第一部分 自然过程

第一章
沿海和内陆的地质地貌演变过程

本·福特、嘉莉·索登、凯瑟琳·法恩斯沃思、M.斯科特·哈里斯

水下遗址是一种环境异常现象，很多沿海和内陆遗址的形成过程都是遗址与环境相互作用达到平衡的结果。由于遗址影响环境，反过来又成为环境的一部分，因此两者不可分割地联系在一起。考古学家发掘的遗址，是原始人类活动和环境双重作用的结果。因此，由于遗址类型（如木质或钢质船舶）、遗址沉积方式（船舶失事或遗弃）和环境（即影响沉船的因素，Martin，2011）的不同，结果导致每处遗址的形成过程也各不相同。然而，遗址形成过程中环境是均变的，通过适当的研究就可以了解。一旦了解了遗址形成的自然过程，其余的变化更有可能是过去人类活动的结果（Murphy，1998； Will and Clark，1996）。除了区分人类活动与自然形成过程外，了解遗址形成、保存方式为何变化也是很有用的，这些都有助于更好地理解考古学家考古获取的数据与形成这些数据的过去人类活动之间的联系。这些目标都属于所谓的中程理论（Binford，1978）。

遗址形成过程，特别是遗址地貌形成过程的均质性，早已引发了水下考古学家的思考。弗雷德里克·杜马（Frederic Dumas）1962年的著作《深海考古学》（Deep-Water Archaeology）中就讨论了遗址埋藏率中地貌变化的影响；基思·马克尔瑞在其奠基性著作《海洋考古学》（Maritime Archaeology，1978）中用很大的篇幅讨论了遗址地貌形成过程［如同迈克尔·希弗（Michael Schiffer）对陆地遗址的研究］。在马克尔瑞提出的影响遗址形成的11个因素中，4个是地貌因素，包括了他认为对考古遗存形成最重要的3个因素：水下地形、最粗粒径沉积物的性质和最细粒径沉积物的性质（Muckelroy，1978：163）。

本章正是在这些早期观察的基础上，讨论地质和地貌过程如何影响沿海和内陆考古遗址形成。在综合以往的研究后，我们列举了两个案例研究，它们说明这些过程如何影响沉船遗址和沉船搜索。

第一节
沿海和内陆遗址形成过程中的地质和地貌作用

任何内陆或沿海水下区域都有可能包含多个遗址和各种类型的遗址，这些遗址都受到地貌的影响。因此，本章关注遗址形成因素而不是具体的遗址类型。例如，侵蚀作用发生于海岸和河流，影响史前和历史时期的居址及沉船。然而，侵蚀作用并不是形成遗址的全部原因，它只是“从大陆架的宽度和深度到区域高压系统的季节性变化”这一系列复杂变量的一部分（Conlin，2005：169）。这里讨论的过程包括海底或河床底质与区域水流的相互作用，其中包括底质的泥沙是否容易被掀起、底质的来源和物质组成特点；地形；水位和侵蚀的变化以及人类对该地区的改变。

本章讨论的很多形成过程都是物理过程，适用于沿海和内陆环境。然而，在本章的讨论前需要明确的是，咸水和淡水环境的化学和生物过程通常有所不同。第四、五章将详细讨论化学和生物过程。淡水和咸水环境之间最显著的区别是船蛆（Teredo navalis）和蛀木水虱（Limnoria）类的甲壳纲动物，其只存在于海水中。木蛀虫的危害与温度、盐度、深度和溶解氧含量有关，其中溶解氧含量占主导地位，因此，它们在沿海地区和深海也会有所不同（Gregory，2004； Leino et al.，2011； Paola，2005）。不同种类的细菌和真菌共存于淡水和海水中，它们会释放出一种酶分解木纤维，虽然对木材的破坏比海洋蛀虫小，但是影响沉船的长期保存。它们还创造出影响遗址保存的微环境。例如，腐解时产生富硫化氢层（Gregory，2004； Leino et al.，2011； Singley，1988）。是否有氧气是真菌和细菌存在的首要的决定性因素，因此，它们在数厘米深度以下的泥沙沉积中就不会存活。正如本章后面所讨论的，沉船的埋藏速度和被埋的程度，是决定沉船保存状态的一个主要的决定性因素。最后，水化学影响因内陆和沿海环境而异。海水的盐含量相对稳定，而淡水环境由于当地条件的不同（如使用除冰盐和肥料），盐含量可能变化很大。海水中的含盐量越高，电化学原电池反应越容易引起铁的腐蚀（Cronyn，1996； Matthiesen et al.，2004； Rayl et al.，1981； Singley，1988； Ware and Rayl，1981）。在一些实验中，与淡水相比，水体中盐的浓度越高，木材的重量损失越大（Ware and Rayl，1981）。淡水中假如有足够的盐，也能造成类似的影响（Singley，1988）。

