劉仁植，張秉堅，魏國鋒，張　暉，石美鳳

(1. 浙江大學化學系，浙江杭州　310027； 2. 信陽學院理工系，河南信陽　464000； 3. 安徽大學歷史系，安徽合肥　230000；4. 浙江大學文博系，浙江杭州　310027； 5. 云岡石窟研究院，山西大同　037000)

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云岡石窟的污染物病害調查研究

劉仁植1，2，張秉堅1,3，魏國鋒4，張暉3，石美鳳5

(1. 浙江大學化學系，浙江杭州310027； 2. 信陽學院理工系，河南信陽464000； 3. 安徽大學歷史系，安徽合肥230000；4. 浙江大學文博系，浙江杭州310027； 5. 云岡石窟研究院，山西大同037000)

摘要：云岡地區(qū)周邊經(jīng)濟發(fā)展、工業(yè)開發(fā)等因素使當?shù)刈匀画h(huán)境發(fā)生了很大變化；石窟本身成為旅游熱點，也使石窟內的病害類型、特征、面積、危害程度等都發(fā)生了變化，尤其是各種污染物病害對石窟的破壞作用明顯加重。為了更加有效地保護石窟文化遺產(chǎn)，從2010年1月起，浙江大學文物保護實驗室會同云岡石窟研究院和西安文物保護修復中心，共同對云岡石窟45個有石雕藝術品的洞窟內的污染物病害進行了系統(tǒng)調查，對污染物種類(包括內源性和外源性)和污染程度進行了分類統(tǒng)計。該工作屬于國家科技支撐計劃 “石窟文物表面有害污物清除技術研究”課題的一部分，同時也是石質文物化學清洗研究的需要。本次調查對于污染物病害分類及命名依據(jù)國家標準WW/T0002-2007：石質文物病害與分類圖示。調查結果表明，窟內至少存在表面污染與變色、表面層風化、表面生物病害、修補殘留及水斑等5大類污染物病害，具體包括粉塵污染、煙熏結殼、黃斑、涂鴉刻畫、觸摸油脂等12小類，總污染面積達7059.66m2。同時，分析研究了主要污染物病害的成因和危害性，研究結果為進一步開展清洗和保護研究提供了基礎科學數(shù)據(jù)。如何判別各種污染物對石窟造像的危害？是否需要去除？如何在“最小干預”的原則下最大限度地保護好云岡石窟？這些仍然是有待研究的重要課題。

關鍵詞：云岡石窟；污染物病害；砂巖；風化；危害性

0　引　言

云岡石窟位于山西省大同市西郊武周山南麓，是國務院1961年公布的第一批全國重點文物保護單位，并于2001年列入世界文化遺產(chǎn)名錄?，F(xiàn)存藝術品洞窟主要有45個，大小窟龕共252個，石雕造像51000余尊，是我國規(guī)模最大的石窟群之一，也是世界聞名的石雕藝術寶庫。云岡石窟始鑿于北魏興安二年(公元460年)，距今已有1500多年的歷史，長期以來，在各種自然作用和人為因素的影響下，石窟內污染和風化十分嚴重，石刻藝術品遭受巨大威脅，關注和保護這些石窟藝術品是目前亟待解決的問題。

關于云岡石窟內污染物病害種類和分布的比較系統(tǒng)的調查研究，文獻記載的有20世紀40年代初日本學者長廣敏雄(Toshio Nagahiro)等所著的《云岡石窟》專著[1]，以及20世紀60年代趙不憶等所進行的關于云岡石窟的病害調查報告等[2]。但時間已經(jīng)過去了半個多世紀，云岡地區(qū)周邊經(jīng)濟發(fā)展、工業(yè)開發(fā)等因素使當?shù)刈匀画h(huán)境發(fā)生了很大變化；石窟本身成為旅游熱點，也使石窟內的病害類型、特征、面積、危害程度等都發(fā)生了變化，尤其是各種污染物病害對石窟的破壞作用明顯加重。為了更加有效地保護石窟文化遺產(chǎn)，同時也是國家科技支撐計劃課題“石窟文物表面有害污物清除技術研究”工作的一部分，從2010年1月起，在云岡石窟研究院和西安文物保護修復中心的協(xié)助下，浙江大學文物保護實驗室對云岡石窟有藝術品的45個主要洞窟內所存在的污染物病害進行了系統(tǒng)調查、統(tǒng)計和研究。

