环境监测与壁画保护——莫高窟的洞窟环境特征

　　莫高窟的崖体高约30m左右，洞窟开凿在不同高度的崖面上，窟型和大小也不相同，都有其各自的环境特征。因此，受洞窟小环境的影响，壁画病害的类型和严重程度也不相同。
　　下文将以53、194窟为代表，分析其环境特征和病害形成的原因。
　　53窟位于莫高窟中段的下层，是一个较大型洞窟。洞窟始建于中唐，五代重修。洞窟四壁下部壁画地仗和颜料层同时酥碱，对壁画破坏非常严重。
　　194窟是位于莫高窟南区最上层的小型洞窟。洞窟始建于中唐，晚唐重修。洞内壁画的上部是疱疹状酥碱，严重损坏画面。53窟和194窟的环境监测和保护研究工作是敦煌研究院与日本东京文化财研究所合作进行的。
　　(一)环境监测及监测方法
　　1.环境监测
　　监测是在位于莫高窟窟区南端最上部(第三层)的194窟和北端最下部(第一层)的53窟进行的。194窟的大小为3.6m见方，高约3.3m，属莫高窟小型洞窟，入口右侧开一小窟为195窟。53窟是大型洞窟，长、宽、高(藻井井心处)均约6.5m，北壁开有一小洞(469窟)。为了推测469窟开封前的窟内环境，我们用塑料布和绒毯封闭后进行测定。
　　最初，在194窟主室、前室、入口门上(外气)以及195窟4个点测定温、湿度。53窟在主室、入口门上(外气)以及469窟3个点进行了温、湿度的测定。另外，在两个窟的门上进行了日照强度的测定，在194窟还测定窟内、外的风速。
　　后来，为了调查窟内的温、湿度的分布状况，在洞窟藻井、窟内中部、地面3处以及北壁1处增加了测定位置和监测点。1991年5月开始，在194窟的藻井和53窟地面钻孔并封入温、湿度探头，对地下温、湿度进行测定。
　　2.监测方法
　　温度的测定是用PT100Ω(白金测温抵抗体)，相对湿度的测定是用高分子薄膜型湿度计，窟外风速的测定用风车型自记风速计，窟内风速的测定用热线式微风计，光通量的测定用电气式直达日照计(MS-100，英弘精机)。
　　测定间隔，1989年9月～1991年5月，每2h记录一次(12次／日)。从1991年5月开始，每1h记录一次(24次／日)。
　　测定数据记录在数据记录仪(LT2001型，1991年5月后使用LS-3000PtV型，白山工业)。测定值的读取每半年利用便携式计算机(PC9801 note，NEC)，在现场将数据记录于磁盘中，带回东京文化财研究所进行分析。
　　3.结果
　　测定值计算为一天的平均值、最高值、最低值，再利用该值算出月平均值和年平均值。194窟由于日照的影响，使得一天中窟外气温比实际测得要高。利用没有日光直射的53窟门上所测定的空气的温度、湿度值作为外界空气的温度、湿度值。3年的监测结果如表7-10至表7-12所示。每年的记录没有大的差别，将1990年的记录值作图，如图7-4～图7-9所示。
　　(二)结果分析
　　1.温度
　　从测定结果看，窟内的温度和外气相比，年变化的幅度小(图7-4、7-6；表7-10～表7-12)。
　　关于日变化，窟外空气的年平均日较差约8℃，在194窟前室约2℃，194窟、195窟、53窟均为约1℃。特别是封住入口的469窟气温的日较差几乎没有变化，相当稳定。
　　对194窟的日较差季节性变化进行调查，秋天到冬天窟顶的月平均日较差在1℃以下(图7-8)，洞窟底部不大于2.5℃(图7-9)，53窟温度的变化基本相似于194窟。从194窟接近地面对风速测定结果看，秋冬两季的风速大于春夏季的风速。这种现象是由于秋冬两季外界的冷空气通过地面进入到洞窟所致。
　　在秋季的9、10月，在194窟测得窟内温度高于窟外气温，出现这种反常现象的原因(图7-8、7-9)是由于外界暖空气从风蚀穿透的窟顶(已做了临时性的椽木棚顶)进入窟内，受洞窟上部气温影响的结果。
　　考虑以上的监测结果，窟内温度的变化比较缓慢，空气的流动存在季节性，这就促进了墙内的水分蒸发，这与下述引起盐类风化的原因很可能有关。
　　2.湿度
　　53窟内空气的湿度，日变化与窟外空气相比变化较小，年变化几乎没有，封住入口的469窟内的湿度的年变化幅度也是一样，同外界空气的变化大体相同(图7-7)。6～7月窟内的湿度比窟外空气要高，这是由于处于降水季节，没有考虑到雨水或地下水的影响。
　　1991年5～10月监测了约半年，表7-10～表7-12是194窟藻井和53窟地面钻孔中的温、湿度测定值，洞窟内的湿度在30％左右。墙壁内部和地表下部的湿度都常常在75％左右，受沙漠地带气候的影响很大。194窟是受到藻井裂隙渗透雨水的影响，而53窟则受到地下水的影响。
　　在日本，摩崖造像和装饰古坟等地，岩体及墙体中潮湿的空气外移挥发时，将岩体及墙体中的可溶盐带到岩面和墙面聚积。这些可溶盐随环境的温湿度反复变化过程，也反复溶解膨胀—结晶收缩，导致石雕造像和壁面酥碱，对文物造成很大破坏。莫高窟处于干燥地带，地表下和岩体中的相对湿度一般都要比空气中的相对湿度大50％左右，而且处于壁画下部岩体中也含有大量的可溶盐，因此，很容易造成壁画的酥碱。
　　从所调查的壁画来看，在194窟由于食盐(NaCl)的析出而引起壁画呈疱疹状酥碱(或斑点状)脱落(图7-10)。53窟由于另一种可溶盐硫酸钠(Na2SO4)的析出而呈片状酥碱脱落。但都是可溶盐在水的作用下，所产生的酥碱病害对壁画造成的危害。特别是194窟窟顶藻井脱落后，敷抹在窟顶岩面上的一层不透水气的石灰泥，导致岩体中水都从壁画表面外移挥发，结果使可溶盐运移到壁画表面聚集，对壁画造成更严重的破坏(图7-11)。
　　(三)结论
　　通过对敦煌莫高窟第194窟和53窟的温度、湿度、风速、日照等的测定，结合考察壁画的微气象环境，其结果，温度的日变化、年变化都是窟内比较稳定，温度的季节性变化引起窟内有缓慢的空气流动。湿度的日变化，窟内较窟外空气变化较小，年变化也不大。由于地下和岩体中的相对湿度较空气中的相对湿度高出50％，因此，地下和岩体中的水常常通过墙壁外移挥发，使得窟内湿度变化不大明显。
　　敦煌常有强降雨，特别是每年7月，最容易引起可溶盐造成的酥碱病害复发。这也正是莫高窟虽处于干燥的沙漠地带，水是使壁画劣化的主要原因。