【博物之島專文】水底考古學的進展與難題：斯德哥爾摩VASA古戰艦博物館
位於瑞典首都斯德哥爾摩的VASA古戰艦博物館，建築外觀酷似戰艦。（Photo by Claudia Schillinger, flickr, CC BY-ND 2.0）
作者：劉德祥（前國立自然科學博物館副研究員）
夏日，漫遊於北歐五國之一，瑞典的首都－斯德哥爾摩，簡直就是一種享受。除了氣溫宜人，太陽到了晚上九點多依然不肯下山，人們依然寫意享受著各種戶外活動。事實上，斯德哥爾摩市雖然僅約兩百多萬人口，卻有著70多家大大小小的博物館。正如其他都會型城市般，這些博物館的類型十分多樣，包括了我們熟悉的歷史、文化、自然史、音樂、科技、設計、人類學等。
其中，VASA古戰艦博物館（VASA Museet）設立於1990年，是座展出一艘在十七世紀沉沒，經打撈、修復後的古戰艦博物館，在分類上應屬考古類型博物館。筆者選擇介紹這座博物館的原因是，這艘古戰艦從規劃設計、建造到首航，其故事充滿了戲劇性；其次，VASA博物館在公開展出後十年，在眾多事先未知的保存知識中，出現了史無前例的崩塌危機，因此對博物館界在保存科學實踐上，特別是水底考古學領域，有重大的啟發性和參考價值。
17世紀的瑞典，在政治上受到天主教和德國皇室的威脅，不難理解當時的國王Gustavus II Adolphus欲建造一艘超級軍艦的殷切，以展現瑞典皇家海軍的實力。1628年，VASA艦終於建造完成，並於8月10日進行下水禮與首航，卻在成千上萬的圍觀者面前，航行不到一海里時便傾斜和沉沒。國王下令調查船長與造船廠，最終無任何人因這事故而坐牢。隨後雖然曾有幾次的打撈作業，但成果皆不顯著。
拯救VASA：喚醒沈睡三個世紀的戰艦
1956年，潛水人員透過檔案文件研究，得知VASA戰艦的沈沒位置。經過詳細的打撈規劃，1961 年4月24日，在海底沈寂了333年的VASA艦，終於在斯德哥爾摩港重見天日。世界各國主要媒體爭相報導，瑞典電視臺更是史無前例的進行即時現場轉播。瑞典的電視機幾乎被搶購一空，似乎大家都在等待 VASA艦再次浮出水面的一剎那。不過，等待的人同時也擔心這艘木製軍艦，經過三百多年浸泡在海底，會不會有解體的可能？由於長期處在海底缺氧的髒水中，有助於延緩船隻的腐蝕，且協助打撈的瑞典皇家海軍船塢離就在沈船地點附近，一切技術支援十分便利，使最終浮上水面的VASA艦相當完整。
打撈成功後，遇到的首要挑戰為如何讓船身乾燥，且不會使船身的木材裂開，這是過去大家沒有的經驗。後來，暫存單位採用了當時最新的聚乙二醇（PEG, Polyethylenglycol）木材保存技術，以PEG取代木材中的水份，並強化已接近中空的木材細胞壁，藉此鞏固木材結構與應力。VASA艦可能是博物館保存史上最大的物件，為了確保船隻的完整性，保存工作需每天向船身噴灑 PEG液數小時，並持續17年才告一段落。另外，緩慢的乾燥歷程也花了9年之久。至於艦上的小型文物，則直接浸泡在 PEG液中處理。
經過二十多年的修復工作後，瑞典政府決定在原海軍船塢附近建立一座博物館，以展出修復後的VASA古戰艦。博物館的建築外觀設計納入古戰艦的元素，具強烈的標識性，並於1990年6月15日對外開放。VASA戰艦的傳奇故事相當吸引人，博物館也很快成為斯德哥爾摩市一重要的旅遊景點，每年吸引八十多萬人參觀。
足足有七層樓高的VASA古戰艦是博物館內的重點文物，其餘還有許多被拆解下的戰艦裝飾木雕。這些帶著文藝復興晚期和巴洛克藝術風格的木雕，是由幾位移民瑞典的德國和荷蘭大師級工藝師共同完成。由於當時的國王，致力於帶領人民對抗強敵而被喻為「北方的獅子」，所以船頭和大炮上不乏怒吼獅子的雕像；其他木雕造型還包括了天使、惡魔、戰士、樂師、帝王和神像等。博物館為了保存戰艦，館內環境條件控制在60%相對濕度和溫度20攝氏度，照明也只有50流明，雖然進入博物館後會令人感到十分昏暗，但也體現館方保護文物的用心。
