《Journal of Archaeological Science: Reports》：Monitoring mineralogical and porosity transformations in modern Hebron ceramics caused by salt whitening agent using non-invasive methods
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摘要翻译：在希伯伦（巴勒斯坦地区）陶工中进行的一项田野调查揭示了在黏土泥料中添加盐以生产白色陶瓷的实践。一项初步研究（Teodorescu等，2022）试图理解和解释这一现象。除了可见的白度外，陶工们还强调了其他品质，如孔隙度。本研究旨在探索盐的添加如何影响材
摘要翻译：在希伯伦（巴勒斯坦地区）陶工中进行的一项田野调查揭示了在黏土泥料中添加盐以生产白色陶瓷的实践。一项初步研究（Teodorescu等，2022）试图理解和解释这一现象。除了可见的白度外，陶工们还强调了其他品质，如孔隙度。本研究旨在探索盐的添加如何影响材料性能，以满足陶工所重视的美学和功能标准。研究之初，研究人员直接从希伯伦的作坊中采集了原材料和成品。随后，研究人员按照一套能够精确控制盐浓度和烧成温度的方案，在实验室中制作了一系列测试试块，所用原材料与希伯伦陶工使用的相同。其目标是评估温度和盐浓度在材料孔隙结构形成中的作用。烧成温度通过短波可见光范围（400–800 nm）和红外范围（1000–2500 nm）的反射光谱响应估计，使用高光谱相机（HSI）进行测量。同时，通过X射线显微断层扫描检测材料的孔隙度。结果表明，孔隙度随温度升高而增加。更重要的是，盐的添加导致孔隙重新分布，有利于大孔隙的形成。此外，结果还揭示，高光谱成像是一种极具前景的非破坏性工具，可用于估算古代陶瓷的烧成温度。
论文解读文章
一、研究背景与问题
陶瓷生产技术的重建是考古学研究的关键环节，通过构建参考体系可以揭示古代陶工的工艺选择与技术演变。在希伯伦（巴勒斯坦地区）的田野调查中，研究人员发现当地陶工在黏土泥料中添加食盐（NaCl）以生产白色陶瓷，这一实践历史悠久，最早可追溯至20世纪50年代的文献记载。盐在陶瓷生产中的作用多样，包括增白、作为解凝剂等。然而，除了白度提升外，陶工还强调盐的添加改善了陶瓷的孔隙度，这影响了器物的功能属性，尤其是储存容器的性能。此前的研究（Teodorescu等，2022）初步揭示了盐的添加对矿物学转变和微观结构的影响，但尚未系统量化温度与盐浓度对孔隙演化的具体作用。此外，传统矿物学分析（如XRD）需要破坏性取样，难以应用于珍贵文物。因此，本研究旨在利用非侵入性技术（高光谱成像和X射线显微断层扫描）评估盐添加对陶瓷材料孔隙度和矿物学演化的影响，并探索这些方法在估算古代陶瓷烧成温度方面的潜力。
二、研究内容与方法
研究人员从希伯伦作坊采集了两种黏土材料（红色非钙质黏土和黄色钙质黏土），并选取了两件现代陶片（一件白色、一件粉色）作为案例。在实验室中，以黄色黏土为基体，制备了不同盐浓度（0%、2%、5%）和不同烧成温度（750°C、900°C、1000°C）的试块，共10个样品（含1个未烧制）。采用高光谱成像（HSI）系统（涵盖VNIR 400–1000 nm和SWIR 1000–2500 nm波段）获取反射光谱，用于矿物相鉴定；利用X射线显微断层扫描（μ-CT）在15 μm体素分辨率下进行孔隙形态和分布的三维可视化，并辅以压汞法（Hg porosimetry）测量总孔隙度和孔径分布。所有样品均来自希伯伦作坊的原材料和实验室试块，其中μ-CT扫描在法国PACEA（UMR 5199）进行，压汞法在ENSEGID（EPOC-UMR 5805）完成。
三、主要结果
3.1 矿物学演化（HSI监测）
通过SWIR波段反射光谱分析，未加盐样品在1400 nm（OH）、1900 nm（H2O）和2200 nm（Al-OH）处显示吸收带，对应伊利石矿物；在2350 nm附近出现碳酸钙（方解石）的吸收特征。随着温度升高至900°C和1000°C，这些吸收带消失，表明伊利石和碳酸盐分解。加盐样品在750°C时，1400 nm吸收带随盐浓度增加而减弱甚至消失，而1900 nm和2200 nm带仍保留，说明盐促进了伊利石的早期分解。VIS波段分析显示，加盐5%的样品与2%盐在1000°C烧成的样品光谱相似，出现450 nm附近吸收带，与赤铁矿消失相关，这在白色样品中尤为明显，而XRD难以检测到此变化。
3.2 孔隙度结果
压汞法显示，总孔隙度随温度升高而增加，未加盐样品在750°C时为34.9%，1000°C时升至49.2%；加盐样品在1000°C时可达56%左右。孔径分布方面，微孔（半径<50 nm）比例随温度升高而下降，大孔（半径>7500 nm）比例增加。加盐促进了孔隙向大孔方向重新分布，尤其2%盐在750°C时已显示较高孔隙度。μ-CT分析表明，盐的添加对孔隙的全局影响比温度更显著，各样品具有独特的体积-面积特征。白色陶片（BDX22969）的孔隙密度约为粉色陶片（BDX22972）的两倍（9% vs 4%），且白色样品含更多E类大孔（>0.5 mm3），暗示其盐含量更高。
四、讨论与结论
研究证实了盐的添加显著改变了钙质黏土的孔隙系统，通过促进碳酸盐分解和玻璃相形成，导致微孔闭合和大孔增加，这与矿物学转变同步。高光谱成像在SWIR波段能有效追踪黏土矿物和碳酸盐的消失，为估算烧成温度提供了非破坏性手段，但尚未能检测新形成的硅酸盐相，未来可借助更长波段的传感器。μ-CT与压汞法互补，可全面表征孔隙结构。研究强调，烧成温度和孔隙系统的整合对于理解材料性能至关重要：微孔减少有利于热扩散，适合制作炊煮器；但大孔（如裂纹）会削弱强度，影响器物耐用性。希伯伦陶工因盐添加导致孔隙度增加，曾放弃生产油壶等特定器型，反映了技术选择与功能需求的关联。本研究展示了HSI和μ-CT在考古陶瓷研究中的巨大潜力，可无损评估古代陶瓷的工艺信息，为建立其他黏土类型的烧成基准提供了方向。该论文发表于《Journal of Archaeological Science: Reports》。
