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化石修复与装架(《自然博物》第3卷)
作者:沈 宏    来源:浙江自然博物馆   发布时间:2016-12-16    点击数:     【字体:

浙江自然博物馆,杭州 310014

 

   化石标本向人们展示了生物的起源与进化,是古生物研究的主要依据。化石保护和修复技术的改进与材料科学的发展密切相关,必须及时掌握新型材料,不断实践并加以改进和提高,以确保化石安全和更利于展示。本文具体介绍了化石标本的采集保护、修复、复原、着色及装架过程。

关键词  化石标本;采集保护;修复;着色;装架

 

Restoration and Assemblage of Fossil Specimens

Shen Hong

Zhejiang Museum of Natural History, Hangzhou  310014

Abstract: Fossil specimens, which show the origin and evolution of living organisms, are major evidence for paleontological research. The protection of fossil and technical improvement of restoration are closely related to the development of material science, so it is necessary to get latest materials and make practice and improvement to ensure the safety and better display of fossil specimens. This paper introduces in detail the excavation, protection, restoration, reconstruction, coloring and assemblage of fossil specimens.

Key Words: fossil specimen; excavation and protection; restoration; coloring; assemblage

 

    在自然博物馆的收藏、研究及展示中,古生物占有十分重要的地位,它向人们展示了生物的起源与进化,研究生命起源与进化的主要依据是化石标本。化石标本的种类很多,保存状况和完好程度各不相同。自然博物馆因专业研究和展示的需要,必须对化石标本进行保护和修复。多年来浙江自然博物馆与国内外科研机构、博物馆合作,完成了大量古生物研究与标本修复工作,在实践中积累了一些工作经验。

1  化石采集保护

     一般来说,化石具有抗压力强、抗张力弱的特点。在化石形成的过程中,由于地理环境、形成年代的不同,所含化石层岩性差异较大。化学成分和细胞结构的不同,使每一件化石都具有不同的性质。有一些石化程度比较好,不需要作进一步的加固处理,即可从岩石中采集。而有一些因温度、湿度等形成环境不理想,风化比较严重,尤其是在化石表面会出现龟裂状。对于这一类化石需要及时采取加固措施,根据裂痕的不同深度滴注配有不同溶剂的各类粘和材料,以最大限度地避免在采集过程中受损。

    目前通常所用的保护材料是渗透剂(丙稀酸甲脂与甲基丙稀酸乙脂共聚物)是一种新兴的黏合材料。使用中根据化石裂痕的深度,对渗透剂按比例加入丙酮稀释,稀释后用毛刷均匀地刷在化石的表面或用滴管慢慢的滴入化石的裂痕之中,让渗透剂渗透到风化层的底部,待溶剂挥发之后,那些破碎和松散的碎块就与渗透剂中的固体成分粘在一起,从而起到加固作用保持化石的完整。在实际操作中,根据化石具体情况来决定加入渗透剂的浓度与次数。这样处理同时也在化石表面加了一层保护膜,使化石的表层不易松散,待表面完全固定后再开始清除围岩。

    在野外采集时视化石不同情况采取相应的保护措施,围岩比较松散的需要用石膏制作托模进行前期保护,以免在搬运过程中出现龟裂、断开或散落。对于必须使用石膏加固的化石,需在化石的表面盖上一两层纸,然后敷上一层已调和的熟石膏,再用纱布(预先在石膏水中浸透)盖上,在最上层抹上石膏。根据化石的情况,必要时加夹板保护,可选用木条和石膏固定在一起,以增加牢度。

 

2  化石修复方法

    采集到的化石标本通常是在实验室内进行修理。化石的修理指的是把化石周边的围岩和附着物除去,一般可分为机械修理法和化学修理法两种。

 

2.1机械修理法

    机械修理法的工具通常还是采用锤子和凿子。现在也有采用电动笔进行修理,这种修理法的特点是用力均匀,且较为省力,对于围岩比较松的结构修理较实用。在此主要介绍采用传统工具锤子和凿子的修理法。

