西藏桑耶寺壁畫表面煙熏污染物的分析研究

王永進(jìn)，周偉強(qiáng)，石美榮，紀(jì) 娟， 黨小娟，董少華，李 立

(1. 陜西省文物保護(hù)研究院，陜西西安 710075； 2. 西北大學(xué)，陜西西安 710069)

0 引 言

西藏寺院壁畫藝術(shù)的起源與發(fā)展，可認(rèn)為是與佛教的傳入和發(fā)展同步[1]。佛教傳入西藏后，寺院建造空前繁榮起來(lái)，作為宣傳佛教教義，裝飾和美化殿堂廟宇的手段之一，壁畫一直是歷代寺廟建設(shè)的重要構(gòu)成部分，寺廟主體結(jié)構(gòu)建設(shè)完成后，所有殿堂墻壁、回廊、門洞、藻井等都繪滿了壁畫[2]。壁畫表現(xiàn)內(nèi)容豐富廣泛，所反映的內(nèi)容涵蓋了歷史事件、人物傳記、宗教教義、西藏風(fēng)土、民間傳說(shuō)、神話故事等，涉及政治、經(jīng)濟(jì)、歷史、宗教、文藝、社會(huì)生活各個(gè)方面[3]。它反映了藏族人民千余年來(lái)與國(guó)內(nèi)各民族及國(guó)外進(jìn)行文化交流的輝煌成就。這些壁畫不僅是藏傳佛教建筑的重要組成部分，更是西藏古代勞動(dòng)人民智慧的結(jié)晶，在藝術(shù)傳承中具有不可替代的作用。

1 桑耶寺簡(jiǎn)介

桑耶寺位于山南扎囊縣雅魯藏布江北岸的扎瑪山麓，素有“西藏第一座寺廟”的美稱，建造于大約公元8世紀(jì)中葉的吐蕃王朝第五代贊普赤松德贊時(shí)期。建筑規(guī)模宏大，布局奇特，由一座藏、漢、天竺三種風(fēng)格的三層“烏孜大殿”代表，大殿四周還均勻分布著4大殿和8小殿，各殿墻壁以及回廊均繪滿了各種題材的壁畫。除了一些傳統(tǒng)的宗教繪畫外，在桑耶寺烏孜大殿內(nèi)圍墻中層廊道上有著名的“西藏史”壁畫。壁畫長(zhǎng)92 m，洋洋灑灑，恢弘壯麗，被譽(yù)為西藏的“繪畫史記”。特別是桑耶寺史(大殿一、二層)、蓮花生傳記(二層明廊南側(cè))以及反映當(dāng)?shù)仫L(fēng)土人情的壁畫都是西藏寺廟壁畫中絕無(wú)僅有的。這批壁畫對(duì)于研究西藏的歷史變遷、人文風(fēng)情以及藏傳佛教壁畫的藝術(shù)風(fēng)格和流派具有極高的歷史、藝術(shù)價(jià)值。據(jù)考證，桑耶寺曾作為圈養(yǎng)牲畜及居住生活的場(chǎng)所，隨處可見(jiàn)燒火做飯的痕跡及墻壁晾曬牛糞留下的印痕。之后，寺廟恢復(fù)了正常的佛事活動(dòng)，藏族民眾在寺廟中燃香和供奉酥油燈，對(duì)壁畫頂禮膜拜，以頭相觸，以手相撫。因?yàn)殚L(zhǎng)期遭受煙熏火燎，壁畫顏色不再鮮艷，早期的壁畫漸漸失去了自己原有的神韻和風(fēng)采。

