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专访|学者王张华:长江口二号古船沉没或与台风有关

澎湃新闻记者 邹佳雯
2022-11-25 19:29
来源:澎湃新闻

11月21日清晨拍摄的“奋力轮”“怀抱”古船的画面(无人机照片)。新华社记者 金立旺 摄

2022年11月21日凌晨0时许,长江口横沙水域见证了中国水下考古新的历史性突破,22根巨型弧形梁组成的长48米、宽19米、高9米、重约8800吨的沉箱装载着古船,经过数小时的水下持续提升后,在打捞工程船“奋力轮”中部月池缓缓露出水面,古船桅杆清晰可见。

时隔150多年,长江口二号古船重见天日。11月25日,古船被“奋力轮”带入杨浦上海船厂旧址1号船坞,开启文物保护与考古发掘新阶段。

日前,澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者从华东师范大学获悉,通过对沉船所在位置的沉积环境分析,华东师大河口海岸学国家重点实验室王张华教授团队得出了沉船事件很可能与台风灾害天气有关的重要猜想。不仅如此,王张华团队还通过研究,分析出沉船事件前后北港沉积环境的巨大变化。

王张华   澎湃新闻记者 曹俊杰 图

早在沉船被打捞之前的2017年9月,上海市文保中心就在沉船所在位置实施钻孔,取得13余米长的地层记录,并委托华东师大河口海岸学国家重点实验室王张华团队进行沉船所在位置的沉积环境分析。

王张华团队对钻孔地层进行了沉积构造、粒度、有机碳稳定同位素、碳十四、光释光测年等多项分析测试。通过分析,团队主要回应了两个重要问题,一是沉船事件前后的河口水域环境,二是通过环境和地质记录分析进一步推测古船沉没原因。

沉船事件发生于北港贯通之前、以涨潮流为优势的环境

11月24日,王张华在办公室告诉记者,2017年钻孔取样后,装在PVC密封管的样品被带入研究室,研究团队发现其中不仅有泥沙沉积物,也有沉船的一段30厘米厚的木头。由此,他们大体将沉积地层分成现代北港沉积、沉船事件沉积、沉船下伏地层三个大层,其中沉船事件沉积中包含着那段沉船木头。

现代北港沉积、沉船事件沉积、沉船下伏地层。 (本文图片除标注外,均为受访者供图)

王张华指出,在“沉船事件沉积”地层,木头的下方和上方都是像面粉一样的“质地”,被称为粉砂沉积。如图可见,粉砂沉积的构造跟诸如“现代北港沉积”“沉船下伏地层”这样的一般地层非常不一样。这一段缺乏层理的沉积构造,往往就代表可能是一个非常快速的沉积过程。

此外,在事件层和其下地层的接触面,可以看到有薄薄的一层砂,这层砂质特别粗,与其下层形成了一个侵蚀面。这个薄层砂与事件层的粉砂质沉积主体,构成一个下粗上细的沉积序列,王张华介绍,是比较典型的风暴沉积序列。

“风暴刚刚开始的时候,因为波浪作用强劲,带来强水流,由此在当时可能掀起海底的泥沙,带走了细颗粒物,而只把粗颗粒物保留在海床上,这就是图示的砂质较粗的这一层砂。其后风暴慢慢衰弱,遇到常规的涨落潮流,水流相对平稳,那么这些浑浊的水体里的泥沙就会快速地沉降下来。”王张华介绍。

长江河口地形地貌图,KZ01-A为长江口二号沉船所在位置。

长江口二号古船模拟图  澎湃新闻 资料图

此外,沉船事件沉积的下伏地层,以均质泥为主,夹极薄的砂质纹层或砂质透镜体,意味着其基本上没有经历长江淡水径流的作用;而在上覆地层,经过洪水季节与枯水季径流、潮流对河床的作用,砂泥形成一层交叠一层的“互层”关系,与下伏地层截然不同。

据此,研究团队得出结论:沉船沉没于一个径流作用较弱、以涨潮流为主的环境中。

定性观察沉积构造后,王张华团队又对地层进行了数据指标上的定量分析研究。有机碳稳定同位素分析结果表明,在沉船沉没之前,海洋藻类对该位置沉积物中的有机碳贡献比起陆地植物而言明显很多,说明这些泥质沉积物主要由涨潮流自外海输入。

对于地层记录的多指标分析数据图

对钻孔不同深度,团队做了光释光的测年分析,研究显示,沉船事件层的光释光年龄,明显是大于150年前的。

“我们知道,目前古船确认年代为清同治年间(公元1862-1875年),我们的数据做出来是偏老的,但这个结果很符合沉船所在的环境。”王张华解释,光释光测到的是泥沙最后一次见到光的时间,古船所在的河口水域位于盐水楔型河口的最大浑浊带,水里的含沙量高、能见度低,所以太阳光很难穿透水;此外,该处泥质沉积应是受到涨潮流(包括风暴潮)和河口环流侵蚀、搬运外海的早期沉积物,再沉积于北港,因此记录的是泥质沉积上一次在外海时的年龄。

