广东地区恐龙化石的保存现状

刘晓清

广东地区恐龙化石的保存现状

刘晓清

本文通过对广东河源、南雄恐龙化石保存现状的调研，利用科学分析手段对恐龙化石进行成分、结构和物理参数分析，以期为潮湿环境下恐龙化石的病害研究和保护修复提供相关的基础数据。

恐龙化石 文物本体 物理化学性能

一、 引 言

中国的恐龙化石资源非常丰富。二十世纪，古生物学家相继发现了云南、四川、内蒙、新疆、甘肃、广东、湖北及河南等恐龙化石产地1。近几年，几乎每年都有许多新的恐龙化石地点、新的恐龙属种被发现、报道。据董枝明2先生统计，截至2006年底，中国已记述的恐龙总计有129属、164种，中国恐龙研究走在世界前沿。

广东省内恐龙化石资源丰富，1963至1965年，古生物学家杨钟键、张玉萍先后两次在粤北南雄发现首窝恐龙蛋及蜥脚类恐龙棒状牙齿3。广东省内的90余个晚白垩世沉积红层盆地，已在10个盆地中发掘出320余窝近4000枚恐龙蛋，恐龙骨骼亦见5科4个属种。分布于粤北南雄盆地，粤中珠江三角洲盆地(含三水、东莞、新会)，惠州盆地，粤东北河源、兴宁、白渡盆地，粤西茂名、罗定盆地等十处，其中河源自1996年3月出土第一窝恐龙蛋化石以来，到目前为止，已挖掘出各类恐龙蛋化石近1.6万枚、恐龙骨骼化石8具、恐龙足迹化石200多个4。

本文通过对广东河源、南雄恐龙化石保存现状的调研，利用科学分析手段对恐龙化石进行成分、结构和物理参数分析，为潮湿环境下恐龙化石的病害研究和保护修复提供相关的基础数据。

二、保存环境调研

选取广东地区两大恐龙主题博物馆：南雄恐龙博物馆、河源恐龙博物馆，分别对其保存恐龙化石的展厅及库房进行环境的光照度及紫外线状况进行调研。结果见表1。

图1 恐龙化石的光照度测试过程

表1 恐龙化石保存环境状况

博物馆环境温度、相对湿度、光线辐射等对文物安全保存尤为重要，古生物化石类适宜保存温度为20℃，相对湿度40-50%，光照度≤300勒克斯5。调查发现，南雄恐龙博物馆、河源恐龙博物馆恐龙化石的整体保存环境较为稳定，部分恐龙化石霉菌痕迹为入库前所致；其中河源恐龙博物馆测试时间为2015年8月28日，湿度70%，展厅温度30℃，整体湿度较大。通过对表1中紫外和光照度分析可知，河源恐龙博物馆紫外线含量较低，但光照度有两个区域超标，南雄恐龙博物馆的紫外线较高，尤其展厅使用的紫外灯管处，紫外线及光照度均超标，展示光源有待改善。其中河源恐龙博物馆展厅3位点和展厅2位点为同一位置，唯一区别在于位点3藏品与光源间隔一个展柜玻璃，说明普通玻璃对于紫外线的阻断作用较大，在保存恐龙化石藏品过程中，有条件的话尽量采用玻璃与光源隔离。

图2 河源恐龙化石保存状况

图3 恐龙蛋保存状况

图4 河源恐龙化石显微结构图

图5 南雄恐龙化石显微结构图

（一）文物本体保存状况及显微结构

由于在地下埋藏年数太久，受地下水、泥土等不断侵蚀，很多恐龙化石呈外部完整、内部泥化疏解状态，部分骨骼表面疏松，骨釉质表面存在裂隙、霉变、骨头散落缺失、土锈、尘土污染严重等现象，见图2、图4，但出土的恐龙化石大部分随着原生土壤一起出土，较为稳定的保留下来。另外，恐龙蛋因其孔隙率较小的壳包裹，受土壤、水等干扰较少，保存较为完好，见图3；恐龙牙齿化石牙釉质较为密实，相比南雄新城区晚白垩纪恐龙脊椎化石和恐龙肋骨化石裂缝硬度较大，保存较好，见图5（3）。