1　調查概況

本次調查的對象為石質文物表面的污染物病害，即由各種外源或內源污染物造成的病變現(xiàn)象，這些病變的治理需要通過清洗技術來完成[3，4]。本次調查的范圍包括云岡石窟副窟在內的有藝術品的全部45個洞窟，統(tǒng)計面積包括洞窟前后室四壁、窟頂、門拱等在內的全部文物展示面。調查手段主要依靠測量、簡圖、文字和照像進行記錄。調查對于污染物病害分類及命名依據(jù)國家標準《WW/T0002-2007：石質文物病害與分類圖示》。例如，圖1所示為第16窟北壁的污染物病害分布簡圖及其對應照片，該窟污染物病害類型及特征統(tǒng)計見表1。

調查結果顯示，云岡石窟窟內文物保存現(xiàn)狀稍好的洞窟有第6、11、5、12、9、10窟以及第39窟前室，這些窟內約有60%以上面積的藝術品保存較為完好；其次，第7、13、15、1、20、2、33窟等，窟內約20%～60%左右的區(qū)域尚存有石窟造像；其余洞窟已被自然風化、鹽堿結晶、或人為等因素破壞得比較嚴重；有的因洞壁塌陷，壁面已被水泥支護面所替代，這部分洞窟內藝術品殘留量大都不足20%，有的甚至小于5%，如第29、38窟等。

圖1　云岡石窟第16窟北壁污染物病害分布Fig.1　Diseases of sculptures in the 16th cave表1　云岡石窟第16窟北壁污染物病害統(tǒng)計Table 1　Diseases of sculptures in the 16th cave

部位污染物面積/m2程度病害描述圖例各凸出部位粉塵污染70重度灰色絮狀物厚度0.2～0.3cm北壁,主佛表面層風化50重度白色帶狀分布北壁黃斑27重度呈黃褐色主佛臉部、手部煙熏結殼11輕度略顯灰色斑塊左側,主佛左前胸水斑4輕度雨水濕痕跡

調查結果表明，洞窟內存在的污染物病害種類主要包括表面污染與變色、表面層風化、表面生物病害、修補殘留及水斑等5大類污染物病害，具體包括粉塵污染、煙熏結殼、黃斑、涂鴉刻畫、油漆色斑、觸摸油脂、石膏斑點、樹脂斑、水泥修補、水斑、表面生物病害、表面層風化等12小類，總污染面積高達7059.66m2(表2)，其中污染物病害種類所占比例最大的有粉塵污染、表面層風化和煙熏結殼，這三類病害的面積之和占云岡石窟污染物病害總面積的90%以上，且絕大多數(shù)是中、重度污染。另外，20世紀五六十年代所為的不當?shù)乃嘈扪a痕跡、殘留的裂隙灌漿樹脂、游人的涂鴉刻畫等，以及其他各種有意或無意的人為污染等，也占據(jù)了一定比例。云岡石窟各種污染物病害比例見圖2。

表2　云岡石窟12種污染物病害的污染面積和污染程度統(tǒng)計表

(續(xù)表2)

注：(1)本污染物病害分類及命名依據(jù)WW/T0002-2007標準；(2)表面生物病害包括綠色植物、動物殘留物、微生物；表面層風化包括表面粉化剝落、片狀剝落、起翹與空鼓、泛鹽、溶蝕等；黃斑包括水銹黃斑和有機黃斑；(3)總比例是指該類病害占所有種類污染物病害的比例，重度指重度污染的病害占該種類病害的比例，以此類推。

