近日，上海科技大学物质科学与技术学院联合西安工程大学、苏州国家实验室、国家文物局考古研究中心以及塞浦路斯研究所，在《自然-水》（Nature Water）上发表了题为“Ancient water infrastructure as a millennial-scale laboratory for material degradation”的评论文章，针对现代基础设施寿命评估中短期加速老化试验难以捕捉上千年尺度非线性退化的瓶颈，以广州南越国宫署遗址中历经千年的古代水利设施为切入点，提出将考古遗存作为研究材料长期变化的“天然实验室”。文章将考古年代、历史文献、高精度电镜表征、原位合成模拟与地层年代学相结合，探讨如何从现存的物质证据，重建过去的制造、使用与环境作用过程。
“科技考古是一门时空科学。”古代遗存不仅记录了历史时期的工程技术与材料工艺，也保存着材料在真实环境中经历长期演化后的物质信息。短期加速实验难以直接揭示数百年至上千年尺度上的材料退化演变规律。考古材料现存状态还叠加了制造、使用、废弃与埋藏等多阶段影响。如何区分原始工艺特征与后期环境蚀变，并揭示具有可靠年代约束的材料演化规律，是连接科技考古与现代材料科学的重要挑战。
图注：南越时期水利设施的空间布局与环境适应，包括都城的地理环境、地表与地下排水网络、陶管承插连接及木闸地基处理。图中相关结构为示意重构
针对这一问题，研究团队以南越国宫署遗址不同时期的水利设施为对象，提出融合考古年代学、跨尺度材料表征与原位工艺模拟的综合研究框架。在工程尺度上，文章讨论了地表与地下水道的配合、分段陶管的承插连接及对环境的适应；在材料尺度上，考察了釉层与陶胎界面及长期环境作用。文章利用考古层位、铭文与历史文献建立时间参照，再开展材料分析。通过跨尺度材料表征手段（如聚焦离子束、透射电镜、X射线光电子能谱及微米CT等），观察釉层、陶胎与蚀变层的界面关系，分析元素分布与构件内部结构，进而区分原始工艺特征与后期环境蚀变。为理解材料的长期退化，文章提出结合古代技术文献与实物特征，通过现代工艺模拟还原材料形成过程。利用高温X射线衍射及环境扫描/透射电镜等原位表征方法，追踪烧制过程中的相变与微观结构演化，有望揭示玻璃相、晶体相的生成机制及初始微观缺陷的物理构型，为理解材料后续的化学腐蚀行为提供依据。这一框架将年代与环境、材料静态表征及工艺模拟融入材料的时间历程。古代遗存提供了实验室难以覆盖的长期参照，为材料退化与寿命模型研究提供新思路，也让科技考古与当代材料科学建立更具体的联系。
图注：古代水利设施的材料演变与跨尺度结构升级；将考古遗存转化为连续的工程数据集作为动-静态互补的全时空分析框架
上海科技大学博士研究生段晨阳为第一作者，国家文物局考古研究中心成倩为第二作者，上海科技大学物质科学与技术学院王竹君教授为通讯作者。
论文题目：Ancient water infrastructure as a millennial-scale laboratory for material degradation
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