　打捞南海一号的沉箱与人物大小比例

图21　2007年启动整体打捞

图22　海上丝绸之路博物馆全貌

3. 文物发掘方案

2011年，国家正式启动南海一号文物考古发掘方案的编制，国家文物局水下文化遗产保护中心、广东省文物考古研究所根据南海一号物探结果、两次试掘成果以及沉船保存现状等资料，编制完成了一套包括水下、湿式等三套考古发掘方案。

图23　南海一号三套考古发掘方案

水下的环境，每10米会增加一个大气压力，南海一号在海下埋了800多年，等于要承受14倍的大气压力。我们打捞上岸后，会改变海底恒温的环境，海水的腐蚀性也非常强，因此保护工作特别重要。

我们根据力学计算，沿沉箱外侧设置了两排、共22个支撑立柱的桁架平台，桁架可以加固沉箱本体，并为考古发掘平台提供支撑、建设运输、照明、通风等依托。

但是从2007年整体打捞上岸到发掘船内文物工作开展，已经过了8年，达到平台使用寿命的限制，因此各种安全项目都需要不断检测。

图24　沉箱外桁架平台

当初整体打捞时，我们确认船体套进沉箱以后，使用“双频测试声纳”，对整艘船进行综合扫描，确认箱体两边高差的数字值与密度。

南海一号的表面分布了大量的凝结物，整艘船的密度完全不同，保存状况也比预估的还差。

为了尽可能保护好船体，我们把沉船分成上表面和船体两部份进行文物发掘，同时一边控制保存船只的水位，尽可能不让船体受到剧烈温度变化影响。

由于沉箱自2007年入馆后一直浸泡于海水中，箱体锈蚀严重，原计划利用箱体横梁改造，移动发掘平台的方式无法实现。但为了保障发掘工作进行，需将连接箱体作为支撑的十三道横梁拆除。

我们必须确保拆除时，沉箱顶部横梁及桁架整体稳定，监测点的应变增大最大值必须控制在在400个微应变内，才可保证文物的安全。

图25　监测点应变图

4. 水下立体模型测量

一般来说，水下沉船只有很偶尔的机率会有相叠的状况，当初我们打捞时，建立了一套独立的全站仪，采坐标法精密定位后，用了12个6×6的探方进行探测，尽可能总体测量，以确保没有相叠的情形。

海底的沉积物堆栈，并非陆地上文化层的概念，而是纯粹不同时期的自然堆积。

不同的进水量与泥沙含量也不同，需要有不同的保护方法。我们希望将海洋埋藏沉船的环境与水动力学之间的关联结合，先用“双频测深仪”从沉箱上测出水深和淤泥模型后，再从侧面测量出水深和淤泥厚度，最后得出沉船模型。

图26　沉船测量方法示意图

图27　正面测量方法

图28　侧面测量方法

古代的船只遇到海难时，会在达到稳定的海泥层时停止下沉，船的表面会很快形成海泥，埋藏在海床之下。

我们国家沿海多为泥地，对于沉船有利也有弊，好处是泥沙层的堆积会形成天然保护，沉船不容易发现也不会再受到海洋潮汐冲刷。一般我们国家都是半日潮，每天会有两个高平潮和两个低平潮（海水的涨潮和退潮），如果沉船暴露在海底的话，会被大量的泥沙反复冲刷，例如我们在西沙发现的“华光礁沉船”，船只一直裸露在外，被泥沙海水冲刷，因此打捞出来的瓷器表层釉面多已磨损。

南海一号埋藏在海床之下，客观环境了保护了船体。

我们采用“地层剖面仪”和“双频声呐”对沉船进行了初步探测，在沉箱四周，每隔30公分进行分区（A—G区域）探测。测量后发现，船艏、船艉已破损严重，部分船板严重腐朽；船艏、船舯、舷内都堆积了大小不一的凝结物；甲板上层的建筑也已解体，只有甲板下的隔舱、船体支撑结构保存尚可，因此船舱内的货物仍相对完好。

