將軍墳的風(fēng)化機(jī)理與保護(hù)措施分析

王語(yǔ)婕

摘 要：高句麗石質(zhì)文物將軍墳因其主要由花崗巖、大理石和漢白玉組成，遇水極易發(fā)生水化作用使巖石膨脹，從而使其體積增大。與此同時(shí)，巖石還極容易隨水流失，最終導(dǎo)致孔隙率增大。另外，酸雨、空氣中的有害氣體、顆粒狀或粉末狀的塵埃、溶鹽、油煙等化學(xué)危害以及物理、生物風(fēng)化等因素，都對(duì)將軍墳造成了極大的損害。通過(guò)定期監(jiān)測(cè)將軍墳所處環(huán)境的溫濕度、空氣污染物的成分，對(duì)集安地區(qū)的顆粒污染物的來(lái)源展開(kāi)研究，并通過(guò)采取加強(qiáng)城市綠化工作等措施，對(duì)文物本身施以表面清洗、加固、表面封護(hù)等手段加以保護(hù)，可以有效地對(duì)將軍墳進(jìn)行保護(hù)。

關(guān)鍵詞：高句麗;將軍墳;石質(zhì)文物;風(fēng)化機(jī)理

1 將軍墳概況

將軍墳，編號(hào)YM001，位于吉林省集安市太王鎮(zhèn)果樹(shù)村三組，西南距集安市區(qū)約5.5千米。陵墓氣勢(shì)雄偉，構(gòu)筑精良，造型獨(dú)特，是一座大型方壇階梯石室墓，被稱為“東方金字塔”。陵墓整體呈正方形，邊長(zhǎng)31.58米，高12.4米，階壇共7級(jí)，砌石22層，由階壇、墓室、基礎(chǔ)三個(gè)部分構(gòu)成。東北側(cè)有兩座陪葬墓和祭臺(tái)，西北側(cè)有一座封土墓，西南有大型建筑遺址。①

2 文物本體風(fēng)化的主要因素

將軍墳是大型的露天石質(zhì)文物，風(fēng)化正是此類不可移動(dòng)文物遭受侵害的重要原因。經(jīng)分析，文物本體風(fēng)化的原因主要包含內(nèi)部因素與外部因素，進(jìn)而形成了物理、化學(xué)①和生物風(fēng)化并存的復(fù)雜局面。

2.1 內(nèi)部因素

石質(zhì)文物的風(fēng)化程度與其自身材料的性質(zhì)、成分、孔隙率和膠結(jié)物類型等直接相關(guān)。②大型石質(zhì)文物的建筑材料大多是就地取材，材料性質(zhì)都由所在地的地質(zhì)地理?xiàng)l件決定，為了深入研究將軍墳風(fēng)化的程度、速度和機(jī)理，有關(guān)部門(mén)曾在將軍墳的不同位置收集了不同石質(zhì)及其風(fēng)化產(chǎn)物的石樣③，參考數(shù)據(jù)分析得出導(dǎo)致將軍墳風(fēng)化的兩種因素。

2.1.1 石材化學(xué)組成

將軍墳主要由花崗巖、大理石和漢白玉組成，其中花崗巖的主要成分是鈣長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石，漢白玉的主要成分是石灰質(zhì)碳酸鈣。鈉長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石和鈣長(zhǎng)石易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，吸附水分形成可溶鹽，破壞巖石表面。

2.1.2 膠結(jié)物

在飽水的情況下，泥質(zhì)膠結(jié)物隨水發(fā)生兩種反應(yīng)：一是發(fā)生水化作用，膨脹而使巖石體積增大;二是極易隨水流失，導(dǎo)致孔隙率增大。這些都會(huì)削弱將軍墳抵御外界因素破壞的能力，不利于將軍墳的長(zhǎng)久保存。

2.2 外部因素

2.2.1 化學(xué)風(fēng)化因素

化學(xué)風(fēng)化是指石質(zhì)文物在空氣、水與微生物的共同作用下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。經(jīng)過(guò)化學(xué)風(fēng)化的巖石不僅容易破碎，而且其內(nèi)部成分、構(gòu)造都容易發(fā)生變化，甚至是變質(zhì)。④水與二氧化碳在巖石表面形成的溶解、水解、水化和氧化等一系列化學(xué)變化，使有些物質(zhì)由復(fù)雜變?yōu)楹?jiǎn)單，如原先不含水難溶的物質(zhì)變成含水易溶的物質(zhì)，使巖石顆粒進(jìn)一步細(xì)化。