一、沉积物特征和运动

沉积物类型及沉积速率是水下考古遗址保存的基础。一般情况下，快速堆积的细颗粒沉积物所起的保存效果最好（Muckelroy，1978； Quinn et al.，2007：1458； Ward et al.，1999：43）。沉积物均匀且温柔地将遗址包裹起来，隔离氧气、阻止磨蚀，因此，物理、生物和化学的劣化速度显著放缓。有趣的是，这种模式在约克镇沉船和阿德拉尔号（Adelaar）沉船的对比中比较明显。在约克镇沉没的一些英国船只所在的海域水流湍急，海水侵蚀严重。这些沉船的保存程度比受厚淤泥层保护的沉船差得多，如贝特西号（Betsy）（Broadwater，1980：231-232，1998：471）。与贝特西号相比，阿德拉尔号沉没于苏格兰附近一处裸露的磨蚀环境中，该区域甚至有历史记录显示块状的船货被磨成碎片（Martin，2011：57）。沃德及其同事（Ward et al.，1999）根据对潘多拉号（Pandora）遗址的类似观察，建立了沉积物堆积的定量模型，并用于遗址保存。他们通过收集遗址的水流、波浪和沉积物数据，与考古记录相比较，而不是道听途说，因此比较完整地了解了在遗址形成时遗址环境与船体如何相互作用的。虽然埋藏通常是有益的，而埋藏的方式很重要，但是也有例外，即充填和埋藏破坏了沉船遗址。例如，天鹅号（Swan）和无敌号（Invincible）沉船的沉积物都是堆积不均匀，导致船体显著变形（Martin，2011：65； Quinn et al.，1998：163）。当然，考古学家之所以能够记录这种变形，正是因为沉积物继续在遗址上方堆积，保存了木材扭曲和断裂的状态。

沉积物源于河流输入和原址母质侵蚀，但是沉积物并不总是保持在一个地方；波浪、潮汐和洋流有规律地重新排布沉积物，这样，水流运动方向和遗址相对于沉积区的位置，都会影响遗址的埋藏方式。水流运动速度和沉积物的类型（粒度、密度和黏聚力）决定了沉积物悬浮、运动和沉积的频率和距离。尤斯特龙（Hjulström）和希尔兹（Shields）绘制的图（见图1.1）显示了这些复杂的关系。

波浪控制近岸沉积物的运动，因为波浪提供能量掀起沉积物，并结合沿岸流控制沉积物的运动（Conlin，2005：141； Hayes et al.，1984：3； Ward et al.，1999：50）。在这个过程中，移动的沉积物可以掩埋或暴露考古遗址，波浪和沿岸流也可以直接作用于人工制品导致遗址被掩埋或移动。近岸人工制品是海岸系统中泥沙平衡（sediment budget）的一部分，与其他海岸沉积物一样被侵蚀、移动和再沉积（Will and Clark，1996：504）。密度较小的物质被沿岸流顺着海岸输运，密度较大的人工制品通常会留在原地。波浪能量常常掀起海底浅表层泥沙，使泥沙悬浮于海水中，同时使密度较大的物质垂直沉降至悬浮沉积物的底部。人工制品沉降到沉积物表面以下的深度取决于波浪的大小和速度（Murphy，1990：15； Waters，1992：270）。这个过程造成人工制品的二次沉积，类似于受风力作用的陆地遗址。由于波浪作用，老的、新的物质被混杂堆积在一起，其堆积深度取决于波基面位置（注：波基面是指波浪对海底地形产生作用的下界，为1/2波长），与新、老无关（Muckelroy，1978：177； Murphy，1990：52）。由于此过程受波能控制，最高能事件将决定高密度物品的埋藏深度。高能事件也倾向于将致密的人工制品置于受正常波浪影响的深度之下。遗址的淹没时间越长，受到高能事件影响的概率就越大，所以叠加定律可能依然成立。然而，随着时间的推移，受波浪影响的遗址，其高密度物品往往会在波浪的筛分作用下使得埋藏深度一致。

除了波浪外，潮汐和洋流也影响遗址的形成过程。然而，与波浪不同，研究者发现潮汐和洋流对沉船碎片具有混合的或有限的作用力（Martin，2011； Quinn et al.，1998：113； Ward et al.，1999：50），它们确实在输移沉积物的过程中起着重要作用。由盛行的波浪模式和潮流产生的沿岸流（longshore current），在一些遗址附近侵蚀沉积物，并在其他遗址处堆积沉积物（Conlin，2005：137； Millet and Goiran，2007）。强洋流，如大潮、涡旋和因风暴产生的流（storm-driven current），也是沙波（sand wave）迁徙的主要驱动力之一。沙波在海底的运动可能导致考古遗址的周期性埋藏和暴露，遗址的保存、劣化和磨损取决于其暴露或掩埋的频率和时长（Caston，1979：200； Ward et al.，1999：51）。

河流也在沉积物的输移中起着作用。河流有自己的水流和泥沙平衡，影响着河道中考古遗址的埋藏和暴露。河流入海的水量和泥沙也会通过沉积体系影响海岸带遗址。水流速度和河流进出河口的泥沙量与大环境（如温度和降水）有关，因为这些环境因素最终控制着该区域的径流量和泥沙量（Conlin，2005：142）。如同海岸带的人工制品一样，河流中的人工制品也是该河流泥沙平衡的一部分，并且与任何其他类似密度的颗粒一样被运输和再沉积（Quinn et al.，2007：1457）。