圖2　云岡石窟各種污染物病害比例圖Fig.2　The pie chart of several diseases at Yungang Grottoes

2　污染物現(xiàn)狀及成因

下面按照主要污染物病害類型分別進行敘述。

2.1粉塵污染

大同市地處黃土高原東北邊緣，屬于溫帶大陸性氣候，干燥、多風是其主要氣候特征。大同又是一個以煤礦為主的工業(yè)城市，建國以來山西煤礦數(shù)量迅速增加，并遭受不合理的開采、儲運和使用。云岡地區(qū)的風沙， 運煤車輛引發(fā)的降塵、二次揚塵， 以及周圍工礦企業(yè)、民用燃煤等，使得云岡石窟周邊自然環(huán)境惡化，特別是大氣中顆粒物含量居高不下，窟內佛龕石雕不可避免地被粉塵污染。調查結果顯示，在云岡石窟所有污染物病害種類中，粉塵污染的比例高居首位，占總污染物病害總面積的52%，達3671m2有余，而其中重度污染占38.92%，中度污染占42.79%，輕度污染占18.28%。粉塵的分布十分廣泛，在被調查的全部洞窟內，粉塵污染存在于幾乎所有能留存灰塵的部位，如石雕造像的胸部、肩部和腿上，以及腿部以下比較平緩的部位(圖3)。按污染面積所占比例看，粉塵污染比較嚴重的洞窟有第3窟右(后)室、19、17、14、13、15、2、1窟等，在某些洞窟中粉塵的厚度竟達3mm以上。

圖3　第39窟佛像腿部粉塵Fig.3　Dust deposits of sculptures in the 39th cave

大量的粉塵長期附著在石雕造像的表面，呈現(xiàn)深灰色或灰黑色，輕輕掃去表層粉塵，裸露的巖石表面呈現(xiàn)一層灰黑色的結殼層，用毛刷或清水等方法無法去除。許多灰黑色的結垢已滲入砂巖表層，不僅遮蓋和模糊了造像原有的藝術色彩，而且改變了粉塵下砂巖原有的礦物組成，使文物本體結構疏松、風化速度加快。

云岡石窟內粉塵的成分，Olmez和Christoforou等曾用中子活化分析法[5]和ICP-MS法[6]做過樣品成分分析，分析結果表明，云岡石窟粉塵中含有Cu、Pb、Zn、Ti、K、Al、Ca、Fe、Mn等22種金屬元素；Weiss[7]還采用離子色譜法分析了云岡石窟粉塵樣品的水溶液，證實溶液中有硫酸鹽、硝酸鹽和氯化物等可溶鹽。在此次調研中，浙江大學文物保護實驗室專門從云岡石窟采集了一批樣品，其中取自第33窟的兩種砂巖樣品，分別是掃去表面粉塵后裸露出的灰色殼層砂巖(粉塵砂巖樣品)和表層下約3cm處的內部砂巖(新鮮砂巖樣品)，采用FT-IR和EDAX等儀器分析(圖4)，結果表明粉塵砂巖樣品中確實有石膏化合物(CaSO4·2H2O)的聚集，平均含量約為1%～3%，而洞窟周圍的粉塵經(jīng)測定CaSO4的含量達10%～15%，而石窟巖體內部未風化的新鮮砂巖樣品中卻并未發(fā)現(xiàn)CaSO4的峰值信號。從各窟取樣的分析結果看情況都十分類似，這說明粉塵的存在改變了石窟表層砂巖基質的礦物結構和成分[8]。

圖4　取自云岡石窟33窟內的樣品FT-IR圖Fig.4　FT-IR images of samples from the 33rd cave

關于云岡石窟砂巖中CaSO4的來源和形成機理已有一些文獻進行了探討[8-10]，主要包括兩方面：一是內源性，CaSO4物質是由環(huán)境中較高濃度的SO2氣體與砂巖表層基質中的膠結物等發(fā)生反應而生成；二是外源性，CaSO4物質直接由沉降或吸附到砂巖表面的大量粉塵攜帶而來。本次對砂巖內層基質分析沒有發(fā)現(xiàn)CaSO4的峰值信號再次驗證了上述結論，且從各種病害調研的比例來看，CaSO4的形成還有加速的趨勢，這也極大地威脅著石窟造像的保存。由于砂巖表層形成硫酸鈣使表層結構酥松化，又反過來增加了表面對粉塵的吸附量。關于粉塵對砂巖的加速破壞作用，已有很多文獻論證，此處不再贅述。

總之，大范圍的粉塵沉積已經(jīng)成為云岡石窟最嚴重的污染物病害之一，嚴重損害和威脅著石窟文物的藝術價值和長期保存。目前緩解粉塵沉積污染的方法主要還是改善環(huán)境的狀況，即降低空氣中的酸性氣體和懸浮顆粒物的含量，從源頭上保護石窟文物免遭侵蝕。

