知識窗▏水下考古的發展與技術裝備

海洋麵積佔地球的總面積的70%以上，人類活動和江河、海洋等水域息息相關，從遠古開始人類就依靠水而生存，生活生產都離不開水，甚至逐水而居或者傍水而居，一切的文明大都起源於大江大河海洋的旁邊。著名的愛琴海文化、希臘文明、地中海文明等等。隨著水下考古學的興起，科技發展作為保障，此學科也越來越受到重視，那些湮沒在水下的歷史慢慢逐一進入人們的視野和研究的範圍。

水下考古的定義和研究範圍

水下考古學是考古學的一門分支學科，是陸地田野考古向水域的延伸。它以人類水下文化遺產為研究物件，對淹沒於江河湖海下面的古代遺蹟和遺物進行調查、勘測和發掘，運用考古學所特有的觀點和研究方法作為認識問題的手段並使其發揮應有的作用。

考古學屬於歷史科學的一部分，但又區別於傳統意義的歷史科學。歷史科學以文獻資料為主要研究物件相比，考古學中實物資料佔據了更大的比重。以獲得實物為基礎對實物進行研究，而實現這些成果的科學手段有以下四步：調查、發掘、報告資料和研究分析。在進行科學的研究可以透過田野考古和水下考古等手段按照科學的方法記錄和獲取資料。

水下考古的方法和田野考古的方法原理相同，但同時，水下考古學又是一門邊緣科學，依靠現代的科技深入到水底下對遺址遺物進行實地的觀察和發掘記錄，這是一個很大的難度，需要更多相關學科的技術支援：如潛水工程技術、海洋勘探技術等。在工作中使用大量專門技術，目的就是解決水下作業的難題。20世紀初已有水下考古調查，但直至第二次世界大戰後，潛水技術和裝備獲得發展，水下考古學才得以建立。

水下考古研究的範圍很廣，歷史上由於地震、火山噴發、海嘯等自然災變，一些位於水邊的居址、港口、沉沒的村莊城市墓葬、古代航線下還儲存有大量古代沉船和文物等等，這些都是水下考古研究範疇。水下考古除發掘水下的古代遺址、打撈沉船和水下文物外，還研究古代造船術、航海術、海上交通和貿易等相關的文獻。

世界水下考古發展情況

從世界範圍來講，水下考古的歷史也並不長。19世紀30年代，因為潛水面罩的問世，人類向水底世界跨出了重大一步。1943年法國人發明了“水肺”，解決了10米以下的水下呼吸問題，考古學者終於擺脫了對職業潛水員的依賴。

自19世紀中葉近代考古學發生以後，隨著瑞士湖上居址的確認，並進行了水下古代遺蹟的科學調查和發掘，標準著水下考古學的確立。1960年美國考古學家喬治·巴斯（George Bass）應邀對土耳其格里多亞角（Cape Gelidonya）海域的公元7世紀拜占庭時期沉船遺址進行調查和發掘，由此開始了第一次的考古學家將考古方法應用於水下遺址的發掘和研究，開創性地在水下實踐了考古學方法，是水下考古學發展史上的一個里程碑。

中國水下考古發展

中國的水下考古工作起步較晚，始於20世紀80年代。1986年9月，國家決定發展水下考古事業。國家文物局委託中國歷史博物館承擔了這項國家任務，為此設立了當時中國唯一的水下考古專業機構——水下考古學研究中心。

1987～1990年，透過派人出國學習和與外國水下考古研究機構合作的方式，培訓了一批水下考古專業人員。經過十餘年的努力，這支專業隊伍在中國的四大海域-渤海、黃海、東海、南海先後進行了多項水下沉船遺址及其他水下文物遺蹟的調查、發掘工作。目前中國的水考古事業不僅填補了學科空白，而且已從開創階段進入持續發展階段。

隨著一系列重大水下考古和保護專案的開展，更好地完成了跨地區、跨部門開展全國水下考古工作。其中的宋元海戰水下考古1991年和1992年，水下考古隊在廣東省新會縣曾先後3次進行水下調查，確定了幾個史書所載的宋元海戰沉船點。綏中水下考古在遼寧綏中發現一艘700多年前滿載元代瓷器和鐵器的商船。撫仙湖水下考古2001年6月對雲南撫仙湖進行水下考古，檢驗了水下進行大型遺址調查的考古。

南海1號考古1987年，廣州救撈局與英國海洋探測公司在陽江海域尋找東印度公司沉船時，意外發現一艘宋代商船。考古界認為可能與海上絲路有關，該船被命名為“南海1號”。2007年11月，“南海1號”整體打撈成功入住海絲館。

隨著“南海1號”水下考古的成功，才標誌著中國的水下考古進入到成熟的階段，躋身到世界水下考古的前列，成為世界水下考古三大著名沉船之一。（英國“瑪麗。露絲號”，瑞典“瓦薩號”，中國“南海1號”）

潛水技術分類

潛水按照工作性質或者潛水的難度來區分：一般分為休閒潛水（Recreational Diving），技術潛水（Technical Diving）和工業潛水（Commercial Diving）。

休閒潛水泛指觀賞娛樂性的潛水活動，通常深度不大於40m。技術潛水泛指具挑戰性的潛水活動，如超深度的潛水、水底洞穴、沉船等的潛水活動。工業潛水泛指含工業性質的潛水活動，如水下工程、船舶工業等。

