環(huán)境污染對文物古跡的影響探究

李亞男

（遼寧省義縣文物管理局 遼寧義縣 121100）

環(huán)境污染對文物古跡的影響探究

李亞男

（遼寧省義縣文物管理局 遼寧義縣 121100）

文物古跡是人類發(fā)展史的真實(shí)寫照和無價之寶。然而，由于社會的發(fā)展，所形成的環(huán)境污染，使得文物古跡遭受了嚴(yán)重的損害。這種損害是長期作用的結(jié)果，所以一時不易被人們察覺，一旦形成損害，其損失是無法挽回的。筆者根據(jù)相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，主要探討大氣污染因子，即降塵酸雨以及二氧化硫、二氧化氮、臭氧、二氧化碳等對文物古跡產(chǎn)生損害和腐蝕，供大家參考和借鑒。

文物古跡 環(huán)境污染影響

引言

我國是一個具有五千年歷史文化的文明古國，歷史發(fā)展至今，在每朝每代都遺留大量，令世人矚目的文物古跡。從橫跨數(shù)省的萬里長城，到沙漠中的敦煌壁畫，從湖南的馬王堆漢墓，到西安的秦朝兵馬俑，無一不是驚世之作，無價之寶。然而，隨著工業(yè)、交通、運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，人們賴以生存的環(huán)境，遭到破壞。環(huán)境的污染不僅直接影響人類的健康，而且與生態(tài)平衡，動植物的生長，物質(zhì)材料的保護(hù)等都有密切的聯(lián)系。尤其近幾十年環(huán)境污染的加劇已對文物古跡構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。例如石刻風(fēng)化速度增大，紙張酸度增加，顏料染料褪色的有所加劇，金屬腐蝕加速等都說明了環(huán)境污染的嚴(yán)重性。［1］

一、降塵對文物古跡的影響

研究發(fā)現(xiàn)，降塵可使文物變色、褪色、酥脆；塵埃。往往是細(xì)菌、霉菌的良好載體。當(dāng)空氣中的降塵和濕空氣結(jié)合在一起降落在文物表面上，便形成一層難以取掉的覆蓋層，很適宜于細(xì)菌、霉菌等微生物的生長；附著于文物古跡表面的塵埃具有靜電作用，極化作用，氫鍵和范德華4種力，所以很難在不損壞文物的前提下將其清洗掉；更細(xì)的粉塵極易形成水分凝聚的晶核，在濕度較高時，粉塵的色素溶解，增大了對文物的污染。對所采集的塵樣在偏光顯微鏡下，鑒定發(fā)現(xiàn)，降塵主要為輕礦物，主要是石英（47.2%）、長石（29.25%）、方解石（17.25%）、白云母（1.25%）。粉塵粒級主要集中在4.32 （0.05mm）-7.64 （0.05 mm）。平均粒徑Mz=0.03 mm，是以粘粒為主。這種極細(xì)的顆粒，最容易侵入壁畫，塑像顏料空隙，嚴(yán)重污染壁畫和塑像的視覺藝術(shù)效果。另外，這種細(xì)粒塵土不斷地在壁畫開裂處乘虛而入，使壁畫產(chǎn)生龜裂，隨著沙塵物質(zhì)的不斷沉積，逐漸產(chǎn)生一種把壁畫向外擠壓而脫離巖體的能，從而導(dǎo)致壁畫大面積脫落。此外，塵粉的形態(tài)以棱角狀和次棱角狀為主（83%），而圓狀、極圓狀僅占3%。這種棱角狀與高硬度的石英顆粒在湍流的作用下，對壁畫、塑像的磨蝕破壞作用相當(dāng)嚴(yán)重。它不僅使室外壁畫褪色、磨蝕破壞，而且使不少洞窟的下部及拐角處因湍流所攜帶石英塵粒的擾動而磨蝕褪色。粉塵的機(jī)械組成，顆粒表面形態(tài)結(jié)構(gòu)對壁畫塑像的侵蝕污染磨蝕雖然速度緩慢，不易為人所觀察，但其損壞程度卻極為嚴(yán)重，使很多珍貴壁畫面目全非。而降塵中的霉菌一般在20～30℃ ，相對濕度75%以下繁殖較快，相對濕度95%左右時霉菌生長非常旺盛。但當(dāng)溫度降到18℃以下相對濕度65%以下，霉菌不能正常生長。敦煌莫高窟內(nèi)年平均溫度9.2℃ ，相對濕38.9%，最高相對濕度也在60%以下。因此，不適宜霉菌生長，降塵作為霉菌載體對敦煌壁畫影響不大。［2］