2 桑耶寺壁畫表面污染現(xiàn)狀

桑耶寺壁畫總面積約為8 347 m2，壁畫主要分布在殿內(nèi)墻壁、回廊、藻井上，繪制壁畫所用顏料均為天然礦物顏料或少量植物染料加牛膠用水調(diào)和而成，色彩基本由紅、藍(lán)、黃、白四種色調(diào)組成[4]。由于建筑年久失修及管理不善，壁畫表面形成多種類型的表面污染物，如屋頂漏雨導(dǎo)致壁畫表面水漬流掛，鳥(niǎo)類筑巢形成的糞便污染，以及殿堂內(nèi)長(zhǎng)期放置香爐、酥油燈形成的煙熏污染等，其中煙熏污染在壁畫表面污染物類型占非常大的比重。經(jīng)統(tǒng)計(jì)桑耶寺表面受煙熏污染影響的壁畫面積達(dá)到2 813 m2，特別是一些香火旺的小殿，壁畫煙熏污染更為嚴(yán)重，整個(gè)墻壁漆黑一片，基本看不清壁畫內(nèi)容。

3 煙熏污染物樣品采集及分析

3.1 樣品采集

因壁畫比較珍貴，樣品采集需具有代表性。綜觀桑耶寺各殿壁畫表面被煙熏污染程度，考慮室外與室內(nèi)環(huán)境差異，室外樣品的取樣位置選擇在烏孜大殿院內(nèi)回廊，編號(hào)為(wzhl-1和wzhl-2)，室內(nèi)樣品的取樣位置選擇在左欽拉康小殿和西牛貨州小殿，編號(hào)為(zqlk)，(xn)。取樣時(shí)在壁畫表面已經(jīng)開(kāi)裂部位用手術(shù)刀小心切割，并攜帶部分地仗層一起取下，置于具有固定夾層的試樣盒內(nèi)，共采集樣品4個(gè)。針對(duì)信徒有在壁畫涂抹酥油或糌粑的習(xí)慣，同時(shí)對(duì)藏族民眾朝拜時(shí)自帶的酥油進(jìn)行取樣分析，對(duì)比驗(yàn)證壁畫表面煙熏污染物是否與酥油為同物。

圖1 左欽拉康殿表面被煙熏污染的壁畫

3.2 分析方法

3.2.1顯微剖面分析 樣品(zqlk)表面浮塵用洗耳球吹掃干凈，將其放入硅橡膠模具中，并在模具內(nèi)注入雙組分光學(xué)樹(shù)脂膠，待樹(shù)脂膠固化后樣品即固定在樹(shù)脂中。取出樹(shù)脂用不同粒度砂紙和絨布打磨出樣品剖面，置于日本基恩士VHX-6000超景深三維顯微鏡下觀察，了解煙熏污染物在壁畫表面的附著情況。

3.2.2掃描電鏡分析(SEM) 樣品(zqlk)首先用洗耳球吹掃掉表面積塵，然后將其用導(dǎo)電膠布固定在樣品臺(tái)上，采用EVOMA25(ZEISS公司，德國(guó))掃描電子顯微鏡及布魯克X射線能譜儀對(duì)樣品進(jìn)行顯微形貌觀察和元素分析。進(jìn)行掃描時(shí)，使掃描區(qū)域最大，確保數(shù)據(jù)的重復(fù)性和真實(shí)性。X射線能譜試驗(yàn)條件為：鎢絲燈電子槍，二次電子或背散射探頭，分析電壓20 kV，測(cè)試時(shí)間50 s，成分含量以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)(%)表示。

3.2.3紅外光譜分析(IR) 壁畫表面煙熏污染物樣品、酥油樣品分別置于BaF2窗片上，紅外測(cè)試(iN10，MCT/A檢測(cè)器，透射，BaF2片為背景)，儀器使用Nicolet iN10 FI-IR顯微紅外光譜儀(含Nicolet iZ10TMFT-IR輔助光學(xué)臺(tái))。

