承德殊像寺室內(nèi)顆粒物的空間分布初探

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摘 要：承德位于我國(guó)霧霾重災(zāi)區(qū)，該地區(qū)文物本體表面通常存在嚴(yán)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(duì)會(huì)乘殿內(nèi)積塵顆粒物的理化性質(zhì)進(jìn)行分析。根據(jù)積塵顆粒物的粒徑分布規(guī)律，探討了會(huì)乘殿內(nèi)顆粒物的運(yùn)動(dòng)軌跡及空間分布特征，所得結(jié)論可為殊像寺的保護(hù)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(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位。會(huì)乘殿為殊像寺主殿，面闊七間，進(jìn)深五間，殿內(nèi)東西長(zhǎng)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(guó)霧霾重災(zāi)區(qū)，導(dǎo)致會(huì)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(diǎn)，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(huì)誘發(fā)微生物病害。近年來，文物保護(hù)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(duì)會(huì)乘殿內(nèi)積塵的理化性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)分析，結(jié)合采樣點(diǎn)位置，探究殿內(nèi)顆粒物的空間分布和運(yùn)動(dòng)軌跡，以期為承德殊像寺保護(hù)修復(fù)工作提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品信息

積塵樣品取自會(huì)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(diǎn)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(biāo)注）。

1.2 分析檢測(cè)方法

①pH測(cè)試分析：使用Mettler Toledo Five-Easy Plus FE28型pH計(jì)。測(cè)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(cè)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(cè)試，測(cè)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(cè)試條件：Cu靶;0.8mm準(zhǔn)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(guó)EDAX公司Genesis 2000 XMS型能譜儀，測(cè)試前對(duì)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(diǎn)的位置（高度、方向）探究會(huì)乘殿內(nèi)的積塵分布和運(yùn)動(dòng)軌跡。

2 結(jié)果與討論

2.1 積塵樣品測(cè)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(dá)56.43mg/g、4.55mg/g和1.89mg/g，陽(yáng)離子以Ca2+、Na+、K+、Mg2+為主，分別高達(dá)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(huì)引起敦煌莫高窟的壁畫酥解，加速破壞文物，故會(huì)乘殿內(nèi)積塵中的高濃度陰離子對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)濕度高的條件下，硫酸鈣細(xì)粒會(huì)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(huì)結(jié)晶，體積增大，產(chǎn)生應(yīng)力，進(jìn)而造成會(huì)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(zhǎng)度約1.5μm，粒徑范圍為0.243～1250μm，粒徑小于10μm的顆粒物可達(dá)47.89%。根據(jù)多年現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)，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(jìn)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(huì)進(jìn)一步加速破壞文物。

2.2 空間分布

會(huì)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(duì)采樣點(diǎn)高度、方向進(jìn)行分析。

①采樣點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(tuán)聚成大顆粒。

②采樣點(diǎn)方位。為研究顆粒物與采集點(diǎn)方位關(guān)系，選取西側(cè)楠木塔4個(gè)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(dá)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(cè)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(cè)理論值，顆粒以規(guī)則球體計(jì)算，僅做參考）。

③顆粒物的運(yùn)動(dòng)軌跡。會(huì)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(zhǎng)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(duì)外開放，可以忽略游客等人為擾動(dòng)的影響，故會(huì)乘殿室內(nèi)積塵分布的主要影響因素為大氣對(duì)顆粒物的運(yùn)移作用。

查閱承德當(dāng)?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(dá)26m/s，且基本出現(xiàn)在月初和月末。故夏、冬兩季是會(huì)乘殿內(nèi)顆粒物沉降和積塵堆積的主要時(shí)期，而春、秋兩季相對(duì)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(jìn)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(cè)出會(huì)乘殿內(nèi)空氣中顆粒物的平面運(yùn)動(dòng)軌跡（圖8）。①主要路徑：顆粒物經(jīng)南側(cè)隔扇門窗進(jìn)入（分東、中、西三部分，南側(cè)綠色粗實(shí)線箭頭），一部分進(jìn)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(yùn)動(dòng)，沉降至楠木塔北側(cè)、經(jīng)櫥附近，甚至可進(jìn)入殿內(nèi)北側(cè)角落和背光北側(cè)區(qū)域（南側(cè)細(xì)實(shí)線箭頭）;②次要路徑：顆粒物經(jīng)北側(cè)隔扇門窗進(jìn)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(jìn)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(duì)會(huì)乘殿殿內(nèi)積塵貢獻(xiàn)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(lán)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(huì)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(yùn)移的途徑。

②人為因素。殊像寺對(duì)外開放后，應(yīng)控制游客數(shù)量，減少會(huì)乘殿內(nèi)的人為擾動(dòng)。地面清潔時(shí)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(jìn)而減少殿內(nèi)文物表面的顆粒物沉降。

3 結(jié)語

在對(duì)承德殊像寺的會(huì)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(hù)修復(fù)工作提供參考，同時(shí)給文物保護(hù)領(lǐng)域研究積塵病害提供借鑒。

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