朱志保 王煒 張金風(fēng) 陳青
摘 要:承德位于我國霧霾重災(zāi)區(qū),該地區(qū)文物本體表面通常存在嚴重的積塵病害。為研究殊像寺室內(nèi)顆粒物分布特征,應(yīng)用SEM-EDS、XRD、離子色譜及激光粒度儀等多種方法對會乘殿內(nèi)積塵顆粒物的理化性質(zhì)進行分析。根據(jù)積塵顆粒物的粒徑分布規(guī)律,探討了會乘殿內(nèi)顆粒物的運動軌跡及空間分布特征,所得結(jié)論可為殊像寺的保護修復(fù)工作提供依據(jù)。
關(guān)鍵詞:殊像寺;積塵;粒徑;空間分布
承德殊像寺是避暑山莊“外八廟”之一,建成于乾隆四十年(1775),是一座漢藏混合式清代皇家佛教寺院,系第三批全國重點文物保護單位。會乘殿為殊像寺主殿,面闊七間,進深五間,殿內(nèi)東西長25.18m,南北寬15.56m,高10.50m(地面至天花)。殿內(nèi)保存三尊金漆塑像、兩座三層八角楠木塔及陳設(shè)等,為清代典范之作。承德位于我國霧霾重災(zāi)區(qū),導(dǎo)致會乘殿內(nèi)布滿積塵(圖1)。積塵具有顆粒小、比表面積大的特點,可以吸附空氣中氮硫化物等酸性物質(zhì),沉降至文物表面不僅腐蝕本體,還會誘發(fā)微生物病害。近年來,文物保護工作者在博物館和石窟開展了空氣顆粒物的相關(guān)研究,包括顆粒物的元素組成、質(zhì)量濃度、水溶離子濃度及季節(jié)變化、顆粒物濃度與游客數(shù)量的關(guān)系等,但很少涉及古建內(nèi)顆粒物的空間分布特征。本研究對會乘殿內(nèi)積塵的理化性質(zhì)進行檢測分析,結(jié)合采樣點位置,探究殿內(nèi)顆粒物的空間分布和運動軌跡,以期為承德殊像寺保護修復(fù)工作提供參考。
1 實驗部分
1.1 樣品信息
積塵樣品取自會乘殿內(nèi)陳設(shè)及塑像表面,樣品經(jīng)排筆直接刷取,每處采樣點的面積約15cm2,樣品信息及取樣位置分別見表1、圖2(紅色箭頭標注)。
1.2 分析檢測方法
①pH測試分析:使用Mettler Toledo Five-Easy Plus FE28型pH計。測試前將積塵樣品制成懸濁液,分別稱取50mg積塵樣品置于裝有20mL超純水的離心管中,即為懸濁液。
②水溶離子分析:使用Thermo-Fisher Scientific Dionex AQ-1100型離子色譜儀。制備積塵懸濁液,超聲30min后過0.45μm水系濾頭,所得濾液即為測試液。
③X射線衍射(XRD)分析:使用日本理學(xué)Smartlab型衍射儀。將樣品研磨,在樣品槽內(nèi)壓成平面測試,測定條件:Cu靶;功率:9kW;掃描速度:20°/min;2θ掃描范圍:5°~80°;微區(qū)測試條件:Cu靶;0.8mm準直器,功率:9kW;掃描速度:2°/min;2θ掃描范圍:5°~60°。
④掃描電鏡—能譜(SEM-EDS)分析:使用日本Hitachi公司S-3600N掃描電子顯微鏡,工作電壓20kV,美國EDAX公司Genesis 2000 XMS型能譜儀,測試前對樣品噴金。
⑤粒徑分布分析:使用丹東百特儀器有限公司Bettersize 3000plus型粒度分布儀。最后根據(jù)取樣點的位置(高度、方向)探究會乘殿內(nèi)的積塵分布和運動軌跡。
2 結(jié)果與討論
2.1 積塵樣品測試結(jié)果
