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我國科學家探索新方法為石質文物提供全方位保護

來源:不詳       更新時間:2014-04-28 11:40:44
 

  

我國科學家探索新方法為石質文物提供全方位保護

      云岡石窟20窟

  又一個雨天,山西省文物局總工程師黃繼忠的心又飄到了云岡石窟——飽受風化之苦的石窟最怕雨水。山西大同年平均降水量遠遠低于全國水平,但對這座開鑿于1500年前的砂巖質石窟而言,一場小雨也會帶來損失。

  黃繼忠曾和同事們在雨季做過統計,一個月降水量110毫米的情況下,云岡石窟五華洞前的一根立柱就會脫落砂粒達1.6公斤。第9窟、10窟和12窟前列柱越來越細,而許多洞窟外壁雕刻已蕩然無存。云岡石窟保存的51000尊大小石佛也遭受著不同程度的風化。風化嚴重的石像表面,如同一張酥餅,手指輕輕一觸,就像酥餅皮一樣脫落。

  “國內很多石雕、石窟等石質文物都面臨著這樣的危險,如果不有效保護,多年以后,許多古人留下的藝術精品可能就會消失。”黃繼忠告訴科技日報記者。為了將新技術用于石質文物保護,科技部2009年在支撐計劃中專門安排了“石質文物保護關鍵技術研究”項目。

  作為課題的發起人之一,黃繼忠和他的合作者們希望通過細致的科學研究,探索出新方法新途徑,來阻擋石質文物消失的腳步。

  著眼于“防患未然”

  石質文物(包括石窟寺、石雕像、摩崖石刻和碑刻等形式)在我國歷史文化遺產中占有極其重要的地位,具有歷史久、分布廣、價值高的特點,石窟寺就是其中的典型代表,我國著名的四大石窟——敦煌石窟、云岡石窟、龍門石窟、大足石窟,均列入世界文化遺產名錄。

  據統計,我國的石窟、摩崖造像中,僅國家級重點文物保護單位就多達30多處,省級保護單位94處。這類文物普遍存在水患、結構失穩、表面風化與污染等問題。

  因為其歷史意義和藝術價值,石質文物的保護一直受到社會各界關注。經常能在媒體上看到這樣的報道:“天壇石質文物面臨風化”“承德避暑山莊石質風化嚴重”……

  上世紀60年代,原國家科委就曾針對全國石質文物普遍存在的問題,組織過大規模研究。“當時的研究是‘救命’的。”黃繼忠告訴記者,當時“搶救性保護”還無法關注到風化等細節性問題,而是著力解決防止倒塌等穩定性問題,采用了支護、擋墻等多種方式。

  “新世紀的研究則更關注環境對石窟的損害,風化、穩定性研究等都著眼于防患于未然。”黃繼忠說。因為石窟寺是我國石質文物的代表,其保護技術也是石質文物保護技術中最為復雜和綜合性最強的,涉及保護技術各個層面。因此該研究項目將云岡石窟為代表的石窟寺保護技術列為主要研究對象。

  2009年開始實施的支撐計劃,以石質文物保護關鍵點和技術難點為研究對象,希望建立適合我國石窟寺類不可移動文物保護的病害無損分析評估體系、石窟穩定性評價及水害探查技術體系,保護關鍵技術體系,從而對我國石質文物保護工作產生推動作用。

  全方位的科技保護

  云岡石窟現場,幾塊有裂隙的巖壁上整整齊齊地布上了探頭、導線,工作人員則在不遠處的儀器上觀察探頭傳回的超聲數據。這些有裂隙的巖壁正在接受“B超檢查”,看看病害情況到底如何。

  這樣的無損檢測方法是石質文物保護研究的一項重要內容。“要保護首先要了解文物病害,但一直以來,我們缺乏對石窟現狀的深入了解及對病害的科學有效認知。”中國文化遺產研究院高峰研究員說。

