环境因素对石质文物影响研究.docx

          环境因素对石质文物影响研究                    金 皓摘 要： 石质文物大都处于露天或半露天环境中，受自然环境因素的影响更为直接和突出要科学地保护文物，最大限度地延长文物存世时间，就必须全面认识文物的内在构成规律，认识文物所处的外部环境因素，掌握病变产生的机理，对症下药，制定合理有效的保护措施关键词： 自然环境 石质文物 病害 保护1. 前言人类对于石料的驾驭和运用可追溯到细石器时代，从作为简陋的生产生活工具，到承载人类文明历史，石质材料都发挥着重要作用石质文物由于其自身质地特性及对环境敏感性弱、耐环境腐蚀性强等优势，蕴含的历史文化信息大都能较完整地保存下来因而，石质文物在历史文化研究中有着举足轻重的地位宁波地区石质文物数量众多，主要有墓道石刻、摩崖石刻、碑刻、牌坊、桥梁及历史建筑内石刻构件等，所取用的材质大多为本地产的梅园石梅园石属长石杂砂岩，碎屑成分以长石为主，其次是石英、岩屑（凝灰岩、安山岩）等，经凝灰质、泥质胶结而成[1]梅园石石质均匀细腻，硬度适中，整体带有淡淡的粉红色，有非常细的纹路，自西晋以来广泛应用于建筑构件及碑碣装饰雕刻件和石刻雕塑等[2]。

本文主要以梅园石质文物为例，就宁波地区自然环境因素对石质文物造成的影响作些浅要剖析2. 保存环境导致石质文物产生各种病变的因素，主要来自于周围环境，如温湿度、冻融、盐结晶、风沙、酸雨、植物、微生物等因素的综合作用这些环境因素不仅日益改变着石质文物的外观形态和内部组成，更严重地破坏石质文物的文化特征，即表面的雕刻和铭文等细微结构由于石质文物大多露天保存，受环境的影响更为直接和突出，对于环境因素的研究是正确了解石质文物病害成因的关键宁波地处宁绍平原，纬度适中，属北亚热带季风气候区，气候温和湿润，四季分明，雨量充沛，冬夏季风交替明显冬季盛行偏北风，天气干燥寒冷；夏季盛行东南风，多连续晴热天气，除局部雷阵雨外，还会受台风或东风波等热带天气系统影响，出现大的降水过程；春秋季冷暖空气交汇频繁，时冷时热，阴雨常现宁波多年平均降水量1480毫米，相对湿度常年在70％以上，多年平均日照时数1850小时主要灾害性天气有低温连阴雨、干旱、台风、冰雹、雷雨大风、霜冻、寒潮等[3]温和湿润的气候极宜植物和微生物的生长繁衍自然环境中的大多数石质文物都附着有地衣、藻类、苔藓、菌类等微生物，这些微生物以片状、点状或斑状覆盖在其表面上。

乔灌木等植物在石质文物裂隙中生长，根系的膨胀引起裂隙扩大变形植物及微生物的生长繁衍导致石质文物外观改变和内部结构病变随着宁波经济社会的快速发展和城市化进程的快速推进，空气优良率逐年走低，酸雨率居高不下2001年至今，酸雨率已经从73.1%上升到97.2%，全市区域几乎均为重酸雨区，且表现出硫酸与硝酸混合污染型特征，随着燃煤消耗和机动车保有量的增加，未来有害气体排放仍将持续上升[4]大气中的有害物质与光照、气流扰动、降雨降雪等共同作用，使自然环境中的石质文物出现了不同程度的表面胶结层流失、疏松风化、有色沉积等病害，损害了石质文物的历史价值和艺术价值，也危及石质文物的长久保存3. 病害类型造成石质文物的蜕变既有石材组成与结构、物理性能的内因，又与自然环境因素密切相关梅园石多为泥质胶结，泥质胶结物易被溶淋，故梅园石相对硅质胶结砂岩或花岗岩等其他石材耐风化性稍差梅园石的孔隙率为8.66%，全浸吸水率2.6%[5]，水分、可溶盐及有害气体等较易进入石材内部宁波区域环境的冷热交替频繁、雨水丰沛、地下水富集以及环境污染程度加剧，加快了石质文物各种物理、化学风化的速度受多重因素的共同影响，宁波地区处于自然环境中的石质文物大多出现较为严重的病害，主要表现为：（1） 片状剥落 多发生在历史建筑内的石刻构件，尤其是能接触到雨水、阳光的部位，表现为一层或多层相互平行的石刻表面层的剥落。

