古戰艦重現記—瑞典瓦薩號戰艦保存修復史（下）

　文‧圖 / 葉前錦

前文連結：古戰艦重現記—瑞典瓦薩號戰艦保存修復史（上）

瑞典Magnus Sandstrom教授於船艙內檢查硫酸狀況

出現在木箱上的黃白色硫酸鹽類

瓦薩戰艦的生鏽鐵螺栓

危機再現

　　經過多年的修復工作後，位於瑞典首都斯德哥爾摩市，並以瓦薩戰艦為名的瓦薩博物館終於在1990年開幕，瓦薩戰艦以嶄新的面貌再次與世人見面，每年約吸引八十萬觀眾前來參觀。瓦薩號開放展示後，保存修復工作便告一段落，進入維護階段，博物館一般例行性的維護工作包括船體定期清潔除塵、展示環境如溫溼度等環境因子監控等，由於戰艦的保存情況十分良好，博物館的保存維護部門由最初12人編制逐漸減少至2人。但好景不常，在2000年瓦薩戰艦發生危機，這是一個特別潮濕的夏天，遊客入館人數絡驛不絕，展示場內相對溼度日日攀升，甚至超過70% ，夏天過後剛好又碰上十分乾燥的秋天，館員發現瓦薩戰艦與庫房內的木器表面出現黃色與白色的不明粉末物，檢測粉末的酸鹼度pH值居然低於3以下，甚至有些區域到達1的程度，在斯德哥爾摩大學結構化學系森史壯（Magnus Sandstrom）教授採樣分析後發現，戰艦木材內部在事先未知的化學反應下，產生了硫酸，硫酸會侵蝕木材中的纖維導致木質劣化，這種情況如不加以阻止，硫酸會逐漸蔓延至戰艦各個部位，最後造成船體崩解無法修復的慘狀。消息傳出後震驚瑞典全國，瓦薩戰艦再度登上新聞頭條，令人憂心的是沒有人確定戰艦將會惡化到何種地步。

　　硫酸事件發生後科學家立即展開調查追查硫酸的來源，森史壯教授推測可能與斯德哥爾摩港口海水數百年來被居民排放含硫廢水污染嚴重有關。普通乾淨的海水本身帶有微量的硫離子，容易被泡水的木材吸收，斯德哥爾摩港口海水因污染含硫量增高，加上低溫缺氧的環境，海水中的細菌改採其他新陳代謝途徑獲取能量，最常見的反應是將硫離子還原回成氫化硫，並轉化或儲存在多孔的木質細胞中，氫化硫剛好對許多微生物有害，因此意外地保護了船體木材在海底不受侵蝕；但是當瓦薩號被打撈上岸，木材接觸到空氣中的氧，加上博物館潮濕的展示環境影響下，木材內部發生化學反應產生了硫酸，乾燥後在表面析出黃白色硫酸鹽。

　　科學家又發現瓦薩號的硫酸鹽類當中富含許多鐵離子，其來源為戰艦上數以千計用以接合船體的鐵螺栓以及上百顆的鐵製的砲彈，這些鐵製品因長期浸泡在海水中腐蝕生鏽，鐵銹滲入木材中讓船體外表顏色變得深沉，游離的鐵離子化學性質十分不穩定，恰巧成為加速氫化硫氧化為硫酸的催化劑，科學家估計瓦薩號上的鐵銹約佔戰艦總重（800公噸）的1%，可見鐵的影響之鉅。

　　科學家十分好奇為什麼十年後才出現硫酸的問題呢？他們後來發現原因可能與瓦薩號噴灑PEG溶液時加入鹼性的硼砂殺菌劑有關，科學家推測硫酸可能在噴灑PEG溶液時就已經出現，但由於鹼性的硼砂溶液有中和硫酸的作用，因此當時並未有任何徵狀產生，科學家這才恍然大悟了解到當初為何硼砂常常在保存處理期間神秘耗盡。

　　為了要了解硫害問題的嚴重性，館方展開一連串的系統調查，以便確切紀錄硫害發生的區域、位置、面積大小、酸化程度等情形，研究人員每發現一處，便一一詳實拍照與紀錄，估計戰艦上約發現2000多處硫酸反應。根據調查結果顯示，硫酸好發於船艙內部，尤其是下層空氣不流通的區域；有些地方因為沒有噴灑到PEG 4000保護層，因此酸化更加嚴重。船殼外表雖然硫害狀況較輕微，但有可能被最外層的PEG 4000所遮蔽，有些木材內部化學反應活躍的區域，硫酸鹽析出無門，反造成木質內部膨脹變形；船艙下層由於鐵螺栓數量眾多且分布密集，大量的鐵催化硫酸產生，因此酸化也更加劇烈；硫害分布的區域與戰艦沉沒於海底的狀態相符，硫酸多發生在向港口面的右舷位置，而面向海床的左舷側硫害相對發生較少，進一步證實硫酸的產生與市區排放的含硫廢水有密切關聯。