图29　南海一号船体示意图

图30　泥层深度与沉箱距离示意图

图31　沉船淤泥分布

我们在发掘文物前，必须先揭除船体的泥沙土方。我国沿海的泥沙颗粒密度一般为2650-2700kg/m3，而南海一号的淤积时间长达800多年，淤泥颗粒较粗，干密度达到1400~1500kg/m，海泥的比重约2.70-2.72。

沉箱的总容积约为3700立方米，我们估算扣除船货、船体体积后，整体打捞涉及的土方量会超过3000吨，沉船的土方里包含了大量遗留物的历史信息，我们经筛选整理后再将土方运送到填埋区掩埋。

图32　泥层分布

图33　发掘区域

5. 货舱包装

我们将表面泥沙揭开以后发现，每一个船舱装的货物不同，每个货物都很有复杂的包装，兼顾了运输安全和节约空间。

图34　船舱分布

图35　分舱装载的船货

图36　船货包裹方式

例如德化窑喇叭口瓶的包装，是8到10个一组交叉摆放，包装成一个长方体后堆叠，能有效利用船上空间；龙泉窑则是用古代文献上称为“一床”的方式包装，以竹片夹住后再捆绑，减少碰撞损伤；铁锅则用藤条捆扎；大罐子里面会塞有瓷器和铜器，符合我们在文献中看到的“货多陶器，大小相套，少无隙地”的情况。

当时的外销贸易环境中，普通的船员没有工资，因此船员自然会使用最节省空间的方式，尽可能多装载货物运送。

图37　德化窑喇叭口瓶的包装

图38　陶罐包装

在中国的沉船考古里发现铁器相当寻常，但是南海一号发现的铁凝结物，重达130吨，数字非常惊人。船货中的铁锭、铁锅等物品在海中锈蚀得很严重，并其他锈蚀融合，又与软足海洋生物、船体、货物附着凝结，使得发掘与保护工作较为困难。

体积较小和性质明确的凝结物，考古队在记录后已移除，大型凝结物在不影响安全的前提下暂时保留，凝结物本身中铁质文物已完全锈蚀，单价的铁多已不存在。

图39　铁锈状况

6. 船体结构

南海一号的船舱第一舱在沉船时有可能已断掉，第二舱的舱内装满货物，首舱多不装货。在南海一号中我们发现了以前中国所有沉船里都没有的垂直分隔板，这种分隔板，既安全，又利于装载货物，说明当时的造船工艺很能有效利用空间。

图40　垂直分层包装之一

图41　垂直分层包装之二

南海一号的甲板至今仍依稀可见，又称作承重甲板，上面有流水孔。船身的舵孔是一个“升降舵”，大约开角73度。“舵”是中国古代造船的重要贡献和发明，对于船的方向控制与推进力学有很大的进步。古罗马和埃及的战舰，都是使用尾桨控制方向。11世纪以后，中国船舵的发明传播到阿拉伯地区，15世纪以后，欧洲才开始普遍使用。

图42　纵隔板的肘板

图43　左舷上甲板与流水孔

图44　多重结构的舷板

图45　艏部右舷残存结构

图46　艏部左舷残存结构

在古代，船的主桅会倒放，因为遇到大风浪时，船帆的受风面若受力过大，会破坏船的稳定性，如果把桅放倒，就可以减少船的受风面，也有利于通过限制高度的航道。这种将主桅倒放以维持安全的方式，在《梦溪笔谈》与《三十六蠹民》都可以看到相关介绍。

图47　舵承与舵孔

图48　桅夹

南海一号出土的石锚有400多公斤，中国当时已经有了铁锚，但南北方的泥性不同，北方的泥性利于铁锚，南方的泥性透过木石组合锚能获得更大的抓力，因此南海一号是使用木石组合的锚，这种锚到明代还在使用。当时的大船都会带有小艇，作为停泊工具，南海一号也出土了40多公斤的小锚，供小艇使用。

