ISSN：1005-1538 CN：31-1652
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陕西境内遗址表面CaSO4·2H2O产生之水盐运移规律研究

  • 王永进

    机 构：

    陕西省文物保护研究院,陕西西安 710075

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  • ， 纪娟

    机 构：

    陕西省文物保护研究院,陕西西安 710075

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  • ， 石美荣

    机 构：

    陕西省文物保护研究院,陕西西安 710075

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  • ， 甄刚

    机 构：

    陕西省文物保护研究院,陕西西安 710075

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  • ， 张刚

    机 构：

    陕西省文物保护研究院,陕西西安 710075

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  • ， 相建凯

    机 构：

    陕西省文物保护研究院,陕西西安 710075

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  • ， 董少华

    机 构：

    陕西省文物保护研究院,陕西西安 710075

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陕西省文物保护研究院,陕西西安 710075；

Research on water and salt transport of CaSO4·2H2O generated on the surfaces of archaeological sites in Shaanxi Province

  • WANG Yongjin

    Affiliation：

    Shaanxi Institute for the Preservation of Cultural Heritage, Xi’an 710075 , China

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  • ， JI Juan

    Affiliation：

    Shaanxi Institute for the Preservation of Cultural Heritage, Xi’an 710075 , China

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  • ， SHI Meirong

    Affiliation：

    Shaanxi Institute for the Preservation of Cultural Heritage, Xi’an 710075 , China

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  • ， ZHEN Gang

    Affiliation：

    Shaanxi Institute for the Preservation of Cultural Heritage, Xi’an 710075 , China

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  • ， ZHANG Gang

    Affiliation：

    Shaanxi Institute for the Preservation of Cultural Heritage, Xi’an 710075 , China

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  • ， XIANG Jiankai

    Affiliation：

    Shaanxi Institute for the Preservation of Cultural Heritage, Xi’an 710075 , China

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  • ， DONG Shaohua

    Affiliation：

    Shaanxi Institute for the Preservation of Cultural Heritage, Xi’an 710075 , China

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Shaanxi Institute for the Preservation of Cultural Heritage, Xi’an 710075 , China；

作者简介:

王永进(1981—),男,2007年毕业于陕西师范大学,有机化学专业,副研究员,研究方向为文物保护,E-mail:526563926@qq.com

中图分类号:K878

文献标识码:A

文章编号:1005-1538(2023)02-0090-07

DOI:10.16334/j.cnki.cn31-1652/k.20211002275

参考文献 1
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参考文献 2
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参考文献 3
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参考文献 4
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参考文献 8
黄昌勇,徐建明.土壤学[M].北京:中国农业出版社,1995:201-204.HUANG Changyong,XU Jianming.Soil science[M].Beijing:China Agriculture Press,1995:201-204.
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目录contents

    摘要

    陕西境内遗址出土后短时间内表面产生白色物质CaSO4·2H2O是非常普遍的现象。本研究利用土柱模拟遗址出土后表面产生CaSO4·2H2O的过程,通过监测土柱中土壤的湿度、含盐量及离子变化综合分析CaSO4·2H2O产生的原因,研究结果表明遗址出土后形成了新的界面层,在蒸发的作用下,地下水沿土壤孔隙向上迁移,同时将可溶盐带入土壤中,表面的可溶盐含量逐渐增大,达到峰值后不再增加,实验后测得表面土壤中的Ca2+和SO2-4是原始土壤的数十倍,说明遗址表面产生CaSO4·2H2O是水盐运移的结果。本研究可为遗址出土后预防CaSO4·2H2O的产生提供依据。

    Abstract

    It is commonly found that the white material CaSO4·2H2O appears on the surfaces of archaeological sites in Shaanxi Province within a short time after excavation. In our research, soil columns were used to simulate the process of CaSO4·2H2O surface deposition. The results show that the site formed a new interface layer after excavation, and groundwater migrated upward as a result of evaporation at the surface, simultaneously bringing soluble salts in the soil to the surface, gradually increasing concentration until reaching the peak values. The contents of Ca2+ and SO2-4 ions in the surface soil were dozens of times higher than those in the original soil after the experiment, which indicated that the CaSO4·2H2O on the surface of the site was the result of water and salt transport. This research could provide evidence for the prevention of CaSO4·2H2O generation after site excavation.

