將軍墳的風化機理與保護措施分析

王語婕

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

關鍵詞：高句麗;將軍墳;石質文物;風化機理

1 將軍墳概況

將軍墳，編號YM001，位于吉林省集安市太王鎮果樹村三組，西南距集安市區約5.5千米。陵墓氣勢雄偉，構筑精良，造型獨特，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31.58米，高12.4米，階壇共7級，砌石22層，由階壇、墓室、基礎三個部分構成。東北側有兩座陪葬墓和祭臺，西北側有一座封土墓，西南有大型建筑遺址。①

2 文物本體風化的主要因素

將軍墳是大型的露天石質文物，風化正是此類不可移動文物遭受侵害的重要原因。經分析，文物本體風化的原因主要包含內部因素與外部因素，進而形成了物理、化學①和生物風化并存的復雜局面。

2.1 內部因素

石質文物的風化程度與其自身材料的性質、成分、孔隙率和膠結物類型等直接相關。②大型石質文物的建筑材料大多是就地取材，材料性質都由所在地的地質地理條件決定，為了深入研究將軍墳風化的程度、速度和機理，有關部門曾在將軍墳的不同位置收集了不同石質及其風化產物的石樣③，參考數據分析得出導致將軍墳風化的兩種因素。

2.1.1 石材化學組成

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石、鈉長石和鉀長石，漢白玉的主要成分是石灰質碳酸鈣。鈉長石、鉀長石和鈣長石易發生化學反應，吸附水分形成可溶鹽，破壞巖石表面。

2.1.2 膠結物

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

2.2 外部因素

2.2.1 化學風化因素

化學風化是指石質文物在空氣、水與微生物的共同作用下發生的化學反應。經過化學風化的巖石不僅容易破碎，而且其內部成分、構造都容易發生變化，甚至是變質。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變化，使有些物質由復雜變為簡單，如原先不含水難溶的物質變成含水易溶的物質，使巖石顆粒進一步細化。

①有害氣體和酸雨的危害：快速發展國民經濟的代價是大量有害氣體排入大氣，空氣中的有益氧轉變為有害的氧化物，在危害人類健康的同時也對文物古跡造成了不同程度的侵蝕。將軍墳作為露天石質文物的典例，酸雨對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，其造成的結果不僅會使巖石表面變暗①，還會增加表面的侵蝕。

②空氣中顆粒狀或粉末狀塵埃的危害：大氣環境中的顆粒物主要指懸浮在空氣中的微小顆粒，最為常見的形式為煙塵、煙霧、云霧等。②空氣中塵埃的來源可分為自然和社會兩個方面，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，可溶鹽通過毛細作用被帶出至將軍墳的表面;另一方面，降雨為巖石帶來了大量鹽分，加劇了侵蝕。由于地表水與地下水的長期作用，使可溶鹽與水結合滲入巖石內，當將軍墳表面干燥時，巖石內的鹽受毛細作用隨水遷至表面而蒸發，在表面析出或沉積在巖石縫隙中③，溫度與濕度的波動容易造成可溶性鹽的溶解和重結晶，周而復始，不僅會影響將軍墳的原貌，還會引起巖石的崩裂。

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，不僅嚴重影響外觀，還為微生物提供了營養和適宜生存的條件。此外，因油污劣化而產生的有機酸也會侵蝕巖體。

將軍墳是集安市旅游業的熱點，長期以來旅客參觀所產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，對巖體產生破壞。

2.2.2 物理風化因素

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

①水對將軍墳的機械破壞作用：水作為其他物質破壞將軍墳的媒介，對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侵蝕，并且水的結冰、融化也會對巖表造成破壞。低溫時孔隙中的水凍結體積增大，產生膨脹壓力，極易破壞大孔隙的巖石;同時水使石質內部的泥質膠結物發生水化作用，造成石質體積膨脹。⑤水對巖表產生機械作用，雨水和地表水的流動形成了對巖表反復侵蝕的機械作用;積水浸潤軟化地基，使墳體出現了向北梯度傾斜下沉的現象;潛水滲流進石基，導致將軍墳底部的鵝卵石發生位移，導致墳體出現傾斜。

②鹽的結晶與潮解對將軍墳的機械破壞作用：巖石空隙中鹽的結晶與潮解對將軍墳的破壞很大，其原理是：溫度升高，加劇巖石空隙中水分的蒸發，使毛細孔隙中的鹽的濃度增大，當達到飽和濃度時，鹽分就會結晶⑥，而結晶作用使體積增大，對周圍巖體產生壓力，形成新的裂隙;溫度降低，鹽吸附水形成鹽溶液，滲透進巖體內部造成侵蝕。周而復始，使巖體間的裂隙擴大，強度降低。

