承德殊像寺室內顆粒物的空間分布初探

朱志保　王煒　張金風　陳青

摘 要：承德位于我國霧霾重災區，該地區文物本體表面通常存在嚴重的積塵病害。為研究殊像寺室內顆粒物分布特征，應用SEM-EDS、XRD、離子色譜及激光粒度儀等多種方法對會乘殿內積塵顆粒物的理化性質進行分析。根據積塵顆粒物的粒徑分布規律，探討了會乘殿內顆粒物的運動軌跡及空間分布特征，所得結論可為殊像寺的保護修復工作提供依據。

關鍵詞：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，系第三批全國重點文物保護單位。會乘殿為殊像寺主殿，面闊七間，進深五間，殿內東西長25.18m，南北寬15.56m，高10.50m（地面至天花）。殿內保存三尊金漆塑像、兩座三層八角楠木塔及陳設等，為清代典范之作。承德位于我國霧霾重災區，導致會乘殿內布滿積塵（圖1）。積塵具有顆粒小、比表面積大的特點，可以吸附空氣中氮硫化物等酸性物質，沉降至文物表面不僅腐蝕本體，還會誘發微生物病害。近年來，文物保護工作者在博物館和石窟開展了空氣顆粒物的相關研究，包括顆粒物的元素組成、質量濃度、水溶離子濃度及季節變化、顆粒物濃度與游客數量的關系等，但很少涉及古建內顆粒物的空間分布特征。本研究對會乘殿內積塵的理化性質進行檢測分析，結合采樣點位置，探究殿內顆粒物的空間分布和運動軌跡，以期為承德殊像寺保護修復工作提供參考。

1 實驗部分

1.1 樣品信息

積塵樣品取自會乘殿內陳設及塑像表面，樣品經排筆直接刷取，每處采樣點的面積約15cm2，樣品信息及取樣位置分別見表1、圖2（紅色箭頭標注）。

1.2 分析檢測方法

①pH測試分析：使用Mettler Toledo Five-Easy Plus FE28型pH計。測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，所得濾液即為測試液。

③X射線衍射（XRD）分析：使用日本理學Smartlab型衍射儀。將樣品研磨，在樣品槽內壓成平面測試，測定條件：Cu靶;功率：9kW;掃描速度：20°/min;2θ掃描范圍：5°～80°;微區測試條件：Cu靶;0.8mm準直器，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EDAX公司Genesis 2000 XMS型能譜儀，測試前對樣品噴金。

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。最后根據取樣點的位置（高度、方向）探究會乘殿內的積塵分布和運動軌跡。

2 結果與討論

2.1 積塵樣品測試結果

①pH及水溶離子濃度。陰離子以SO42-、Cl-和NO3-為主，分別高達56.43mg/g、4.55mg/g和1.89mg/g，陽離子以Ca2+、Na+、K+、Mg2+為主，分別高達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的交通干線，且公路邊的南側有一條河，秋冬季節即為干涸狀態，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+等離子會引起敦煌莫高窟的壁畫酥解，加速破壞文物，故會乘殿內積塵中的高濃度陰離子對其殿內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。積塵為形態不規則的顆粒，化學元素為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，鈉長石源自石材的風化，石膏則與環境污染有關。胡塔峰等的研究表明，在相對濕度高的條件下，硫酸鈣細粒會溶解并滲入文物表面的孔隙內，隨著溫度升高，水分蒸發，這些鹽會結晶，體積增大，產生應力，進而造成會乘殿內彩塑、彩畫及陳設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。顆粒物平均長度約1.5μm，粒徑范圍為0.243～1250μm，粒徑小于10μm的顆粒物可達47.89%。根據多年現場工作經驗，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入文物表面裂隙，其可溶性鹽的結晶、溶解、滲透和再結晶過程會進一步加速破壞文物。