    修理前需准备数个大小不一的沙袋,用作修理时的衬垫。使用沙袋作为衬垫的目的是稳固化石,在敲击过程中不易出现晃动从而保证了化石的安全,而且在清除化石围岩时可使受力分散,缓减了对化石的冲击。根据化石的具体情况,可选择其它材料作修理时的衬垫,只要能稳固化石即可。

    清除围岩时一定要将化石标本固定,在持续的敲击中仍要注意保持化石的稳定,不能让化石标本产生摇动。在清理化石围岩的过程中,已加固的化石可能会随时脱落、散裂。如果出现此类情况,必须及时粘补、以保持化石的完整。现在常用的粘补剂是502胶水,该胶水的优点干燥较快,但不易渗入裂缝的深处。对于较深的裂缝仍需采用稀释后的硝基清漆,硝基清漆的渗透性要好于502胶水,但干燥需要至少12小时,对化石修理的连续性有一定影响。对已经完全断裂的化石一般采用环氧树脂或石头胶粘结:先将粘结面处理干净再上胶,然后将上胶后的化石垂直竖立在沙盘中。此时需注意上端的化石要恰好对准下端的化石,尽可能地将胶水的多余部分挤压出去。这样可以使断面更吻合,既可增加黏合的强度又可以缩小裂缝的宽度,干燥后即完成粘结。如在粘结后仍存在裂缝或残缺,可加入石膏和乳胶混合物作为填充物,或直接用环氧树脂作为填料处理。

    修理前要准备多个型号的锤子和凿子,根据工作面的情况来确定使用哪一类工具。在修理过程中需经常打磨凿子,保证凿子的锋利,以减少对化石造成的冲击力。也可根据围岩状况使用电动笔修理。化石修理前必须了解该动物的骨骼结构,才能在修理时比较容易掌握化石的趋势,保证化石的完整性。在修理过程中一定要高度细心,要从围岩的化石露头处慢慢地往里修去围岩。习惯的做法是先清理出一个面,骨头的一面乃是另一面的镜像,有了这一镜像再清理另一面就相对容易一些。同时要及时地清理工作台面,以便于在修理过程中区分化石与需清除的围岩。当区分困难时,可在工作台面上刷上清水,利用化石与围岩的吸水性能的差别,就很容易把两者区分开来。如在修理过程中出现新的裂痕,要及时地用胶水加以固定,以免裂痕继续扩大而造成断裂,待胶水干燥后再进行下一步的处理。如果不慎击落的化石碎片不能及时粘贴回去,应将其加以编号,便于以后再进行粘贴。当然最好能及时粘贴,以免日后遗忘。在接近化石面的附近清除围岩需十分小心,应一小块一小块地清除。对于特别细微的结构需要在双目显微镜下修理。

 

2.2化学修理法

    化学修理法常用的材料是乙酸(醋酸),这一方法的理论根据是稀乙酸与化石的围岩部分产生化学反应而溶解。一般围岩的成分为CaCo3,而化石的成分以Ca3(PO4)2居多。稀乙酸可以溶解围岩中的碳酸盐类,而不溶解作为大部分骨化石主要成分的磷灰石。在大多数情况下,乙酸10%-15%的浓度较为理想。稀乙酸溶掉了骨胞及骨腔中的碳酸盐成分,会造成骨骼的强度减弱。化学修理法通常用于处理结构精细或硬度大的化石,大型的脊椎动物骨骼较少采用。化石修理的方法很多,其原理是在一个稳定的工作面上用自己熟悉的工具,在不损伤化石的前提下清理围岩。

 

