瓜州榆林窟微環(huán)境特征及其對壁畫病害影響的初步分析

杜建君 劉洪麗 張正模 薛 平

內(nèi)容摘要：為了更好地研究洞窟壁畫病害機(jī)理，從自然環(huán)境影響因素角度出發(fā)，選取榆林窟2005年11月～2006年11月間窟區(qū)大環(huán)境和典型洞窟第6、22、35窟微環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)。分別從溫度、相對濕度、露點(diǎn)和降水四個方面對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行了分析，闡明了洞窟微環(huán)境的特征及其隨窟區(qū)大環(huán)境的變化規(guī)律，進(jìn)而分析了洞窟微環(huán)境變化所引起的病害特點(diǎn)，并提出了延緩病害發(fā)生的建議，以供相關(guān)部門制定病害防治措施借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：榆林窟；微環(huán)境；特征；病害；監(jiān)測

中圖分類號：I207.37文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1000-4106(2009)06-0105-04

榆林窟位于甘肅省瓜州縣城西南約76公里的榆林河谷中，現(xiàn)存唐、五代、宋、西夏、元等朝代的洞窟42個，分布在榆林河?xùn)|、西兩岸的懸崖峭壁上，東崖31個、西崖11個，壁畫面積5200多平方米，彩塑200余身，是敦煌石窟藝術(shù)的重要組成部分，1961年國務(wù)院公布為我國第一批全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位。榆林窟地處峽谷，光照時間較短，榆林河的河水作用以及地理位置的特殊性。使得榆林窟區(qū)域環(huán)境有著顯著的峽谷特征，氣候明顯異于相鄰的大部分地區(qū)。在自然環(huán)境中，氣候?qū)ξ奈镄纬梢环N無形的潛在破壞因素，病害的產(chǎn)生與窟內(nèi)微環(huán)境氣候的變化有著密切的聯(lián)系。因此，研究洞窟微環(huán)境的氣候特征及其隨外界大環(huán)境的變化規(guī)律，分析微環(huán)境變化對壁畫病害的影響，可為病害機(jī)理的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料，也為相關(guān)部門制定病害防治措施提供一定的資料基礎(chǔ)。

一監(jiān)測位置的選取及布設(shè)

1.1監(jiān)測位置的選取

榆林窟洞窟分布于峽谷的兩側(cè)，窟區(qū)氣象站則位于窟區(qū)中部距榆林河約15m的臺地上(圖版29)。

為了使分析結(jié)果更具科學(xué)性與全面性，特選擇相對價值較高的第6、22、35窟作為典型洞窟。第6窟位于東崖中部，一二層貫通，與榆林河水平相距約54m，是榆林窟最大的洞窟，體積480.12m³，窟頂穹窿形?？邇?nèi)巨型倚坐佛像高24.7米，建造于唐代，五代、宋、西夏、元、清、民國重修，仍保存了唐代的藝術(shù)風(fēng)格，是唐代前期國家強(qiáng)盛，社會穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)繁榮的象征，具有較高的研究價值。第22窟位于東崖二層，與榆林河水平相距約52m，垂直相距約16m，體積187.79m³，窟頂覆斗形，分前后室，開鑿于唐代，主甬道和主室南壁發(fā)現(xiàn)重層壁畫。第35窟位于西崖二層中部，與榆林河水平相距約為8m，垂直相距約14m，體積214.51m³，與第22窟大小、形制近似，屬于不開放洞窟，也是唐代所建，五代、宋、清重修。壁畫有巨型橫幅構(gòu)圖的密宗金剛界《五智如來曼荼羅》和文殊變、普賢變，也是敦煌石窟僅有的幾個留下畫匠名字的洞窟之一，對研究石窟開鑿有重要價值。

1.2監(jiān)測探頭的布設(shè)

監(jiān)測設(shè)備采用的是美國原產(chǎn)的H8和H21 HO-BO系列空氣溫濕度探頭，體積小，種類多，使用方便，設(shè)定的采樣頻率為15分鐘。第6窟探頭設(shè)于下層離地面1.2m的中心佛壇，編號為S₁；第35窟探頭設(shè)于主室東壁南側(cè)下部地面，編號為S₂；第22窟探頭設(shè)于主室西北角地面，編號為S29(圖1)。

二洞窟微環(huán)境特征與分析

選取榆林窟2005年11月～2006年11月全年窟區(qū)和第6窟、第22窟、第35窟的監(jiān)測數(shù)據(jù)，分別從溫度、相對濕度、露點(diǎn)溫度的平均值、最高值、最小值及降水的監(jiān)測結(jié)果，來分析洞窟微環(huán)境的特征及隨窟區(qū)大環(huán)境的變化規(guī)律。