移动沉积物的力量常常受到邻近区域外的因素影响，例如大陆架的宽度，与主要洋流的距离［例如墨西哥湾流（Gulf Stream）］和天气模式（Conlin，2005：137，140）。这些力量以及沉积物和水流特征与区域内遗址的地貌形成过程相互关联，例如沉积物类型、泥沙迁移以及波浪和水流的冲刷，都与沉船遗址的埋藏和暴露有关。本书随后将更全面地讨论冲刷作用（scour）（见本书第三章），但是简短的描述有助于说明区域遗址形成过程之间的相互关系。冲刷作用可以用伯努利原理（Bernoulli's principle）解释：当水流遇到障碍物（例如沉船）时，障碍物迎水一侧的压力增加，导致流速下降，水流运输沉积物的能力下降；但是一旦水流通过障碍物，压力会降低，流速增加，使水流松动海（河）床底质，将其掀起并往下游输送。其结果是，如果压差超过重力，就可能侵蚀障碍物下游方向的海（河）床，并形成冲刷沟。障碍物就会沉降到冲刷沟内。这个过程取决于水流与障碍物的相对速度和方向，又受到水深、位置、天气、潮汐以及海底物质组成物的影响。砂质沉积物最容易受到冲刷，因为与具有黏性的黏土和粉砂相比，侵蚀砂质沉积物所需的流速小。冲刷和沉降过程持续，直至障碍物被掩埋，或者停留在黏性更强的地层上。因此，区域的地质和地貌环境很重要。如果沉船位于无法冲刷的沉积层中，船的一部分就不会被掩埋，从而不太可能得以保存。一旦障碍物被移除，不管是沉降还是劣化，冲刷过程就停止了（Caston，1979； Conlin，2005； McNinch et al.，2006）。其他地貌过程可以加速或消除冲刷和沉降造成的埋藏。移动的沙波可以追上并掩埋暴露在外的沉船（Caston，1979：200）。随着沙波继续移动，冲刷过程可能重新开始。水流的变化也可能暴露之前已被冲刷掩埋的遗址。例如，潮汐汊道（tidal inlet）的变迁可能导致整个遗址的侵蚀，重新暴露遗址。遗址一旦重新暴露在外，冲刷和沉降过程将继续，直到障碍物沉降在新的沉积物表面以下（McNinch et al.，2006：304）。显然，泥沙运动（sediment movement）的物理过程之间存在因果关系，而这些过程相互协调、相互对立，而且相互关联因而形成了考古遗址。

二、地貌

海底地貌通过控制水深、阻断或疏导水流、掀起底质等形式参与泥沙运动，但是水下地貌也通过其他方式影响遗址形成。海底坡度与重力作用相结合，影响沉船遗址的解体和沉积。船体倾向于往下坡处坍塌，木料和其他材料就集中于遗址的某部分处（Bernier，2007，4：281； Quinn et al.，2007：1458）。从微观地貌层面讲，地貌特征的呈现，如沟壑、裂缝或岩溶溶洞等地貌单元中可能捕获文物，并阻止文物被进一步侵蚀（Horrell et al.，2009； Martin，2011）。这些地方最有可能发现密集分布的文物，在某些情况下，它们被捕获的地方距离遗址并不远，这有助于保护遗址的背景。

三、侵蚀

侵蚀过程既与地貌有关，又与泥沙运动有关。区域地形及其地质特点影响河岸和海岸的侵蚀，并且侵蚀作用掀起的沉积物成为该地区泥沙平衡的一部分。上述冲刷作用、沙波运动和其他过程只是侵蚀的部分内容，而本节专门讨论位于活跃的或者曾经活跃的侵蚀环境的遗址，如海岸或河岸。

海岸位置随着海平面变化而移动，并不固定。大约18 000年前末次冰盛期结束以来，海岸线一直断断续续地向陆地方向移动。海平面上升可以减少波浪作用对遗址的影响，降低遗址环境的能量，从而有助于水下遗址的保存（Conlin，2005：137； Ford et al.，2009； Murphy，1990：52）。然而，对于原本位于陆地的遗址，被海水淹没的过程通常是破坏性的（Kelley et al.，2010； National Trust，2005； Sear et al.，2011； Stright et al.，1999）。河流、湖泊和水库同理，水位上升会侵蚀考古遗址，同时也改变了遗址的物理、生物和化学环境（Lenihan et al.，1981； Mcphail et al.，2009）。

波浪直接作用于考古堆积物和支撑考古遗址的基质上，导致大量沿海地区遗址的破坏。波浪和水流扰乱了遗址背景，把文物从原地移走，侵蚀地貌、磨损文物、使沉积物悬浮于水中，从而导致文物和生态证据垂向移动，通常几乎没有留下任何有用的考古信息（Erlandson，2008； Head，2000； Mcphail et al.，2009：49； Westley et al.，2011a）。在高纬度地区，冰也可能在沿海和沿岸侵蚀中发挥作用。冰的重量和移动能够毁坏遗址，将文物移动相当远的距离，还能够侵蚀海岸线（Bernier，2007； Will and Clark，1996）。

随着海水不断逼近陆地，这些过程不断发生，侵蚀着遗址，大风暴更使情况严重恶化。据估计，每年有数百万考古遗址因侵蚀而遭到破坏或丧失，2005年卡特里娜（Katrina）飓风摧毁了大约1 000处历史和考古遗址（Erlandson，2008：168）。如果风暴活动如气象学家预测的那样增加，这些侵蚀过程在下个世纪有可能会加剧（Westley et al.，2011a：352）。