  • 0 引言

  • 土遗址是指以土作为主要建筑材料的人类历史上生产、生活等各种活动遗留下来的遗迹[1]，具有价值高、数量多、分布广的特点，其突出的历史内涵和文化价值是中华民族文明与文化发展史的珍贵物证[2]。遗址的保护、展示、利用是一个世界性难题，特别是地下遗址的保护工作经历了从露天展示、回填保护，保护房防护到全封闭地下式等保护阶段，随着保护技术的不断进步，如今我国遗址的保存环境已经得到了较大改善，但遗址类病害并没有完全终止。目前遗址常见的问题是遗址发掘后不久表面就会出现大量的白色物质，为不影响展示只能由工作人员定期清扫，长期势必会对遗址造成破坏。由于遗址所处的环境不同，其表面白色物质组成也不同，南方土遗址地下水位浅，周边海水湖泊多，发掘后外围的水反渗使遗址直接浸泡在水里，遗址土壤湿度为60%以上，其表面白色物质主要为NaCl或Na2SO4。本工作主要研究陕西境内的土遗址，地下水埋深较深，遗址土壤相对湿度保持在30%~40%之间。这类土遗址表面白色物质的主要成分为CaSO4·2H2O[3]，并随着时间逐渐增多，以往的经验认为遗址表面生成白色物质是由于遗址原始保存环境的改变造成的，只要创造与遗址被发掘前的环境就能抑制表面白色物质的产生[4]。现实情况是遗址的原始保存环境非常复杂，以现有的条件完全模拟出相同的环境比较困难，遗址表面产生CaSO4·2H2O的问题一直没能解决。近年来相关文献对遗址表面产生的白色物质组成研究成果较多，而对遗址出土后到表面产生白色物质的过程研究未见相关报道。本研究通过土柱实验模拟遗址从出土后到表面生成白色物质CaSO4·2H2O的过程，并实时监测各阶段土壤水分及可溶盐的变化，结合土壤中可溶性离子的含量分析，揭示遗址出土后表面产生CaSO4·2H2O的本质。

  • 1 实验材料与方法

  • 1.1 土柱模拟实验

  • 实验采用土柱分析法，供试土壤取自汉阳陵东阙门遗址探方塌落土块，碾压粉碎后，拣出土壤内的石块、杂草等物，然后放入105℃的烘箱内烘干24 h，冷却至室温后过40目的筛子。将筛好的土慢慢倒入定制的有机玻璃柱，柱高35 cm，直径25 cm，底部铺0.3 cm厚的PP棉材料使土与水不直接接触，PP棉透水性好且不会发霉。柱子底部钻孔，孔直径0.1 cm，孔间距为2 cm，水通过底部小孔进入土柱，同时在土柱的底部（A）、中部（B）、表面（C）安置土壤温/湿度/TDS（总可溶性固体，反应水中可溶盐的含量）一体传感器用来监测土壤环境各项参数的变化（图1），三个位置分别代表遗址表面，遗址中部和遗址底部与地下水接触的部位。土柱制作好后，将其放入盛水容器中，容器中的水位保持与土柱底部刚刚接触，随着土柱对水的吸收需不断加水保持水位基本不变。为了对比与南北方遗址的不同，同时对两处南方遗址的表面白色物质、地下水及土壤进行分析。土柱中的原始土壤和实验用水以及南方土遗址的可溶性离子分析结果见表1，表中的地下水来自各馆自来水（馆内自打井）。

  • 图1 土柱实验示意图

  • Fig.1 Schematic diagram of the soil column experiment

  • 表1 样品离子色谱分析

  • Table1 Ion chromatography results of the samples

  • 表1分析了实验用土壤、水、汉阳陵遗址地下水以及上海元代水闸、荆州熊家冢遗址的土壤、地下水、表面白色物质中可溶性离子的浓度，上海元代水闸、荆州熊家冢遗址地下水中Ca2+、SO2-4、Na+、Cl-离子浓度较高，遗址表面生成的白色的NaCl或Na2SO4，汉阳陵遗址地下水中SO2-4、Na+、Ca2+、Cl-离子浓度较高，遗址表面白色物质为CaSO4·2H2O。遗址表面白色物质的类型受多种因素的影响，且地下水在土壤迁移是一个复杂的过程，土壤胶体类型、土壤溶液pH、土壤质地、温度都会影响遗址表面白色物质的组成。

  • 1.2 表面白色物质分析

  • 土柱实验模拟遗址出土后发生变化的全过程，随着实验的进行土柱表面产生白色物质，采集土柱表面白色物质进行XRD分析。

  • 1.3 土柱可溶盐分布梯度分析

  • 遗址表面白色物质的生成与可溶盐的含量有直接关系，不同深度的土壤可溶盐含量不同。因遗址病害常发生在表层，通常遗址表层CaSO4·2H2O的覆盖层厚度为1~2 mm，要想得到盐的分布梯度，采样的深度间隔越小越好。土柱实验开始20天后表面出现白色颗