大氣中塵粒對鐵器文物的影響主要是因?yàn)閴m粒中的活性碳粒、碳化物、無機(jī)鹽類等。微小固體顆粒沉降到鐵器表面，它們具有較強(qiáng)的吸濕作用，容易使鐵器表面濕潤而形成水膜，從而造成有利于腐蝕的環(huán)境。的研究表明，山西大同云岡石窟群正受到大氣污染的危害，特別是氣溶膠粒子所造成的危害十分顯著。其中大部分氣溶膠是由于人為污染產(chǎn)生的，并且主要集中在粒徑較小的范圍。細(xì)粒子中有較多的酸性污染物，并且比粗粒子酸性強(qiáng)，這些細(xì)粒對石窟有侵蝕作用。

二、酸雨對文物古跡的影響

酸雨對石材文物的影響已有報道。針對酸雨對漢白玉的危害進(jìn)行專門研究。指出∶外環(huán)境中的漢白玉的腐蝕變質(zhì)的原因是多方面的，不僅與自然氣候的風(fēng)化、大氣污染的種類、濃度和降水化學(xué)組成成份等因素有關(guān)，還取決于石材本身的物理、化學(xué)性質(zhì)及其晶體結(jié)構(gòu)組織的差異等因素。經(jīng)模擬酸雨對漢白玉的腐蝕實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溶蝕效應(yīng)即H+對試樣表面CaCO3的溶蝕，是以酸雨中SO4-2通過化學(xué)過程使CaCO3轉(zhuǎn)變?yōu)楦兹芙獾腃aSO4·2H2O；酸雨的作用越長pH越低，則腐蝕越嚴(yán)重；漢白玉表面CaO溶出量與所淋酸雨量呈線性關(guān)系。用統(tǒng)計(jì)分析方法對所得出的浸蝕危害速率予以證實(shí)；溶蝕是從晶間隙開始的，主要是對CaCO3的浸蝕，并造成漢白玉表面光澤度損失和晶體顆粒的松動。研究結(jié)果表明，近年來隨著南京地區(qū)大氣中SO2，NOx的增加，年平均酸雨頻率的上升與pH值的下降，使世界上現(xiàn)存的最大室外古青銅天文儀器（渾儀和簡儀）表面出現(xiàn)了光澤度下降和表面銅銹明顯增加等現(xiàn)象。［3］

說明大氣污染是加速“兩儀”腐蝕主要外因。其腐蝕速度為0.4 mm/百年，這遠(yuǎn)超過無污染大氣中0.1 mm/百年的腐蝕速度。在自然環(huán)境中，鐵器遠(yuǎn)比青銅器難于保存。因?yàn)殍F比銅活潑，所以保存完好的鐵器比青銅器要少得多。在鐵器文物出土以后，由于受污染而加速腐蝕。人們認(rèn)為，可溶性鹽類物質(zhì)如Cl-，SO2-4的存在會促進(jìn)這種腐蝕。視鴻范［9］分別對密封系統(tǒng)中，敞開通氣條下和大氣環(huán)境中Cl-和SO2-4對鐵器腐蝕作用進(jìn)行測定。結(jié)果表明在密封中Cl-和SO2-4濃度變化與腐蝕速度無關(guān)，而在敞開通氣條件下腐蝕速度也相應(yīng)增長。據(jù)報道，大氣腐蝕是金屬處在表面很薄的液膜下的電化腐蝕，而介質(zhì)中氧的濃度變化直接影響，Cl-和SO42-對鐵的腐蝕速度。有關(guān)理論認(rèn)為。這種腐蝕的微電池作用的半徑小，陽極反應(yīng)的腐蝕產(chǎn)物（Men+和陰極反應(yīng)產(chǎn)物（一般是OH-）能夠直接作用生產(chǎn)二次腐蝕產(chǎn)物。如果二次腐蝕產(chǎn)物不溶于水，而且形成附著在鐵器表面上的致密完整的膜，則它能使基體金屬與環(huán)境隔離開，阻礙去極劑（如氧）的傳播和擴(kuò)散，從而降低腐蝕速度。如果二次腐蝕產(chǎn)物是可溶性物質(zhì)或易水解的物質(zhì)，則它對鐵器腐蝕過程起到激活作用。此外，腐蝕產(chǎn)物的成分和結(jié)構(gòu)也直接影響到鐵器的腐蝕速度。例如，碳鋼暴露在潮濕的大氣中，開始生成的鐵銹主要為活性鐵銹酸（r-FeOOH），它為立方晶格，其晶格常數(shù)大約為0.83nm，它不能形成附著力強(qiáng)、致密的保護(hù)膜。但在一定條件下，隨著時間延長，鐵銹中活潑的（r-FeOOH）向穩(wěn)定的a-FeOOH（穩(wěn)定的六方晶格）轉(zhuǎn)變，或向穩(wěn)定的Fe3O4轉(zhuǎn)變，其轉(zhuǎn)變速度隨大氣的溫度、污染程度不同而異。