2.2表面層風化(鹽堿結晶)

表面層風化指石質文物由于外界自然因素的破壞作用而導致的表面病害，主要包括表面粉化剝落、表面泛鹽、表面片狀剝落、鱗片狀起翹與剝落、表面溶蝕與表面孔洞狀風化等，主要由可溶鹽結晶所引起?？扇茺}是導致巖石風化的重要因素，很多古跡都飽受其侵蝕。在云岡石窟石雕造像表面呈現(xiàn)表面鹽堿風化的面積約占污染物病害總面積的31.67%，有2236m2，僅次于粉塵污染，其中重度污染占71.20%，中度污染占21.78%，輕度污染占7.02%。第41～45五個洞窟，由于可溶鹽侵蝕等原因，加之這一帶又地處風口，窟內造像殘存無幾。此外第2窟的北壁、3窟后室、第4、14、36、39、40等窟遭受鹽堿侵蝕也極為嚴重，少數(shù)窟內石雕殘存已不足5%。調查顯示在這些洞窟內鹽堿結晶主要集中于洞窟的后室北壁，并與沉積的粉塵、煙垢等結成殼狀、塊狀， 更有嚴重處，一些造像表面已成酥粉，原有的彩繪已起翹、空鼓，模糊不清，甚至大面積脫落(圖5)，藝術價值幾乎損失殆盡。另外，本次調研還發(fā)現(xiàn)，鹽堿結晶現(xiàn)象雖然廣泛分布于各洞窟內部及外部的石雕表面，但一般來說洞窟前室造像的保存現(xiàn)狀明顯要好于后室，東西壁的造像要好于北壁。

圖5　遭受鹽堿侵蝕的第3窟北壁造像Fig.5　The sculptures suffering salt crystallization in the 3rd cave

調查小組從非彩繪洞窟內無石雕的洞壁表面采集到鹽堿聚集的砂巖樣品，并進行了一系列實驗室分析，圖6為取自第26窟砂巖表層下約1cm處樣品的視頻顯微鏡(型號KEYENCE VHX-1000)的放大300倍的照片，從圖中可以看出該處有大量鹽堿晶體聚集，正是這些鹽堿結晶造成了砂巖表層的起翹和剝落。本實驗室還對樣品進行了X射線衍射(XRD)和X射線能譜(EDAX)分析，從分析結果看，風化砂巖樣品的礦物成分中除了砂巖基質本身含有的長石、石英、高嶺石、方解石、白云石等，還有一些次生鹽類礦物?？紤]到砂巖基質中的碳酸鹽膠結物與次生鹽類礦物化學成分的相關性，結合樣品元素分析結果，推斷次生鹽類礦物主要是鎂和鈣的硫酸鹽。這些次生鹽類主要是由砂巖基質中碳酸鹽膠結物中的CaCO3、MgCO3等組分與溶解于水中的O2、SO2、CO2等經(jīng)過一系列化學反應生成的，其中最直接的表現(xiàn)形式為造像表面的石膏層和石膏斑，由于石膏(硫酸鈣)吸附灰塵所形成的殼層表面與粉塵沉積外觀一樣，已歸入粉塵污染的統(tǒng)計中，而表面呈白色的石膏斑所占比例很小，總面積不到1m2。

圖6　第26窟鹽堿結晶樣品的視頻顯微鏡照片F(xiàn)ig.6　Video microscopes of Salt crystallization samples from the 26th cave