3  化石复原

    在化石全部修理完毕后,需对化石进行拼接,对化石的残缺部分按原来的形态进行修补。化石在自然条件下经历了漫长岁月,完整的化石个体并不多见,从野外采集的骨骼化石往往部分缺失,需用其他代用材料加以补全。常用的是熟石膏拌聚乙烯醇乳白胶,加入适量的麻丝拌和,即可使用。采用这样的材料来修补化石的残缺部分,可以显著提高修补的牢度。在补上去的石膏上雕刻出原貌(如补上去的那一部分采用硅橡胶翻模,把残缺的那部分做成树脂模型再粘回到化石上,效果会更好)。对于整块骨骼缺失,需根据骨架的特征,参照相应骨骼数据用雕塑泥塑一个模型。塑的模型必须和前后左右的骨骼形态相吻合,根据所需数量与要求的不同,可选用熟石膏或硅橡胶制作模具。若在标本上直接制模需在标本上涂一层隔离剂,用于防止化学物品对标本造成腐蚀。

3.1模具制作

    硅橡胶的化学成分是以羟基二甲基甲硅氧基为端基的聚二甲基硅氧烷。在制模时取胶100份在常温下加入1.5份固化剂(根据温度的高低适当调整固化剂)充分混合均匀,即可使用。制作模具时可在涂有隔离剂标本或模型上刷胶,先刷一层硅胶待快干时覆一层纱布,使纱布和硅胶黏合在一起不能有空隙。然后,在纱布上直接刷胶使纱布沾满硅胶再上一层纱布,让纱布紧粘住上层硅胶完成后,再刷一层胶使胶面光滑,经24小时初步固化。用石膏或树脂做一托模,托模是硬模,制作时需要注意以后能够脱模。硅胶模的特点比较软,可多次使用,翻制模型时脱模方便。

 

3.2模型制作

    模型可用熟石膏或树脂制作。用石膏灌注比较方便,但比较重,牢度不如树脂。树脂制作模型,常用不饱和树脂,使用比例:树脂100份,引发剂(过氧化环己酮浆)4份,促进剂(萘酸钻溶液)13份,在树脂中加入引发剂后需搅拌均匀,才能加促进剂。加入促进剂后反应很快,根据所需的用量来定树脂的量。制作过程:首先在模具上刷一层脱模剂,然后刷一层加有少量石膏粉的树脂,要求涂抹均匀没有气泡。完成后敷上一层玻璃纤维再刷一层树脂,根据所做模型的情况来决定加玻璃纤维的层数,待全部完成后将它们从模具中取出待用。用树脂制作的模型,分量轻且牢固,但制作比较复杂。

    在野外发掘中完整的肋骨发现较少,需要时可在实验室用树脂制作,用翻模的方法制作肋骨。将野外发掘的残缺肋骨用石膏修复完整后,作为样本翻硅橡胶模制作。也可用一条小扁铁先砸成预定形状,再绑上细麻绳或细铁纱布,然后敷上石膏,根据野外发掘的肋骨为标准直接进行外部雕刻完成。

 

4  外部着色

    用于展览的化石标本,为了观赏的需要,让观众感觉到展现在面前的是一副真实完整的骨架,因而就必须对修补的那一部分和模型进行着色。化石形成的年代与地质层的不同,形成的化石颜色也各异。比如,三叠纪海相地层中泥灰岩、灰岩是灰黑色的,所以埋藏于其中的贵州龙化石就成为灰黑色。侏罗纪陆相泥沙岩以褐红色、紫红色为主。该地层中所产的化石也以紫红色、褐红色为主。化石围岩的颜色是比较复杂的,应根据具体情况来加以着色。

    着色常用的材料是丙烯和矿物色料。丙烯是一种常用的化石补色的材料,特点是使用方便,可溶于水,调色较方便,保色性能比较理想,因而被广泛采用。矿物色料用漆片浸泡的酒精作为溶剂调和而成,由于矿物色料更接近化石的原色并具有质感,且采用了漆片待其干后有一层亚光,给人们有一种石质的感觉,是一种理想的补色材料。美中不足的就是矿物色料很难买全。为此,我们采用了以矿物色料为主色料,加入一些辅助颜料用于调色,使补上去的颜色更接近化石的本色。