2.1溫度

榆林窟窟區(qū)和第6窟、第22窟、第35窟溫度年度月平均值、最高值和最低值監(jiān)測結(jié)果見圖版19、20、21。

2.1.1溫度平均值

從圖版19可以看出，榆林窟窟區(qū)、第6窟、第22窟和第35窟月平均最低溫度均出現(xiàn)在1月份，分別為-10.5℃、-4.1℃、4.8℃和2.7℃?？邊^(qū)和第6窟、第22窟、第35窟溫度年平均值分別為8.4℃、7.6℃、9.9℃和11.5℃?？邊^(qū)月平均最高溫度主要集中在6～8月，最低溫度主要集中在12～1月；而第6窟、第22窟、第35窟月平均最高溫度主要集中在7～10月，最低溫度主要集中在12～2月。

2.1.2溫度最高值、最低值

從圖版20和圖版21可以看出，榆林窟窟區(qū)溫度最高值出現(xiàn)在8月份，為35.7℃，最低值出現(xiàn)在1月份，為-21.8℃，兩者相差57.5℃。第6窟溫度最高值出現(xiàn)在9月份，為20.2℃，最低值也出現(xiàn)在1月份，為-11.1℃，兩者相差31.3℃；第22窟溫度最高值出現(xiàn)在8月份，為19.8℃，最低值出現(xiàn)在2月份，為2.5℃，兩者相差17.3℃；而第35窟溫度最高值也出現(xiàn)在9月份，為19.8℃，最低值出現(xiàn)在1月份，為-2.0℃，兩者相差21.8℃。

2.2相對濕度

榆林窟窟區(qū)和第6窟、第22窟、第35窟全年相對濕度平均值分別為39.4％、33.7％、29.8％和26.4％，相對濕度年度月平均值、最高值和最低值監(jiān)測結(jié)果見圖版23、24。

2.2.1相對濕度平均值

從圖版22可以看出，榆林窟窟區(qū)月平均相對濕度最高值出現(xiàn)在1月份，為69.8％。第6窟、第22窟和35窟月平均相對濕度最高值均出現(xiàn)在7月份，分別為49.4％、40.3％和54.8％?？邊^(qū)全年月最高平均相對濕度主要集中在12月～2月，最低主要集中在4月和8月。而第6窟、第22窟和第35窟全年月最高平均相對濕度主要集中在5月～8月，最低主要集中在4月和u月。4月～9月期間，窟內(nèi)相對濕度大于窟區(qū)相對濕度。

2.2.2相對濕度最高值、最低值

從圖版23和圖版24可以看出，榆林窟窟區(qū)相對濕度最高值出現(xiàn)在1月份，為98.8％，最低值出現(xiàn)在4月份，為1.8％，兩者相差97％。第6窟、第22窟和第35窟相對濕度最高值均出現(xiàn)在7月份，分別為77％、57.2％和79.4％，最低值均出現(xiàn)在11月份，分別為7.8％、23.4％和7.8％，差值分別為69.2％、33.8％和71.6％。

2.3露點(diǎn)

榆林窟窟區(qū)和第6窟、第22窟、第35窟相對濕度年度月平均值監(jiān)測結(jié)果見圖版25。從圖版25可以看出，窟區(qū)和第6窟、第22窟、第35窟月平均露點(diǎn)溫度最高值均出現(xiàn)在7月份，分別為6.5℃、4.3℃、2.9℃和5.6℃；窟區(qū)和第6窟、第35窟最低值出現(xiàn)在12月，分別為-16.2℃、-16.6℃和-16.9℃；第22窟最低值則出現(xiàn)在1月，為-13.2℃。

2.4降水

榆林窟2005年11月～2006年11月總降水量達(dá)到了113.4mm，比往年降水多出23.5mm，見圖

版26。由圖版26可知，降水主要集中在5月～7月，占全年降水量的74.5％。相對濕度的變化取決于空氣的含濕量和溫度，但受降水影響，相對濕度最高值并未出現(xiàn)在溫度最低值的月份，而是出現(xiàn)在了持續(xù)降水后的7月，而相對濕度較低值則出現(xiàn)在降水量低的4月和溫度較高的10月。平均露點(diǎn)溫度最高值也隨著集中降水而出現(xiàn)在7月。

選取最大降水月份——5月(以第6窟為例)和最大降水日(5月11日)來分析洞窟相對濕度隨降水的變化情況，見圖版27、圖版28。

從圖版27可以看出，窟區(qū)相對濕度隨降水的變化波動比較大，窟內(nèi)則比較小，相對濕度最高值一般出現(xiàn)在降水后，降水前相對濕度逐漸上升，降水后相對濕度上升到最高，而后逐漸下降直至處于平穩(wěn)波動狀態(tài)。

從圖版28可以看出，第6窟和第35窟在降水日相對濕度仍然比較高，而第22窟相對則比較低。相對濕度仍呈現(xiàn)出在降水前逐漸上升，降水后達(dá)到最高值，之后緩慢下降直至逐漸趨于平穩(wěn)的狀態(tài)第6窟在集中降水后，實(shí)施了洞窟開關(guān)門的通風(fēng)措施，因此，集中日降水后，6窟相對濕度上下波動比較大，而第35窟和第22窟的相對濕度則保持相對穩(wěn)定。