2） 空鼓空鼓病害在历史建筑石刻构件中较为普遍表现为表层一定厚度的片板状隆起变形，内部形成空腔，空腔发展到一定程度导致片板状剥落3） 裂隙受地基不均匀沉降或冰雪融冻，表层出现不同深度的裂隙在裂隙水冻结压力和结晶盐的反复作用下，裂隙逐渐扩大和加深，最终导致崩塌4） 有色沉积大气物中粉尘、煤灰等颗粒粘附或沉积在石质文物表面，形成难以去除的有色沉积物沉积物一方面造成文物外观的改变，另一方面对大气中的SO2等有害气体有一定的吸附作用，在粉尘中铁离子的催化作用下产生酸性物质，侵蚀石质文物5） 生物侵害生物或微生物侵害现象十分普遍生物的生长繁衍覆盖石质文物表层，导致外观改变，生物代谢产物或分泌物引起石材物理和化学反应，导致内部结构病变，造成表面雕刻模糊不清6） 结晶盐表面有白色的结晶状、粉末状或纤维状盐性结晶析出盐的结晶可以在石材内部形成，其结晶产生的压力导致石材表面酥松脱落4. 环境因素的影响机理石质文物受环境因素侵蚀破坏是极其复杂的过程，它取决于石材本身性质，更与其所处环境密切相关环境因素对石质文物造成病害的过程主要是通过物理作用、化学作用、生物作用来完成的，这些过程往往交织在一起，共同达到对文物本体的侵蚀与破坏。

1） 水的溶蚀宁波地区丰沛的降水、地下水及凝结水等是引起石质文物各类病害的主要诱因水分的入侵与循环运动使石材成分溶解流失，又配合酸性气体等有害物质直接冲刷，及与石材中某些矿物成分发生化学反应，造成石材性能退化，表面出现有色沉积、酥碱粉化、粗糙模糊等现象2） 温差风化石质为热的不良导体，白天受到阳光照射，外热内冷，夜间则外冷内热，产生温差现象大多数岩石是由多种矿物组成的，各矿物的膨胀系数不一致，夏季遭曝晒的石质文物突然受到暴雨的浇淋，岩石中的膨胀性矿物遇水膨胀，加速破坏岩体颗粒间的连结和岩体表层与里层的连结，造成石质文物表层疏松和裂隙发育，进而出现鳞片状剥落3） 冻融冻融是水在温度变化条件下固液态相转化时产生的破坏，也是石质文物病变的重要因素地下水、雨水、毛细水渗入石材表层裂隙，当裂隙水冻结时其体积会增大1/11左右[7]，对周围岩壁产生很大的压力，在裂隙水冻结压力的反复作用下，裂隙逐渐扩大和加剧，直致石材崩裂成碎块4） 盐结晶的膨胀可溶盐的运移和结晶对石质文物危害严重,它的破坏作用集中表现为结晶风化、结晶压力、水合压力和吸潮膨胀、升温膨胀所形成的应力[8]可溶盐在水的作用下在石材内迁移运动，会造成表面结构的破坏及外观的改变，也会在内部富集结晶产生很大的结晶压力，造成开裂及表层脱落。

结晶压力取决于结晶温]度和饱]和度，温度高、浓度大，结晶压力也就越大，对岩石的破坏力也就越大某些盐在一定条件下转化成重新结晶的水合物，进而占据更大的空间，产生额外的压力，即水合压力随着温度的变化，这些水合结晶物处于结晶—水合的循环之中，压力相应变化反复的应力变化，最终导致石材局部成粉末状、碎屑、鳞片状5） 风沙的冲蚀磨损风产生的机械力直接作用于露天环境保存的石质文物，携带的地表颗粒击打磨蚀表面并加深破坏表面的坑窝、裂隙，引起石质文物表层雕刻面漫漶不清6） 大气污染物的侵蚀大气污染物中影响范围广的主要有含硫化合物、氮氧化合物、碳化合物、颗粒污染物等硫化合物主要指二氧化硫和硫化氢二氧化硫很容易与空气中的水蒸气化合成为亚硫酸，或者在金属盐类的催化下被氧气作用而形成硫酸而硫化氢能溶于水形成氢硫酸，还能被氧化生成二氧化硫硫酸把石材中的碳酸钙成分转化成硫酸钙，随着雨水的不断冲刷，表面的硫酸钙被冲走，于是又形成新的硫酸钙表层硫酸钙随环境温湿度的变化反复再结晶，因而容易在石质表面形成硬壳而产生剥蚀脱落氮氧化物主要包括一氧化氮和二氧化氮，一氧化氮容易转化成二氧化氮，而二氧化氮是一种腐蚀剂，溶于水后生成硝酸，具有很强的酸性和氧化性。