由于水份和氧氣的進(jìn)一步滲入，新的r-FeOOH又會不斷生成，因而銹層厚度會不斷增加，如碳鋼銹層內(nèi)含有可溶性的硫酸亞鐵，它會激活鋼鐵的進(jìn)一步腐蝕。氯化物能加速點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕和縫隙腐蝕等局部腐蝕，而且Cl-能阻止鋼鐵表面生成的穩(wěn)定r-FeOOH向活性的a-FeOOH的轉(zhuǎn)變，并破壞鈍化膜的形成。因此可以認(rèn)為金屬類文物表面通常吸附著一層薄的酸性水層。它部分地溶解了銹層，例如其中的堿式鹽，使銹層疏松而失去保護(hù)作用。而水膜中的大量。電解質(zhì)又加速了金屬的電化學(xué)腐蝕。無雨時，上述酸性水膜引起銹層和金屬有關(guān)的化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)逐漸趨于平衡。降雨時，溶蝕物的流失破壞了這一平衡。雨后金屬文物表面又形成新的酸性水膜，如此反復(fù)形成了斷續(xù)性的加速腐蝕作用，如果是降酸雨，則是連續(xù)性的加速腐蝕過程。

三、臭氧對文物古跡的影響

臭氧是一種光氧化劑，它對大部分有機(jī)材料均有侵蝕作用。50%含水量的棉織品在0.11 mg/Nm3的臭氧濃度中存放50 d后，其斷裂強(qiáng)度下降20%，0.86 mg/Nm3的臭氧濃度即使在無光照的條件下也會使某些染料褪色，特別是1，2一二羥基蒽醌茜素顏料。研究表明在許多博物館中發(fā)現(xiàn)室內(nèi)大氣的臭氧已造成了對一些用顏料制作的藝術(shù)品褪色的危害。所面臨的臭氧控制問題不容樂觀。為了保護(hù)這些收藏品，免受長達(dá)百年或更長的累積損害，必須將室內(nèi)臭氧暴露水平降到很低。［4］

四、二氧化碳對文物古跡的影響

二氧化碳可與空氣中的水分結(jié)合成碳酸，對漢白玉等石質(zhì)文物造成腐蝕，這種損害現(xiàn)象在故宮明顯可見。城市大氣中大約有60%～80%的二氧化碳來自于呼吸作用。由于人口的增長，燃料的增加，使大氣中的二氧化碳濃度不斷增加。故宮屬于開放性單位，人員密集，人流量變化大，導(dǎo)致二氧化碳濃度升高。其瞬時濃度。經(jīng)測試，故宮大氣中CO2濃度與人流量密切相關(guān)，參觀人最多時，CO2瞬時濃度達(dá)到最大值。而靜園狀態(tài)時，CO2瞬時濃度明顯降低。由于不同材質(zhì)的文物長期處于高濃度的二氧化碳環(huán)境中，必定會產(chǎn)生破壞作用。因此，在防止二氧化硫和二氧化氮等酸性氣體對文物損壞作用的同時，也要考慮到二氧化碳?xì)怏w的影響。［5］

結(jié)語

綜上所述，近幾十年來，各國的文物保護(hù)工作者在文物古跡保護(hù)科學(xué)領(lǐng)域中取得一定的成績。例如紙張脫酸、防老化、防蟲蛀、霉變的研究；金屬文物防腐蝕與封護(hù)的研究；飽水漆器的脫定型；壁畫的揭取、遷移、復(fù)原、安裝、加固；古建糟朽構(gòu)件灌漿，復(fù)原、加固；巖石雕刻防風(fēng)化；有機(jī)質(zhì)文物防紫外線照射等，較有效地防止部分文物的進(jìn)一步破壞。但是文物古跡的腐蝕影響是一個動態(tài)的長期而又緩慢的腐蝕過程，而文物古跡又是不可再生的全人類的寶貴財(cái)富。所以，僅采取保護(hù)和修復(fù)措施是被動的，只有防止各種人為因素對環(huán)境造成的污染，才能更有效地保護(hù)千百萬年歷史遺留下來的文物古跡，這才是我們工作的立足之本。

［1］高聳，姚亦峰。歷史文物古跡保護(hù)與城市更新關(guān)系的研究——以南京內(nèi)秦淮地區(qū)為例［J］。安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，32∶10342-10345。

［2］邊歸國，馬榮。大氣環(huán)境污染對文物古跡的影響［J］。環(huán)境科學(xué)研究，1998，05∶25-28。

［3］邊歸國。環(huán)境污染對文物古跡的影響［J］。環(huán)境與開發(fā)，1998，01∶27-30。

［4］同幟，曹劍英。文物古跡的環(huán)境污染因素及其影響研究［J］。紡織高?；A(chǔ)科學(xué)學(xué)報，2004，03∶247-251。

［5］李岡原，王黎。英國公民社會與文物古跡保護(hù)的探析［J］。歷史教學(xué)（下半月刊），2013，03∶58-63。