南极比撒哈拉干燥的联想

是南极干燥还是撒哈拉沙漠干燥，人们并不去比较，因为它离我们的生活太远。只是央视李咏在主持“幸运52”节目时突然发问：“是撒哈拉沙漠干燥还是南极干燥？”答：“撒哈拉沙漠干燥。”李咏指出“错”。这个问题着实让我想了许久。

南极终年积雪，冰天雪地，夏季平均气温－15℃左右，有植物，也有企鹅生存繁衍。而撒哈拉沙漠位于非洲北部，其气温之高是可想而知的。我国也有沙漠，在那里上无飞鸟，下无走兽，地无寸草，能说南极比撒哈拉沙漠干燥吗？

一

1991年，在阿尔卑斯山位于意大利和奥地利交界的奥次冰川中发现“冰人”，已有5300年历史，比埃及保存的最古老的木乃伊还早近1000年。据考证，是因部族内部权力之争中箭而死。2004年10月24日《新华每日电讯》以《罗布沙漠“千年棺”封存了3000年历史》为题报道了我国新疆考古工作者，在2003年年底至2004年年初，在罗布沙漠考古中发掘出服饰完好的干尸15具。据碳14测定的数据，古墓沟第一类型墓葬的绝对年代在距今3800年左右。在一处发现这么多千年干尸，这在世界考古史上是绝无仅有的。终年积雪的冰川发现5300年的“冰人”，而在沙漠里却发掘出3000多年的干尸，能证明南极比撒哈拉沙漠干燥！

如果说南极比撒哈拉沙漠干燥，南极岂不成了天然的低温低湿的档案库了吗？20世纪80年代初，新华社摄影部为了永久保存好底片，在新建的库房中建一个－18℃湿度的30％±5％的低温低湿库，当时有人不理解。经多方不懈努力，国家投入了巨额资金，遗憾的是终未建成。10年后我见到了美国罗彻斯特影像保护研究所经过多年研究后编印的《醋酸片保存指南》，根据不同保存期的要求可选择21℃～－26℃及相对应的湿度20％、40％、60％，也得不出温度越低越干燥的结论。

《档案保护技术学》一书的最后附页，同济大学绘制的《湿空气焓湿图》，图中温度范围65℃～30℃的饱和空气含湿量g／kg干空气，其中21℃是15．3g、0℃是3．772g、－18℃是0．906g、－30℃是0．307g。常温（22℃）湿度2％，若绝对湿度不变，温度降到－29℃时，湿度将上升到100％。由此可见，无论温度高低，南极的确比撒哈拉沙漠干燥。

为了解开“冰人”和干尸形成的奥秘，看看相关学科是怎么论述的，兴许会从中受到有益的启示。

面向21世纪课程教材的《种子学》，对种子含的水分作了十分精辟的阐述，指出“种子中的水分有两种状态――游离水（自由水）和结合水（束缚水）。游离水具有一般水的性质，可作为溶剂，0℃能结冰，容易从种子中挥发出去。而结合水却牢固地和种子的亲水胶体（主要是蛋白质、糖和磷脂等）结合在一起，不容易蒸发，不具有溶剂的性质，低湿下不会结冰”。人体的主要成分有蛋白质、脂肪、糖、无机盐和水等，而水分占了55％～67％。人体的水分通过新陈代谢，排除体外，又不断地获取补充，人死后埋在沙漠里，会因湿度低而蒸发，慢慢地形成了干尸。“冰人”又作何解释呢？现在来了解一下物质内部分子运动与温度的关系。

物质的变化主要来自内部分子运动的结果。分子运动有两种力――引力和热运动力。温度较低时，热运动力不太积极，也就是说引力大于热运动力，从宏观上看，物质表现为有一定形态的固态；当湿度升高，热运动力加剧，引力和热运动力不相上下的时候，物质表现为有一定体积但无一定形态的液态；温度继续升高，分子的热运动力完全占了上风，分子四处乱窜，物质表现为既无体积又无形态的气态，这就是我们常说的物质的三种形态。那么温度再升高又怎么样？待温度升到足够高的时候，原来的外层电子就像断了线的风筝一样，摆脱了原子核的束缚，成为自由电子，而原子核成了带正电荷的离子，于是有了全新的一种物质形态，物质的第四态――等离子态。在宇宙中99．9％以上的物质形态都是以等离子态存在的，太阳就是等离子体，表面温度高达6000℃，而人类幸运地生存在仅剩的不到0．1％的没有等离子的地球上。当物质分子运动的热运动力不太积极，引力占上风的固态后，温度再继续下降，引力占了绝对优势的时候，分子运动趋于稳定状态。这就是阿尔卑斯山奥次冰川发现的5300年“冰人”仍保持完好的根本原因所在。