①有害氣體和酸雨的危害：快速發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的代價(jià)是大量有害氣體排入大氣，空氣中的有益氧轉(zhuǎn)變?yōu)橛泻Φ难趸铮谖：θ祟惤】档耐瑫r(shí)也對(duì)文物古跡造成了不同程度的侵蝕。將軍墳作為露天石質(zhì)文物的典例，酸雨對(duì)其造成的影響不容忽視。其原理可歸納為大氣中的污染物和水的共同作用，所形成的具有侵蝕作用的酸性和氧化氣體隨水附著在巖石的表面，極易與巖中礦物相互作用形成腐蝕性鹽，其造成的結(jié)果不僅會(huì)使巖石表面變暗①，還會(huì)增加表面的侵蝕。

②空氣中顆粒狀或粉末狀塵埃的危害：大氣環(huán)境中的顆粒物主要指懸浮在空氣中的微小顆粒，最為常見(jiàn)的形式為煙塵、煙霧、云霧等。②空氣中塵埃的來(lái)源可分為自然和社會(huì)兩個(gè)方面，所以防治困難重重。

③溶鹽的危害：集安市年降水量800～1000毫米，主要集中在七八月，一方面雨水隨著巖石之間的縫隙下滲到墻體，可溶鹽通過(guò)毛細(xì)作用被帶出至將軍墳的表面;另一方面，降雨為巖石帶來(lái)了大量鹽分，加劇了侵蝕。由于地表水與地下水的長(zhǎng)期作用，使可溶鹽與水結(jié)合滲入巖石內(nèi)，當(dāng)將軍墳表面干燥時(shí)，巖石內(nèi)的鹽受毛細(xì)作用隨水遷至表面而蒸發(fā)，在表面析出或沉積在巖石縫隙中③，溫度與濕度的波動(dòng)容易造成可溶性鹽的溶解和重結(jié)晶，周而復(fù)始，不僅會(huì)影響將軍墳的原貌，還會(huì)引起巖石的崩裂。

④油煙的危害：空氣中的塵埃吸附油煙黏附于將軍墳的表面，形成油污油垢，不僅嚴(yán)重影響外觀，還為微生物提供了營(yíng)養(yǎng)和適宜生存的條件。此外，因油污劣化而產(chǎn)生的有機(jī)酸也會(huì)侵蝕巖體。

將軍墳是集安市旅游業(yè)的熱點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)旅客參觀所產(chǎn)生的污染和近年興起的夜市燒烤的油煙，都牢固地黏附于巖石表面，對(duì)巖體產(chǎn)生破壞。

2.2.2 物理風(fēng)化因素

物理因素也是造成將軍墳風(fēng)化的重要原因之一。物理風(fēng)化是在溫濕度和植物根部的作用下，石質(zhì)文物所遭受到的機(jī)械性破壞④，巖體極易產(chǎn)生裂縫，甚至破壞成碎片，僅改變結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，不涉及礦物成分。①巖石是一種不良的熱量導(dǎo)體，外界溫度的變化極易導(dǎo)致巖石內(nèi)外的吸熱與散熱過(guò)程不平衡，從而產(chǎn)生了溫差力。日間陽(yáng)光照射下，巖石表層吸熱升溫，處于相對(duì)熱膨脹狀態(tài)，里層則處于較低的溫度之下，相對(duì)處于冷縮狀態(tài);夜間則與之相反，表層通過(guò)散熱冷卻，處于冷收縮狀態(tài)，里層處于相對(duì)熱膨脹狀態(tài)。如此反復(fù)④，溫差力悄無(wú)聲息地對(duì)將軍墳產(chǎn)生破壞。

①水對(duì)將軍墳的機(jī)械破壞作用：水作為其他物質(zhì)破壞將軍墳的媒介，對(duì)巖體的破壞作用不容忽視。水的存在加劇了有害氣體的化學(xué)侵蝕，并且水的結(jié)冰、融化也會(huì)對(duì)巖表造成破壞。低溫時(shí)孔隙中的水凍結(jié)體積增大，產(chǎn)生膨脹壓力，極易破壞大孔隙的巖石;同時(shí)水使石質(zhì)內(nèi)部的泥質(zhì)膠結(jié)物發(fā)生水化作用，造成石質(zhì)體積膨脹。⑤水對(duì)巖表產(chǎn)生機(jī)械作用，雨水和地表水的流動(dòng)形成了對(duì)巖表反復(fù)侵蝕的機(jī)械作用;積水浸潤(rùn)軟化地基，使墳體出現(xiàn)了向北梯度傾斜下沉的現(xiàn)象;潛水滲流進(jìn)石基，導(dǎo)致將軍墳底部的鵝卵石發(fā)生位移，導(dǎo)致墳體出現(xiàn)傾斜。