①pH及水溶離子濃度。陰離子以SO42-、Cl-和NO3-為主,分別高達56.43mg/g、4.55mg/g和1.89mg/g,陽離子以Ca2+、Na+、K+、Mg2+為主,分別高達27.78、4.62、4.50、2.85mg/g,pH呈弱酸性。由于殊像寺臨近承德市區(qū)的交通干線,且公路邊的南側(cè)有一條河,秋冬季節(jié)即為干涸狀態(tài),故積塵中的離子主要源于汽車尾氣、二次污染源、土壤沙塵以及干涸的河道等。楊小菊等的研究表明,SO42-和Cl-及Ca2+、Na+、K+等離子會引起敦煌莫高窟的壁畫酥解,加速破壞文物,故會乘殿內(nèi)積塵中的高濃度陰離子對其殿內(nèi)的彩塑和彩畫等同樣存在潛在的威脅(表2)。
②形貌分析及礦物組成。積塵為形態(tài)不規(guī)則的顆粒,化學(xué)元素為Si(38.5%)、Al(12.5%)、Ca(17.3%)和Fe(14.6%)及少量Na、Mg、S、K、Ba等;礦物成分為石英(SiO2,59%)、鈉長石(Na2O·Al2O3·6SiO2,33.8%)、石膏(CaSO4,7.2%)。分析積塵的來源,其中石英很大程度上源自土壤顆粒,鈉長石源自石材的風(fēng)化,石膏則與環(huán)境污染有關(guān)。胡塔峰等的研究表明,在相對濕度高的條件下,硫酸鈣細粒會溶解并滲入文物表面的孔隙內(nèi),隨著溫度升高,水分蒸發(fā),這些鹽會結(jié)晶,體積增大,產(chǎn)生應(yīng)力,進而造成會乘殿內(nèi)彩塑、彩畫及陳設(shè)等表面的顏料層或者油飾等的開裂剝落,形成裂隙。
③粒徑分布。顆粒物平均長度約1.5μm,粒徑范圍為0.243~1250μm,粒徑小于10μm的顆粒物可達47.89%。根據(jù)多年現(xiàn)場工作經(jīng)驗,文物表面的裂隙一般在1μm~1cm不等,而這些積塵顆粒物可輕易進入文物表面裂隙,其可溶性鹽的結(jié)晶、溶解、滲透和再結(jié)晶過程會進一步加速破壞文物。
2.2 空間分布
會乘殿內(nèi)正中供奉三尊金漆塑像(中間為騎青獅的文殊,西側(cè)為騎犼的觀音,東側(cè)為騎白象的普賢),佛像前為六張供桌,供桌東西各有一座八角三層楠木塔,兩壁各置一經(jīng)櫥。為研究殿內(nèi)顆粒物的空間分布,對采樣點高度、方向進行分析。
①采樣點的高度。樣品為西側(cè)楠木塔的東立面第一層1~5階佛龕內(nèi)平面處的積塵(圖3、圖4)。研究發(fā)現(xiàn):殿內(nèi)西側(cè)楠木塔,其東立面的第一層佛龕平面處積塵的顆粒物粒徑相關(guān)數(shù)據(jù)與取樣點位置高度呈正相關(guān),而中值粒徑的變化相反。根據(jù)圖5中1~5階顆粒物的粒徑分布可知,隨取樣點高度增加,顆粒物粒徑的正態(tài)分布由20μm向10μm過渡,致使中值粒徑逐漸變小,這符合顆粒物的自然干沉降規(guī)律。而最大粒徑的逐漸增大,可能由于蛛網(wǎng)、纖維等將小粒徑顆粒物團聚成大顆粒。
②采樣點方位。為研究顆粒物與采集點方位關(guān)系,選取西側(cè)楠木塔4個方向的佛龕(第一層第4階的東南西北),收集龕內(nèi)平面積塵樣品。研究發(fā)現(xiàn):北側(cè)PM10含量較高,由于僅小粒徑顆粒可到達楠木塔北側(cè),故北側(cè)顆粒物的比表面積值亦最大。積塵中最大粒徑值及SO42-、NO32-和Cl-濃度值均呈現(xiàn)東、南側(cè)>西、北側(cè),故推測3種陰離子主要集中于大粒徑的顆粒物中(圖5,注:“PM10%”指粒徑≤10μm的顆粒所占百分比;比表面積為粒度分析儀所測理論值,顆粒以規(guī)則球體計算,僅做參考)。