然而，沿海遗址的破坏并不是绝对的，因为某些地质和地貌特征通常会使遗址得以保存。局地海平面上升速度不仅由全球海平面上升速度（海平面升降变化）决定，还取决于海岸的坡度和该地区是否经历过地壳均衡回弹（isostatic rebound）或沉降（subsidence），局地海平面上升速度对遗址是否能够得以保存起着重要作用。一般来说，海浪直接作用于遗址的时间越短，发生大风暴事件的可能性越小，遗址就越有可能得到保存。保护性地貌特征，如海岛或障壁岛（也叫堡岛）（barrier beach）的存在，也可以减轻海侵（transgression）的破坏力（穿过遗址的水边线运动）。因此，基岩地形和海岸地貌对遗址能否得以保存起着重要作用。最后，遗址埋藏深度影响其保存状态。遗址埋得越深，海浪、风和冰就越难侵蚀（Kelley et al.，2010：695； Murphy，1990：52； Waters，1992：278）。例如，道格拉斯海滩（Douglass Beach）水下遗址的保存就是障壁岛（barrier island）形成和迁移的结果。位于高地或障壁岛后面的潟湖（back-barrier lagoonal）边缘的古人类居住遗址，在海平面上升过程中，障壁岛首先保护遗址免受高能波浪影响，随后障壁岛向陆地迁移并埋藏遗址，直至海岸线到达足够远的内陆。在这个过程中，遗址始终没有直接暴露于波浪作用下（Murphy，1990：52）。

障壁岛迁移在沉船遗址形成中也起着重要作用。障壁岛通常是易变的，其形成和运动受到潮汐、水流、波浪和风的影响，还受近海和附近河流沉积物的影响。这些作用力可以通过沿岸流（littoral drift）和风成过程（aeolian process）重塑岛屿，通过波浪和潮汐作用造成岛屿向陆地移动（海侵），通过沉积物堆积（sediment accumulation）导致海岛向海洋扩张［进积作用（progradation）］（Damour，2002； Waters，1992）。因为障壁岛不断变化，所以可能比稳定的海岸线累积了更多的沉船，稳定海岸线的海图依然是可靠的。障壁岛还导致了遗址形成过程具有动态性，在这个过程中，沉船的环境能量和暴露量在沉船的整个生命周期中不断变化。

佛罗里达州墨西哥湾沿岸的障壁岛多格岛（Dog Island）和圣乔治岛（St．George Island）附近的沉船是上述环境下沉船形成过程的优质案例（Damour，2002； Horrell，2005； Meide et al.，2001）。随着障壁岛向陆地移动，这些沉船或暴露在外或被埋葬。梅拉妮·达穆尔（Melanie Damour，2002）也赞同，圣乔治岛的移动打乱了定位1799年消失的英国皇家海军福克斯号（HMS Fox）的原定计划，船体有可能掩埋在岛里。溪谷号（Vale）也有类似的经历，该船于1899年在多格岛向陆一侧消失了。虽然到了1999年，沉船部分暴露在外或埋得很浅，但是从那以后，随着该岛的海侵，沉船已经完全被掩埋（Meide et al.，2001； Chuck Meide的私人通信，2013）。与此同时，可能属于普丽西拉号（Priscilla）的船体于1914年在距离溪谷号仅几百米的地方消失，随着岛屿远离沉船，沉船暴露在外的部分越来越多（Meide et al.，2001）。

普丽西拉号这样的沉船不太可能被保存下来，因为沉船暴露在海滩上会受到海岸侵蚀。在这些高能环境中，通常只有沉船最重的铁质部分留在海滩上，海水粉碎并带走了木质部分（Russell，2005）。铰链式船体碎片的保留，往往是海滩环境里有多少能量的结果。海滩环境的能量是决定海滩沉积物粒度大小的重要因素，部分船体因被沙滩掩埋而保存得更好，但是岩滩上几乎无法保存沉船（Russell，2004，2005）。由于这些遗址形成过程，海滩搁浅的沉船是许多例子的一种，即自然遗址形成过程会阻碍我们对材料记录的理解。马修·拉塞尔（Matthew Russell，2004：382）假设大量搁浅沉船遗址的年代为19世纪至20世纪的主要原因是遗址形成过程；大多数更早搁浅的沉船遗骸已经被海岸破坏性的、几乎不间断的地貌变化过程所湮没。

侵蚀不仅限于海岸，河流遗址的侵蚀过程也很活跃。河流蜿蜒曲折，侵蚀一处的沉积物，并搬运堆积在他处；侵蚀和堆积是平衡的。然而，一旦考古遗址被侵蚀，其内含的许多信息就会丧失，因此，每次河流侵蚀产生的变化都有可能使该地区考古记录的一部分丢失。这个过程会破坏位于陆地上的遗址和掩埋于河岸的沉船船体（Horrell et al.，2009：31-32； Milne et al.，1997； Simms and Albertson，2000）。沿河考古遗址的存在也造成了河内遗址的形成过程的复杂性。当河流侵蚀河岸，或者暴风雨将附近遗址的文物冲进河流中，河流就像是一个陷阱，考古材料就成为河流泥沙平衡的一部分。被侵蚀的考古材料可能堆积在河内的一个次生遗址中，这是因为遗址经常截留顺流而下的材料，或者被侵蚀的材料堆积在河流中能量较低的位置。因为人工制品密度和河流流速控制了材料的堆积位置，很多人工制品很可能会堆积在河流的某一位置，从而形成一个看起来像遗址的地方。佛罗里达州的林特洛克遗址（Flintlock Site）就是这种情况：该遗址由从高地遗址侵蚀而来的考古材料组成，发电厂排放的废水造成河水转向，减小了流速，使这些人工制品集中在阿巴拉契科拉河（Apalachicola River）的一段处（Horrell et al.，2009）。