二

在纪念电影诞生100周年的时候，1995年1月24日《参考消息》以电影诞生一百年有喜有忧为题报道了电影胶片长期保存尚难解决的问题。指出：“艺术片、故事片、纪录片、科教片和动画片的图像都面临永远消失的危险。为此，联合国教科文组织已将影片保存当做头等大事列入工作日程，拨出10万美元，用于帮助发展中国家拯救自己的电影遗产，估计1950年前的（硝酸盐）影片，有四分之三已经消失。”我国1949年前的影片，保存下来的，只有百分之十几，就是这一部分仍在衰变中。

早在第一次世界大战后，柯达公司就进行了大量的研究，探索其他纤维素方案，1923年一种硝酸纤维素的代用品产生了，这就是我们知道的醋酸纤维素片基，它是一种慢燃性胶片又叫安全片。在研究过程中还生产了醋酸丙醋纤维和醋酸丁醋纤维胶片，直到20世纪40年代才出现目前使用的三醋酸纤维素胶片。从1951年开始，除特殊需要外，柯达公司已经结束了硝酸片的生产，其他胶片公司也都先后停止了易燃片的生产。

由于硝酸片的易燃性和不稳定性，使胶片难于保存，人们对醋酸片也提出了同样的问题。《胶片的储存与保护》（柯达公司1983年出版）提出：“经过实验室加速老化的试验，以及45年来的长期观察表明，如果储存在适当的条件下，醋酸纤维具有良好的稳定性，并能提供几百年良好的保存特性。”《档案保护技术学》也指出：“醋酸片基具有同高级低张一样的稳定性。高温老化试验证明，醋酸片基的有效寿命大于300年。”然而没过多久，在20世纪80年代中期，世界各国都发现了“醋酸综合症”――水解现象。我国也不例外，尤其是从香港运回内地保存的酸胶影片，一直处在挽救之中，有的已损毁无法挽回。1958年拍摄的醋酸底片（页片）到1993年的水解率高达90％以上。实践证明醋酸片基的水解速率不比硝酸片基的分解速率逊色，温度每下降5℃～7℃水解速率就下降一半。以5℃为例可得到如下数列：

由于片卷式保存片基水解产物的累积，促使明胶分解（二次分解），片基尚未水解完毕，明胶已完全分解，影像不复存在。而敞开式保存的照相底片（平片），片基水解产物能挥发到环境的空气中去，不会使明胶产生二次分解。即使片基的水解率高达90％以上，只要保存环境干燥，明胶性能仍能保持良好，影像可移植恢复。

美国在上世纪80年代初成立了一个由6名专家（计算机专业）组成的小组，专门研究由卤化银感光材料以外的影像媒体来代替卤化银感光材料。经过反复研究比较，小组最后以白皮书的形式公布了他们研究的成果。“作为长期保存，只有卤化银黑白材料是可以接受的。”现在卤化银彩色感光材料充斥市场，而彩色褪色之快是人所共知的。尽管黄、品、青的褪色率各异，但无论什么色褪了，都将影响色彩平衡。

温度对染料褪色率的影响40％RH（《照片资料的保存》柯达公司1979年编印）

以上数据说明，无论是片基还是彩色影像几乎都以同样的速度衰变。于是近年来一些西方发达国家，如美国的芝加哥美术馆，肯尼迪纪念馆，英国国家电影档案库等都将卤化银彩色影像保存在－18℃，湿度25％～35％的环境中，被认为是最理想的照相影像的保存条件。话说到这里，问题的关键又回到本文的起点了。前面已经证明了南极比撒哈拉沙漠干燥。－18℃比21℃干燥，这里就不再赘述了。

三

档案载体的含水率与温度有着密切的关系。纸张的含水率是在24℃的条件下，根据要求决定不同的湿度取得的。如新闻纸24℃湿度40％的平衡水分是7．8％。凹版印刷纸为4．9％。任何纸张当你手感干燥的时候，都会有5％～6％的水分，一般说来纸品交货时的含水率为4％～8％。生产胶片工艺流程的储片工序是20℃，湿度60％左右放置72h，然后裁切包装，其含水率为24％左右。瑞典电影学院的影片处理机，将机内的温度恒定地保持在20℃湿度25％的条件下密封冷冻保存。各物种子的安全水分（结合水）为12％～14％，是在25℃湿度60％～75％的条件下得到的，作为长期保存要求含水率是5％～7％，只有安全水分的一半。长期保存胶片的含水率为10％～14％，也是在20℃湿度20％～35％的环境中取得的。由此可见物质的含水率是通过一定温湿度而得到的。湿度表明空气的干燥程序，而含水率则是衡量物质干燥程序的。