可溶性鹽是造成石材病變的主要因素之一，土壤中的可溶鹽通過多種形式的水進入石材內部聚集起來，并隨著多種形式的水在巖石內發(fā)生遷移，這些水分不僅與巖石本體的粘土礦物反應，同時造成巖石吸濕后體積膨脹，從而改變巖石的礦物成分及結構。當環(huán)境干燥時可溶鹽隨水分的蒸發(fā)在石材表面和內部結晶析出，環(huán)境溫濕度更迭交替，可溶鹽在石材孔隙內部溶解-結晶-溶解反復循環(huán)，不斷增大石材微孔的膨脹壓力，增大孔隙度，降低粘土礦物之間的內聚力和巖石強度，最終導致酥粉、剝落，甚至崩塌。根據(jù)靳治良等[11]的鹽漲試塊強度測試研究表明，鹽結晶對石質文物砂巖基底的強度損害非常大，特別是Na2SO4可溶鹽，這種鹽的過飽和溶解度大，易富集、易濃縮、易風化、易返潮，具有超強的穿透、遷移能力及結晶破壞能力，結晶區(qū)域較大，相應破壞面也較大，且病變有一定的反復性。它所引起的破壞常見于文物表面粉狀酥堿、空鼓、粒狀剝離等。由于石質文物的歷史性和自身不可移動性，如何脫鹽和控制可溶鹽的析出目前仍是石窟保護的重要任務。

2.3煙熏結殼

煙熏結殼是云岡石窟內污染面積位列第三的污染物病害，占總污染物病害總面積的8.57%，有605.5m2，而其中重度污染占45.75%，中度污染占41.12%，輕度污染占13.13%。根據(jù)洞窟內煙熏結殼的污染面積和污染程度，比較嚴重的有第38、16、13、15、14、27、24、23、19、18、21窟等，主要分布在洞窟的前室東西壁下半部分和天花板頂壁角落處。煙熏區(qū)域表面一般呈深黑色、暗黑色或灰褐色，也有少部分呈黃棕色，表層巖石結構或致密或疏松，一些巖石表面還與鹽堿、灰塵等共生粘結成殼狀。究其成因主要是清末至20世紀50年代前廢棄期間由于歷史原因，許多洞窟都曾經(jīng)被居住或常年舉行祭祀活動，這些做飯取暖生火或香燭燈火等活動，在佛龕、洞壁表面留下了大大小小濃淡不均的黑色煙熏結殼，明顯影響了石雕造像的外觀，對造像的藝術效果和美學價值有一定破壞。

將取自云岡石窟第38窟的煙熏砂巖樣品在視頻顯微鏡下放大500倍觀察，如圖7所示，砂巖表層布滿了濃淡不一的煙塵。從第32窟內煙熏黑垢處取樣，分別進行了EDAX能譜分析和SEM掃描電鏡觀察[8]，從EDAX結果來看，與新鮮砂巖相比煙熏砂巖樣品的C、Fe元素含量顯著增加，無疑，C的增加是煙塵附著的結果。電鏡下的微觀結構也表明，新鮮砂巖表面晶粒棱角分明，孔隙也較大；而煙熏砂巖表面棱角圓潤，形狀也不規(guī)則，特別是表面布滿了比較均勻的納米級煙塵顆粒物(圖8)。從文物的藝術價值來看，砂巖表層上附著的煙熏黑垢肯定會影響其美觀，但從文物保護的角度來看，這些附著的煙熏黑垢是否對巖石本體有害？是否需要清除？對此浙江大學文物保護實驗室專門針對新鮮砂巖和煙熏砂巖設計了SO2腐蝕-干濕循環(huán)實驗和石材底部可溶鹽滲-干濕循環(huán)實驗，結果發(fā)現(xiàn)煙熏砂巖樣品比新鮮砂巖樣品有更好的耐SO2腐蝕和耐可溶鹽破壞的性能[12]。

圖7　第38窟煙熏砂巖表面的視頻顯微鏡照片F(xiàn)ig.7　Video microscopes of smoked samples from the 38th cave

圖8　第32窟砂巖表面煙熏黑垢的SEM照片F(xiàn)ig.8　SEM images of smoked samples from 32nd cave

2.4黃斑

云岡洞窟表面有黃斑的區(qū)域大約占總污染物病害總面積的1.90%，有134m2，其中重度污染占36.57%，中度污染占57.46%，輕度污染占5.97%。這些黃斑在第3窟前室、4、8、18、19等窟內分布較為廣泛。造像表面有黃斑滲出的區(qū)域，一般呈黃褐色、土黃色等，斑斑點點，結構或致密或疏松。