③顆粒物的運動軌跡。會乘殿坐北朝南,東西為封閉墻體,南北兩側(cè)的隔扇門窗雖長期關(guān)閉,但其門窗的六角菱花所形成的孔洞并無遮擋物(圖6),南北隔扇門窗孔洞成為顆粒物輸入的主要通道。并且殊像寺目前尚未對外開放,可以忽略游客等人為擾動的影響,故會乘殿室內(nèi)積塵分布的主要影響因素為大氣對顆粒物的運移作用。
查閱承德當?shù)貧夂驐l件,冬季12~2月以偏北風(fēng)為主,夏季6~8月以偏南風(fēng)為主,年平均風(fēng)速為1.4~4.3m/s,最大風(fēng)速可達26m/s,且基本出現(xiàn)在月初和月末。故夏、冬兩季是會乘殿內(nèi)顆粒物沉降和積塵堆積的主要時期,而春、秋兩季相對次之。南北隔扇門窗孔洞面積比約為2∶1(圖7),并且殿內(nèi)北側(cè)因塑像背光等阻擋,顆粒物難以由北側(cè)門窗進入殿內(nèi),故兩側(cè)隔扇門窗中,南側(cè)為顆粒物的主要輸入口,北側(cè)為次要輸入口。
綜合以上因素,推測出會乘殿內(nèi)空氣中顆粒物的平面運動軌跡(圖8)。①主要路徑:顆粒物經(jīng)南側(cè)隔扇門窗進入(分東、中、西三部分,南側(cè)綠色粗實線箭頭),一部分進入殿內(nèi)后便沉降至供桌及地面;中部遇塑像和背光后,東西兩部遇楠木塔、柱子等陳設(shè)后,大部分顆粒物(以大顆粒為主)受阻擋而沉降,剩余顆粒物向兩側(cè)運動,沉降至楠木塔北側(cè)、經(jīng)櫥附近,甚至可進入殿內(nèi)北側(cè)角落和背光北側(cè)區(qū)域(南側(cè)細實線箭頭);②次要路徑:顆粒物經(jīng)北側(cè)隔扇門窗進入,大部分顆粒物(大顆粒為主)遇北側(cè)塑像背光而沉降至地面,小部分顆粒物可繞過背光進入殿內(nèi),落在楠木塔北側(cè)、經(jīng)櫥附近(北側(cè)虛線部分)。南北兩側(cè)輸入口按照對會乘殿殿內(nèi)積塵貢獻值大小排序:區(qū)域1(南側(cè)中部的紅色區(qū)域)>區(qū)域2(南側(cè)東、西部的黃色區(qū)域)>區(qū)域3(北側(cè)藍色區(qū)域)。
2.3 建議和措施
①自然因素。減少在大風(fēng)天氣的開門頻次,尤其夏、冬兩季;選擇合適材料安置于會乘殿南北兩側(cè)隔扇門窗的六角菱花及縫隙處,阻斷造成彩塑、彩畫積塵污染和運移的途徑。
②人為因素。殊像寺對外開放后,應(yīng)控制游客數(shù)量,減少會乘殿內(nèi)的人為擾動。地面清潔時可通過灑水等方式增加地面濕度,以降低殿內(nèi)空氣中顆粒物的濃度,進而減少殿內(nèi)文物表面的顆粒物沉降。
3 結(jié)語
在對承德殊像寺的會乘殿內(nèi)積塵綜合分析后,根據(jù)顆粒物的理化性質(zhì)(粒徑分布等)初步探討了其空間分布特征,并給出相應(yīng)的防治措施和建議,以期為承德殊像寺的保護修復(fù)工作提供參考,同時給文物保護領(lǐng)域研究積塵病害提供借鑒。
參考文獻
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