  與普通的巖體不同,石窟巖體是雕有文物的特殊地質體,這就決定了其現狀的探查技術與普通的地質巖體探查技術不同,更多地需要用無損及微損的技術解決。高峰負責的子課題正是“無損或微損檢測技術在石窟保護中的應用研究”。他介紹說,無損檢測技術在檢測石質文物的風化程度、評價風化石雕加固效果、探測裂隙分布和裂縫灌漿深度等方面具有其他方法不可比擬的優勢。他的團隊在課題研究中探索了高光譜、核磁共振、遠紅外、超聲波等多種無損或微損技術用于石質文物病害檢測的方法和體系。

  各種來源的水是引起石窟雕刻風化最直接也是最根本的因素之一,要解決石窟雕刻繼續風化的根本出路是準確探測石窟內部水分來源的通道,為石窟治水提供可靠的科學依據。黃繼忠負責的子課題“石窟水分來源綜合探查技術研究”正是要研究這一水源問題。

  據黃繼忠介紹,對云岡石窟產生影響的水以4種形式出現:雨水沖刷、頂部或北壁滲水、毛細水、凝結水。“我們的目標是準確探測石窟內部水分的進入通道、活動形式、水量以及鹽分的作用,為石窟水患治理提供科學依據。”

  此外,其他4個子課題分別是:石窟巖體穩定性分析研究、石窟危巖體治理關鍵技術研究、石窟文物表面有害污物清除技術研究,以及石質文物防風化保護和施工工藝研究。6個子課題各自獨立,但又是一個整體,涉及石質文物保護的方方面面,科研人員們希望能為我國石質文物提供全方位的科技保護。

  研究初現成效

  2011年11月22日,四川綿陽碧水寺,幾位國內知名的文物保護專家來到這里,現場觀看我國首臺石質文物激光清洗機的“本事”。

  大殿外矗立著兩尊石虎,由于長年裸露在戶外,遍體是青色的苔蘚和黑色的污垢。但在一尊石虎的背上,卻有一部分顯露出砂巖本身的“顏面”,吸引了專家們的視線。“這就是用激光清洗過的。”中國工程物理研究院激光聚變研究中心工程光學部主任袁曉東介紹。

  隨著科研人員們兩年多不懈努力,石質文物保護項目各課題組的成果逐漸浮出水面,有的已經開始用于石質文物的保護,激光清洗技術便是其中之一。科研人員開發出了具有自主知識產權的國內首臺石質文物激光清洗機,并針對不同污物建立了清洗的規程和標準。

  袁曉東介紹說,激光是定向光源,一點能量就能升高污染物溫度,使污染物瞬間從文物表面剝離,從而實現對文物的清洗,并不會對文物造成損害。在設計中,研究人員還突出了在線監測和光束指示功能,能通過電腦實時監控。

  對風化文物加固保護之前,必須對石質文物表面的污染物進行清除,但我國石質表面有害污染物的分析和除去手段方法一直比較落后,一般采用常規清除手段,如機械法和化學法。西安文物保護修復中心齊揚研究員負責的子課題“石窟文物表面有害污物清除技術研究”正是要解決這一問題。兩年多時間,他的課題組對蒸汽噴射清洗、粒子噴射清洗、激光清洗等新技術用于石質文物的方法、標準進行了探索,初現成效。

  在今年3月初進行的項目中期評估會上,各課題組將成果進行了交流。無損探測課題組建立基于超聲波CT、探針、高密度電阻率成像和電阻率微測深技術等多項技術手段的綜合探測技術(含操作規程)。水源探測課題組初步形成了一套基于地球物理勘探、水文地質勘查等技術的石窟滲水來源、凝結水的綜合探查技術,研發了一套石窟水分探查新裝置,該凝結水測量裝置已在世界文化遺產龍門石窟、大足石刻凝結水等研究中得到應用。穩定性分析課題組則建立基于多場耦合理論、有限差分法等的石窟巖體穩定性預測與評估的技術和方法,包括對歷史工程巖體穩定性評估,石窟巖體安全穩定影響因素綜合評估的數學模型……

  每一點進步都在為千年石窟的保護爭取時間,“希望我們的研究能讓石質文物的保護更科學、更有效”。黃繼忠說。

  來源:科學網

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