四、人为因素

人类在创造林特洛克遗址过程中所扮演的角色，即无论是在河流附近居住还是改变区域河流系统，都让我们看到了人为因素在沿海和内陆地貌遗址形成过程中的作用。区域地质和地貌通过控制斜坡、地形、饮用水的获取、港口的形成和其他因素影响人们选择居住地（Quinn et al.，2007； Westley et al.，2011b）。港口的位置和船闸、浅滩和其他相似的地质特征影响着贸易路线和沉船位置。因此，地质和人为因素在遗址形成过程（包括遗址的确立及其整个历史过程）中始终相互发生作用。

人类通过改变河流和海岸的泥沙输移（sediment transport）机制、改变水质、疏浚和加固河道、提高和降低水位、建造水坝截获沉积物、影响全球气候，以及其他许多蓄意的或意料不到后果的行动来影响地貌过程（Broadwater，1980：231； Erlandson，2008； Halpern et al.，2008； Horrell et al.，2009：12； Lenihan et al.，1981； Walter and Merritts，2008； Wilkinson and Murphy，1986）。以下两个例子就足以说明：考古记录中充斥着过去和现在人为改变环境的证据（Ford，2011）。米利特和瓜朗（Millet and Goiran，2007）认为，古代亚历山大人用防波堤（Heptastadion）将东港和西港分开，以预防东港被沙子淤塞。在这个案例中，人类活动影响当地地貌格局和改变港口的泥沙状况。这也是一个很好的案例，说明在区域背景下研究考古特征可以使考古成果有新的用途。亚当斯和布莱克（Adams and Black，2004）研究了现代人为因素，确定了诸如疏浚和航道等区域性文化因素如何改变根西岛（Guernsey）圣彼得港沉船遗址的地貌。河道疏浚和螺旋桨的洋流侵蚀致使海底原本致密稳定的沉积物受到侵蚀。这个过程除了暴露船体外，还暴露了沉船船体内的厨房燃料、绳索和鞋子碎片等物品，它们一旦暴露就不太可能继续在原地得到保存。

五、变化和连续性

当今的环境并不总是与过去的环境相似的。河曲的发展、不断上升的海平面和沉积物状态的变化都是改变区域环境的地貌过程，并在此过程中影响水下考古遗址的形成。这些变化意味着我们不能总把对当前环境的认知用于过去，但是通过了解背后的地貌过程，我们可以剥除影响因素，重建沉船发生时的沉积环境，以及环境如何影响遗址形成。区域地质和地貌过程可能是所有影响遗址形成的作用力中最渐变的过程，因此，通过仔细研究分层沉积物和底质特征、水流和历史动植物种群、遗址本身和地貌模型，很有可能重建区域环境和地貌过程。

同样重要的是，要注意随着时间的推移和逐渐靠近海岸，所有这些变化将更加明显。遗址沉积后，随着时间的推移，增加了该遗址受到正在发生的过程（如海平面上升）和特殊事件（如飓风）显著影响的可能性。同样地，影响因素的数量和个别影响因素的力量都会在海岸附近增强。海岸的能量高于深水环境，其强度直接作用于遗址的形成过程中。

最后，遗址形成过程中的地貌因素由几个独立但相互关联的过程组成，这些过程反过来又与其他生物、化学、物理和人为因素相互作用，这些因素出现的时间点很重要。遗址的形成不是简单的作用力总和，而是过去事件所创造的环境和遗址会被未来事件再作用的一个过程。大卫·康林（David Conlin，2005：164）分析了飓风雨果（1989年）与胡萨托尼克号（Housatonic）和亨利号（Hunley）沉船之间的相互作用，正说明了这一观点。到1989年，沉船残骸已经被冲刷到了更新世黏土层中并被掩埋，因此当飓风雨果经过沉船时，沉船没有受到影响。然而，飓风导致大量泥沙冲出查尔斯顿港（Charleston Harbor）。用于清洁港口的人造防波堤可能加强了这些沉积物的离岸运输，结果沉船被更多的沉积物掩埋。由于新沉积物是在飓风条件下沉积的，不容易被正常天气下的近岸动力过程移走，从而造成沉船掩埋净增长。如果这些事件以不同的顺序发生，例如在沉船事件之后立即出现飓风，就会产生不同的结果。

第二节
案例研究

一、俄克拉何马州红河

1990年，随着俄克拉何马州乔克托县红河的改道，一个多世纪前的蒸汽船女英雄号（Heroine）在一处农田里的40英尺深的泥沙下埋藏了147年后重新暴露在世人面前。河道的逐渐迁徙以及洪水期间决口导致的快速改道造成了美国西部河流系统的上述惊人发现（Corbin，1998）。这一遗址的历史是这样的：1838年5月7日，女英雄号在前往印第安领地陶森堡（Fort Towson）军事哨所运送补给的途中，在第一个航季中沉没于红河上游（Brown and Crisman，2005； Crisman，2005； Crisman and Lees，2003； Crisman et al.，2013； Lees and Arnold，2000）。

