瓜州榆林窟微環境特征及其對壁畫病害影響的初步分析

杜建君 劉洪麗 張正模 薛 平

內容摘要：為了更好地研究洞窟壁畫病害機理，從自然環境影響因素角度出發，選取榆林窟2005年11月～2006年11月間窟區大環境和典型洞窟第6、22、35窟微環境監測數據。分別從溫度、相對濕度、露點和降水四個方面對監測結果進行了分析，闡明了洞窟微環境的特征及其隨窟區大環境的變化規律，進而分析了洞窟微環境變化所引起的病害特點，并提出了延緩病害發生的建議，以供相關部門制定病害防治措施借鑒與參考。

關鍵詞：榆林窟；微環境；特征；病害；監測

中圖分類號：I207.37文獻標識碼：A文章編號：1000-4106(2009)06-0105-04

榆林窟位于甘肅省瓜州縣城西南約76公里的榆林河谷中，現存唐、五代、宋、西夏、元等朝代的洞窟42個，分布在榆林河東、西兩岸的懸崖峭壁上，東崖31個、西崖11個，壁畫面積5200多平方米，彩塑200余身，是敦煌石窟藝術的重要組成部分，1961年國務院公布為我國第一批全國重點文物保護單位。榆林窟地處峽谷，光照時間較短，榆林河的河水作用以及地理位置的特殊性。使得榆林窟區域環境有著顯著的峽谷特征，氣候明顯異于相鄰的大部分地區。在自然環境中，氣候對文物形成一種無形的潛在破壞因素，病害的產生與窟內微環境氣候的變化有著密切的聯系。因此，研究洞窟微環境的氣候特征及其隨外界大環境的變化規律，分析微環境變化對壁畫病害的影響，可為病害機理的研究提供基礎數據資料，也為相關部門制定病害防治措施提供一定的資料基礎。

一監測位置的選取及布設

1.1監測位置的選取

榆林窟洞窟分布于峽谷的兩側，窟區氣象站則位于窟區中部距榆林河約15m的臺地上(圖版29)。

為了使分析結果更具科學性與全面性，特選擇相對價值較高的第6、22、35窟作為典型洞窟。第6窟位于東崖中部，一二層貫通，與榆林河水平相距約54m，是榆林窟最大的洞窟，體積480.12m³，窟頂穹窿形?？邇染扌鸵凶鹣窀?4.7米，建造于唐代，五代、宋、西夏、元、清、民國重修，仍保存了唐代的藝術風格，是唐代前期國家強盛，社會穩定和經濟繁榮的象征，具有較高的研究價值。第22窟位于東崖二層，與榆林河水平相距約52m，垂直相距約16m，體積187.79m³，窟頂覆斗形，分前后室，開鑿于唐代，主甬道和主室南壁發現重層壁畫。第35窟位于西崖二層中部，與榆林河水平相距約為8m，垂直相距約14m，體積214.51m³，與第22窟大小、形制近似，屬于不開放洞窟，也是唐代所建，五代、宋、清重修。壁畫有巨型橫幅構圖的密宗金剛界《五智如來曼荼羅》和文殊變、普賢變，也是敦煌石窟僅有的幾個留下畫匠名字的洞窟之一，對研究石窟開鑿有重要價值。

1.2監測探頭的布設

監測設備采用的是美國原產的H8和H21 HO-BO系列空氣溫濕度探頭，體積小，種類多，使用方便，設定的采樣頻率為15分鐘。第6窟探頭設于下層離地面1.2m的中心佛壇，編號為S₁；第35窟探頭設于主室東壁南側下部地面，編號為S₂；第22窟探頭設于主室西北角地面，編號為S29(圖1)。

二洞窟微環境特征與分析

選取榆林窟2005年11月～2006年11月全年窟區和第6窟、第22窟、第35窟的監測數據，分別從溫度、相對濕度、露點溫度的平均值、最高值、最小值及降水的監測結果，來分析洞窟微環境的特征及隨窟區大環境的變化規律。