（二） 物理化学性能

图6 恐龙化石（河源）的红外谱图

图7 恐龙化石XRD图

取位于河源、南雄恐龙化石、恐龙蛋壳、恐龙蛋内部具代表性的试样，并进行孔隙率及化学结构测试。孔隙率测试6结果见表2。溶液的离子浓度采用戴安ICS-5000测试，结果见表3。样品的红外光谱测定采用德国Bruker V70型红外光谱仪，结果见表4。样品物象和结构分析采用 Axios-Pw4400 X射线荧光光谱仪、STA449-F3同步热分析仪、德国Bruker D8 Advance X射线衍射仪测试，实验条件：铜靶，入射线波长0.15418纳米，Ni滤波片，管压40KV，管流40mA，扫描范围：5-80°，扫描步长0.02度，扫描速度19.2秒/步。

由表2恐龙化石及恐龙蛋的孔隙率可知，恐龙化石和恐龙蛋内部孔隙率较高，为20.6～10.1%，而恐龙蛋壳由于其结构较为密实，且风化较少，孔隙率较小，为1.03～5.37%。样品经10ml蒸馏水浸泡，放置24 h后过滤，测试其pH值为7.13-8.07，并与蒸馏水对比偏碱性，这有利于恐龙化石的保存。另外离子色谱结果，见表3，河源和南雄地区的阴离子大都为F-、大都为土壤中所含离子，其中河源3#样品为恐龙化石样品，所含Cl-较其他样品偏高，这也与其孔隙率大易被盐溶液侵蚀有关。

图8 南雄恐龙蛋壳元素面分布图

表4的红外光谱显示恐龙化石主要由磷酸盐、碳酸盐及石英组成，内部有机成分几乎消失殆尽，说明其蛋白含量极yyyy低。图7分别为南雄、河源恐龙化石的XRD图像，XRD图结果显示为无机和氟磷灰石(Ca5(PO4)3F)，HA是自然骨中主要的无机矿物成分，能够与骨组织形成生物键合。在骨质中占60%，它是一种长度为20-40 nm、厚度为1.5-3nm的针状结晶，其周围规则地排列着骨胶纤维，晶体为六方晶系，其结构上为碱性官能团，耐酸性较差，易受到酸性土壤或酸雨的腐蚀而产生风化。其中，HA的主要作用是赋予骨硬度和刚度，而纤维蛋白则是赋予骨弹性和韧性6。

由表5中恐龙化石特征及主要化学元素数据可知，恐龙化石元素含量分别为Ca、P、Si、O，初步推断主要成分可能为Ca10(PO4)5(OH)2，Si、Al、Fe均为微量，推测为周边土壤中所引入，能谱数据再次证实恐龙化石主要产物为HA，与X-衍射分析结果一致，所含主要元素均为Ca、P、O。我们粗略的把N元素的含量一般近似代表有机物质的含量，因N元素在骨质文物中一般以氨基酸的形式存在于有机物质中，表明恐龙化石在经历长年的风化之后其有机物质流失殆尽。另外对南雄恐龙蛋化石进行面扫描元素分析，结果见图8，可知与XRF、XRD数据一致。

三、结论与分析

以上，我们对广东地区典型恐龙化石的成分及基础物理指标、环境保存温湿度等进行了分析与检测，下文将通过以上数据分析其病害产生的原因。

第一，从组成上分析，由恐龙化石特征及主要化学元素数据可知，恐龙化石元素含量分别为Ca、P、Si、O，初步推断主要成分可能为Ca10(PO4)5(OH)2，为六方晶系，属L6PC对称型，晶胞参数为a=b=9.43-9.48×10-10m， c=6.88-6.86×10-10m。基本物理化学性质：理论密度3.16g/cm3，折射率为1.6-1.65；微溶于水，呈弱碱性（pH=7-9）；易溶于酸而难溶于碱；离子交换能力强，Ca2+很容易被Cd2+、Hg2+等有害离子和Sr2+、Ba2+、Pb2+等重金属离子置换。OH-也常被、F-、Cl-置换，并且置换速度非常快，还可以与含羟基（-COOH）的氨基酸、蛋白质、有机酸等反应。