图49　南海一号的船锚

船在海上像是一座移动的房子，南海一号可以见到船的上层建筑的痕迹，例如漆有红漆的木板，在《宣和出使高丽途径》里有过类似的描述。

图50　船艉上的朱漆壁板

2018年12月份，我们将南海一号的货物发掘完毕。我们尽可能把船货取出，减轻船舱内侧的压力再开始处理外侧。

我们从船身内侧测量，发现每个舱的高度都不同，最高的舱室大约2米6。从外侧水平测量，发现船身的高低落差很小，但在前期工作时，我们使用围加测量法，发现倾角高差达到15公分，这是因为船身碰撞后会倾斜，而非水平下沉，因此船体已变形不完整。

图51　南海一号沉船空拍图

中国古代的船型有沙船、福船、广船三种，或称沙船、福船、广船、鸟船四种。南海一号是中国古代典型的福船造型，长22米15、宽9米85。

沙船是平底、没有龙骨的船，它吃水比较浅，装货量也比较大，适合航行于北方有滩涂的地方，自元代以后到建国之前，从长江口一直到渤海湾都在使用沙船。

福船出现于宋代，在福建沿海建造而得名，亦称“大福船”，史书上记载的福船，叫做“上平如横下侧如刃，贵其可以破浪”。

福船为尖底造型，方头阔尾，结构坚固，具有多重板结构与多水密隔舱，装载容量大，抗风力强，吃水深，性能优良，是中国古代风帆动力船类型之一，适合远洋航行，自宋元时期开始，福船就是典型的海上运输船，与广船同样多用于南海。

与今天的船相比，福船的造型比较肥短，在航行时横摇的周期比较长，比较平稳，但是航速相对比较慢。

福船的特点是“多重板”结构，除了有轮毂之外，船舷不是一块木头，而是用了不同的木板粘合在一起，类似鱼鳞的结构。

欧洲造船，特别是北欧地区，大多使用坚固的橡木和柚木，中国造船则使用杉木和松木，因为这两种木材生长周期快，虽然纹理松散不够结实，但是我们利用它利于弯板加工的性能，做出鱼鳞搭接的结构，方便更换与维修。

图52　多重板造型

南海一号在宋代属于中等偏大的海船，排水量大约400吨。我们从船的抱梁肋骨可以看出船身有反复使用与修补的痕迹，它不是一条新船，修补也比较随意，材料多是就地取材。

目前发现船身使用了六种木头，其中五种是中国沿海船只常用的木材，另一种来自东南亚。按船体部位不同，南海一号分别使用了马尾松木、福建柏、海南榄仁木、柄果木、江南桤木等6个树种，其中裸子植物木材2种，被子植物木材4种，主要分布于我国华南地区（广东、广西、海南）和东南沿海一带（浙江、福建、江西）的热带、亚热带地区的低海拔常绿阔叶林中。

我们从南海一号的木材纤维素含量及海水可溶盐的含量来研究目前船体结构强度。

松木、杉木等木材的纤维素含量一般在50~70%左右，聚戊糖含量为10~12.5%，而南海一号船体木材纤维素含量不足20%，聚戊糖含量仅为0.95~1.92%间。

木材含水率一般为112~348%，南海一号的平均含水率为245%，船尾木材含水率最高值已接近700%，代表木材腐蚀饱水情况严重，会加速破坏木材的力学性能和支撑能力。

正常松木横纹抗压强度为3.5MPa左右，南海一号的平均横纹抗压强度仅为0.74MPa，最低只有0.29MPa，抗压强度仅为正常强度的20%。

各个数据都说明了这艘船体已相当脆弱。

7. 船上生物遗骸

我们对沉船外侧的贝类生物标本做了统计，来推断南海一号大约是在12月—1月，东北季风盛行、利于航行的时间里出航。

图53　船侧贝类生物遗骸

图54　出土贝类遗骸

考古学者针对南海一号出土的酒坛提取了生物样本，发现保存食物的酒类酵母菌，属于米酒，和现今二次蒸馏的白酒不同。

图55　出土酒类酵母菌

船上也发现大量动物骨骸，包含家鸡46只、家鹅40只、9只猪，绵羊的数量最多，高达86只。宋代以食用羊肉为主，北宋的宫廷，一天要吃到上千头的羊，因此南海一号也反应了宋代的饮食习惯，或者有些船员有特定的宗教信仰，需要食用羊肉。同时可以提供羊奶等再生食物来源。