王张华进一步拿出长江口历史海图解释,上述沉积环境分析结果,与历史海图中记录的北港演变历史十分吻合。根据长江口最早的历史海图,北港上口在1842年还未完全打开,水下浅滩与崇明岛相连,长江口南支的径流主要自南港入海,今天的北港在那个时候因此以潮汐和波浪作用为主,所沉积的泥沙也以涨潮流输入为主。

1842、1879、1931、1958、2010年长江河口地形地貌演变图,图中红点为沉船位置。历史海图由同济大学范代读教授整理

到1879年,北港上口打开,在径流的冲刷作用下,北港的水深明显加大,经北港入海的长江径流量因此必然明显增多,同时其携带的长江泥沙也进入北港。

沉船事件有极大可能和台风这样的灾害天气有关

王张华特别关注到图中“沉积物粒度组成”一栏,在沉船事件沉积层的底部,粒径陡然升高,砂含量是整个钻孔的最大值,明显大于现代北港的砂质沉积,而与北港贯通之前的拦门沙及前缘斜坡的砂层较为接近。

研究团队对于沉积物做了定量的粒度分析,其中主要包括黏土、粉砂和砂三项。砂的比例越高,意味着沉积物颗粒越粗,这也意味着水动力越强。

“水动力很强的情况来说,一是洪水,二是风暴,比如台风。”王张华先分析了台风的作用,“我们长江口几乎每年都会有台风,假如是从长江口附近甚至就从长江口经过的话,会掀起非常大的浪,对海底造成很强的冲刷,那么细颗粒都被带走,只有砂被留下来。所以我们说根据这样的一个沉积物的分析的话,沉船事件有极大可能和台风这样的灾害天气有关。”

团队一开始也推测过沉船会不会是跟洪水事件有关,“但是因为沉船的位置是在离岸比较远的地方,而观察此处地貌,水流自北港而出后,过水断面在这里会一下打开,那么水流就明显减慢,洪水事件在口外对这个船可能就不会有那么大的作用。从沉积物的粒度组成上也可以印证这一点。”

地方志记载的清代台风灾害气象记录

据上海、江苏地方志记载,清同治年间,此处台风侵袭的频率不低,1861、1864、1867、1868等年份,均有“飓风、大风雨”等记载。对于王张华团队的猜想,历史文献资料也是一种补充印证。

未来有望用更进一步的科研,还原沉船瞬时的环境特征

在传统意义上长江口二号古船发现带来的文化、历史价值以外,王张华坦言,此次古船的发现,对于科研人员更好地认识、补充河口的地貌演变也提供了宝贵的资料。

事实上,地质研究正越来越多地与考古工作打出漂亮的“组合拳”。 王张华曾主持包括“长江口南支水域水下考古调查中的水下文物沉积环境分析”“广富林遗址全新世早中期古地理环境演变和古文化发展关系”“长江水下三角洲晚第四纪年代地层框架和沉积相演变”等重要项目。近年来,通过对鱼山遗址地层记录展开的研究,王张华带领团队还揭示了触发良渚文化衰变的重要环境因素。如今走进她的办公室,地面还堆叠着锤子、铲子、PVC管等采样工具,甚至还有一个塞满泥巴样品的大冰柜。

“我们过去用地质记录来研究河口的地貌演变,其实难度很大,其中最大的障碍就是测年。像这一次用到的光释光(OSL)的测年分析,结果也是无法做到完全准确的。但是沉船事件自身给了我们一个相对准确的年龄,来验证和比对我们的分析结果。可以说古船的发现和我们做沉积分析的科研工作,是互相成就的关系。”王张华说。

11月25日长江口二号古船入坞仪式,王张华没去现场,“人太多了。”她有点不好意思。“是‘社恐’吗?”王张华笑着歪下脑袋回应。

“长江口二号”古船入坞现场 澎湃新闻 资料图

不过,此后王张华可以与长江口二号古船打交道的机会还有很多——随着古船入坞,王张华团队的科研工作可操作的空间更大,将从传统的地质学手段,拓展到更高级的DNA等技术手段。团队接下来还会探究沉船发生的瞬时,环境呈现出的特征,通过蛛丝马迹,揭示长江口二号古船身上“看不见的信息”。

等船进入船坞后,团队希望在清理发掘的过程中,找到埋在泥沙下面、泥沙和船体接触面上的沉积物,“那很可能是当时古船刚刚沉没时,保留下的生态环境。这里面可能会有很多跟这艘船有关的信息,我们将会用DNA等技术手段去提取这些信息。”

    责任编辑:郑浩
    图片编辑:施佳慧