取自云岡石窟第8窟的黃斑樣品在視頻顯微鏡下觀察，可見黃斑主要沿著水分遷移的方向在巖石表面呈帶狀分布，且周圍明顯有鹽結晶的聚集(圖9)。砂巖表面的黃斑主要有銹黃斑和有機黃斑兩類。取樣進行EDAX分析的結果表明，洞窟表面的Fe元素含量約為10%～28%，且由內到外明顯增加，這表明云岡石窟內巖石表面的黃斑主要是銹黃斑，且?guī)r石風化程度越高含鐵量也越高。銹黃斑的成因是砂巖本身所含的赤鐵礦或硫鐵礦等含鐵礦物，在水和空氣氧化作用下，經(jīng)過毛細水的運移在砂巖表層富集成鐵的氧化物。另一類有機黃斑，在云岡石窟也偶有見到，主要是各種有機物，如動物昆蟲等的排泄物、微生物繁殖分泌物、生物腐爛殘留物等，會在砂巖表層留下的滲入性黃色印跡。一般來說，有機質的降解過程對巖石具有腐蝕作用，但是，在某些特殊情況下，微生物的繁殖也有可能抑制巖石的風化，例如，浙江大學文物保護實驗室發(fā)現(xiàn)的石質文物表面的草酸鈣膜等[13]。盡管黃斑的相對污染面積不大，但是在毛細水遷移的作用下黃斑的污染面積有不斷擴大的趨勢。

2.5樹脂斑

歷史上云岡石窟曾進行過大大小小的許多次局部加固， 包括脫落巖石的粘接、 裂隙的灌漿、 起殼部分的回貼等。不同時期所用粘接劑不同，據(jù)文獻記載， 在云岡石窟洞窟內直接使用過的高分子聚合物粘接劑主要包括有機高分子材料如環(huán)氧樹脂/改性環(huán)氧樹脂[14-17]、(聚)甲基丙烯酸酯[18-20]、甲基硅酸鈉[14]、無機材料如硅酸酯類[21-23]等。隨著時間的推移，許多表面加固/修復層脫落，老化的樹脂直接裸露出來，其中包括因操作不當或不慎遺留在造像表面的樹脂，也包括因表面遮蔽層風化剝落而裸露的樹脂。調查表明有殘留樹脂的區(qū)域大約占總污染物病害總面積的1.90%，有131.5m2，其中重度污染占49.43%，中度污染占45.63%，輕度污染占4.94%。殘留的樹脂主要分布在第2、5、12、14、16、37、38等窟內。這些殘留樹脂多分布在佛龕頂部、兩面墻的交界處及頂壁，呈褐色、黑色或深灰色(圖10)。

圖9　第8窟滲出性銹斑砂巖的視頻顯微鏡照片F(xiàn)ig.9　Video microscopes of yellow stains samples from the 8th cave

圖10　第12窟佛龕頭部的粘結樹脂F(xiàn)ig.10　The residual resin of sculptures in the 12nd cave

老化的樹脂殘留在文物表面，除了影響文物的藝術效果外，對文物本身也會產(chǎn)生不可逆的破壞作用：隨時間的推移，聚合物不斷分解，其降解物擴大了污染面積；固化在裂隙內部和表面的樹脂堵塞水蒸氣的通道，不利于水和可溶鹽的遷移，進而可能增大巖石孔隙的結晶壓力；樹脂降解產(chǎn)物促使一些微生物在文物表面滋生；老化的樹脂不便清除并可能會造成二次污染等。面對這些文物上已經(jīng)存在的樹脂痕跡如何去除？何時去除？用什么來替代等，都是有待研究的課題。

2.6表面生物病害

文物表面生物病害指石質文物因生物、微生物在其表面生長繁衍而導致的各類病害，常見的生物病害包括植物病害、動物病害及微生物病害三種。本次調查工作在氣候寒冷干燥的冬季進行，云岡石窟所有洞窟均鮮見生物生長的蹤跡，只在第7窟崖壁外發(fā)現(xiàn)有若干苔蘚尸體，當時統(tǒng)計結果是生物污染物病害面積的相對比例幾乎為零。但是，在春秋季節(jié)發(fā)現(xiàn)洞窟外壁等處還是有一些綠色植物生長，甚至動物穴居的痕跡。如第3窟副窟外、第14、20窟外崖壁等都能發(fā)現(xiàn)綠色植物，少數(shù)洞窟內有鳥雀穴居。但總體講，由于云岡石窟地理環(huán)境和氣候條件相對惡劣，大部分洞窟內鹽堿結晶嚴重，窟內少見陽光，且環(huán)境污染較嚴重，綠色植物的生長并不旺盛，僅在較為溫暖的季節(jié)見于窟外和外崖壁上，在洞窟內部很少見。

