文化遗产:x射线荧光扫描生化指纹在考古沉船

伊冯·福尔斯得到消息,^一个哈坎·Grudd^b安德斯Rindby^c和Lennart Bornmalm^d

^一个保护、瑞典哥德堡大学
^b柏林气候研究中心部门的自然地理学,瑞典斯德哥尔摩大学
^c考克斯分析系统、Molndal瑞典
^d科学和生物学和环境科学、瑞典哥德堡大学

考古的挑战木制宝物从海床中恢复过来

考古木头构成我们文化遗产的一个重要组成部分,从挖掘网站和发现恢复可能代表一个范围广泛的不同的对象。保存完好的沉船尤其如此,比如著名的“瓦萨”号(1628)(图1)的瑞典和英国玛丽玫瑰号(1545)。船只的失事地点上下文提供了一个丰富的考古资料,以及沉船本身通常构成强烈的历史象征。^1,2

浸满水的考古木材是经常发现相对减少水生环境中保存完好,或嵌入在沉积物或沼泽。特别是,波罗的海是许多著名的沉船保存在低盐度水,防止入侵臭名昭著船蛆(船蛆)。³然而,这些华丽的从海底发现的保护程序通常会消耗很多资源的时间,金钱和承诺。此外,浸满水的木头的长期保存,特别是从沉船可以变成更具挑战性,尤其是当面临木材表面酸性硫酸盐盐的形成(见,例如,图2)和硫酸的发展和有机酸在森林里。这些可能危及不仅木材表面上的微妙的考古遗迹也建设长期的稳定性。^1,4

在海底生物地球化学过程对木材的保护和关注

背后的主要原因进行保护海洋考古木材的重要任务和应用保护代理可以追溯到微生物入侵的木质材料,发生在海底。⁵生物降解真菌和细菌的形式削弱木材细胞并与无机元素的积累有关,这可能会导致进一步保护挑战守恒的木头在博物馆展示和存储。⁶

嵌入在海底沉积物,浸满水的木材料在许多方面免受机械和生物侵蚀。但是,降低厌氧环境中,这通常被认为是保护木材,实际上启动生化过程和后果的长期保存守恒的木头。^6,7在厌氧环境中,细菌侵蚀作为主要的木材降能器和使用木材细胞壁的纤维素。与侵蚀相关活动清除硫酸盐还原菌的细菌。在低氧环境中硫酸盐还原菌使用海水硫酸盐作为电子受体降解有机残骸时,由于硫化氢(HS)^{- - - - - -})形成。在铁离子的存在从海水或腐蚀铁对象在失事现场,铁硫化物,如黄铁矿(菲斯₂在树林里)形成矩阵。在第二个场景中,在缺乏铁离子,organosulfur如硫醇(R-SH)形成lignin-rich地区的木材。⁶如果发掘木材放置在高和不稳定的环境相对湿度,铁硫化物在木材表面容易氧化硫酸干燥的木头。这种发展可以跟着越来越多的酸性硫酸盐盐沉淀。^3,8铁离子可能本身催化氧化和分解纤维素和半纤维素的木材,并可能危及木制的对象的长期稳定。也有迹象表明,铁离子可能对保护代理聚乙二醇降解的影响。⁹

硫和铁的积累似乎与细菌降解的木头。⁶然而,累积的总硫和铁从不同的沉船木之间可能有所不同。非齐次硫和铁分布配置文件可以从相同的相邻对象之间的显著差异甚至残骸。⁴

映射无机元素的积累与x射线荧光考古木材

硫和铁的分布在整个木是重要的利益,因为它可能有强烈的对它的保护和长期保存的影响。这激发了元素的渗透剖面的详细研究等木材样本考古感兴趣的对象。扫描木芯与x射线荧光(光谱仪)允许的非破坏性的映射分布选择无机元素在狭窄的步骤在木材样品(0.05毫米)。这提供了一个强大的优势早期应用元素分析的单独的段木头。XRF-scanning技术揭示了很强的相关性之间的硫和铁的概要文件,显示这些元素是“化学相关”的同时积累形成的铁硫化物的木头。²

积累的硫和铁在木材样本映射给出了几种不同沉船的哪三个在这里,见图3。瑞典“瓦萨”号从斯德哥尔摩港口(1628)Kronan1676年失事接近在波罗的海和厄兰岛玛丽玫瑰号在1545年失去了外面朴茨茅斯。^1,4

的“瓦萨”号和Kronan样本显示类似的资料积累,浓度较高的硫和铁木的表面。请注意Kronan样品分析空心完全通过木材显示两个外层表面结束,这两个显示高硫浓度。的“瓦萨”号只是空心船体的中心。木头样本玛丽玫瑰号细菌降解在口袋里整个完整的核心,在硫酸盐还原菌产生硫化氢的陪同下,出现在铁的铁硫化物的木头。

这些变化在木材样本退化和积累模式沉船只能用当地的失事地点环境的差异来解释。²一个关键的问题是,可以保存的状态的生物降解和无机积累被预测的改进知识的失事地点环境基本地球化学数据和其他XRF-scanning积累的元素在树林里?

前景

水下木材提供了高微生物多样性的生态系统,连续在一起导致降解木材和许多氧化还原元素的循环。微生物活动,因此湿木出现强烈environment-adaptive的退化。²映射不同元素的木头和如何将这些与硫和铁可能提供信息关于木材的生物降解是由共生生物地球化学相互作用和氧化还原循环元素在不同破坏现场条件。这些信息使先决条件在预测木材防腐现状和无机污染物的积累在森林里。

光谱仪扫描

浓度配置文件中的一系列元素木材样品,包括硫和铁,获得通过的Itrax断层(考克斯分析系统、Molndal、瑞典;http://coxsys.se)的自然地理,斯德哥尔摩大学。传统的x光聚合配备一个特殊的准直器提供集中Cr Ka利用全反射x射线(1.5420)高强度梁2×0.05毫米。元素特定的x射线荧光(光谱仪)很兴奋沿着一条线从外到内表面半节的木材样品,看到图3 (a - c)的情节,记录与0.05毫米决议通过x射线能量色散固态探测器。木材的分析信息深度约1毫米。定量校准是通过分析标准参考资料1547从NIST(国家标准与技术研究院)。

确认

作者欣然承认国家海事博物馆在瑞典,玛丽玫瑰号信任和卡马尔局域网博物馆提供木材样本。

引用

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