為讓觀眾一睹戰艦原來色彩華麗的風貌，VASA戰艦旁展出一艘等比例的縮小模型；另外，博物館各樓層也有情境式展示，利用模型與原尺寸人形呈現船上的生活樣態。此外，這艘雄偉的超級軍艦沈沒的原因一直讓大家好奇，所以館內設有多台互動式展示，以物理學原理說明VASA沈沒的原因，知識性十分豐富。VASA戰艦從發現、打撈到修復與固化過程相當有可看性，且博物館多方面利用比例模型說明，從鋼索如何放置到一步一步將VASA打撈浮出水面。當然，展示少不了當年潛水夫穿過的下潛裝備，也相當吸引人。
VASA危機再現：一顆不定時化學炸彈！
可是開館後十年的2000年夏天，保存人員發現 VASA 艦部分木質樑柱表面上，出現了白色的粉狀物。在研究人員深入了解後，發現木材內部，存在事先未知的化學反應下產生硫酸。面對體積龐大的 VASA 艦，採用哪一種檢測方法及後續有效的解決方案，對保存人員而言的確是一大挑戰。甚至美國《科學》(Science)期刋更以「瑞典絶望地尋求協助拯救著名的戰艦」為題報導這事件，足見其嚴重及緊迫性。
後來瑞典和美國的科學家利用最新的分析方法，從船身表面和內鑽10公分的取樣進行分析。綜合各項分析結果，顯示這艘擁有1萬4000平方公尺表面積的VASA艦，每一片木材中均含有不同氧化程度的硫。研究人員估算，以VASA 1,210公噸的排水量來看，如果木材中所有的硫全部被氧化的話，至少會產生5公噸的硫酸。硫酸將會侵蝕木材中的纖維，這種情形就像是從船的內部往外「溶解」。讓人憂心的是，沒有人能確定到底需要多久，VASA艦的情況將會惡化到無法修復的地步。這時的VASA艦已有多處木材的pH值低於2.0，到了2002年7月，受影響的部位已增加到九百多個。難怪 《自然》（Nature）期刊在報導這項研究發現時，更以「不定時化學定時炸彈」來形容VASA的狀況。但問題是，那麼多的硫酸是從哪來的？
危機暫時解除：阻止酸化反應
從保存的角度來看，這是不可怠慢的問題，因為除了硫酸會加快木材的分解外，新形成的硫結晶會膨漲，並會在木材裡向四周擠壓而對木材產生撕裂的傷害。為立即控制情形的惡化，博物館採用的短期策略包括更新環境控制設備，以維持較低的室溫，緩和木材中的化學反應；其次，博物館也噴灑碳酸鹽或碳酸氫鹽等化學劑以中和硫酸。不過這種處理後的改善只是短暫的，船體表面的酸醶值在幾個月又開始下降。後續研究顯示，促進這硫酸化反應是船身生鏽鐵釘所釋放鐵離子所導致，博物館發現阻止鐵離子持續釋出是唯一一勞永逸的做法。於是博物館計劃以惰性材質如鈦或碳纖維釘子，更換VASA戰艦上900多根的鐵釘。至於已存在木材中的游離鐵離子，保存人員也採用化學穩定物將鐵離子固定形成複雜的化學結構，以阻止酸化反應。至於硫，這一切危機的源頭，又是如何大量存在船身的木材中呢？研究人員推測，這些硫最有可能是在海底缺氧的環境下，厭氧菌在還原海水中的硫酸鹽時產生硫化氫，並滲透在木材裡，接著硫化氫逐漸在木材裡轉換成硫，這些隱藏在木材深層的硫後來在展示期間，和空氣中的水形成了硫酸，這一切都是保存人員事先沒有預測到的。
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VASA戰艦的啟示：留在海底還是博物館裡？
首先，對VASA戰艦而言，成功的打撈、修復和展出當然呈現了現代科技的進步，但付出的代價，包含時間和金錢都相當大，並非一般國家政府所能負擔。可是假設當年不打撈VASA戰艦，今日斯德哥爾摩港囗水質變好，其木材有可能就逐漸被分解，一個人類重要歷史文物從此消失。易言之，保存與否？實為兩難。事實上，VASA戰艦的保存與展出已成為水下考古研究的經典案例，對後來進行類似計劃的執行有絕大的參考價值，中國近年來進行的「南海一號」南宋海上絲路沉船便是一例。不過，根據聯合國教科文組織建議，當發現了沉船，等必要的考古研究結束後，船身就讓它留在水底吧！
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(本系列文章與文化部博物之島同步刊登)