1838年以前，由于有大量倒伏的树木和浮木阻塞，红河的大部分地区都不能通航。随着亨利·施里夫（Henry Shreve）发明“清障船”（snagboat），到1838年，红河上游航道清理完毕，船只可以向该地区定期运送补给和居民。然而，由于河流性质的变化（浮木被清理后，水流流速可能会增大）以及水面以下仍有潜在的威胁，这条河仍然很危险。1838年春天，女英雄号就遇到了这样的危险：它的船身被一根刚好在吃水线以下的木头戳穿并钩住了，人们打捞上来一些船货和引擎，但船体和所有剩余的货物被留在了河里（Crisman，2014； Crisman et al.，2013）。

遗址形成过程

河水迅速包裹沉船，在底舱沉积泥沙，船体上层建筑部分可能暂时露出水面。像在高流速地区发生的许多沉船事故一样，船的上部很快就被急流冲走，然而由于快速沉积作用，船体几乎完好无损。

从1843年开始，一场巨大的洪水导致河道向南迁移，侵蚀作用使得沉船留在洪泛平原沉积物中，最终将沉船掩埋在12米深的泥沙之下，成为俄克拉何马州干草场的一部分。由于1990年的另一场大风暴和洪水，河道再次向北迁移，侵蚀了部分农田，沉船遗址重新被发现。女英雄号第一次被注意到是在俄克拉何马州的河岸边。在接下来的几年里，这条河流继续通过侧向侵蚀产生弯曲，直到沉船进入了这条河的深泓线（即最深处）。

科林·马丁（Colin Martin，2011：48）将沉船的形成分为三个阶段：沉船事件（wrecking event）、不稳定或动态阶段（unstable or dynamic phase）、稳定阶段（stable phase）。因为沉船被纳入自然环境的这些阶段通常是连续的，但马丁指出，稳定阶段可以回归到动态阶段。就女英雄号的情况而言，船体经历了两次动态阶段：第一次是在1838年最初沉没后，第二次是20世纪90年代初再次暴露后。在动态阶段，沉船受到水流冲刷、差异性泥沙淤积、磨损和人为因素的影响，但沉船长期埋藏在泥沙中使其保存状况总体良好。

当女英雄号在河中撞上障碍物后，船长无法让船身摆脱障碍物。这个障碍物位于前舱壁的尾部［障碍链（snag locker）］，这种设计旨在帮助船撞上障碍时得以幸存，使得船装满水原地下沉。因为它被固定在船首，而且由于水流的方向，船首周围的沙子被冲刷，结果是船首处沉得最深，在51.7米的长度内，船首和船尾之间大约有3米高差。

由航海考古研究所的凯文·克里斯曼（Kevin Crisman）主持、俄克拉何马历史学会（Oklahoma Historical Society）支持的实地调查工作历时五个季度。其间的观察表明，河流系统每天、每年都有很大的波动，有些年份水位很高，淹没了所有沉船残骸，水流湍急使工作变得困难；其他年份水位很低，水流缓慢，工作变得容易得多。然而，河流泥沙的运动造成了最大的障碍，但也让我们得以观察红河的河流动力，以及河流如何与沉船相互作用形成遗址。

在女英雄号沉船发掘过程中，我们观察到特定的沉积层与历史记录很容易相关联，最有趣的是船壳里有一层岩石碎块和鹅卵石，在船体内形成这样一层粗颗粒沉积，一定与1843年的大洪水有关。洪水侵蚀了河岸，导致河流向南迁徙，完全掩埋了沉船。此时女英雄号进入了马丁所谓的稳定阶段，直到1990年才被另一场大洪水再次冲刷暴露在外（Martin，2011）。

水流湍急年份的沉船发掘缓慢而令人沮丧，发掘者耗费5～6个小时清理部分残骸，最终清理出可以记录的部分，但到第二天早上，沉积物、原木、树枝、小树枝和其他被带到河里的较轻的物质又完全填满了整个空间。船体内部的空间在水流中是平静的，那些较轻的物质落入刚刚清理好的空间中。这个充填过程很可能在船只失事后立即以类似的速度发生，这就解释了船体内保存完好的原因。船体内还发现了完好无损的、柳枝捆绑的成桶装的猪肉。

项目进行的五年间，观察马丁所谓的动态过程也很有帮助。挟带泥沙的水流显然对任何没有被掩埋的物体产生有害影响。人们能观察到水面以上的结构年复一年地被侵蚀。排除人类对河流系统的控制，沉船暴露的部分将继续被侵蚀，直到下一次大洪水再次改变红河，重新埋葬女英雄号。

虽然红河变化并不罕见，但与1838年的情况已经不相同，人类已经在红河及其支流筑起水坝控制水资源并利用水力进行发电。这种人为的区域压力创造了一种不同的环境，现在河流流量有时以每日而不是以季节为间隔波动。今天的红河，即使有适合西部河流的吃水浅的蒸汽机船，女英雄号也不能在这片区域航行。美国陆军工兵部队认为这部分河道不能通航，表明现代河流的能量比历史时期低。

