问题——三星堆遗址出土象牙数量可观,是认识古蜀文明礼制、资源来源与交流网络的重要材料。
然而,象牙在地下埋藏三千余年,长期受地下水、可溶盐与微生物共同作用,外观往往仍具整体形态,内部却可能出现脱矿、粉化与结构松散等隐性劣化。
一旦缺乏对成分与微结构变化的准确认知,保护修复容易出现“表面加固、内部继续失稳”的风险。
如何在不取样或少取样的前提下,获取微米级、可对比的分子与矿物信息,成为象牙保护与环境考古研究的共同关切。
原因——象牙的主要无机骨架为羟基磷灰石,有机组分以胶原蛋白为主,二者在长期地质化学过程中会发生不同步的衰变:一方面,地下水携带的金属离子与硫酸根等进入材料孔隙,可能诱发离子替代与晶格改变;另一方面,盐分结晶与微生物活动会加剧孔隙扩展与有机质降解,使象牙从“整体完整”走向“内部脆弱”。
在检测层面,传统连续光拉曼虽然具备无损、可识别分子结构和高空间分辨的优势,但面对文物常见的强荧光背景时,微弱的拉曼信号易被“淹没”,导致关键谱线难以识别,限制了该技术在象牙等高荧光样品上的应用。
影响——基于团队最新进展,显微时间门控拉曼光谱仪被用于对三星堆出土的4块象牙碎片开展无损检测,取得清晰谱图并揭示差异化老化路径。
研究显示,4块样品荧光强度差异明显,其中部分样品在常规条件下几乎无法获得有效信号;采用时间门控策略后,荧光干扰得到显著抑制,强荧光样品的拉曼信噪比提升超过20倍,象牙内部成分差异得以呈现。
进一步分析表明,不同埋藏环境下象牙在有机质含量、骨架结晶性与腐蚀程度方面存在明显分化;金属离子侵入以及硫酸根等非金属离子对羟基磷灰石的替代,被认为是导致象牙深度老化的重要机制。
同时,部分样品还呈现可能与受热相关的特征,提示除自然埋藏因素外,不排除存在焚烧或其他人为扰动的影响。
这些结果为理解象牙“为何看似完整却一触即碎”提供了分子与微结构层面的解释框架。
对策——文物保护强调“最小干预”和“可逆性”原则,而科学检测是制定方案的前提。
时间门控拉曼利用拉曼信号寿命极短、荧光寿命较长的差异,在极短时间窗口内开启探测,从而“抓住”拉曼、抑制荧光,突破强荧光背景下的检测瓶颈。
此次工作不仅体现在方法学创新,更在工程实现上回应了时间分辨率要求高、核心探测器依赖进口等现实挑战。
研究团队通过硬件与算法协同优化,实现核心部件国产化并降低成本,为在考古现场、实验室保护评估及长期监测中的推广应用打下基础。
对文保实践而言,这意味着可在不损伤文物的情况下,评估离子侵入、矿物相变化和有机残留,为加固材料选择、脱盐路径、湿度控制与储藏展示条件制定提供量化依据。
前景——从更大视角看,三星堆象牙的老化过程不仅关系单件文物的修复,也关联遗址埋藏环境演变与人类活动信息提取。
能够在微观尺度上“读懂”材料劣化机理,有助于将保护从经验判断推进到机制驱动与证据链支撑。
与此同时,强荧光样品广泛存在于文物、材料与环境研究领域,时间门控拉曼在陶釉、漆层、有机颜料、复合材料以及污染物微区识别等方向具备拓展空间。
随着仪器稳定性、标准谱库与跨学科数据解释体系的完善,该技术有望成为文物科学中“无损精测”的重要工具之一。
三星堆象牙的"重生"之旅,见证了中国科技创新服务于文化遗产保护的生动实践。
从古蜀文明的沉默见证者,到现代科学的精细解读对象,这些千年象牙通过新型光谱技术的"诊断",不仅为保护修复工作提供了分子级的科学指导,更为探究人类文明的深层奥秘打开了新的窗口。
这一成果启示我们,唯有将先进科技与人文关怀相结合,方能让历史文物真正"活"起来,向当代和未来讲述古人的故事。