盡管生物病害所占比例很小，但它對石質文物的破壞作用不可小視[24]。在生物繁殖過的區(qū)域生物分泌物對巖石有一定的滲透和腐蝕作用。圖11為取自云岡石窟第3窟外的有苔蘚繁殖的砂巖樣品的縱切面的視頻顯微鏡照片，該照片明顯呈現(xiàn)有機黃色素向砂巖內部滲透的痕跡。目前控制生物生長可以通過人工方法并加強管理來實現(xiàn)。

圖11　苔蘚繁殖留下的滲入性有機黃斑的 視頻顯微鏡照片F(xiàn)ig.11　Video microscopes of yellow stains samples from the 3rd cave

2.7水泥修補

水泥修補指對石質文物采用水泥類材料進行粘結、加固、修補等改變文物原貌的現(xiàn)狀，主要發(fā)生在20世紀七八十年代及之前。當時，用水泥對文物進行結構上的保護在國內還十分普遍，云岡如此，敦煌、大足、龍門都如此。七八十年代以后，文物保護工作者已經(jīng)認識到水泥對文物的危害并盡可能不用或者選用一些無堿水泥。當時為了加固或支撐坍塌的洞窟，或修補部分缺失或完全缺失的石雕造像，云岡石窟曾使用水泥對云岡西部垮塌嚴重的小型窟龕進行修繕。本次調查發(fā)現(xiàn)此部分洞窟的四周壁面和天花板壁面已部分或完全被澆鑄的水泥所替代，一些造像也被水泥斑所污染，主要見于第20窟以西的洞窟，按污染比例及危害程度大小排序依次為第40、32、33、22、23、29窟等。調查結果顯示云岡石窟所有洞窟中經(jīng)水泥修補的面積共達107m2，約占污染物病害總面積的1.52%。

英國建筑與歷史地段保護協(xié)會(ICOMOS)主席費爾頓(B.M.Feilden)在為聯(lián)合國教科文組織向各國推薦所寫的文物建筑保護教科書中呼吁“修繕文物建筑不要用水泥”[25]。其主張水泥的使用是不可逆的，其抗壓、抗拉強度太大，附著力也很大，與文物建筑的某些材料不能匹配。另外水泥孔隙率低，不可滲透，會阻礙水汽的蒸發(fā)，增加內部的凝結水反而加速凍害。且水泥傳熱性高，用其灌注墻縫時會形成冷橋。不僅如此，水泥在凝固過程中會析出可溶性鹽，這些可溶鹽在孔隙內部受毛細作用隨水分遷移并在石質文物表面或孔隙中析出，環(huán)境的溫濕波動造成可溶鹽周期性的溶解-結晶。因而在石質文物表面使用水泥材料修補一定得慎重，否則不僅起不到保護的作用，反而會加快文物的破壞[26-28]。如高句麗貴族墓葬周邊曾用水泥修繕，現(xiàn)在不僅析出大量可溶鹽，而且產(chǎn)生了更大塊的裂隙和片狀剝落[29]。

2.8其他

除了上面所述幾大類污染物病害之外，本次調查發(fā)現(xiàn)云岡洞窟內還有許多的油漆色斑、觸摸油脂斑、墨水和粉筆等字跡、水斑等幾種污染物病害類型，這些污染物病害共占據(jù)污染總面積的2.47%左右。從表觀情況來看，油漆色斑主要有兩類：一類是20世紀五六十年代人為對洞窟或缺失佛像的編號字跡，主要見于沒有洞窟標識牌的第20到32窟以及洞窟內有雕像缺失的第1、2、5、6、35、36、39窟等，另一類是原有彩繪的掉色、暈染等造成大小不一的色斑，此類色斑主要呈深黑色、灰綠色等；而字跡刻畫大多是石窟在受到正式保護前游人的肆意所為，主要分布在第5、9、10、12窟等洞窟墻壁的中下部位或造像手臂、腿部等部位；油脂斑多出現(xiàn)在洞窟門拱兩側壁面和造像突出的部位，很明顯是經(jīng)過游客長期觸摸造成的。其表面油光滑亮，顏色深沉，表層結構致密，觸摸較多的石面大都沒有風化的現(xiàn)象。這幾種人為污染大多是在政府管理之前造成的，在今天嚴格的保安制度管理下應該不會繼續(xù)擴展。這些污跡對洞窟造像的藝術效果肯定不利，但是否會危害巖石的長期保存？是否需要去除？仍然是有爭議的問題。對此，浙江大學文物保護實驗室證實巖石上的油脂或墨水對文物基底的風化具有緩解作用[12，30]。另外，滲水形成的水斑，肯定對石質文物的保護不利，需要進行治理。

