第1个回答 2013-12-12
石质文物风化的主要原因
石质文物的风化是一个普遍存在而又危害严重的问题，特别是露天的石质文物的风化更为严重。石质文物风化主要受石质本身的性质、结构、保存状况，建造的地质、地理等内部因素及外界物理、化学、生物等外部因素的影响。
（一）、石质文物风化的内部因素
石质文物的风化损蚀，与其本身的性质、化学组成、孔隙率大小和胶结物类型等内部因素有着直接的关系。
1、石质文物石材化学组成的影响
雕凿加工石质文物的石材，一般都是就地取材。因此，当地的地质地理条件就决定了石质文物的质地。各种不同质地的石质文物，遭受的影响也不同。如大理石、汉白玉这种以碳酸钙为主的石质，遇到浓盐酸，就会产生气泡。主要成分是难溶硅酸盐的花岗岩石材，遇到浓盐酸时，却看不出有明显的化学变化。这两种不同质地的石质文物受空气中酸性气体如CO2、SO2、HCl、NO2等及酸雨的影响大不一样，前者比后者的腐蚀风化速度要快得多。
2、石质文物石质结构的影响
如果石质文物石质的主要化学组成相同，那么石质结构的影响就很明显，孔隙率大的石质结构就比较疏松，机械强度相对会小一些，因而抵御各种外界因素破坏的能力也较差。这种石质对水、酸、溶盐的吸收强，风化蚀损的速度更快。
3、石质文物石质胶结物的影响
石质的风化速度与石质胶结物的类型有关，以泥质（绿泥石、水云母和高岭土的混合物）为胶结物的石质，比以硅质为胶结物的石质更容易风化，这是因为泥质胶结物，在饱水状态下，容易发生水化作用，使泥质颗粒体积增大，造成石质膨胀，甚至泥质随水流失，造成石质结构中孔隙率增大，而抵御外界因素破坏的能力变差。而硅质胶结物因其溶解性非常小，不足以引起体积变化，也不易流失而影响石质孔隙率。
4、石窟寺建造受地质地理条件的影响
石窟寺建造时会受地质地理条件的影响。如地质层结构的变化，岩石的形成与演变，风沙的浸蚀，地下水的活动等，都会对石窟寺带来破坏。
（二）、石质文物风化的外部因素
石质文物的风化除受石质本身的组成、性质、结构、保存状况等内部因素影响外，还受大气中之有害气体、尘埃、酸雨、地下水中可溶盐、油烟等化学因素和水、温度、风沙、岩石空隙中盐的结晶与潮解等物理因素以及菌类、苔藓、藻类等生物因素的影响。
1、石质文物的化学风化
（1）、大气中有害气体对石质文物的危害
近代工业发展和人口迅速增长，导致大量有害气体排入大气中，造成严重的环境污染。特别是工业中的三废之一废气的排放、战争的硝烟、烟花爆竹的燃放、燃料的燃烧等，都在将空气中对人类有益的氧转变成对人类健康有严重危害的氧化物。这些有害气体不仅严重危害人类健康，同时也严重危害人类遗留下来的文物古迹，使文物不同程度遭到有害气体的浸蚀。室外石质文物受害更为严重。
A 空气中氮、硫、碳氧化物有害气体对文物的危害，这些氧化物遇到空气中的水蒸气而形成无机酸，使户外石质文物受到腐蚀。这些酸对石质（特别是对以碳酸钙为主的大理石、汉白玉）的腐蚀非常明显。通过电子探针、X射线衍射、质谱等分析手段，对腐蚀产物分析证实，石质文物风化的主要产物分别是CaSO4·H2O、Ca(HCO3)、Ca(NO3)2。硅酸盐为主的石质（如花岗岩，它的主要成分是长石）的腐蚀产物主要是高岭土。
B 空气中有害氢化物气体对文物的腐蚀
空气中之有害氢化物气体主要有氯化氢和硫化氢对石质文物的腐蚀和破坏。如果石刻上有色彩，H2S和红色颜料中Pb3O4及白色颜料PbO变成黑色的PbS。严重影响石刻上的颜色，影响文物的外观。
