三星堆出土象牙多层级结构及失水过程研究

由于长期埋藏于潮湿的地下环境,三星堆遗址祭祀区出土的象牙含水率高,且存在本体断裂、表面开裂和剥落等问题,保存状况差。出土后的象牙极易快速失水,而发生开裂和粉化等不可逆的损害。为明确三星堆出土象牙的保存现状,采用光谱、能谱、电镜、纳米压痕等测试手段,深入解析了2021年三星堆遗址3、4、7和8号坑(K3、K4、K7、K8)发掘出土象牙的组成、结构及失水过程。结果表明:三星堆遗址四个坑出土象牙的主要物相为碳羟基磷灰石[Ca₁₀(PO₄)₃(CO₃)₃(OH)₂],有机纤维蛋白成分基本消失殆尽,形成了以介孔为主(孔径分布在3~50 nm)的孔隙结构,且孔隙被大量水分占位,其中,K3出土象牙(K3XY-54)和K4出土象牙(K4YW-289)热重所测含水率分别为43.8%和43.4%;四个坑出土象牙均存在片状和针状晶体结构,其中K3XY-54以针状晶体结构为主,并呈现出明显的取向生长,K4YW-289呈现晶体聚集,其晶体尺寸厚度明显增加;出土象牙表面和内部吸附水的挥发使象牙微观结构产生内应力,从而造成出土象牙干裂、粉化等不可逆损坏;采用纳米压痕技术,初步探索了出土象牙在糟朽状态下表面微观硬度的变化,其中K4YW-289经失水前后的表面微观硬度变化差异最大(饱水状态0.090±0.049 GPa,失水后1.553±0.312 GPa),这可能与其组分结构内吸附水含量较少和高泥化现象有关,结合K3XY-54、K7XY-43和K8XY-11-13研究可发现出土象牙在失水前后微观硬度和弹性模量受组分结构-失水速率关系的影响较大。对三星堆出土象牙多层级结构和失水过程的初步研究结果为其后期实施有效保存和本体加固提供有力的科学依据和参考数据。