    对修补复原部分进行着色,可采用丙烯颜料或99%的酒精浸泡漆片,制成着色溶剂。为再现化石的本来颜色,可再加入与化石色彩相近的矿物原料调和,这样调成的着色剂着色效果较佳。当然,化石的修补部分也可以不必着色,使观众能区分出发掘的化石和修补复原的部分。

 

5  整体装架

    装架是化石标本用于陈列布展览的最后一项工作,大型恐龙的装架一般可分为准备、设计和施工三个阶段:(1)准备阶段。首先要了解恐龙的分类学地位、有关文献资料、各种测量数据,以及可供参考的复原图、生态图。而后根据实际需要列出清单,在清单中标明化石件数、模型数量及需要修整装配的数量,以防遗漏或缺失。(2)设计阶段。对于恐龙装架,不论是单独的个体还是群体,一般都是为陈列和展出之用,因而装架设计要服从陈列展示的总体设计。在设计之初要了解陈列场地的具体情况,确保装架中每一块恐龙骨骼连接科学合理,同时在姿态上活灵活现。经反复推敲达到最佳效果后,再制作出设计图和效果图。(3)施工阶段。应严格按照设计图进行施工,通常施工操作流程为:根据需要装架的不同个体选用不同规格的钢筋,大型恐龙骨架一般采用分段组装。头部的支架,从颌区的前端到枕区作一条,用两扁铁焊成T字型中心支棒。长度达到头骨以后可以用螺丝固定在颈椎的支架上。为了防止头骨左右摇晃,在中心棒上连接一些横档,用于固定头骨,以防止头骨从架子上滑脱。下颌骨中用一中心扁铁加前后二根横档固定,在中心扁铁上垂直地焊两根铁棒,与上颌T字型中心棒用螺丝固定。颈椎、脊椎的装架,用一扁铁制成所涉及的颈部与背部弯曲的形态,给人们一种生动的感觉,然后用一扁铁增加牢度,使支架成为T字形,在安装每一个脊椎的边上焊一小的扁铁,起到螺帽的作用。为了装卸椎体,同时用螺丝另外固定两根扁铁,做成卡子来固定椎体,使椎体吻合固定在支架上。

    安装恐龙四肢支架时,由于大型恐龙体型较大,需要比较坚固的材料,并且和化石吻合。我们采用的是扁铁加方钢焊接成工字型钢作为支柱,根据造型需要,将扁铁、方钢砸制成所设计的形态,要求扁铁与化石吻合,用固定椎体的方法固定腿骨,用扁铁条来固定指骨。

 

6  结 语

    随着我国经济持续发展和基本建设的不断推进,各地古生物化石的发现与发掘也越来越多,保护和修复古生物化石成为博物馆不可缺的专业技术工作。不断提高保护和修复古生物化石的技术水平,是博物馆相关专业人员今后努力的方向。我们必须及时掌握新材料与新工艺,不断实践并加以改进和提高,把博物馆古生物化石标本的展示水平提高到一个新的阶段。

 

致谢

感谢浙江自然博物馆研究馆员金幸生博士的悉心指导并提出宝贵意见。

 

参考文献

刘淩云,郑光美. 普通动物学(第三版)..北京:高等教育出版社,2003.

杨安峰,程红. 脊椎动物比较解剖学. 北京:北京大学出版社,1999.

夏邦栋. 普通地质学(第二版). 北京:地质出版社,2005.

南京大学地质系古生物地史学教研室. 古生物学. 北京:地质出版社,1980.

作者简介  沈宏,男,1956年生,副研究馆员,主要从事动物标本制作、陈列展示研究。

E-mail: 2471473516@qq.com

 
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