石质文物生物风化机理及其防治对策探究

阿拉腾乌拉

摘 要：石质文物因为暴露在自然界受到各种自然力的破坏，这种破坏是生物风化、物理风化和化学风化共同作用的结果。本文在前人的基础上对石质文物的生物风化问题再做探讨，首先表述了相关的概念，其次论述了文物生物风化机理，最后提出了相关的防治策略。

关键词：石质文物；生物；风化机理；防治

我国是几千年的文明古国，石质文物资源十分丰富。由于石质文物长期暴露在自然界中，受到各种自然因素的侵害，这其中就包括生物因素，近年来，石质文物的生物风化问题越来越严重，引起了专家学者们的普遍关注。

一、相关概念表述

1）石质文物。石质文物，顾名思义，是用自然界的石头（如花岗岩、砂质岩、砾岩、石英、长石、云母、大理石等）作为原料加工而成的文物，包括艺术类文物、建筑类文物和生活类文物。石质艺术类文物展现了古代人类社会的政治、经济和文化的方方面面，将自然与人们当时的社会生活和风俗人情有机结合起来，因此形成了各种各样的艺术类文物，有石雕、石刻、石碑、石窟、摩崖造像等等。石质建筑类文物不仅仅指石质建筑物，如石桥、石塔、石城，而且还包含建筑物内部的艺术品，像石质建筑物中的石牌坊、石陵墓、石桥、石塔、石墙、石洞、石棚、石殿、石阙、石地板、石台级、石墙基、石柱、石雕、石碑、石刻、石栏杆等都属于建筑类文物。石质生活类文物，主要包括人们在当时所用的石质劳动工具和生活用品。石质工具出现的年代较早，像石刀、石斧、石磨和石碾；而石盆、石碗、石镯、石头枕之类属于当时人们的生活用品。2）侵蚀石质文物的生物。通常来讲，对石质文物造成侵蚀的生物有很多种类，从低级到高级，包括微生物、大型植物和动物。经过专家的研究发现，能够侵蚀石质文物的微生物有藻类、真菌、地衣和细菌。一旦确定了微生物的种类，将给人们防治石质文物的风化带来很大的便利。

二、石质文物生物风化机理

1）藻类的风化机理。藻类在大自然中分布很广，它的根、茎、叶并没有分离出来，属于原生生物界一类原核或真核生物。藻类对生长环境的要求很低，潮濕温暖环境里一般都有它们的身影，像水中、砖瓦缝、石头上、树干上都有分布。藻类比较好辨认，颜色主要是青绿色，还有一些呈灰色、黑色、黄色、紫色和红色，片状结构，厚薄不一。周边环境干燥、光线好，藻类比较薄；反之，在黑暗潮湿的环境里生长的藻类就比较厚比较黏。藻类的存在虽然仅仅只是破坏了石质文物的外观，但却给苔藓、地衣和其他植物等生长提供了条件。藻类加快了石质文物的物理风化和化学风化，使岩石表面形成一个一个的孔隙，岩石表层的材质也变得疏松，这是因为它们产生的代谢物中存在有机的酸类，这些酸类物质破坏性极强，分解石质材料使石材的水溶解性增加，也加快了盐类的迁移速度，使石质文物表面呈粉末状。我国在文物保护领域对藻类的研究比较有限，主要进行的工作是鉴定生物病害以及挑选清洗、防治材料。清洗材料和防治材料大部分是有机材料，比较适合针对藻类生物的侵蚀影响，杀灭效果较好。

2）真菌的风化机理。真菌没有叶绿素，是异养菌有机体，不能通过阳光制造营养，大都是管状菌丝构成的菌丝体，只有一小部分是单细胞生物。石质文物表面有一些残留的物质，这些物质可以为真菌提供生长所需要的营养，等到真菌成活后，就给文物带来物理侵蚀和化学侵蚀。不同类型的真菌可以分泌出不同的酸，从而将石质文物表面的钙离子、镁离子和铁离子分离出来，腐蚀石材。比如纤维状真菌分泌的草酸和柠檬酸加速了石灰岩、大理石和花岗岩的风化。

3）地衣的风化机理。地衣是一种共生体，属于原始低等生物，有真菌和藻类结合而成，无根、茎、叶的分化，形状为壳状、叶状和枝状，以孢子的形式繁衍后代，在地球上存在的时间很长。地衣生长比较广泛，喜欢干旱、低温的生长环境，在高山、极地可存活很长时间，在泥土、树木和岩石上也能生存。石质文物上生长的地衣有贴在石质文物表面的，也有长在岩石缝隙里的。地衣侵蚀石质文物，有其物理方式和化学方式。最开始地衣采用的是物理方式，菌丝的生长穿透了石质文物的气孔，扩大了以往的缝隙和裂隙，破坏了岩石表层，导致石材表面的矿物质脱落分离，尤其是多孔的石灰质石材更容易受到地衣的侵蚀。紧接着，地衣在生长繁殖过程中代谢出可溶性有机酸，加快了石质文物的腐蚀。

4）细菌的风化机理。细菌的数量比较多，主要依靠自营及异养的营养方式。当石质文物表面有水时，细菌繁殖的速度就特别快，但只有细菌使石质文物产生变化时我们才得以发现。一般来讲，硫氧化细菌、硝化细菌、藻青菌和异养细菌等细菌种群对石材的破坏比较大。硫氧化细菌分泌的酸性物质可以将土壤中的硫离子氧化成硫磺酸，硫磺酸与石质文物产生化学反应形成碳酸钙，遇到雨水冲刷，会给石材产生极大的压力。自养硝化细菌可以将氨氧化成亚硝酸盐和硝酸盐，形成含氮的酸，将石材溶解成可溶性硝酸盐。其他自养细菌可以氧化铁、锰等的矿物质，分离石材中的阳离子，使表面变色。异养细菌通过分泌酸分离石材中的钙、铁、锰等物质，从而侵蚀石质文物。藻青菌会在石材表面形成有色的微生物膜，破坏石质文物的外观，溶解石材基层矿物质，吸附空气中的灰尘、花粉、油脂等产生硬壳，有时还会给石材造成点状腐蚀。放射菌类一般是和真菌、海藻、硝化细菌一起出现的，可以分解碳酸盐和硅酸盐与金属离子结合，使矿物溶解。

三、防治策略

目前，对于石质文物的生物病害清除方法，有物理方法，也有化学方法。所谓物理清除法，是指利用紫外线、蒸汽和激光等方式清除，其中激光清除的安全系数高，又不存在什么污染，比如疝灯激光就被用于石雕表面地衣的清除。而化学清除，就是直接运用化学杀菌剂除去生物本身。在采用这两种清除方法时，一定要注意保护好文物的完整，将对文物的人为破坏降到最低。杀菌剂对生物侵蚀的预防有一定的作用，但是生物本身具有抗药性，杀菌剂并不能长期有效，而且还带来一些副作用，比如这些化学制剂残留在文物表面，容易给石质文物带来新的腐蚀问题。经学者研究发现，如果能够有效控制石质文物周围环境的湿度，保持石材表面的干燥，对阻止生物的生长繁殖产生积极的影响，这样也可以起到预防生物病害的作用。

综上所述，生物对石质文物的侵蚀，不仅影响了文物的外观和结构，也毁坏了文物表面的诸如文字、雕刻方面的历史信息，还腐蚀了石材本身，因此，研究其防治对策有着深远的意义。

参考文献：

[1] 裴玲玲.露天石质文物的风化和加固保护技术探讨[J].黑龙江史志，2015（13）.

[2] 刘彦琪.挽救石质文物[J].百科知识，2012（21）.