古代没有冰箱，出海必须带着活体动物，避免腐坏或影响风味，航行时也会通过捕捞海鲜以扩充食物来源。我们发现的动物骨骸上，有屠宰和烧烤的痕迹，船员闲暇时也将残骨制成骨器饰品。

图56　出土羊头

在海上要保存食物，需要彻底风干，或以高盐、高糖腌渍。坚果属于干果，利于长期保存，而核果属于鲜果，不利于保存，但适于腌制，一般被腌制成梅子、橄榄和槟榔等，南海一号发现了咸鸭蛋和糖渍的植物的果核。

这些植物都是为了远洋航海特意选备的，主要分布于长江以南地区，其中又以岭南及福建地区特产的热带或亚热带植物最为突出，这一发现对于沉船可能是自福建泉州出发的观点提供了植物考古的证据。

图57　出土咸鸭蛋

图58　出土腌渍植物果核

胡椒何时传入中国，在学术界尚未定论，主要原因是缺乏考古实物证据。南海一号沉船出土的胡椒是迄今出土年代最早的胡椒遗存，说明在南宋时，胡椒已传播到中国。

胡椒除了作为调味品，在对外贸易中，也可当作货币。宋代曾有一名宰相贪污了800担胡椒后被杀头，可见胡椒当时是贵重物品。

船上也发现了观赏树种石栗的残骸，石栗在东南亚地区被当做调味品，因此也可能是供南海一号的船员食用。

船上也发现许多人类遗骸，我们分析船上可能有六、七种人，包含从事海外贸易的客商与一般船客。从下颌骨、肋骨、臼齿、趾骨、锁骨和颅骨分析，船上大多为青壮年男性。

唐代和明代盛行朝贡贸易，带有“厚往薄来”的概念，宋代则注重实用化的商业活动，从皇帝开始，就十分重视利润，尤其宋高宗本人，相当重视海上贸易。

唐代已开始输出越窑青瓷，宋代时，东南沿海特定窑厂开始大量外销，当时中国也已将指南针运用到航海，海外瓷器贸易带来了巨大利润。

图59　瓷器生产与市场的扩大

《新唐书》记载的航海路线，是海南岛、东北侧的七洋州列岛海路，与汉代不同。宋代时，指南针已普遍使用，从泉州和广州出发对日贸易的船是直接跨越南海，到西沙之后分为三条路线，当时船舶也建造得够大，因此在远洋航线中，可以规避海盗与暗礁。

我们发现，南海一号从泉州出发后，偏离了航线。在宋代的海岸贸易管理上，有《关与关监控制度》，朝廷会派两名官员在远航贸易的船上监督，当船只出海时，官员就会返回，因为远洋贸易船当时不允许在沿岸航行。我们分析，南海一号有可能是为了路过广州接送特定的客人，才偏离航道。

结语

南海一号从偶然发现，到水下调查、整体打捞、文物发掘和展示保护，所有环节都贯穿了整个中国的水下考古工作，见证了中国的国力和海洋施工能力的进步。

我们从南海一号的航线、货品以及船只建造形制做推测，南海一号来自福建泉州。它与海上丝绸之路有很深的关联，我们对它进行研究，可以复原海上丝绸之路的历史、中国航海史、造船史及陶瓷史。

南海一号的船体结构复杂，许多舱室存有水平分隔结构，在我国沉船考古中非常罕见，目前的考古研究并不拆解船体，对研究中国古代船型发展、造船技术都提供了很大的帮助。

我们对船上的有机物、动物、人骨等，分别进行了保护、鉴定和初步研究，并开展了海洋沉船埋藏环境、沉船遗址的海洋生物影响、古代海上生活、古代中外生物交流等综合研究。

研究成果方面，2009、2011年度的南海一号发掘报告已经整理出版，2014—2015年度发掘报告也已经整理完成并出版，保护工作的相应报告也已发表。

未来我们希望能够完整展示这艘船，观众也可以从船的上方或侧面参观我们的研究工作。（文稿整理：徐佳莹）

图60　广东海上丝绸之路博物馆（南海一号博物馆）