河源和南雄地区的阴离子大都为F-、Cl-大都为土壤中所含离子，其中Cl-较其他样品偏高。可溶盐在水的作用下，在土体内迁移运动，根据条件不同，可迁移到骨质文物表面结晶，造成骨表面结构的破坏以及外观的改变；也可在骨骼内部富集结晶，造成空鼓、开裂、表层脱落，且结晶盐随温度的干湿交变等作用使得yyy其重结晶、溶解等作用反复进行，导致骨质文物形变从而出现开裂等病害。

第二，从微观结构分析，骨釉质表面存在裂隙、霉变、骨头散落缺失、土锈、尘土污染严重等现象，降尘中主要含矿物颗粒、工业粉尘、孢粉、霉菌等，其破坏在于骨质文物表面，改变其外观、带来可溶盐、带来霉菌，增加机械损害的机会。其中霉菌的生长会改变骨质文物的面貌，产生一些具有破坏作用的酸碱分泌物，与骨质文物的羟基磷灰石反应并破坏其结构。而骨质文物在展示过程中仍旧会与表面湿度较好的土壤接触，这势必带来霉菌滋生的机会，加之很多展柜通风条件较差，湿度较大的条件下难以避免霉菌滋生。

第三，从埋藏环境分析，恐龙化石埋藏的周边土壤的成分包括各种矿物（如石英、高岭土、长石、蒙脱石、绿泥石）和有机质等。土壤是由这些成分经过无机、有机物的作用形成的，由大小不同的颗粒组成复杂的多层次结构，这种结构易受外界因素的影响。在吸水潮湿或受热时，各种矿物微观膨胀程度不同，产生应力，容易造成结构的破坏，尤其是蒙脱石对环境因素比较敏感，潮湿或有水时，很容易吸水膨胀。土的胶结物（如可溶盐）及有机物在水作用下溶解，造成土壤结构的破坏，从而使恐龙化石的埋藏条件恶化。土壤的酸性是造成恐龙化石病害的致命因素，酸性物质可直接与骨的主要组成份反应，迫使其中的胶原蛋白水解为糖类物质，与羟基磷灰石溶解为可溶性盐，并随着水分的作用最终降解，所测恐龙化石浸泡水溶液pH值为7.13-8.07，利于保存。

第四，从所处环境分析，广东地区恐龙化石处于高温高湿的环境，而温度的波动会改变骨骼的化学环境从而加速其风化，这些变化产生的骨质的胀缩应力，必然导致其稳定性下降，具体表现为开裂、脱落等。骨质文物埋藏于土壤中，其间的水会削弱骨中无机物与有机物之间的连接，同时由于连接的减弱，更多的水被吸收进来，最终造成连接断裂，而且这一过程会以同样的模式循环持续。水分的作用有以下几个方面：水在土壤毛细管内的迁移运动，产生毛细压力，对管壁产生破坏；地下水的毛细上升造成可溶盐向表面的迁移与富集；水可以造成黏土颗粒的膨胀影响骨质文物机械强度的降低；水分可以溶解土壤微粒中的粘结物质，从而导致土壤崩解，间接导致骨质文物的不均匀受力，最终产生裂缝；霉菌在含水高的土遗址上容易滋生，导致与土壤密切相连的骨质文物也遭受微生物的病害侵袭。

另外，调研中发现恐龙化石博物馆中紫外线及光照度部分超标，需要更换光源，以便为恐龙化石的保存与展示提供更好的预防性保护。

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2017-6-5

刘晓清，女，内蒙包头人，任职于广东省博物馆，主要研究方向为文物保护。