搶救瓦薩大作戰

　　瑞典政府將瓦薩號視為瑞典的國寶，為解救國寶酸化危機，於2003-2006年提撥1100萬瑞典幣（約新台幣5千萬元）的經費進行瓦薩號的問題研究，整體計畫由瑞典路德大學（Lund University）負責統籌，結合瑞典、丹麥、英國與美國等四國研究團隊的學者共同參與，研究主題包括硫酸酸害問題研究、鐵離子去除法研究、PEG劣化問題研究、產硫微生物研究、瓦薩戰艦木質研究等。

1. 鑽木取樣

　　為了研究以上問題，不同團隊的科學家首先必須取得戰艦的木材樣本以了解戰艦內部情況，由於戰艦本身十分脆弱，不可能大規模的採集樣本，為維持戰艦的完整性與安全性，博物館限制研究團隊只能以電鑽鑽取直徑5-15公厘、長度或深度10公分的樣本，如果需要20公分更大塊的樣本，電鑽必須以低速鑽取，以避免木質摩擦產生高熱、或鑽取過程中造成木材意外斷裂等現象。在這些的限制下，每個團隊的研究人員只能取得少量珍貴的木材樣本做分析研究，所得的研究成果也僅能反映局部區域的狀況，難以代表整艘戰艦的狀況。

2. 要命的硫酸

　　2001年瓦薩博物館開始著手進行酸害緊急處理工作，最初科學家先以沾有鹼性碳酸氫鈉與碳酸鈉溶液的濕布敷蓋於木材之上，以中和木材中的硫酸，他們成功地將pH值低於4的兩千處受硫酸侵襲損害區域提升至pH值7-8之間，但是經過6個月後，卻又發現pH值全都降回4，這個結果說明木材內部酸化嚴重，中和硫酸的處理工作僅對木質表面有效，無法深及內部，科學家擔心如果再次使用水性的鹼溶液處理，其中的水分可能因此加快硫酸的產生，加上瓦薩號的木結構十分複雜，最多有多達五層的木材與超過一公尺的厚度，根本難以深入去除木材內部的硫酸。科學家也曾思考以鹼性的氨氣法進行全船的薰蒸，但是考量船體無法移動，必須在博物館內進行才行，而氨氣薰蒸處理後殘餘的強鹼同樣會對木質造成損害，另外還有工作人員與遊客的安全健康等問題，都十分難以克服，因此在2005年暫停除酸工作，改以監測的方式或是移除表層舊PEG粉刷新PEG等方法替代。

3. PEG失效了嗎？

　　PEG淋浴法是早期保存瓦薩戰艦的方法，經由這次硫害事件，科學家開始懷疑PEG是否失效，目前有兩個不同的研究結果：一派研究傾向PEG經過30年仍舊維持良好的狀況，品質無任何變化，硫酸的形成應該來自木頭本身，與PEG無關；另一派研究則持相反的看法，認為PEG經過30年後已經變質，早年噴灑PEG溶液為節省成本，將噴灑滴落的PEG溶液回收再利用，PEG溶液中累積大量自木材沖出的硫、鐵離子，再重複噴灑到船體上讓使其二度滲入木材，更加催化硫氧化為硫酸的反應，同樣的溶液一直重複使用15年，至噴灑結束前兩年才更新配方，硫鐵污染的情形十分嚴重；如此也間接證實，如果保存修復專家當年無畏政治輿論壓力之要求提早結束處理工作，堅持原訂的噴灑時程，鐵污染的情形應該會改善許多，而不會引發如此眾多的硫酸問題。

4. 擺脫「鐵的束縛」

　　鐵離子在瓦薩號硫害中扮演重要的角色，它不僅是硫酸形成的催化物，也會使其他未生鏽的鐵器鏽蝕，並破壞木質纖維結構，降低PEG溶液的強度，科學家最近證實，瓦薩戰艦因為浸泡在海底長達三百年，鐵離子早已滲入木質細胞當中，因此要去除這些鐵離子恐十分困難。近年來科學家研發了一種「去鐵EDMA法」，試圖將這些不穩定的鐵離子牢牢地與另一個化學穩定物結合在一起，以降低催化硫酸產生的反應。EDMA原應用在農業上，主要作為種植於鹼性土壤之柑橘果樹的肥料使用，讓原本不溶於水的鐵化合物可以釋出供植物吸收。科學家將化學反應式倒過來，使用去了鐵的EDMA溶液來浸泡含鐵的木材，他們發現EDMA可將鐵離子迅速吸附抽離出木材，而且成效良好，但是唯一的缺點是此法會使木材顏色變成深紅色，如果器物表面帶有紅色顏料，也會將紅顏料中所含的鐵一起帶走，反而造成彩繪的破壞，加上EDMA屬強鹼性，與戰艦橡木的酸鹼度差異甚大，可能會造成纖維素與木質素破壞，因此還必須再深入研究其可行性才行。