3.2.4環(huán)境檢測(cè) 壁畫的安全與其保存環(huán)境息息相關(guān)，環(huán)境溫度、濕度、降塵、有害氣體等都對(duì)壁畫造成影響，壁畫表面煙熏污染物的形成與酥油燈燃燒造成的環(huán)境污染也有關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)殿內(nèi)長(zhǎng)期點(diǎn)酥油燈的墻壁上壁畫保存狀況都不好，有些殿中間有大型的燈座，燈座內(nèi)燃有數(shù)十個(gè)燈芯，室內(nèi)空氣污染程度更加嚴(yán)重。環(huán)境檢測(cè)選擇有酥油燈的左欽拉康小殿和無(wú)酥油燈的桑醉林小殿，檢測(cè)時(shí)間選擇在7點(diǎn)開(kāi)門之前，排除了游客參觀對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，對(duì)比分析兩殿環(huán)境的各項(xiàng)參數(shù)。環(huán)境相關(guān)參數(shù)檢測(cè)使用美國(guó)樂(lè)控多功能檢測(cè)儀lkc-1000S+，可同步測(cè)量環(huán)境中的甲醛、TVOC、PM2.5、PM10數(shù)據(jù)。

4 結(jié)果與討論

4.1 顯微剖面分析結(jié)果

樣品(zqlk)剖面結(jié)構(gòu)層次從上到下依次為煙熏污染物-顏料層-地仗層，表面煙熏污染物覆蓋在顏料層之上，厚度約為80 μm(圖2)。局部可見(jiàn)煙熏污染物已經(jīng)滲透到顏料內(nèi)部破壞了顏料層的整體結(jié)構(gòu)。

圖2 煙熏污染物樣品(zqlk)剖面分析

4.2 掃描電鏡分析結(jié)果

樣品(zqlk)表面煙熏層可見(jiàn)細(xì)小裂紋，并分裂為多個(gè)小塊，局部可見(jiàn)最外層煙熏污染物剝落露出內(nèi)層(圖3)，能譜分析(圖4)其元素組成分別為(表1)：C(67.07%)，O(29.72%)，Na(0.57%)，Ca(1.07%)，Cu(1.56%)。說(shuō)明該煙熏污染物主要元素為碳(C)，碳(C)含量達(dá)到67.07%，Cu(1.56%)為底層藍(lán)色顏料藍(lán)銅礦的組成元素。

圖3 煙熏污染物掃描電鏡圖像(zqlk)

圖4 煙熏污染物(zqlk)能譜分析

表1 煙熏污染物電子能譜分析

4.3 紅外光譜分析結(jié)果

圖5分別為酥油(sy)，烏孜大殿回廊(wzhl-1和wzhl-2)、左欽拉康(zqlk)、西牛貨州(xn)壁畫表面煙熏污染物樣品的紅外光譜圖。樣品共同具有的特征峰有：2 850～2 927 cm-1處為亞甲基的C-H對(duì)稱和反對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰；1 030 cm-1，1 176 cm-1，1 245 cm-1為甘油三酯基C-O-C伸縮振動(dòng)吸收峰[5]，1 380 cm-1為甲基的彎曲振動(dòng)吸收峰，甲基只存在于長(zhǎng)碳鏈的末端，數(shù)量比—CH2—少很多，所以峰的強(qiáng)度要比亞甲基弱，1 468 cm-1亞甲基的彎曲振動(dòng)峰，725 cm-1為碳鏈骨架—CH2—的面內(nèi)搖擺吸收峰，存在—(CH2)n—直鏈結(jié)構(gòu)，且n>4，1 730～1 750 cm-1吸收峰為酯羰基C=O強(qiáng)峰。以上分析說(shuō)明酥油(sy)與左欽拉康(zqlk)、西牛貨州(xn)樣品都含有長(zhǎng)鏈脂肪酸甘油酯，酥油樣品含有3 005 cm-1的吸收峰，該峰為不飽和雙鍵C-H振動(dòng)吸收峰，說(shuō)明酥油主要成分為不飽和脂肪酸甘油酯[6-7]，左欽拉康(zqlk)、西牛貨州(xn)煙熏污染物的主要成分為飽和脂肪酸甘油酯。烏孜大殿回廊(wzhl-1和wzhl-2)煙熏污染物樣品3 400～3 200 cm-1寬而強(qiáng)的吸收峰，歸屬于游離脂肪酸羥基化合物O-H基的伸縮振動(dòng)吸收峰，1 708～1 712 cm-1吸收峰歸屬于羧酸羰基C=O吸收峰，說(shuō)明其主要成分為飽和脂肪酸。因酥油熔點(diǎn)較低，在高溫燃燒時(shí)分子結(jié)構(gòu)中的不飽和雙鍵被打開(kāi)變成飽和脂肪酸甘油酯[8]，飽和脂肪酸甘油酯進(jìn)一步分解生成飽和脂肪酸和甘油，而飽和脂肪酸隨著溫度的升高經(jīng)過(guò)不同的相變最終形成穩(wěn)定的飽和脂肪酸的開(kāi)環(huán)二聚體[9]，1 712 cm-1吸收峰歸屬于羧酸二聚體羰基C=O吸收峰。

