地球环境所观测到敦煌壁画表面水盐运移风化证据

       盐蚀病害是丝绸之路沿线干旱区石窟寺群等文化遗产壁画面临的主要威胁。敦煌莫高窟从开凿至今历经1600多年，窟内壁画赋存于半开放的环境系统中。在环境和人为因素的共同作用下，莫高窟壁画现存主要病害类型包括空鼓、起甲和酥碱等，均与盐蚀作用密切相关。然而，由于洞窟开凿年代跨度大、壁画的赋存地质结构和制作工艺存在差异，尚未确定导致风化的水迁移路线，无法制定有效的保护措施。此前针对病害分布、基岩结构、水文记录开展的众多项研究则提供了两种推论。一种推论强调了区域地质和水文学的重要性，提出了岩石内存在液态水和水蒸气的水平运动；另一种推论则认为潮湿的外部空气的渗透是环境导致恶化的主要途径。在此争论存在之下，水或水分在盐迁移中的确切作用亦尚不清晰。

中国科学院地球环境研究所采用扫描电子显微镜和能谱微区分析技术，观测到气溶胶、降尘中的酸性和可溶盐颗粒物对文物存在酸蚀和盐蚀威胁，并通过对盐析病害的微区分析，明确洞窟内水盐运移和盐蚀风化的机理（图1）。观测实验中，该研究分析了在敦煌莫高窟数个洞窟内收集的93727个单个颗粒的形貌和元素组成（进而推断其矿物组成），获得了壁画表面盐析病害样品中不同盐类粒子的垂直分布规律，尤其是氯盐（图2）和硫酸盐在风化产物主导盐类型及其微观形态的垂向分布观测证据，显示了壁画和地仗层中地下水或地表水沿毛细管上升是可能的水盐运移通道，盐类晶体的生成是水盐运移与窟内微环境波动的共同结果，盐的迁移通过毛细管上升和随后的晶体生长在环境条件下施加足够的压力使表面衰减，导致文物表面微区出现裂隙、酥化以致粉屑剥落。因此，阻断多孔结构下的水毛细上升应是干旱区，特别是丝绸之路沿线遗产地防止古代壁画快速劣化的有效途径。

本研究从微观角度对干旱环境中的水盐运移和文物劣化机制的认知，可为制定广泛的管理策略和保护措施提供支撑。相关研究成果发表在Science of The Total Environment上。

消息来源：中国科学院官网