二、纽约黑河湾

2011年，由宾夕法尼亚州印第安纳大学、查尔斯顿学院和五大湖区历史协会组成的联盟致力于查找和确定1812年战争后在纽约黑河湾沉没的船只。该项目的两个目标如下：①查找和确定两艘1812年战争时期的船只；②收集数据以便更好地了解该地区的地质情况。考虑到这些，项目组成员由考古学家和地质学家两部分人员组成，希望从一组数据中获得双倍的信息。

之所以选择黑河湾地区，是因为其在1812年海军战争中起到了重要的作用。萨基茨港（Sackets Harbor）是美国在安大略湖上的海军基地，在战争结束时，许多新建的海军舰艇都停泊在那里，还有的舰艇停泊在更远的斯托斯港（Storrs Harbor）。虽然那里也是淡水河流系统，但黑河湾与之前俄克拉何马州的例子明显不同。研究的区域范围从可航行的、连接到安大略湖的深湾区，到全是活动沙坝（sand bar）的浅滩区。该研究的目的是通过侧扫声呐、磁力仪和浅地层剖面仪扫测整个湾底至浅滩，以便地质学家利用这些数据来更好地了解黑河湾是如何形成的，以及当前正在进行的地质地貌过程；考古学家们也可利用这些数据来确定1812年战争时的莫霍克号（Mohawk）沉船事故，该船可能已经被拖出萨基茨港并沉入河流深水处。此外，地质学和考古学研究之间存在着一种递归关系（recursive relationship），即已知年代的沉船可能作为一个标志层，以便更好地了解沉积作用。另外，湖底地貌和岸线变迁的地质成果可能会为考古工作提供有用的信息。

数条间接证据显示莫霍克号沉船位于调查区域内。1812年战争结束后，莫霍克号没有随舰队大多数的舰船一起从港口撤离。相反，1829年威廉·沃恩（William Vaughan）签署移走莫霍克号沉船合约时，莫霍克号沉船还停留在湖底。沃恩的合同没有具体说明他将如何处置这艘沉船，有一种假设是他希望沉船重新浮起，并立即在港口外大约有18米深的湾区把它凿沉。这种方式最为便利，可以避免船舶航行危险。早期海洋遥感调查支持这一假设，确认湾底存在一个隆起并伴随着磁力异常（Murphy，1976）。另外有零星报道称，渔民从港湾中打捞起大型船体碎片。

然而，在完成调查后，无论是侧扫声呐还是磁力仪数据都没有显示湾内有一艘大型船只的残骸。遥感记录中确认了现代的小型船只、码头残迹和树干，但潜水员对可能的和不明目标的检查结果是否定的。此外，浅地层剖面仪的数据表明，在较硬的地层（很可能是基岩）上覆盖着不到1米的软泥沉积。随后的地质取样证实，这1米表层软泥沉积为粉砂和细砂，但地质钻孔不能穿透基底。在这种环境中，莫霍克号船体不太可能埋在薄薄的软泥层中，这表明港湾底部没有提供保护沉船的环境。如果莫霍克号是在港湾中沉没的（它也可能没有沉没），那么它要么已经被完全破坏，要么已经被冲进湖中。

尽管欧洲人已经占领黑河湾两百多年，黑河湾附近的美洲原住民居住史更可以追溯到上千年以前，但直到20世纪中后期人们才在港湾的主航道上发现了美洲原住民的踪迹。这一观察结果表明，航道不利于考古遗址的保存，可能是出于经过航道的水流，以及在坚硬的基底（substrate）上只有很薄的软泥层的原因。该研究是一项地质和考古的并行调查，用同样的资料来处理地质和考古两个领域的问题。但是，如果按顺序进行调查，地质资料和对河流遗址形成过程的了解可能会不必进行考古调查了。在已有地质和地貌资料的地区，遗址形成过程的评估可以模拟遗址保存的可能性。

考古项目的第二部分是寻找一艘75英尺长的武装驳船，该船曾停泊在斯托斯港，系泊设施损坏后被困在港湾顶端黑河和麝香航道交汇处附近的一处沙洲上。与港湾的主要通道在过去两个世纪中大致维持原状不同，比较该地区的现代和历史地图可见，港湾的浅水区在过去两个世纪里发生了巨大的变化，特别是因为农耕区的增加导致更多高地被侵蚀（upland erosion）（Ford，2009）。在浅滩区，19世纪早期存在的岛屿和浅滩已经消失，合并形成了更大的岛屿和浅滩。1829年的一幅地图（见图1.2）清楚地标示了武装驳船残骸的位置（“炮船残骸”），但该区域的岸线有稍许移动，邻近的岛屿大幅扩张，该区域的浅滩发生了很大的变化，使得很难确定沉船残骸的位置。历史地图和现代地图之间的不一致表明，试图确定一艘被掩埋的沉船位置时有必要理解泥沙运动。此外，根据对河流系统中沉船遗址形成过程的了解，有一种可能性感觉，即认为在浅滩中掩埋的沉船残骸状况较好。