2.5洞窟微環(huán)境隨外界大環(huán)境的變化特征

通過以上監(jiān)測結(jié)果分析可知，由于洞窟位置、大小不同，窟內(nèi)微環(huán)境隨外界大環(huán)境呈以下變化特征：

(1)洞窟內(nèi)微環(huán)境平均溫度的變化趨勢與窟區(qū)大環(huán)境的變化趨勢相同，12月～2月溫度降低，6月～8月溫度升高，洞窟內(nèi)月溫度極值出現(xiàn)之后，而且延續(xù)時間一般比窟區(qū)長1～2個月(圖版21)。溫度變化還具有一定的季節(jié)性，窟內(nèi)溫度夏天比窟區(qū)低、冬天比窟區(qū)高，但窟區(qū)溫差比較大，洞窟內(nèi)則比較小，大型洞窟比小型洞窟全年平均溫度低(第22窟>第35窟>第6窟)，但溫差大(第6窟>第35窟>第22窟)。

(2)窟內(nèi)相對濕度受外界環(huán)境變化(降水)、洞窟滲水和榆林河水的影響。位于二層的第22窟相對濕度隨外界環(huán)境變化的上下波動比較小，而位于一層大型的第6窟和二層距榆林河較近的第35窟滲水情況比較嚴(yán)重，故相對濕度的波動也比較明顯(相對濕度最高值和年均值第35窟>第6窟>第22窟)。

(3)洞窟內(nèi)露點(diǎn)溫度均小于外界環(huán)境露點(diǎn)溫度，洞窟內(nèi)結(jié)露的可能性較小，空氣比較干燥，相對而言，第22窟內(nèi)空氣比第6窟、第35窟干燥。

(4)外界大環(huán)境的強(qiáng)降水主要集中在5月～7月，較大程度影響了窟內(nèi)的相對濕度和露點(diǎn)溫度，使其驟然升高，最高值一般出現(xiàn)在降水前后?？邇?nèi)相對濕度隨降水的日變化幅度較大，時變化幅度較小。窟區(qū)在集中降水后，時變化波動比較大。窟區(qū)和窟內(nèi)相對濕度共同的規(guī)律是，降水前呈上升趨勢，降水后呈下降趨勢。

三壁畫病害影響分析及防范建議

3.1洞窟微環(huán)境變化對壁畫病害影響分析

根據(jù)實(shí)地調(diào)查研究，第6窟存在的主要病害類型為龜裂起甲、滲水，第22窟病害主要為起甲，第35窟的主要病害類型是滲水、起甲脫落、酥堿和掉石子。洞窟微環(huán)境的變化對壁畫的病害產(chǎn)生了一定的影響：

(1)第6窟由于體積較大，年均溫度低，溫差大，相對濕度受外界環(huán)境影響較大，發(fā)生龜裂的壁畫繼而易出現(xiàn)起甲。滲水也比較嚴(yán)重，天氣晴朗時，窟內(nèi)巖層滲水顏色變淡，遇到降水天氣時則顏色發(fā)黑(加深)，周圍伴有大量的泛白并有泥層脫落。

(2)第22窟平均溫度高，溫差小，相對濕度和受降雨影響程度也較小，因此，洞窟內(nèi)壁畫主要是起甲現(xiàn)象，未出現(xiàn)嚴(yán)重脫落。

(3)相對而言，距離榆林河較近的第35窟，相對濕度受降水影響最大，露點(diǎn)溫度和外界相差最小。因此，洞窟內(nèi)壁畫易出現(xiàn)起甲脫落和酥堿病害；由于滲水較嚴(yán)重，還會出現(xiàn)掉石子的現(xiàn)象。

3.2防范病害建議

根據(jù)洞窟微環(huán)境隨外界大環(huán)境變化的規(guī)律和壁畫病害受微環(huán)境變化影響的成因，從環(huán)境學(xué)角度出發(fā)，建議采取以下防范病害措施：

(1)第6窟和第35窟窟頂進(jìn)行防滲處理，鋪設(shè)防滲層和排水渠，降低酥堿、起甲脫落病害的發(fā)生速率。

(2)洞窟月平均最低溫度出現(xiàn)在窟區(qū)之后，而且持續(xù)時間一般較窟區(qū)長約1個月。因此，為了避免壁畫有機(jī)顏料和膠結(jié)材料進(jìn)一步老化，建議在1月～3月，當(dāng)洞窟內(nèi)溫度出現(xiàn)較大波動時，視情況適當(dāng)通風(fēng)或關(guān)閉洞窟門。

(3)降水使洞窟內(nèi)相對濕度明顯增大，而且持續(xù)時間比集中降水的時間長。因此，為了降低相對濕度增大對壁畫的鹽害，建議在4月～9月，集中降水后(窟內(nèi)相對濕度>窟區(qū)相對濕度時)，加強(qiáng)洞窟日常維護(hù)，進(jìn)行適當(dāng)通風(fēng)，以保持窟內(nèi)空氣干燥，尤其是第35窟和第6窟。