基本的潛水面鏡、呼吸管和蛙鞋為潛水的必備物品，這幾樣裝備同時也應用於浮潛。專用於水肺潛水的浮力調整裝置（BCD）、氣瓶、氣瓶閥、呼吸器、調節器和壓力錶（SPG）。

水肺潛水又稱SCUBA DIVING，指潛水員自行攜帶水下呼吸系統所進行的潛水活動。其中有開放式（open-circuit）呼吸系統，及封閉式（closed-circuit）呼吸系統，原理都是利用調節器（Regulator）裝置把氣瓶中的壓縮氣體轉化成可供人體正常呼吸的壓力。

開放式呼吸系統相對較簡單，亦為現時較多人使用的器材，此種系統供應呼吸用氣體（壓縮空氣）；封閉式呼吸系統又稱迴圈式呼吸器（rebreather），此係統提供經呼吸迴圈，充分利用呼吸氣裡的氧氣，延長潛水時間。潛水員使用供氣後，系統會將二氧化碳吸收，並重新注入適當氧氣，再供應給予潛水員。

此類系統可提供壓縮空氣、高氧（Nitrox）或多種混合氣體給潛水員使用。使用不同的氣體，可針對不同的潛水時限、深度，以預防潛水員病（Decompression Sickness （又稱“減壓病”））或氧氣中毒（Oxygen Toxicity）。

從事水下考古的隊員必須要接受潛水培訓，在開放水域裡掌握潛水技能達到技術潛水的要求，還要增加沉船潛水、深潛以及掌握一定的潛水醫學、救援知識的訓練，提高個人的體能和心裡素質，還要接受更為專業的與考古知識相關的培訓。除了具備在水下實際操作探方、進行測量繪圖、拍照攝像等能力，還要了解外銷瓷窯口生產銷售情況、古代航海、造船史、航線、海洋地理環境等等知識，少數水下考古隊員還具備獨立駕駛舟船、快艇等船舶的執照。

潛水基本的裝置

物探裝置技術

水下考古除了考古人員親身潛入水下之外，很多地方必須依靠現代科技裝置，水下考古所用的物探裝置，主要包括多波束水下聲納、淺地層剖面儀、旁側聲納、短基線系統、水下機器人（ROV）等。這些裝置吊掛在船舷上，探頭下放至水中，在船隻行進的同時，就可以實時對海底結構有較為清楚的認識，並呈現海底地形三維成像圖，對海底情況有一個較為直觀與全面的分析，便於在大範圍內廣泛探測、發現水下文物遺存。

聲吶工作原理示意圖

聲吶是英文縮寫“SONAR”的音譯，其中文全稱為：聲音導航與測距，Sound Navigation And Ranging，是一種利用聲波在水下的傳播特性，透過電聲轉換和資訊處理，完成水下探測和通訊任務的電子裝置。它有主動式和被動式兩種型別，屬於聲學定位的範疇。聲吶是利用水中聲波對水下目標進行探測、定位和通訊的電子裝置，是水聲學中應用最廣泛、最重要的一種裝置。其實聲納的工作原理換句話說就是“聲納是透過聲音來探測海底世界的”。籠統的說，海水中聲波是唯一能遠距離傳播的能量載體，而聲納是先用聲源（聲納的換能器）發出聲波，聲波照射到水中的物物體（魚類、潛艇等）後反射回來，透過不同的物體反射聲訊號的強度和頻譜資訊是不一樣的這一特徵，聲納的接收裝置接收在接到這些包含豐富內容的資訊後經過資料處理，再與資料庫裡面的資料比照，就能判斷照射的物體是什麼，甚至能判別其航速，航向。

側掃聲吶成像圖片

聲波是觀察和測量的重要手段。有趣的是，英文“sound”一詞作為名詞是“聲吶模式”的意思，作為動詞就有“探測”的意思，可見聲與探測關係之緊密。

在水中進行觀察和測量，具有得天獨厚條件的只有聲波。這是由於其他探測手段的作用距離都很短，光在水中的穿透能力很有限，即使在最清澈的海水中，人們也只能看到十幾米到幾十米內的物體；電磁波在水中也衰減太快，而且波長越短，損失越大，即使用大功率的低頻電磁波，也只能傳播幾十米。然而，聲波在水中傳播的衰減就小得多，在深海聲道中爆炸一個幾公斤的炸彈，在兩萬公里外還可以收到訊號，低頻的聲波還可以穿透海底幾千米的地層，並且得到地層中的資訊。在水中進行測量和觀察，至今還沒有發現比聲波更有效的手段。

淺地層剖面儀

淺地層剖面儀是在超寬頻海底剖面儀基礎上改進，對海洋、江河、湖泊底部地層進行剖面顯示的裝置，結合地質解釋，可以探測到水底以下地質構造情況。該儀器在地層解析度和地層穿透深度方面有較高的效能，並可以任意選擇掃頻訊號組合，現場實時地設計調整工作參量，也可以測量在海上油田鑽井中的基岩深度和厚度。因而是一種在海洋地質調查，地球物理勘探和海洋工程，海洋觀測、海底資源勘探開發，航道港灣工程，海底管線鋪設廣泛應用的儀器。探測深度一般為幾十米。20世紀60年代後廣泛應用於海洋地質調查、港口建設、航道疏浚、海底管線佈設、以及海上石油平臺建設等方面。具有操作方便、探測速度快，影象連續的特點。