为了探明这处遗址，调查时使用了磁力仪，数据表明，武装驳船残骸附近有两条异常磁力线。通过拖拽探地雷达（ground penetrating radar，GPR）穿过港湾的冰冻表面，进行了更详细的地球物理调查。这次调查利用了浅滩沉积区的扩张，调查区域的浅水环境使得探地雷达能够穿透大约4米深的海底沉积物。探地雷达调查发现了一处长约23米的区域高振幅异常（见图1.3），因此做了试掘。试掘没有找到武装驳船的残骸；相反，在GPR记录中显示，在深处碰到了一些明显是天然的石头。

虽然尚未发现这艘沉船，但对黑河内遗址成形过程的了解极大地影响了对该船的搜寻。据推测，该武装驳船在麝香溪与港湾交界处附近的黑河湾源头的浅水区，在由快速移动的泥沙形成的活动沙洲上搁浅，一旦嵌入沙洲，随着河水在船体周围流动，武装驳船就会反复受到冲刷和沉降。这些周期很可能被历史时期偶尔影响河流的大洪水以及冬季的冰蚀所打断，船体很可能被新的沉积物掩埋，这些新增的沉积物是因为流域农耕活动导致水土流失。武装驳船有可能实际上被封装在邻近的岛屿中，这与达穆尔（Damour，2002）的观点相似，即英国皇家海军福克斯号（HMS Fox）位于圣乔治岛。在这两个案例中，即使有可靠的历史地图证据，岛屿和沙洲的变化使得很难对沉船定位（Damour，2002：117）。以安大略湖武装驳船为例，圣劳伦斯航道造成安大略湖的水位略高于其历史平均水平，让情况变得更加糟糕。这种人为改变使得历史地图更难解读，但通过改变湖岸环境和埋藏更深的水下遗址，在更广泛的遗址形成过程研究中具有重要意义。

黑河湾可通航部分与相距2 000米以内的沙质浅滩之间的遗址形成的潜力差异显著。活跃的航道似乎是一个具有破坏性的环境，而同样活跃但沉积物丰富的浅滩内可能包含着被3米厚或更厚的沉积物掩埋的遗址。这两种情况表明，河流系统是非常动态的，因此在这些系统中进行考古必须具有区域性的视野。

第三节
总结和结论

虽然这两个案例研究的重点是河流过程主导的环境，但水流、沉积物和人类活动等因素在区域遗址形成中的作用是显而易见的。女英雄号沉船上层建筑的移除说明了水流的潜在破坏力，红河水流与挟带的悬浮泥沙的结合迅速磨损了船体暴露在外的部分。然而，沉积物和水流的结合也有助于遗址的保存。女英雄号沉船的快速填埋保存了几乎整个船体、大部分传动装置和许多易碎物品，如鞋类和软木箱（Crisman，2014）。这种保存是由于船体及其内含物在下沉后的五年内被包裹在河床软泥和河岸内，有效地避免了物理、化学和生物的劣化。值得注意的是，这些流沙也是造成许多西部河流沉船的原因，是许多遗址形成的诱因。与黑河湾主航道的情况相反，红河的遥感勘测主要发现的是20世纪晚期的材料，可能是因为河底不容易保存考古材料。

这两条河流的沉积物类型也对遗址的形成起着重要作用。假设黑河武装驳船之所以得以保存在很大程度上是冲刷和沉降的结果，这在沙质环境中最容易发生，因为沙子很容易被掀起和沉积。同样，红河的沙质沉积物在一定程度上决定了女英雄号是如何被填满的——船体内泥沙快速沉积。很显然，女英雄号也是被冲刷并沉入了沙底。最后，两条河流都受到人为改变，影响了遗址的形成过程。红河筑坝也破坏了河流的自然循环，但这种变化是如何影响沉船的尚不清楚。目前不清楚的还有，水位波动是否会导致船体更快地劣化，或者河流径流量的减少是否减缓或改变航道的移动使沉船暴露的时间更长。黑河沿岸历史悠久的农耕对于河流的泥沙平衡影响加大，可能把武装驳船埋在厚厚一层的沙子下。

黑河湾内与遗址形成有关的物理过程的解释，得益于我们地球科学同事从数据和区域角度提供的地理学信息。这一观察使我们接受了迈克尔·希弗所谓的“地质考古学家的任务”：需要在田野项目的早期阶段加入一位地质考古学家或地质学家，以便了解由于区域遗址形成过程而发生的沉积和侵蚀过程（Schiffer，1987：256-257；参见Milne et al.，1997：135）。加入项目的地质学家对遗址形成过程的更深入的了解，对于考古学家试图确定遗址可能保存在哪儿，以及用什么技术最有可能产生积极的结果，是大有好处的。这些合作也使我们的地质学同事受益，因为已知年代的沉船可以作为标志层，有助于测量沉积系统内的变化和发展。最后，由于研究经费越来越少，地质学和考古学的联合调查不仅使投入一项经费得到双倍的回报，而且人们对该地区人类和地质历史的了解，往往会超过任何单独调查的结果。

第四节
致谢

黑河地质与考古调查得到了美国国家地理学会/维特基金项目的慷慨资助，同时还得到了宾夕法尼亚州印第安纳大学、五大湖区历史协会、查尔斯顿学院、航海考古研究所和萨基茨港口战场州历史遗址研究机构的支持。我们也真诚地感谢凯文·克里斯曼、俄克拉何马州历史学会和航海考古研究所为我们提供了女英雄号沉船数据，彼得·利奇在收集探地雷达数据方面发挥了重要作用。