2.1溫度

榆林窟窟區和第6窟、第22窟、第35窟溫度年度月平均值、最高值和最低值監測結果見圖版19、20、21。

2.1.1溫度平均值

從圖版19可以看出，榆林窟窟區、第6窟、第22窟和第35窟月平均最低溫度均出現在1月份，分別為-10.5℃、-4.1℃、4.8℃和2.7℃?？邊^和第6窟、第22窟、第35窟溫度年平均值分別為8.4℃、7.6℃、9.9℃和11.5℃?？邊^月平均最高溫度主要集中在6～8月，最低溫度主要集中在12～1月；而第6窟、第22窟、第35窟月平均最高溫度主要集中在7～10月，最低溫度主要集中在12～2月。

2.1.2溫度最高值、最低值

從圖版20和圖版21可以看出，榆林窟窟區溫度最高值出現在8月份，為35.7℃，最低值出現在1月份，為-21.8℃，兩者相差57.5℃。第6窟溫度最高值出現在9月份，為20.2℃，最低值也出現在1月份，為-11.1℃，兩者相差31.3℃；第22窟溫度最高值出現在8月份，為19.8℃，最低值出現在2月份，為2.5℃，兩者相差17.3℃；而第35窟溫度最高值也出現在9月份，為19.8℃，最低值出現在1月份，為-2.0℃，兩者相差21.8℃。

2.2相對濕度

榆林窟窟區和第6窟、第22窟、第35窟全年相對濕度平均值分別為39.4％、33.7％、29.8％和26.4％，相對濕度年度月平均值、最高值和最低值監測結果見圖版23、24。

2.2.1相對濕度平均值

從圖版22可以看出，榆林窟窟區月平均相對濕度最高值出現在1月份，為69.8％。第6窟、第22窟和35窟月平均相對濕度最高值均出現在7月份，分別為49.4％、40.3％和54.8％?？邊^全年月最高平均相對濕度主要集中在12月～2月，最低主要集中在4月和8月。而第6窟、第22窟和第35窟全年月最高平均相對濕度主要集中在5月～8月，最低主要集中在4月和u月。4月～9月期間，窟內相對濕度大于窟區相對濕度。

2.2.2相對濕度最高值、最低值

從圖版23和圖版24可以看出，榆林窟窟區相對濕度最高值出現在1月份，為98.8％，最低值出現在4月份，為1.8％，兩者相差97％。第6窟、第22窟和第35窟相對濕度最高值均出現在7月份，分別為77％、57.2％和79.4％，最低值均出現在11月份，分別為7.8％、23.4％和7.8％，差值分別為69.2％、33.8％和71.6％。

2.3露點

榆林窟窟區和第6窟、第22窟、第35窟相對濕度年度月平均值監測結果見圖版25。從圖版25可以看出，窟區和第6窟、第22窟、第35窟月平均露點溫度最高值均出現在7月份，分別為6.5℃、4.3℃、2.9℃和5.6℃；窟區和第6窟、第35窟最低值出現在12月，分別為-16.2℃、-16.6℃和-16.9℃；第22窟最低值則出現在1月，為-13.2℃。

2.4降水

榆林窟2005年11月～2006年11月總降水量達到了113.4mm，比往年降水多出23.5mm，見圖

版26。由圖版26可知，降水主要集中在5月～7月，占全年降水量的74.5％。相對濕度的變化取決于空氣的含濕量和溫度，但受降水影響，相對濕度最高值并未出現在溫度最低值的月份，而是出現在了持續降水后的7月，而相對濕度較低值則出現在降水量低的4月和溫度較高的10月。平均露點溫度最高值也隨著集中降水而出現在7月。

選取最大降水月份——5月(以第6窟為例)和最大降水日(5月11日)來分析洞窟相對濕度隨降水的變化情況，見圖版27、圖版28。

從圖版27可以看出，窟區相對濕度隨降水的變化波動比較大，窟內則比較小，相對濕度最高值一般出現在降水后，降水前相對濕度逐漸上升，降水后相對濕度上升到最高，而后逐漸下降直至處于平穩波動狀態。

