由於浸水木製品的高度異質性，因此，為後代儲存瑪麗玫瑰橡木外殼是一個主要的挑戰，這些木製品含有多晶、非晶和奈米結構材料，可以測試傳統的表徵方法。實現有效的保護，需要詳細瞭解這些物種的分佈和化學性質，以制定防止多種化學-力學降解途徑的策略。
在此，來自丹麥哥本哈根大學的Kirsten M.Ø. Jensen& 英國海軍基地的EleanorJ. Schofield & 美國哥倫比亞大學的Simon J.L. Billinge &英國謝菲爾德大學的Serena A. Cussen等研究者，將基於同步加速器的計算機斷層掃描全散射方法應用於瑪麗羅斯龍骨木，提供了不同長度和濃度尺度的多種嵌入物種的有價值的位置分辨結構資訊。相關論文以題為“Location and characterization of heterogeneous phases within MaryRose wood”發表在Matter上。
論文連結：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238521004987#!
在海底沉沒437年後，“瑪麗·羅斯號”於1982年被打撈出來，為人們提供了前所未有的都鐸王朝社會和科技的視角。為了保護船體，聚乙二醇(PEG)已作為較低(PEG200)和較高(PEG2000)分子量的水溶液應用，以增加木材的機械穩定性，並以類似於瑞典Vasa戰艦的方式補償退化。然而，由於聚乙二醇的部分分解而形成酸，以及聚乙二醇引起的蠕變破壞了力學效能，這給保護人員帶來了新的挑戰。這是除厭氧細菌和鏽蝕鐵裝置產生的，可在大氣條件下氧化成破壞性酸的金屬硫化物的降解過程之外的。在瑪麗·羅斯船體中可能存在數噸含硫物種以及聚乙二醇分解產物，突出了這一問題的嚴重性。有效的保護需要詳細瞭解這些物種的分佈和化學性質，這是一個挑戰，因為浸水木製品的高度異質性，傳統的表徵方法無法在一次測量中分解。
用於人工製品研究的傳統技術，通常也需要對標本進行薄切片，這可以提供微小長度尺度上的精細細節，但限制了在具有代表性的毫米大小的樣品中，同時評估結構、變形、降解和外來物種位置的能力。例如，以前的光譜X射線研究證明了瑪麗玫瑰木中鐵和硫化學的複雜性，但不允許對這些夾雜物的實際相組成進行測定。由於沉積物和嵌入PEG物種的非晶態或奈米級性質，結構鑑定變得更加困難。由於存在大量可能的相(有時是同時存在)，這個問題變得更加具有挑戰性；例如，在可能產生酸的鐵硫化物的情況下，這些可能包括黃鐵礦FeS2、鎂鐵鐵礦FeS2、四方硫鐵礦Fe1+xS、磁黃鐵礦Fe1-xS或黃鐵礦Fe3S4。
最近，計算機斷層掃描與X射線衍射(XRD-CT)的結合，使晶體相的原子結構的詳細位置分辨表徵成為可能。該技術已成功地應用於表徵廣泛的材料，包括生物礦物和能源材料等。與以往應用於文化遺產研究的傳統吸收CT相比，衍射層析成像可以獲得任何存在的結晶相的結構資訊。對於顯示長程有序，因此可以用布拉格散射進行研究的材料，XRD-CT提供了一種非常強大的結構解釋技術。在過去的二十年中，對分佈函式(PDF)分析已經成為表徵區域性有序物質(即奈米結構或非晶材料)的一種成熟技術，傳統的X射線衍射對其提出了挑戰。全散射方法，如PDF技術，允許在不存在長程有序的情況下測定材料的結構——這是傳統粉末X射線衍射的限制，在這種方法中，所有單元中的結構被平均。這在評估可能存在微小奈米結構或非晶材料的系統時尤其重要，例如在海洋考古木材中。
在這裡，研究者將基於同步加速器的計算機斷層掃描全散射方法應用於瑪麗羅斯龍骨木上，提供了不同長度和濃度尺度的多種嵌入物種的有價值的位置分辨結構資訊。研究者在木材中發現了5奈米的硫化鋅奈米顆粒，推測是在海底厭氧條件下進行硫能量迴圈的細菌沉積物。鑑定表明，這些物質應是木材移到有氧環境時發生酸侵蝕的前體。這些見解，不僅為下一代保護策略提供了資訊，也為以前治療方法的有效性和不可預見的問題提供了資訊。
圖1 瑪麗玫瑰木樣品，BSE和EDS分析。
圖2 瑪麗玫瑰木樣品的ctPDF分析。
圖3 從PDF擬合結果得出的位置分解。
在此，研究者證明了ctPDF是一種強大的技術，可用於識別存在於瑪麗玫瑰木材中的多晶、非晶和奈米材料的結構。研究者已經從一個高度複雜、異質性的考古樣本中，確定了精確的晶體學資訊。這些結果將對未來的保護工作產生重大影響：這些關於木材中存在的化合物的結構和位置的詳細資訊將允許我們設計針對目標和去除降解產物的處理方法(例如，從聚乙二醇分解中)，以及載體(如硫化鐵基的奈米結構)在氧化形成有害的酸之前。ctPDF在瑪麗玫瑰木材樣品中的應用演示，和繪製嵌入木材中的材料結構，揭示了目前為止保護人員無法獲得的其他相的存在，並開闢了將這些相同的技術應用於19,000件已恢復的文物的可能性，以確定特定材料的退化過程，併為進一步的保護策略提供資訊。（文：水生）
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