现代科学分析古代木材 揭开罗马历史建筑技术的秘密

涉及核磁共振的突破性研究揭示了古罗马木结构的秘密。这项非侵入性技术帮助科学家分析了罗马码头的沉水木材，有助于我们了解历史建筑技术，并为考古保护开辟了新途径。

精确的 NMR 测量可以从极小的样本中获得历史信息。 图中显示的是经检测的考古木材样本，左起 1 至 3 为云杉、枫木和栗木的第一批现代样本，4 至 6 为相同顺序的考古样本。 图片来源：Otto Mankinen / 奥卢大学

在最近的一项研究中，研究人员利用先进的核磁共振（NMR）方法分析了罗马帝国的稀有木结构，估计距今约有 1700 年的历史。 核磁共振因其在医院核磁共振扫描中的应用而最为人熟知，它可以生成人体的详细图像，但事实证明，它也是揭开古代考古文物秘密的有力工具。 它的应用正在迅速扩展到众多科学领域。

这些木质样本来自古罗马港口码头的杆柱，是在 2004 年开始的意大利那不勒斯新地铁线挖掘工作中发现的。 这一发现意义重大，导致地铁线路发生了变化，现在地铁线路就在这些考古宝藏的下方。 地铁线路计划于 2024 年夏季开通，但该遗址的发现为我们提供了罗马帝国海上基础设施的迷人一瞥。

核磁共振光谱在环境和大气监测以及电池材料等多个领域的实际应用都取得了可喜的成果。 资料来源：Mikko Törmänen / 奥卢大学

"古代有机木结构很少被发现，因为它们通常会随着时间的推移而退化，除非它们处于潮湿的环境中。" 奥卢大学的研究员奥托-曼基宁（Otto Mankinen）说："由于含水层数百年来一直保存着这些码头结构，因此才有了这次特殊的发现。"

NMR 光谱或核磁共振光谱学基于射频辐射，因此完全不会对目标造成损害。 医院中的医用核磁共振成像是核磁共振光谱的著名应用之一。 该技术利用原子核的磁性来获取有关物质结构和性质的精确信息。

核磁共振测量的非侵入性在检查具有考古价值的样本或修复画作等时也尤为重要。 许多其他方法都会损坏样本，例如 X 射线或光学显微镜，这通常还需要对样本进行切片，而在处理脆弱和海绵状的水下木质残骸时，这是一个破坏性和具有挑战性的过程。 如果将样本吊到空中，活化的分解者会破坏样本或使样本腐烂。 在新的研究中，木材样本在类似的条件下保存了几个世纪。

最近的研究旨在了解木材在水中的表现和存活方式，重建腐朽引起的变化，并对考古木材遗存的结构和变化进行全面分析。 这项研究是首次将四种不同的核磁共振技术结合起来的研究之一：弛豫测量、显微成像、扩散测量和低温测量。 研究人员将云杉、栗子和枫树的考古样本与来自相同物种的新鲜木材材料进行了比较。

"结构保存知识是必不可少的，也是非常重要的。 它有助于找到新的方法，确保有考古价值的遗产能为后代保存下来，"曼基宁说。 "今后，需要用更多的针叶树和落叶树样本来开发这种方法。 根据树龄、标本和样本在树干中的位置，这些样本可能会有很大的不同。 需要对当前木材样本和旧木材样本之间的差异进行仔细解读。"

"这些珍贵的样本是在奥卢大学分析的，因为我们长期以来的研究课题之一就是分析木质材料。 "Mankinen 说："最好的办法是将 NMR 设备带到历史发现现场，因为这些发现往往过于脆弱，无法移动。 新发现还将有助于移动 NMR 仪器的开发。"

当曼基宁开始学习时，他对物理学和 NMR 研究的多样性感到惊讶。"这些方法被用于非常有趣的研究，而我之前并不知道我会参与考古研究"。 下一项研究已经开始，现在研究的是意大利布拉奇亚诺湖中距今7500年前的新石器时代居民的更古老的木制工艺品。

近年来，核磁共振技术的速度越来越快，灵敏度越来越高，仪器的体积也越来越小。 移动 NMR 仪器的价格也更低。

2024 年 12 月，奥卢大学的一篇博士论文显示，核磁共振光谱在环境和大气监测、电池材料、生态混凝土、矿井水和催化剂以及生物化学等多个领域的实际应用前景广阔，成果喜人。

这项研究是与罗马萨皮恩扎大学的研究人员合作进行的，并于2024年10月发表在物理化学化学物理学上。

编译自/ScitechDaily