（2）空中死神——酸雨对露天石质文物的浸蚀损害
现代工业（石油、煤炭、化工、航空航天、舰船、军事等）的发展，带来了一个无省界、国界、波及范围不断扩大，危害越来越严重的“空中死神”酸雨对露天文物的严重危害，特别对露天石碑、石人、石马、墓葬外的石质镇墓兽、古代建筑中的石材、石窟寺的围崖等的腐蚀破坏尤为严重，使石质表面严重风化、酥粉开裂、脱落。
（3） 空气中颗粒状或粉末状物中的尘埃对石质文物的危害
空气中尘埃的成分十分复杂，来源于多方面。空气中尘埃的成分：
酸、碱、盐固体粉末
空气中NO2、SO2、SO3等与水及金属氧化物作用生成的次生污染物——盐类
海风刮起海浪飞溅的盐类及盐场上升含盐气流给空气中带来的氯化物及硫酸盐气溶胶等（气溶胶是液态或固态微粒在空气中的悬浮体系）
燃料：
煤、汽油、天然气、矿物燃料、草、木燃烧产生的各种有机化合物烟道烟尘、煤渣
金属冶炼厂、化工厂、碎石厂及其他粉碎加工厂排到空气中的各种金属、金属氧化物、石棉、石英
尘埃中还有微生物生长所需要的养料
以上粉尘降落在石质文物上，一旦遇到潮湿空气，那些可溶的酸、碱、盐都会使石质文物表面腐蚀，使石质文物风化、酥粉、开裂、剥落。
（4）、溶盐对石刻文物的破坏
溶盐对石质文物的破坏是既严重又复杂，既有溶盐的化学作用破坏，又有溶盐物理作用的破坏。
2、石质文物的物理风化
物理因素对石质文物的破坏也是石质文物风化的一个重要因素。物理风化作用主要指：湿度、温度、风沙、盐的结晶与潮解、溶盐的晶变等物理作用对石刻的影响。
（1）、水对石质文物的作用最为突出
A 水是其他物质破坏石质文物的媒介
没有水存在，像二氧化硫等有害气体的浸蚀化学反应，无法进行，所以说水是岩石雕刻等石质文物风化的根本原因。
B 水的结冰——融化对石质文物的破坏
当石质内部孔隙的水遇低温结冰时，体积增大，产生膨胀压力，对孔隙率较大的石质文物造成破坏。
（3）、水使石质内部泥质胶结物发生水化作用，造成石质体积膨胀。
（4）、浸入石质表面的水，对石质形成外多内少的渗透分布，更能引起石质体积膨胀而导致力学强度从内到外明显的下降，使得文物价值最高的表层，受水的浸入而成为影响最大、最严重的部位。
（5）、水对石质文物的机械作用
雨水、地面水的流动在石质文物表面形成反复冲刷的机械作用，使石质文物表面所受的破坏越来越严重，而导致滴水穿石的后果。
2、岩石空隙中盐的结晶与潮解对石窟的破坏
岩石空隙中盐的结晶与潮解对石窟的破坏很大，当温度升高时，岩石空隙中水分要不断蒸发，使毛细孔隙中的盐分增多，浓度增大，当达到饱和浓度时，盐分就会结晶，而结晶时体积增大，对周围岩体产生压力，形成新的裂隙。当气温降低时，盐分从大气中吸收水分而又使盐溶解变成盐溶液，渗入岩体内部，并将入渗沿途的盐溶解，渗到新生的裂隙中。如此反复进行，使石质文物中的裂隙不断扩大，强度不断降低。
3、岩石中溶盐晶变对石窟的破坏
溶盐的结晶变化对石窟产生的破坏不容忽视。当气温达40℃时，气温对岩石的有效影响范围可达10厘米左右。气温差可促使石膏与硬石膏之间发生周期性变化。当硬石膏变成石膏时体积增大31%，并产生10Kg/cm2的压力，使联结较弱的岩体会产生胀裂。
4、温度变化造成岩石的物理风化