圖5 酥油及煙熏污染物樣品紅外光譜圖

4.4 壁畫保存環(huán)境分析

桑醉林、左欽拉康殿內(nèi)環(huán)境檢測(cè)結(jié)果(表2)顯示左欽拉康殿內(nèi)空氣中的PM10、PM2.5、甲醛均嚴(yán)重超出我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。相比殿內(nèi)無(wú)酥油燈的桑醉林，左欽拉康殿內(nèi)空氣中的微粒子數(shù)為桑醉林的200倍以上，總揮發(fā)性有機(jī)物值約為桑醉林的3倍。說(shuō)明酥油燈燃燒會(huì)產(chǎn)生大量揮發(fā)性有機(jī)物和顆粒物，對(duì)壁畫的保存環(huán)境造成嚴(yán)重污染。

表2 壁畫保存環(huán)境檢測(cè)

5 結(jié) 論

壁畫被煙熏污染的情況在西藏寺廟普遍存在，不僅影響外觀，而且會(huì)隨著壁畫顏料層膠結(jié)材料的老化逐漸向壁畫內(nèi)部延伸，破壞顏料層。本研究通過(guò)對(duì)桑耶寺壁畫表面煙熏污染物樣品組成成分、表面形貌等分析，結(jié)合殿內(nèi)環(huán)境檢測(cè)結(jié)果得出如下結(jié)論：

1) 紅外光譜分析結(jié)果說(shuō)明壁畫表面煙熏污染物有機(jī)組成部分為飽和脂肪酸甘油酯或飽和脂肪酸，室內(nèi)壁畫表面煙熏污染物類型為飽和脂肪酸甘油酯類，室外壁畫表面煙熏污染物類型飽和脂肪酸類。室內(nèi)和室外壁畫表面形成不同類型的煙熏污染物，兩者之間的關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

2) 煙熏污染物能譜分析檢測(cè)其含有大量的碳(即炭黑)，結(jié)合紅外光譜分析結(jié)果說(shuō)明壁畫表面的煙熏污染物是由飽和脂肪酸甘油酯或飽和脂肪酸和炭黑組成的混合物。樣品剖面分析顯示煙熏污染物沿著表面裂隙向顏料層內(nèi)部滲透，破壞了顏料層的整體結(jié)構(gòu)，并觀察到煙熏污染物最外層有局部剝落現(xiàn)象。

3) 通過(guò)對(duì)左欽拉康小殿(有酥油燈)和桑醉林小殿(無(wú)酥油燈)殿內(nèi)空氣中的PM10、PM2.5、TVOC、甲醛等檢測(cè)，左欽拉康殿內(nèi)空氣中的PM2.5和PM10顆粒以及揮發(fā)性有機(jī)物嚴(yán)重超標(biāo)，空氣質(zhì)量差，污染嚴(yán)重。說(shuō)明酥油燈對(duì)壁畫的保存環(huán)境影響非常大，特別是PM2.5顆粒能在空氣中停留10～30 d，不易沉降到地面，傳輸距離遠(yuǎn)，與空氣中的水分、揮發(fā)性有機(jī)物結(jié)合可形成氣溶膠粘附在壁畫表面，日積月累在壁畫表面形成煙熏污染物。