②鹽的結(jié)晶與潮解對(duì)將軍墳的機(jī)械破壞作用：巖石空隙中鹽的結(jié)晶與潮解對(duì)將軍墳的破壞很大，其原理是：溫度升高，加劇巖石空隙中水分的蒸發(fā)，使毛細(xì)孔隙中的鹽的濃度增大，當(dāng)達(dá)到飽和濃度時(shí)，鹽分就會(huì)結(jié)晶⑥，而結(jié)晶作用使體積增大，對(duì)周圍巖體產(chǎn)生壓力，形成新的裂隙;溫度降低，鹽吸附水形成鹽溶液，滲透進(jìn)巖體內(nèi)部造成侵蝕。周而復(fù)始，使巖體間的裂隙擴(kuò)大，強(qiáng)度降低。

③溫度變化對(duì)將軍墳的機(jī)械破壞作用：溫變對(duì)物體的影響取決于其膨脹系數(shù)及溫度變化⑥，將軍墳是大型的石質(zhì)文物，長(zhǎng)年暴露在室外，白天經(jīng)暴曬，巖石表面受熱膨脹，內(nèi)部的變化則較小，夜晚則與之相反;并且顏色各異的石材吸熱能力也有差別，深色吸熱能力強(qiáng)，導(dǎo)致巖石暗的部位形變大，形成分散的力給墳體帶來(lái)破壞。從圖1可以看出集安的溫差變化較大，對(duì)將軍墳的破壞較大。

④風(fēng)沙吹打磨蝕將軍墳：風(fēng)的剝蝕作用不僅會(huì)加劇將軍墳的風(fēng)化，而且會(huì)加劇水的滲透作用。集安市是吉林省唯一獲得“國(guó)家氣候標(biāo)志”的城市，從圖2集安市歷史風(fēng)力統(tǒng)計(jì)圖可以看出，集安全年風(fēng)力較小，但是風(fēng)沙也在一定程度上對(duì)將軍墳產(chǎn)生剝蝕作用。

2.2.3 生物風(fēng)化作用

將軍墳周圍的環(huán)境中有大量的生物，它們?cè)谏L(zhǎng)過(guò)程中直接或間接地影響侵蝕將軍墳。

①植物根系對(duì)將軍墳的破壞：植物根系對(duì)巖體的破壞可分為兩種類型：生長(zhǎng)在巖石裂隙中的植物，其破壞原理是根系生長(zhǎng)使所處裂縫不斷增大造成的機(jī)械性破壞（圖3）;其二為生長(zhǎng)在近地面的植物，根系生長(zhǎng)不但使將軍墳的基礎(chǔ)受到威脅①，還使地表水沿根系滲入石基內(nèi)部，將可溶性鹽向表面遷移，通過(guò)蒸發(fā)作用在巖表及裂縫析出，加速溶鹽引起化學(xué)和物理風(fēng)化。

②菌類微生物及低等植物對(duì)將軍墳的破壞：石質(zhì)文物表面通常會(huì)出現(xiàn)低等植物的繁殖生長(zhǎng)情況，如菌類和苔蘚。將軍墳位于著名的“東北小江南”集安，大陸海洋性季風(fēng)氣候顯著，氣候溫和，年平均氣溫6.5攝氏度，降雨充沛，空氣濕潤(rùn)，年平均濕度為82%，森林覆蓋率94.5%，年降雨量947毫米?；谶@些條件，分析出將軍墳周圍環(huán)境非常適合菌類微生物和低等植物的生長(zhǎng)繁殖，從圖4、圖5可以看出，文物本體上的生物繁衍迅速，破壞明顯，并且常以復(fù)合共生體的形式存在，難以全部清除。

3 文物本體風(fēng)化的針對(duì)性保護(hù)措施

3.1 文物保存環(huán)境的治理

①景區(qū)設(shè)置獨(dú)立部門(mén)，定期監(jiān)測(cè)收集溫濕度、空氣污染物成分、地質(zhì)變化等重要數(shù)據(jù)，建立完整的將軍墳環(huán)境檔案，為制訂保護(hù)修復(fù)方案及加強(qiáng)環(huán)境治理提供科學(xué)有力的依據(jù)。對(duì)已風(fēng)化散落的巖石進(jìn)行收集分類，以便成為后續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的樣品。

②對(duì)集安地區(qū)的顆粒污染物的來(lái)源展開(kāi)研究，對(duì)自然環(huán)境中直接產(chǎn)生的顆粒污染物及生產(chǎn)生活過(guò)程中出現(xiàn)的顆粒污染物進(jìn)行綜合治理。推進(jìn)城市綠化工作的實(shí)施，在對(duì)顆粒污染物的防治過(guò)程中，不僅需要借助當(dāng)?shù)卣暮暧^調(diào)控實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)工作的推進(jìn)，同時(shí)也應(yīng)該進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)集安市城市綠化工作的有效建設(shè)。