物体的热胀冷缩取决于物体的膨胀系数及温度变化。暴露在外界环境中的石质文物，白天在太阳暴晒下，石质表面受热膨胀，内部则受的影响小，而夜晚，表面又被内部冷却，收缩的快。石质颜色不同吸收的热量也不同，黑色吸的多，因而一些实质文物暗的部位膨胀较小，形成不均匀的膨胀，天长日久，反复作用而给石质文物带来破坏。
5、风沙吹打磨蚀引起文物的物理风化
风的剥蚀也加剧文物的风化。一般10级风力形成的表面压力约为666.6——799.9帕，可加深水的渗透作用。近年来风卷沙尘起，形成的沙尘暴，对石质文物的吹打磨蚀十分严重。在敦煌，沙尘卷起大量沙石可将窟门封住；积沙甚至可压垮洞窟栈道，风沙还直接吹打磨蚀石窟壁画的画面层，引起颜料脱落。
（三）、石质文物的生物风化
地球上存在着大量的生物，这些生物生成在地球表面的各个角落（包括空气中、水中以及石质裂隙中）。它们的生长、代谢、活动与死亡都直接或间接地损蚀破坏石质文物。
1、植物根系对石质文物的破坏
植物生长在石质文物裂隙中，根系会把石质文物的裂缝逐渐胀开，使裂缝不断发展，造成严重的机械性破坏。
植物生长在距石质文物太近的地方，根系的生长不但会使文物的基础受到威胁，还会使地面水沿植物根慢慢渗入，带着石基及岩石中的可溶性盐慢慢向石质文物表面迁移。蒸发作用使溶盐在石质文物的表面及裂缝中析出，加速溶盐引起石质文物的化学风化和物理风化。
2、菌类微生物及低等植物对石质文物的破坏
石质文物上常常有菌类及苔藓等低等植物繁殖生长。这些生物常以复生共合体存在，在潮湿温暖的地方繁衍迅速，对石质文物破坏明显。
（1）、微生物的酸解作用
微生物的酸解作用主要表现为矿物元素以离子形式从岩石中溶出的过程。生物分泌物和遗体在微生物作用下分解形成的各种酸（主要有草酸、柠檬酸、酒石酸、水杨酸等有机酸），是微生物酸解的主要来源。苔藓、藻类、
地衣共生复合体的生命运动过程中，藻类进行光和作用，制造有机物；真菌吸收水分和矿物质为藻类的光合作用提供原料，并使藻类细胞保持湿润。共生体在岩体中形成溶蚀楔，进而扩大为溶蚀槽，有水和二氧化碳参与时，在岩石表面的毛细缝中溶蚀。溶蚀构造中遗留大量有机物和腐殖物，在共生体生存过程中产生的草酸与岩石作用生成草酸钙，进而形成氧化表层。
微生物进入岩体在石刻表面形成瘤突结，从外向内依次为表面晶状深色碳酸盐层、微生物层、浅色碳酸盐风化层。
（2）、微生物的络解作用
微生物的络解作用是微生物在生命过程中，形成的各种有机酸，作为配体与钙、镁等离子形成络合物而从岩石中流出，使岩石遭到破坏。
（3）、大足石刻上菌类的分离鉴定
经对大足北山石刻上采取的菌样进行培养、分离、鉴定，结果表明，危害大足石刻的菌类主要有霉菌和细菌。
霉菌主要有：青霉属、绿霉属、曲霉属、枝孢曲霉属，其中主要是黑曲霉。
细菌：主要是球菌、螺旋菌和杆菌。
（四）、油烟对石刻文物的危害
石窟寺是佛教活动的重要场所，长期以来人们参观时烧香、点蜡、点灯产生的油烟附着在石刻表面，吸附空气中的尘埃形成油污油垢，有的已成陈年油烟，牢固地黏附于石质文物表面。如大足石刻宝顶山的牧牛道场图被油烟污染成一片油黑，不仅严重影响石刻的外观，而且为微生物—菌类、苔藓、藻类、地衣提供了营养和非常适宜的生存条件。有些油污腐败变质产生的有机酸也会腐蚀石质文物。
石质文物遭受内外因素的破坏，不是某一因素单独作用，而是以某一因素为主的多种因素作用的结果。
研究复杂的石质风化机理，是一项需要进行深入、细致、系统的工作，全面真正地高清其风化的原因，采取正确科学的方法，才能切实保护好珍贵的石质文物。