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水下考古——一场跨越时光的呢喃

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出品:科普中国

作者: 郭政(中国科学院声学研究所东海研究站)

监制:中国科普博览

“从鱼到人”的研究解释了长期以来有关人类起源的争论,而长久以来,人类也总是在探索浩瀚神秘的生命起源——海洋的过程中不断向前。然而,看似风平浪静,让人心驰神往的海面,也可能随时带来汹涌的波涛夺走人类的生命。那么,面对捉摸不定的海洋,人类又将如何在海洋中进行考古研究呢?

从古至今,水下考古所为何?

先秦时期,岭南住民就开始在南海海域及太平洋沿海进行商贸活动。经过秦汉、隋唐、两宋以及元代的发展,到明朝郑和下西洋时,“海上丝绸之路”已发展至极盛。

海上丝绸之路

图片来源:澎湃新闻 https://m.thepaper.cn/newsDetail_forward_14617327

然而,众所周知,海上的狂风巨浪有可能会对航海船只带来灭顶之灾,现代船只遇到风浪尚且需要采取避风措施,更不用说古代船只。因此,历经千年,这条航道上沉没的船只自然也不计其数。

这些沉船多是商船,商船运载的瓷器等货物通常代表了当时较高的工艺技术水平。进行水下考古的重要原因之一,就是为了让这些曾经淹没在海底的精美工艺品重见天日。此外,水下考古还可以增进对古代造船、航海等技术以及海上交通、商贸活动等方面的了解。

海底沉船

图片来源:搜狐 https://www.sohu.com/a/196614541_100027108

工欲善其事,必先利其器——声学方法助力水下考古

俗话说“工欲善其事,必先利其器”,开展水下考古当然也需要进行一系列的技术和装备准备。

除了潜水员的培训、潜水设备的研发生产之外,如何了解水下情况、精准寻找考古地点也是水下考古工作中极为重要的一环。事实上,这些在水下充当我们“耳目”的设备,如多波束声呐、浅地层剖面仪、侧扫声呐、水下机器人(Remote Operated Vehicle , ROV)等,多是应用声学方法进行水下的探测活动。

多波束声呐、浅地层剖面仪、侧扫声呐、水下机器人(ROV)

图片来源:1.青岛水德 http://www.watertools.cn/index.php/product/info/311?one_id=248&two_id=323&parent_id=289

2.青岛水德 http://www.watertools.cn/index.php/product/info/303?one_id=248&two_id=294&parent_id=289

3.搜狐 https://www.sohu.com/a/349110652_743632

4.搜狐 http://it.sohu.com/a/442729792_100275934

这里可能就有疑问了——为什么一定要用声学方法来探测呢?使用其他方法,比如放一个摄像机到水下,直接看视频画面或者拍照是否会更加直观呢?说到这个问题,便涉及一个现象,那就是电磁波在水中的衰减是相当大的,这就同时解释了多个问题:

1. 光的本质是一定波长范围内的电磁波。由于阳光无法深入水下,在通常情况下,海底是相当暗的,大概几十米以下的能见度就非常低了。正因如此,即便是开启照明设备、拍摄有关海底的视频或图像,所能覆盖的范围也很小,因此,水下考古工作通常是在大范围探测完成后,在已通过声学方法了解水下基本情况、并定位到较为准确的考古地点的情况下,再进行近距离、小范围的摄像或拍照作业。

2. 依靠电磁波的通信手段在水下考古的性能并不优秀,因此水下通信和数据传输一般会采取有线方法,或是依靠声波进行通信和数据传输。

通常情况下,水下机器人大多装配有摄像设备,可以进行水下摄像。

从动物的回声定位到水下考古的工作原理

上文中我们提到了多波束声呐、浅地层剖面仪和侧扫声呐等设备,那么,这些设备在水下环境中具体是如何进行工作的呢?

先举个小例子。我们都知道蝙蝠、海豚等动物具有回声定位的能力,可以发射声波,声波经过空气或水到达障碍物体表面并反射,这些动物们接收并分析反射的声波后,就可以得知前方障碍物体的距离、大小和形状等信息。

而水下考古所使用的这些声呐设备的工作原理,与动物的回声定位有一定的共通之处,即也是通过向水底发射声波,并接收回波,而后对回波进行分析处理,进而得到我们需要的结果。

不过,不同设备的分析过程和结果存在区别,比如浅地层剖面仪得到是海底地层的地质信息,侧扫声呐得到的则是海底的地貌信息。

多波束声呐、侧扫声呐、浅地层剖面仪处理结果图

图片来源:1.蓝创海洋 http://lcsonar.com/cesaocase/100.html

2.中国勘测联合网 https://www.chinaunsv.com/mall/858.html

3.北京泰富坤 http://www.time-f.com/product-31395-52569-158001.html

蓬勃发展的水下考古事业

借助这些声学设备,近年来,我国的水下考古事业蓬勃发展。

在国外,中国科学院声学研究所东海研究站与斯里兰卡开展合作,在斯方海域开展了多期海上考察和沉船探测,发现沉船一艘;在国内,2022年6月,“长江口二号”古船整体迁移预处理阶段工作完成,精确定位了古船边界和埋深,提取出水了船舵(舵杆和舵柄)、铁锚、缆绳、建筑材料、紫砂壶等散落文物。

相信在未来,依赖科研人员的不懈努力,借助先进的各类设备,我国的水下考古事业将不断开辟新的领域,实现新的跨越。

编辑:应奕可

内容资源由项目单位提供

评论
演绎无限精彩
大学士级
未来,随着我国水下考古技术的深入发展,借助高新科技手段和深潜技术装备,我国水下考古事业将在更广阔的天地中,写下浓墨重彩的一笔。
2023-03-19
坦 荡 荡
少师级
“从鱼到人”的研究解释了长期以来有关人类起源的争论,而长久以来,人类也总是在探索浩瀚神秘的生命起源——海洋的过程中不断向前。
2023-03-19
生态环境局~褚全立
太师级
通过水下考古,可以让曾经淹没在海底的精美工艺品重见天日。还可以增进对古代造船、航海等技术以及海上交通、商贸活动等方面的了解。还原当时人类生活的规律和场景!
2023-03-19