中国水下考古自二十世纪八十年代起步以来,经历了从依赖进口设备到国产设备自主创新,从浅海走向深海的伟大跨越。早期水下考古人员利用侧扫声呐、磁力仪等传统海洋地球物理探测仪器,开启了在辽阔海域中寻找水下文化遗产的探索之旅;而后,随着国产多波束测深系统、浅地层剖面仪、水下机器人等装备的不断更新和应用,多项技术融合使得水下考古探测工作从粗放式摸索转变为精准高效的系统作业。
早期水下考古探测装备的起步
(二十世纪八十年代至九十年代)
中国的水下考古在二十世纪八十年代起步,当时国内缺乏自主的水下探测技术装备,只能依赖国外进口仪器或对现有设备进行简单改装使用。由于海洋环境复杂多变,早期的水下考古工作充满挑战,很大程度上属于“摸着石头过河”。在能见度低、海况多变的近海水域,考古人员主要借助侧扫声呐、海洋磁力仪和浅地层剖面仪等探测设备,以期在茫茫大海中找到沉船等遗迹,这些先进装备的引入,逐步改变了过去那种“大海捞针”式的被动局面。例如,多波束测深和侧扫声呐可以获取海底地形地貌和水下遗迹的声学图像;磁力仪能够捕捉海底铁器文物等引起的微弱磁场异常;浅地层剖面仪则向海床发射声波探测海底浅层结构,用于发现埋藏于海床表面以下的文物线索。这些设备在当时主要依赖国外技术,引进之后用于水下考古前期物探调查。
依托上述探测手段,我国在二十世纪八十年代末取得了划时代的发现。1987年,广州救捞局与英国的海上探险和救捞公司在上下川岛海域寻找东印度公司沉船“莱茵堡号”时,却意外在声学回波图像中发现了另一处沉船异常点,经水下考古潜水调查验证竟是一条宋代古沉船,即著名的“南海Ⅰ号”。这是中国水下考古领域的首次重大收获,也让考古工作者意识到科技探测的巨大威力。“南海Ⅰ号”的发现得益于侧扫声呐在海底反映出的清晰轮廓,随后还辅以磁力仪对周边海域进行加密扫测,进一步确认了遗址位置。当时我国尚无成熟的专业水下考古队伍,只能借助国内海洋科研院所和外方人员的经验来操作这些设备。虽然起步阶段装备简陋、经验不足,但通过“南海Ⅰ号”的案例,中国考古人员初步掌握了使用声学等物探手段发现水下遗迹的方法。此后到二十世纪九十年代,我国考古工作者开始尝试将多种物探技术结合应用于水下考古调查。例如1991年在辽宁海域,就首次整合使用了侧扫声呐、测深仪、浅地层剖面仪和磁力仪等多种探测方法来寻找古代沉船,获取了绥中三道岗元代沉船测区范围内的海底地形地貌微观资料和沉船埋藏的可疑位置。此次水下考古调查、发掘是首次全部由我国考古工作者独立完成,从调查定位到水下发掘使用了大量海洋科技手段,不仅锻炼了我国水下考古的人员队伍,也摸索尝试了适合我国海洋环境(能见度不良、潮汐变化复杂、地质结构变化大等)的水下工作模式。到了二十世纪九十年代中后期,一些重要水下文化遗存相继浮现,如1996年在西沙群岛发现了“华光礁一号”沉船,水下考古人员于1998至1999年对其进行了初步调查和试掘,为远海水下考古积累了宝贵经验。可以说,在二十世纪最后二十年里,中国水下考古从无到有、艰难起步,在不断学习国外技术的过程中摸索前行。
技术国产化与多技术融合
(二十一世纪约前二十年)