2.2 空間分布

會乘殿內正中供奉三尊金漆塑像（中間為騎青獅的文殊，西側為騎犼的觀音，東側為騎白象的普賢），佛像前為六張供桌，供桌東西各有一座八角三層楠木塔，兩壁各置一經櫥。為研究殿內顆粒物的空間分布，對采樣點高度、方向進行分析。

①采樣點的高度。樣品為西側楠木塔的東立面第一層1～5階佛龕內平面處的積塵（圖3、圖4）。研究發現：殿內西側楠木塔，其東立面的第一層佛龕平面處積塵的顆粒物粒徑相關數據與取樣點位置高度呈正相關，而中值粒徑的變化相反。根據圖5中1～5階顆粒物的粒徑分布可知，隨取樣點高度增加，顆粒物粒徑的正態分布由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律。而最大粒徑的逐漸增大，可能由于蛛網、纖維等將小粒徑顆粒物團聚成大顆粒。

②采樣點方位。為研究顆粒物與采集點方位關系，選取西側楠木塔4個方向的佛龕（第一層第4階的東南西北），收集龕內平面積塵樣品。研究發現：北側PM10含量較高，由于僅小粒徑顆粒可到達楠木塔北側，故北側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-濃度值均呈現東、南側>西、北側，故推測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理論值，顆粒以規則球體計算，僅做參考）。

③顆粒物的運動軌跡。會乘殿坐北朝南，東西為封閉墻體，南北兩側的隔扇門窗雖長期關閉，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外開放，可以忽略游客等人為擾動的影響，故會乘殿室內積塵分布的主要影響因素為大氣對顆粒物的運移作用。

查閱承德當地氣候條件，冬季12～2月以偏北風為主，夏季6～8月以偏南風為主，年平均風速為1.4～4.3m/s，最大風速可達26m/s，且基本出現在月初和月末。故夏、冬兩季是會乘殿內顆粒物沉降和積塵堆積的主要時期，而春、秋兩季相對次之。南北隔扇門窗孔洞面積比約為2∶1（圖7），并且殿內北側因塑像背光等阻擋，顆粒物難以由北側門窗進入殿內，故兩側隔扇門窗中，南側為顆粒物的主要輸入口，北側為次要輸入口。

綜合以上因素，推測出會乘殿內空氣中顆粒物的平面運動軌跡（圖8）。①主要路徑：顆粒物經南側隔扇門窗進入（分東、中、西三部分，南側綠色粗實線箭頭），一部分進入殿內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，剩余顆粒物向兩側運動，沉降至楠木塔北側、經櫥附近，甚至可進入殿內北側角落和背光北側區域（南側細實線箭頭）;②次要路徑：顆粒物經北側隔扇門窗進入，大部分顆粒物（大顆粒為主）遇北側塑像背光而沉降至地面，小部分顆粒物可繞過背光進入殿內，落在楠木塔北側、經櫥附近（北側虛線部分）。南北兩側輸入口按照對會乘殿殿內積塵貢獻值大小排序：區域1（南側中部的紅色區域）>區域2（南側東、西部的黃色區域）>區域3（北側藍色區域）。

2.3 建議和措施

①自然因素。減少在大風天氣的開門頻次，尤其夏、冬兩季;選擇合適材料安置于會乘殿南北兩側隔扇門窗的六角菱花及縫隙處，阻斷造成彩塑、彩畫積塵污染和運移的途徑。

②人為因素。殊像寺對外開放后，應控制游客數量，減少會乘殿內的人為擾動。地面清潔時可通過灑水等方式增加地面濕度，以降低殿內空氣中顆粒物的濃度，進而減少殿內文物表面的顆粒物沉降。

3 結語

在對承德殊像寺的會乘殿內積塵綜合分析后，根據顆粒物的理化性質（粒徑分布等）初步探討了其空間分布特征，并給出相應的防治措施和建議，以期為承德殊像寺的保護修復工作提供參考，同時給文物保護領域研究積塵病害提供借鑒。

參考文獻

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