相对湿度是空气的绝对湿度与同温度下的饱和绝对湿度之比称为相对湿度。在同一温度下绝对湿度越高，相对湿度就越高，空气就越潮湿。反之，绝对湿度越低，相对湿度就越低，空气就越干燥。这里讲的干燥和潮湿是同温度下的比较而言。因此，不同湿度下的相对湿度不能用来比较干燥和潮湿，温度不同，饱和绝对湿度也不同。在密闭的空间内（库房、冰柜、密封代），如果绝对湿度不变，温度升高，湿度就下降，升得越高，降得越低，反之，温度下降，湿度就上升，当降到露点温度以下时，高于露点温度的所有水蒸气都将结露（霜）排除于空气之外，与温度升高的结果完全不同，密封空间的水蒸气不会增加，但会减少。10℃的饱和含湿量为7．625g／kg干空气，40℃的饱和含湿量为48．84g／kg干空气，－19℃饱和含湿量为0．837g／kg干空气，40℃饱和含湿量是－19℃的58．35倍。由此可见密封能防潮，但不能防止干燥（脱水）。－18℃湿度30％的绝对湿度不变，若温度升高到21℃时，其湿度不到2％，这对档案载体来说是不能接受的。太干了纸张会变脆，明胶也会发脆，种子会干裂破坏胚芽。然而当温度降到－18℃湿度30％的条件下，这一切情况都没有发生，充分说明了空气的湿度与保存物质的结合水，在低温冷冻下各自独立的特性。

柯达公司要求生胶片的保存时间达到6个月以上时，应保存在－18℃～23℃的环境中，没有提出湿度的要求，照相性能不受影响，可长期保存。从胶片的使用来讲，地球上凡有人群活动的地方都有摄影工作者的足迹。无论是非洲南极考察，还是攀登珠穆玛峰的登山运动，都留下了许多传世佳作。从零上四五十度到零下三四十度，胶卷在相机里要经过1cm的胶卷轴和卷片轴，正反两个360°的运行，从来没有听说过胶卷发生过什么问题，这种摄影环境，完全在胶片性能允许的范围之内。倒是听说过电池在低温冷冻的条件下有一定影响。10年前经过反复调研后，对西南分库的底片提出密封冷冻保存的方案，经有关专家教授集体论证，认为可行。采用真空充氮密封的方法，将16万张底片放入冰柜中保存。一年后检查时发现，因手工操作充的氮气过量被挤开了封口的47袋进行称重，与放入冰柜前的重量相比，两次完全相等。这说明明胶和底片袋（纸质）都没有吸湿，也没有脱水。再联系到“冰人”、干尸和冷冻保鲜的事实，可以得出这样的结论：自由水和结全水在零上都将在低湿中逐渐蒸发，而在低温冷冻条件下，明胶、纸张、种子、人体的结合水不会结冰、不蒸发保持相对稳定的状态。这一认识上的突破，将为档案保护工作带来广阔的前景，尤其是为胶片的冷冻保存提供了理论依据。

照相底片的保存（包括缩微平片），完全可以密封后放入冰柜中保存，具体操作可参阅《长期保存底片的新途径》。

影片的保存主要是胶片的伸缩率，胶片伸缩时会产生应力作用，影响胶片的保存质量，许多有关胶片保存的文章，都很少讲到这个问题。在20世纪70～80年代，一谈到彩色影像保存的问题，几乎所有的文章都建议分色保存，即通过三原色，把一张彩色底片分成三张黑白影像来保存，待日后使用时再通过滤色镜还原合成为彩色底片。这在技术上是完全可行的。但许多人疑虑若干年后3张黑白影像不能重合，许多年过去了，没有看到采用分色保存的事例。那么胶片的热膨胀系数是多少呢？据《感光材料生产基本知识》一书讲到，醋酸片基为1～1．5?酃，涤纶纶片基为0．27?酃。以一盘影片300m为例，醋酸片热膨胀为3～4．5cm，涤纶片为0．81cm，一盘60m长的醋酸缩微片为0．6～0．9cm，这一数字不会对胶片的保存质量产生不良影响。根据物质内部分子运动的原理，在同一温度区间的伸缩率是一样的，不同的温度区间是不同的。如20℃升高30℃与降低30℃伸缩率不会一样。冰一旦高于0℃就变成水，升高到100℃就成气体了；水一旦低于0℃就会结冰，－100℃还是冰。沙漠使人死后变成干尸，而冰川人死后5300年保持完好；热使物质内部分子运动趋于活跃，低温冷冻使分子运动趋于稳定。因此，胶片的冷收缩率低于热膨胀率。低温冷冻保存不仅是胶片永久保存的新途径，而且也是其他物质长期保存的重要方法。据不完全统计，目前全世界约有种子基因库1308座，大部分基因库都以－10℃～－20℃、5％～7％的含水量的条件贮存种子。中国农科院“九五”攻关项目――国家种子库已于2004年2月29日通过验收，保存种子有33．4万种种子，居世界第一，－18℃恒空保存。

在进入虚拟档案时代的今天，保存好传统形态的档案非常重要。人们对历史的研究，可通过考古地下发掘来补充完善。虚拟文件一旦消失或无法阅读，就将成为空白。因此，保存好传统文化遗产，是我们不可推卸的历史责任。

（作者单位：中国照片档案馆100803）