进入二十一世纪,国家逐渐加大了对海洋科技的投入力度,各类探测装备开始走上国产化和多技术融合的道路。中国科学院等科研机构着手研制自主的水下声呐系统,逐步改变过去依赖进口的局面。例如,国产多波束测深系统和侧扫声呐系统被应用于近海考古调查,考古人员在沿海开展大范围探测时,往往先利用多波束全面了解海底地貌,再用侧扫声呐精细扫描可疑区域的异常回波。对于重点海域,还会利用浅地层剖面仪探明埋藏层的堆积情况,必要时使用磁力仪搜索海床下的金属异常信号。这种多种技术手段融合的探测模式,使考古调查由浅海向外海拓展成为可能。2007年,在广东汕头市南澳岛东南海域,通过前期线索及利用上述综合探测手段发现了一处明代古沉船遗址,即“南澳一号”。该发现是我国自主开展水下考古调查的重要范例,它不仅使用了国产装备,还动用了考古、打捞等多学科团队协作。
与此同时,我国也在尝试将小型水下机器人用于水下遗产调查,为后来更先进的载人深潜器积累了经验。虽然在二十一世纪约前二十年,载人深潜器更多用于科研试验,但水下考古领域已经开始受益于机器人技术的加入。在能见度差、深度大的水域,小型水下机器人可以代替潜水员完成长时间的观测工作,大大提高了作业安全性和效率。
除了探测和作业装备的提升,数字成像技术也在这一阶段融入了水下考古。三维成像手段的引入让海底遗迹的记录更加精确、生动。比如利用多波束测深获取沉船遗址的高精度三维地形模型,结合水下三维摄影测量技术,可以生成沉船及其周边遗物的数字化三维图像。在近岸水下遗址,考古人员还尝试使用水下激光扫描仪,对沉船构件进行精密测绘。这些技术在“南海Ⅰ号”整体打捞工程中发挥了重要作用,通过多波束声呐精确描绘出古船埋藏在海底的姿态和周边地形,为设计钢沉箱整体打捞方案提供了依据。2007年,“南海Ⅰ号”沉船连同数以万计的文物在巨型钢制沉箱的包裹下整体起吊出水,国际水下考古权威专家乔治·巴斯认为如此大规模且保存完好的整体打捞在世界尚属首次,并赞叹道:“这只能在中国发生!”另一方面,相较于整体打捞,考古界也日益强调原址保护和最小干预原则。比如对“南澳一号”沉船,考古人员是将文物提取出水后,在海底搭建了大型金属框架将船体原地罩护,以尽量避免扰动遗址。这一做法体现了当代水下考古在技术与保护理念上的平衡。
从“南海Ⅰ号”的整体打捞到“南澳一号”的原址保护,二十一世纪约前二十年的中国水下考古实现了技术上的自主突破和方法上的多样化整合,逐步跻身国际领先行列。
未来发展趋势与挑战
随着我国综合国力和科技水平的提升,水下考古的足迹正从近海浅海迈向广袤的深海大洋。2022年,在南海西北陆坡水深约1500米的海底发现了两处明代沉船遗址。深蓝之下,中国考古学家的身影已经出现在世界深海考古的最前沿。
面对不断延伸的考古边界和层出不穷的新技术,中国水下考古探测正在迎来新的发展趋势,同时也伴随诸多挑战。首先,人工智能将在未来扮演更加重要的角色。随着计算机图像识别和大数据处理能力的提升,人工智能有望用于海量声呐影像的自动判读,从而更快发现水下遗迹线索,“机器智能+人类专业判断”的结合将极大提高水下考古的效率和精度。
回望中国水下考古近四十年的发展历程,从最初的“南海Ⅰ号”横空出世,到如今深海千米处明代沉船的惊艳亮相,我国水下考古探测技术实现了从无到有、从落后到先进的飞跃。水下考古作为一门高度跨学科的研究领域,需要考古学的严谨与求索,也离不开海洋科技的保驾护航。在这段波澜壮阔的征程中,考古工作者与科技人员密切合作、攻坚克难,创造了一系列令人瞩目的成果。展望未来,水下考古的高度和深度也将取决于探测技术如何与考古高效率结合。随着人工智能等新兴技术的加入,以及国际间的通力合作,中国水下考古探测装备将不断升级换代,去探索更加神秘的深海疆域。随着一艘艘尘封的古船重新出现在世人眼前,它们承载的历史记忆也将通过科技与考古的融合焕发出新的光彩,照亮人类共同的文化之路。