3.2 文物本體的防護(hù)措施

3.2.1 清洗殺菌

為了呈現(xiàn)將軍墳的本來(lái)面目，并去除巖石表面的有害物質(zhì)，以減少腐蝕因素的進(jìn)一步影響，在確保對(duì)文物不造成二次損傷的情況下，提出對(duì)墳體進(jìn)行表面清洗的建議。建議的清洗過(guò)程包括機(jī)械去除、去離子水清洗和有機(jī)溶劑清洗。首先采用機(jī)械方法，借助毛刷、竹簽、竹刀等工具清洗巖表的苔蘚、地衣以及霉菌等，但應(yīng)注意不可產(chǎn)生嚴(yán)重的劃痕或損傷巖表，對(duì)于巖石縫隙中的雜草的根莖應(yīng)完全清除。其次，使用去離子水與有機(jī)溶劑清洗，對(duì)已發(fā)生風(fēng)化的巖石，采用水蒸氣噴射或霧化水淋洗，有效避免外力破壞的作用，對(duì)于不易清洗的難溶硬殼應(yīng)軟化后輕輕剔除。

清洗既去除表面的有機(jī)污物，又疏通了石材的微孔，改善了石表的情況，為后續(xù)的涂覆、滲透創(chuàng)造了有利條件。對(duì)于殺菌劑的基礎(chǔ)要求是穩(wěn)定，由于墳體位于室外，殺菌劑需要承受溫濕度、紫外線和酸性氣體等的影響。在風(fēng)化石樣中發(fā)現(xiàn)了圓弧青霉、新月彎孢菌等五種菌類，在高效防霉殺菌的基礎(chǔ)上還要求低毒，不對(duì)旅客產(chǎn)生影響，不污染文物和環(huán)境。在對(duì)石樣的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，選用丙酮和霉敵的混合殺菌劑進(jìn)行殺菌噴洗可以達(dá)到預(yù)期的效果。

3.2.2 加固封護(hù)

從風(fēng)化產(chǎn)物的XRD分析結(jié)果中可知，將軍墳文物所用的石材風(fēng)化速度很快、石質(zhì)膠結(jié)物完全流失，所以針對(duì)已經(jīng)風(fēng)化的巖塊，使用加固劑替代原先損失的膠結(jié)物，恢復(fù)強(qiáng)度顯得尤為重要。為了盡可能保持墳體原貌，應(yīng)選擇無(wú)色透明不會(huì)與巖石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的加固劑，通過(guò)對(duì)將軍墳風(fēng)化石樣實(shí)驗(yàn)的觀察，發(fā)現(xiàn)已風(fēng)化石質(zhì)的吸水能力遠(yuǎn)高于正常值，將材料制成溶化狀態(tài)，采用噴涂、涂覆等方法添加到表面，加強(qiáng)膠結(jié)作用、填補(bǔ)空隙。伴隨溶劑揮發(fā)、加固劑的凝固，使石材的強(qiáng)度顯著提高。

在加固的基礎(chǔ)上，為了避免其他因素對(duì)巖體產(chǎn)生新的損傷，延長(zhǎng)其存世時(shí)間，還應(yīng)對(duì)其進(jìn)行化學(xué)封護(hù)。從將軍墳墳體的實(shí)際需求出發(fā)，需要抗風(fēng)、不會(huì)產(chǎn)生炫光、滲透力強(qiáng)的封護(hù)劑，另外強(qiáng)調(diào)的是應(yīng)考慮巖體內(nèi)部向外溢水的必要和控制由外向內(nèi)滲水的可能。

4 結(jié)論

石質(zhì)文物是高句麗在以集安市為都城的長(zhǎng)達(dá)425年期間遺留下來(lái)的數(shù)目最為龐大的文物種類，這些數(shù)以萬(wàn)計(jì)的古墓、古城關(guān)隘、碑刻、巨石墓碑全是由石材組成。而經(jīng)過(guò)上千年的風(fēng)霜雨雪的侵襲、植物菌類微生物的腐蝕之后，產(chǎn)生了嚴(yán)重的風(fēng)化現(xiàn)狀，危及其長(zhǎng)久保存。通過(guò)對(duì)將軍墳現(xiàn)狀及其風(fēng)化機(jī)理的調(diào)查和分析，針對(duì)石碑現(xiàn)狀提出了較為可行的保護(hù)措施。一方面加強(qiáng)對(duì)周邊保存環(huán)境的監(jiān)測(cè)及治理，同時(shí)采用清洗、加固、化學(xué)封護(hù)等方法對(duì)文物本體進(jìn)行科學(xué)的防護(hù)。

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