③溫度變化對將軍墳的機械破壞作用：溫變對物體的影響取決于其膨脹系數及溫度變化⑥，將軍墳是大型的石質文物，長年暴露在室外，白天經暴曬，巖石表面受熱膨脹，內部的變化則較小，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，導致巖石暗的部位形變大，形成分散的力給墳體帶來破壞。從圖1可以看出集安的溫差變化較大，對將軍墳的破壞較大。

④風沙吹打磨蝕將軍墳：風的剝蝕作用不僅會加劇將軍墳的風化，而且會加劇水的滲透作用。集安市是吉林省唯一獲得“國家氣候標志”的城市，從圖2集安市歷史風力統計圖可以看出，集安全年風力較小，但是風沙也在一定程度上對將軍墳產生剝蝕作用。

2.2.3 生物風化作用

將軍墳周圍的環境中有大量的生物，它們在生長過程中直接或間接地影響侵蝕將軍墳。

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

②菌類微生物及低等植物對將軍墳的破壞：石質文物表面通常會出現低等植物的繁殖生長情況，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，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境非常適合菌類微生物和低等植物的生長繁殖，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，并且常以復合共生體的形式存在，難以全部清除。

3 文物本體風化的針對性保護措施

3.1 文物保存環境的治理

①景區設置獨立部門，定期監測收集溫濕度、空氣污染物成分、地質變化等重要數據，建立完整的將軍墳環境檔案，為制訂保護修復方案及加強環境治理提供科學有力的依據。對已風化散落的巖石進行收集分類，以便成為后續進行實驗研究的樣品。

②對集安地區的顆粒污染物的來源展開研究，對自然環境中直接產生的顆粒污染物及生產生活過程中出現的顆粒污染物進行綜合治理。推進城市綠化工作的實施，在對顆粒污染物的防治過程中，不僅需要借助當地政府的宏觀調控實現對相關工作的推進，同時也應該進一步實現對集安市城市綠化工作的有效建設。

3.2 文物本體的防護措施

3.2.1 清洗殺菌

為了呈現將軍墳的本來面目，并去除巖石表面的有害物質，以減少腐蝕因素的進一步影響，在確保對文物不造成二次損傷的情況下，提出對墳體進行表面清洗的建議。建議的清洗過程包括機械去除、去離子水清洗和有機溶劑清洗。首先采用機械方法，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，但應注意不可產生嚴重的劃痕或損傷巖表，對于巖石縫隙中的雜草的根莖應完全清除。其次，使用去離子水與有機溶劑清洗，對已發生風化的巖石，采用水蒸氣噴射或霧化水淋洗，有效避免外力破壞的作用，對于不易清洗的難溶硬殼應軟化后輕輕剔除。

清洗既去除表面的有機污物，又疏通了石材的微孔，改善了石表的情況，為后續的涂覆、滲透創造了有利條件。對于殺菌劑的基礎要求是穩定，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。在風化石樣中發現了圓弧青霉、新月彎孢菌等五種菌類，在高效防霉殺菌的基礎上還要求低毒，不對旅客產生影響，不污染文物和環境。在對石樣的實驗中發現，選用丙酮和霉敵的混合殺菌劑進行殺菌噴洗可以達到預期的效果。

3.2.2 加固封護

從風化產物的XRD分析結果中可知，將軍墳文物所用的石材風化速度很快、石質膠結物完全流失，所以針對已經風化的巖塊，使用加固劑替代原先損失的膠結物，恢復強度顯得尤為重要。為了盡可能保持墳體原貌，應選擇無色透明不會與巖石發生化學反應的加固劑，通過對將軍墳風化石樣實驗的觀察，發現已風化石質的吸水能力遠高于正常值，將材料制成溶化狀態，采用噴涂、涂覆等方法添加到表面，加強膠結作用、填補空隙。伴隨溶劑揮發、加固劑的凝固，使石材的強度顯著提高。

在加固的基礎上，為了避免其他因素對巖體產生新的損傷，延長其存世時間，還應對其進行化學封護。從將軍墳墳體的實際需求出發，需要抗風、不會產生炫光、滲透力強的封護劑，另外強調的是應考慮巖體內部向外溢水的必要和控制由外向內滲水的可能。

4 結論

石質文物是高句麗在以集安市為都城的長達425年期間遺留下來的數目最為龐大的文物種類，這些數以萬計的古墓、古城關隘、碑刻、巨石墓碑全是由石材組成。而經過上千年的風霜雨雪的侵襲、植物菌類微生物的腐蝕之后，產生了嚴重的風化現狀，危及其長久保存。通過對將軍墳現狀及其風化機理的調查和分析，針對石碑現狀提出了較為可行的保護措施。一方面加強對周邊保存環境的監測及治理，同時采用清洗、加固、化學封護等方法對文物本體進行科學的防護。

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