　　科學家除了以化學方法去除木質中的鐵離子外，也試圖以物理性的方法移除，首先必須將戰艦上數千根生鏽的鐵螺栓全部更換。瓦薩戰艦除了17世紀造船時所用的上千根鐵螺栓外，在1960年代打撈修復之時，科學家為了要將船體抬起支撐，在舊鐵螺栓原位置處插入5500根新的鍍鋅或塗佈環氧樹脂外漆的鐵螺栓，這些鐵栓在當時是十分良好的替換材料，但是至2000年以後陸續發現鏽蝕的問題，科學家建議這些較新的鐵螺栓必須改換不鏽鋼、鈦金屬或碳纖維等質輕、堅韌、中性替代材質，然而更換鐵螺栓並非是一樁簡單的工程，還必須結合光纖技術偵測鐵栓長度與內部結構才行，研究人員將目前已經生鏽的鐵螺栓列為第一優先置換，因為這些鐵栓的鐵銹已經侵入木質深處，有些甚至必須以破壞木質的方法才能取出，此外還有一些鐵栓因為周圍的木材酸化變形而被擠壓得彎曲或斷裂，因此可能只能更換半截。晚近幾年才出現鏽蝕狀況的鐵螺栓因為鐵銹通常只產生在表層，而且可以藉由控制展場室內的相對溼度的方式減緩鏽蝕狀況，所以可以暫緩更換。

5. 新的支架

　　瓦薩戰艦由於是整艘船從海底打撈上岸，經過40多年整體的保存處理，木質強度已弱化，加上地心引力的影響，科學家擔心戰艦的結構安全已有所變化，因此設置400多處偵測點並以經緯儀測量結構偏移的狀況，從累積六年的資料分析發現，船體每年約以1公厘的距離向下沉降，船尾亦有歪斜的現象。船體結構歪斜的問題可能與戰艦使用40多年的底座駁船出現裂痕以及舊支架變形有關，目前使用的舊支架是以18根與船底形狀相同的支柱構成，每根支柱的間距一致，中間以I型橫樑相連，提供水平支撐力，船體與支柱間有可調式的楔子填補縫隙支撐，但此構造已不敷使用。目前瓦薩博物館正與斯德哥爾摩皇家科技研究院合作，重新設計瓦薩號的新支架，新的支架將不會改變舊支架結構，而是新增一只可人工調整操作的內層支架，以分散底座的重量，支架將挑選具備不會與木材內含的化學物質反應、不易鏽蝕、輕巧、穩定等特性的材質，以解決整體結構安全的問題。

6. 全新空調

　　瓦薩博物館的每年的參觀人數平均約有80萬人次，並有逐年攀升的趨勢，2007年更達到100萬人次，龐大的參觀人潮對於處於開放式陳列展示的瓦薩戰艦來說影響極大。展示廳的容積約有125,000立方公尺，但必須維持全天候18-20℃的溫度與55%±4%的相對溼度，這對於1989年安裝的老舊空調系統而言，無非是一大負荷。2003年夏天館內測得的相對溼度超過70%，各監測點高低差更高過10%，顯示展示保存環境極度不良。2004年博物館花費4千萬瑞典幣（約一億八千萬台幣）安裝全新的空調機組，此次不僅提升空調機組的噸數，也新增許多功能，工程師在船體內外安裝41組自動感應偵測器，監控不同區域的溫溼度狀況，當遊客增加室內相對溼度升高時，空調系統會自動進行除溼，當遊客量稀少室內過於乾燥時，空調系統也會自動加溼，如此維持穩定的展示環境；特定的區域與場所也設置額外的小型空調機組調節溫溼度不均衡的狀態，木器展示櫃內也加裝溫溼度控制裝置，讓小型的器物也能保持穩定的溫溼度狀況。新的空調系統運轉狀況良好，成功地將相對溼度波動起伏減緩至10%以內。硫酸事件讓館方不敢輕忽展示保存環境的維持，將維持展示環境內溫溼度的穩定視為瓦薩戰艦保存維護工作的首要之務，如此不僅可減輕硫酸鹽類析出的問題，也可降低重新修復所應付出的人力與物力成本。