從圖版28可以看出，第6窟和第35窟在降水日相對濕度仍然比較高，而第22窟相對則比較低。相對濕度仍呈現出在降水前逐漸上升，降水后達到最高值，之后緩慢下降直至逐漸趨于平穩的狀態第6窟在集中降水后，實施了洞窟開關門的通風措施，因此，集中日降水后，6窟相對濕度上下波動比較大，而第35窟和第22窟的相對濕度則保持相對穩定。

2.5洞窟微環境隨外界大環境的變化特征

通過以上監測結果分析可知，由于洞窟位置、大小不同，窟內微環境隨外界大環境呈以下變化特征：

(1)洞窟內微環境平均溫度的變化趨勢與窟區大環境的變化趨勢相同，12月～2月溫度降低，6月～8月溫度升高，洞窟內月溫度極值出現之后，而且延續時間一般比窟區長1～2個月(圖版21)。溫度變化還具有一定的季節性，窟內溫度夏天比窟區低、冬天比窟區高，但窟區溫差比較大，洞窟內則比較小，大型洞窟比小型洞窟全年平均溫度低(第22窟>第35窟>第6窟)，但溫差大(第6窟>第35窟>第22窟)。

(2)窟內相對濕度受外界環境變化(降水)、洞窟滲水和榆林河水的影響。位于二層的第22窟相對濕度隨外界環境變化的上下波動比較小，而位于一層大型的第6窟和二層距榆林河較近的第35窟滲水情況比較嚴重，故相對濕度的波動也比較明顯(相對濕度最高值和年均值第35窟>第6窟>第22窟)。

(3)洞窟內露點溫度均小于外界環境露點溫度，洞窟內結露的可能性較小，空氣比較干燥，相對而言，第22窟內空氣比第6窟、第35窟干燥。

(4)外界大環境的強降水主要集中在5月～7月，較大程度影響了窟內的相對濕度和露點溫度，使其驟然升高，最高值一般出現在降水前后?？邇认鄬穸入S降水的日變化幅度較大，時變化幅度較小?？邊^在集中降水后，時變化波動比較大?？邊^和窟內相對濕度共同的規律是，降水前呈上升趨勢，降水后呈下降趨勢。

三壁畫病害影響分析及防范建議

3.1洞窟微環境變化對壁畫病害影響分析

根據實地調查研究，第6窟存在的主要病害類型為龜裂起甲、滲水，第22窟病害主要為起甲，第35窟的主要病害類型是滲水、起甲脫落、酥堿和掉石子。洞窟微環境的變化對壁畫的病害產生了一定的影響：

(1)第6窟由于體積較大，年均溫度低，溫差大，相對濕度受外界環境影響較大，發生龜裂的壁畫繼而易出現起甲。滲水也比較嚴重，天氣晴朗時，窟內巖層滲水顏色變淡，遇到降水天氣時則顏色發黑(加深)，周圍伴有大量的泛白并有泥層脫落。

(2)第22窟平均溫度高，溫差小，相對濕度和受降雨影響程度也較小，因此，洞窟內壁畫主要是起甲現象，未出現嚴重脫落。

(3)相對而言，距離榆林河較近的第35窟，相對濕度受降水影響最大，露點溫度和外界相差最小。因此，洞窟內壁畫易出現起甲脫落和酥堿病害；由于滲水較嚴重，還會出現掉石子的現象。

3.2防范病害建議

根據洞窟微環境隨外界大環境變化的規律和壁畫病害受微環境變化影響的成因，從環境學角度出發，建議采取以下防范病害措施：

(1)第6窟和第35窟窟頂進行防滲處理，鋪設防滲層和排水渠，降低酥堿、起甲脫落病害的發生速率。

(2)洞窟月平均最低溫度出現在窟區之后，而且持續時間一般較窟區長約1個月。因此，為了避免壁畫有機顏料和膠結材料進一步老化，建議在1月～3月，當洞窟內溫度出現較大波動時，視情況適當通風或關閉洞窟門。

(3)降水使洞窟內相對濕度明顯增大，而且持續時間比集中降水的時間長。因此，為了降低相對濕度增大對壁畫的鹽害，建議在4月～9月，集中降水后(窟內相對濕度>窟區相對濕度時)，加強洞窟日常維護，進行適當通風，以保持窟內空氣干燥，尤其是第35窟和第6窟。