3　結　論

經(jīng)過對云岡石窟45個洞窟5萬1千多的雕像的實地調查，結果表明：

1) 在云岡石窟存在以粉塵沉積、鹽堿結晶、煙熏黑垢等為主的12種污染物病害類型，總污染面積達7059.66m2，其中大部分屬于中、重度污染;

2) 粉塵沉積是云岡石窟最常見的污染物病害類型，占總污染物病害面積的52%；其次是鹽堿結晶，約占31.67%，硫酸鹽是云岡石窟鹽堿的主要形式；煙熏黑垢位列第三，占總污染面積的8.57%;

3) 從本實驗室的研究結果看，粉塵沉積、鹽堿結晶、水泥修補、殘留樹脂和水斑等污染物對巖石有一定的破壞作用，會威脅到石窟造像的保存；而煙熏黑垢有一定的抵御酸性氣體腐蝕的作用，能緩解砂巖的風化；其他如油漆色斑、觸摸油脂斑、墨水和粉筆字跡等污染物是否有加劇或緩解巖石的風化作用？目前還在繼續(xù)研究之中。

如何判別各種污染物對石窟造像的危害？是否需要去除？如何在“最小干預”的原則下最大限度地保護好云岡石窟？這些仍然是有待研究的重要課題。

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(責任編輯潘小倫)

收稿日期：2013-02-28；修回日期：2015-11-05

基金項目：國家科技支撐計劃資助(2009BAK53B05),河南省高等學校重點科研項目資助(16B150014)

作者簡介：劉仁植(1986—)，女，2012年碩士畢業(yè)于浙江大學化學系，研究方向為石質文物化學清洗技術,E-mail: tizhizhu@126.com

文章編號：1005-1538(2016)02-0101-10

中圖分類號：K879.22

文獻標識碼：A

Research and study of diseases at the Yungang Grottoes

LIU Ren-zhi1,2, ZHANG Bing-jian1, WEI Guo-feng3, ZHANG Hui4, SHI Mei-feng5

(1. Department of Chemistry, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China;2.DepartmentofScienceandTechnology,Xinyangcollege,Xinyang464000,China;3.DepartmentofHistory,AnhuiUniversity,Hefei230000,China;4.DepartmentofCulturalHeritageandMuseology,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China;5.YungangGrottoesResearchInstitute,Datong037000,China)

Abstract:Yungang Grottoes, a world cultural heritage site,have been subjected to severe degradation due to natural and human factors over the years. Since January 2010, a site investigation on damage at the Yungang Grottoes has been carried out by the laboratory of Cultural Relics Conservation Materials of Zhejiang University, together with the Cultural Relics Protection Center in Xi’an and the Cultural Research Institute of Yungang Grottoes. The classification of and statistics on the damage,based on the categories and levels of damage,are presented.This report is part of the research done under the state science and technology support program and describes the need for damage prevention and restoration work of stone relics. The paper describes five main categories of damage: surface pollution and discoloration, surface weathering, surface biodegradation, preservation remains and water spots. Furthermore, the damage causes could be classified into 12 categories: dust pollution, smoked crusts, yellow spots, graffiti, grease, etc. The total polluted area is 7059.66m2. the causes of the damage and the degree of the damage were analyzed. This research provides scientific data to guide future cleaning and conservation of the Yungang Grottoes. Further research topics, such as how to evaluate the level of damage, whether pollutants should be removed and how best to preserve the site with “minimal effort”.

Key words:Yungang Grottoes; Diseases; Sandstone; Degradation; Harmfulness