二氧化氮能溶解和侵蚀含有碳酸钙的物质，将其转化为可溶性的硝酸钙，使石质文物风化碳化合物包括一氧化碳和二氧化碳一氧化碳在一定条件下生成二氧化碳，与水作用生成碳酸碳酸可以和石质文物中的碳酸钙成分发生化学反应，生成可溶性的碳酸氢钙，随着水分的蒸发，这些碳酸氢钙在石材表面形成与原石质不同结构的硬壳状的碳酸钙沉淀，进而剥蚀脱落，损害石质文物的原貌颗粒物质通常指悬浮在空气中的尘埃尘埃的物理吸附性能很强，又是多种空气污染物的载体和催化剂，微生物孢子及霉菌等很容易附着在尘埃上而沉降在石质文物表面因此，尘埃对文物既有物理损伤，也有化学侵蚀，还有生物破坏7） 微生物的侵蚀石质文物表面生长的微生物种类繁多细菌、真菌、藻类、地衣等微生物的代谢过程中常常析出有机酸、硝酸、亚硝酸、碳酸和氢氧化铵等溶液腐蚀石质并在其表面形成淀积物，造成石质文物表面细微结构破坏和内部结构病变5.结论和应对措施环境因素对自然保护状态中的石质文物的影响最直接最突出，露天和半露天生存的石质文物病害大多源于环境因素的作用因而只有通过对文物周围环境及其对石质文物影响机理的研究，才能提出科学有效的保护措施对石质文物的保护，环境治理是首要的，也是最根本的解决办法。

自然环境很难人为控制，但可以通过监测和预防性措施来缓解环境的负面影响减少和延缓环境因素对露天和半露天石质文物侵害的应对措施包括：（1）定期对文物所处环境温湿度变化、空气污染物成分、酸雨及灾害性天气进行监测，掌握其对文物的影响程度2）进行日常性维护保养，及时检查清理石质文物表面灰尘等沉积物及植物、微生物等，必要时进行杀虫、杀微生物处理3）建立石质文物环境档案，为制定保护修复方案提供科学分析依据4）对损伤、开裂等提前采取有效防御措施，最大限度消除造成石质文物更大损伤的隐患5）在保持文物历史原真性前提下，对病害严重的部位进行清洗（脱盐）、加固、修补、封护等措施6）采取预防性保护措施，使用渗透性能强，透气性能好，憎水性能佳，耐酸碱，又可逆的表面防护材料，阻止或减少水的渗透和污染物的化学侵蚀[1] 严寅祥《浙江鄞县“梅园石”简介》，《建材地质》1995年第5期，48~49页[2] 浙江省鄞县地方志编委会《鄞县志·自然环境》第2版北京：中华书局，1996年[3] 宁波气象信息网《宁波气候》， [4] 宁波环保网.2010年宁波环境状况公报[OL] -4a9e-ad8d-97ef7ff03b25&InfoID，2012-6-10。

[5] 金涛《宁波地区露天梅园石质文物病害机理研究》，《文物保护与考古科学》2010年第2期，48~52页[6] 傅亦民、金涛、周双林、王进《宁波东钱湖石刻群微生物病害研究》，《文物保护与考古科学》2009年第4期，31~37页[7] 方云、邓长青、李宏松《石质文物风化病害防治的环境地质问题》，《现代地质》2001年第4期，458~461页[8] 张金凤《石质文物病害机理研究》，《文物保护与考古科学》2008年第2期，62~67页作者工作单位：浙江宁波市文物保护管理所）  -全文完-。