石質文物生物風化機理及其防治對策探究

阿拉騰烏拉

摘 要：石質文物因為暴露在自然界受到各種自然力的破壞，這種破壞是生物風化、物理風化和化學風化共同作用的結果。本文在前人的基礎上對石質文物的生物風化問題再做探討，首先表述了相關的概念，其次論述了文物生物風化機理，最后提出了相關的防治策略。

關鍵詞：石質文物；生物；風化機理；防治

我國是幾千年的文明古國，石質文物資源十分豐富。由于石質文物長期暴露在自然界中，受到各種自然因素的侵害，這其中就包括生物因素，近年來，石質文物的生物風化問題越來越嚴重，引起了專家學者們的普遍關注。

一、相關概念表述

1）石質文物。石質文物，顧名思義，是用自然界的石頭（如花崗巖、砂質巖、礫巖、石英、長石、云母、大理石等）作為原料加工而成的文物，包括藝術類文物、建筑類文物和生活類文物。石質藝術類文物展現了古代人類社會的政治、經濟和文化的方方面面，將自然與人們當時的社會生活和風俗人情有機結合起來，因此形成了各種各樣的藝術類文物，有石雕、石刻、石碑、石窟、摩崖造像等等。石質建筑類文物不僅僅指石質建筑物，如石橋、石塔、石城，而且還包含建筑物內部的藝術品，像石質建筑物中的石牌坊、石陵墓、石橋、石塔、石墻、石洞、石棚、石殿、石闕、石地板、石臺級、石墻基、石柱、石雕、石碑、石刻、石欄桿等都屬于建筑類文物。石質生活類文物，主要包括人們在當時所用的石質勞動工具和生活用品。石質工具出現的年代較早，像石刀、石斧、石磨和石碾；而石盆、石碗、石鐲、石頭枕之類屬于當時人們的生活用品。2）侵蝕石質文物的生物。通常來講，對石質文物造成侵蝕的生物有很多種類，從低級到高級，包括微生物、大型植物和動物。經過專家的研究發現，能夠侵蝕石質文物的微生物有藻類、真菌、地衣和細菌。一旦確定了微生物的種類，將給人們防治石質文物的風化帶來很大的便利。

二、石質文物生物風化機理

1）藻類的風化機理。藻類在大自然中分布很廣，它的根、莖、葉并沒有分離出來，屬于原生生物界一類原核或真核生物。藻類對生長環境的要求很低，潮濕溫暖環境里一般都有它們的身影，像水中、磚瓦縫、石頭上、樹干上都有分布。藻類比較好辨認，顏色主要是青綠色，還有一些呈灰色、黑色、黃色、紫色和紅色，片狀結構，厚薄不一。周邊環境干燥、光線好，藻類比較薄；反之，在黑暗潮濕的環境里生長的藻類就比較厚比較黏。藻類的存在雖然僅僅只是破壞了石質文物的外觀，但卻給苔蘚、地衣和其他植物等生長提供了條件。藻類加快了石質文物的物理風化和化學風化，使巖石表面形成一個一個的孔隙，巖石表層的材質也變得疏松，這是因為它們產生的代謝物中存在有機的酸類，這些酸類物質破壞性極強，分解石質材料使石材的水溶解性增加，也加快了鹽類的遷移速度，使石質文物表面呈粉末狀。我國在文物保護領域對藻類的研究比較有限，主要進行的工作是鑒定生物病害以及挑選清洗、防治材料。清洗材料和防治材料大部分是有機材料，比較適合針對藻類生物的侵蝕影響，殺滅效果較好。

2）真菌的風化機理。真菌沒有葉綠素，是異養菌有機體，不能通過陽光制造營養，大都是管狀菌絲構成的菌絲體，只有一小部分是單細胞生物。石質文物表面有一些殘留的物質，這些物質可以為真菌提供生長所需要的營養，等到真菌成活后，就給文物帶來物理侵蝕和化學侵蝕。不同類型的真菌可以分泌出不同的酸，從而將石質文物表面的鈣離子、鎂離子和鐵離子分離出來，腐蝕石材。比如纖維狀真菌分泌的草酸和檸檬酸加速了石灰巖、大理石和花崗巖的風化。

3）地衣的風化機理。地衣是一種共生體，屬于原始低等生物，有真菌和藻類結合而成，無根、莖、葉的分化，形狀為殼狀、葉狀和枝狀，以孢子的形式繁衍后代，在地球上存在的時間很長。地衣生長比較廣泛，喜歡干旱、低溫的生長環境，在高山、極地可存活很長時間，在泥土、樹木和巖石上也能生存。石質文物上生長的地衣有貼在石質文物表面的，也有長在巖石縫隙里的。地衣侵蝕石質文物，有其物理方式和化學方式。最開始地衣采用的是物理方式，菌絲的生長穿透了石質文物的氣孔，擴大了以往的縫隙和裂隙，破壞了巖石表層，導致石材表面的礦物質脫落分離，尤其是多孔的石灰質石材更容易受到地衣的侵蝕。緊接著，地衣在生長繁殖過程中代謝出可溶性有機酸，加快了石質文物的腐蝕。

4）細菌的風化機理。細菌的數量比較多，主要依靠自營及異養的營養方式。當石質文物表面有水時，細菌繁殖的速度就特別快，但只有細菌使石質文物產生變化時我們才得以發現。一般來講，硫氧化細菌、硝化細菌、藻青菌和異養細菌等細菌種群對石材的破壞比較大。硫氧化細菌分泌的酸性物質可以將土壤中的硫離子氧化成硫磺酸，硫磺酸與石質文物產生化學反應形成碳酸鈣，遇到雨水沖刷，會給石材產生極大的壓力。自養硝化細菌可以將氨氧化成亞硝酸鹽和硝酸鹽，形成含氮的酸，將石材溶解成可溶性硝酸鹽。其他自養細菌可以氧化鐵、錳等的礦物質，分離石材中的陽離子，使表面變色。異養細菌通過分泌酸分離石材中的鈣、鐵、錳等物質，從而侵蝕石質文物。藻青菌會在石材表面形成有色的微生物膜，破壞石質文物的外觀，溶解石材基層礦物質，吸附空氣中的灰塵、花粉、油脂等產生硬殼，有時還會給石材造成點狀腐蝕。放射菌類一般是和真菌、海藻、硝化細菌一起出現的，可以分解碳酸鹽和硅酸鹽與金屬離子結合，使礦物溶解。

三、防治策略

目前，對于石質文物的生物病害清除方法，有物理方法，也有化學方法。所謂物理清除法，是指利用紫外線、蒸汽和激光等方式清除，其中激光清除的安全系數高，又不存在什么污染，比如疝燈激光就被用于石雕表面地衣的清除。而化學清除，就是直接運用化學殺菌劑除去生物本身。在采用這兩種清除方法時，一定要注意保護好文物的完整，將對文物的人為破壞降到最低。殺菌劑對生物侵蝕的預防有一定的作用，但是生物本身具有抗藥性，殺菌劑并不能長期有效，而且還帶來一些副作用，比如這些化學制劑殘留在文物表面，容易給石質文物帶來新的腐蝕問題。經學者研究發現，如果能夠有效控制石質文物周圍環境的濕度，保持石材表面的干燥，對阻止生物的生長繁殖產生積極的影響，這樣也可以起到預防生物病害的作用。

綜上所述，生物對石質文物的侵蝕，不僅影響了文物的外觀和結構，也毀壞了文物表面的諸如文字、雕刻方面的歷史信息，還腐蝕了石材本身，因此，研究其防治對策有著深遠的意義。

參考文獻：

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