7. 展場設施改善與更新

　　瓦薩博物館配合戰艦保存維護需要更新展場照明設備，原先的展示廳與船艙內因為保存因素光照低調且陰暗，館方人員將燈具更新，一方面減少燈具逸散過多熱能造成溫溼度變化並可節約能源，另一方面調高照度，讓遊客有更明亮的參觀品質；船艙內部光照敏感區域，更朝向自動照明設備進行改善。展場內增設遊客計數器，監控參觀人數，並與空調系統連動，依據入館人數多寡調節空調強弱。

　　為使保存修復人員工作方便，展場新增電動升降梯，讓維護人員可以近距離觀察紀錄船體外側狀況（例如突出的雕像或內凹的隱蔽處等）並進行修復處理，不用在像以往必須提心吊膽冒著生命危險以懸吊方式掛在船身外進行觀測。保存維護部門另外新增3D立體攝影設備，數位科技不僅讓保存維護人員便於紀錄與測量戰艦的保存狀況，更可深入肉眼無法觀察處了解內部結構。

瓦薩戰艦保存修復貢獻與啟發

　　瓦薩戰艦長達50年的修復歷程說明了要保存一件海底考古出水的古戰船是多麼複雜、漫長而艱鉅的任務，由於出水文物所處環境變化明顯大於出土文物，因此從打撈上岸到後續的保存處理，必須運用一整套包括脫水、除鏽、去酸、去鹽、加固等冗長的處理程序，才能給予文物安全的保障，如果沒有立即做好完善的保護措施，短時間內文物就可能劣化變形，甚至到無法挽救的地步，因此在規劃打撈或發掘水下文物時，必須先擬定好緊急防護措施以及未來的保存維護方案，待一切措施與設備準備妥善後方能執行。

　　大型出水文物的處理，必須有跨領域的人員技術合作與整合，並輔以充足的經費與政府單位的支持等才能共同協力完成。從瓦薩戰艦的修復歷程可見考古、工程、物理化學、生物、保存科技、博物館、展示、典藏等眾多的專家學者參與，對他們來說瓦薩戰艦的保存危機皆為前所未有的挑戰。五十年前並無任何的保存科學資訊可供參考，研究人員必須進行多次的實驗，最後才選擇出一種比較適當的方法施作，早期的保存修復者對於瓦薩號的處理方式在今日看來並非盡善盡美，有許多保存修復的方式後來甚至衍生出極大的麻煩，但是不應該就此否定其成就，以當時的時代背景來說，在有限的人力、物力、經驗與無任何新穎科技設備的協助下，能夠將古戰艦完整的保存下來實屬不易。

　　瓦薩戰艦是博物館保存史上最大物件，它也是世界第一次使用最新木材保存技術的物件，PEG浸漬法現已成為保存出水木質文物標準技術之一，晚近打撈的出水文物例如德國14世紀古沉船布里曼號（Bremen）、英國16世紀古沉船瑪麗羅絲號（Mary Rose），皆沿用瓦薩戰艦所使用的兩階段PEG浸漬法，稍加改良配方成功進行脫水處理；瓦薩號修復過程中的失敗案例與經驗，更不惶成為其他科學家的借鏡，有些甚至加以改良普遍應用。因此瓦薩號的修復經驗可說奠定了現代水下考古出土文物保存修復的知識基礎，今日保存修復家皆已明瞭出水文物有脫水、鹽類析出的潛在危機，硫酸與鹽分的問題都可以預先被處理，修復完成的文物展示環境與典藏維護的重要性更是不可忽視，必須持續監測與紀錄才行。

　　根據聯合國教科文組織估算，全球海底約有三百萬艘沉船，大部分的沉船皆屬木結構，由於受到暴風雨的襲擊與海底生物的破壞，沉船多半難以保存完整，瓦薩戰艦相當幸運完整保存下來，船體與船上遺留的珍貴歷史文物，堪稱人類重要的文化遺產，在現今博物館多以數位科技電腦虛擬實境的方式來重建水下考古遺址或古代沉船原貌，瓦薩戰艦的存在更顯現出實體船的雄偉壯麗與保存維護的難能可貴。

（本文作者為史前館研究典藏組研究助理）

參考文獻

瑞典瓦薩博物館官方網站http://www.vasamuseet.se/。

Hocker, Emma Elizabeth（Conservator of Vasa Museum, Stockholm, Sweden）

2007 “Lessens Learned from the Pioneers: Conservation Challenges of the Swedish Warship Vasa.” 國立文化資產保存研究中心籌備處、中央研究院歷史語言研究所主辦2007年6月27-29日「出水文物緊急維護與保存國際研討會暨工作坊」研討會手冊。

Sandstrom, Magnus, Farideh Jalilehand, Ingmar Perssan, Ulrik Gelius and Patrick Frank

2001 “Acidity and Salt Precipitation on the Vasa: the Sulfur Problem” Proceedings 8th ICOM-CC WOAM Conference Stockholm 11-15 June 2001.