法门寺文物保护与大气环境

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    前  言

    法门寺位于陕西省扶风县北十公里处的法门镇,北依峤山,南抵渭水,环境优美,土地肥沃,我们的祖先周人曾在此定都,开创帝业。自古以来,这里一直是关中经济发达、人口聚集的地区之一。1987年,国家在出土的法门寺地宫文物的基础上,在法门镇中心建立起法门寺博物馆。法门寺逐渐成为陕西和国家和旅游热点。

    随着旅游事业的发展,博物馆所处环境也逐渐发生变化。馆外旅馆并起,饭店小吃比比皆是,马路、停车场尘土废气飞扬。博物馆又处于法门镇居民包围之中,因此,空气污染愈来愈严重。特别是陈列展厅面积狭小,四面封闭,地面又为含硫较高的橡胶地板,里边空气流动不畅,高峰时,游人每天可达上万人次,在这种情况下,陈列厅内尘土、有害气体必然增多,加上温度的升高,紫外线的影响,严重危害着文物的安全。

    法门寺出土文物是晚唐时懿宗、僖宗咸通十四年最后一次(公元873年)迎取佛骨时所供奉。其等级之高,数量之多,质量之优,品种之全为历次考古发掘所罕见,是继半坡、秦兵马俑之后,我国又一重大考古新发现,对研究唐代政治、经济、宗教、文化、对外交流史,都具有重大的意义。这批器物多属国家一级文物,是不可多得的珍贵遗产,保护好这批器物是我们这代人不可推卸的责任,也只有这样,我们才能上对得起祖宗,下对得起子孙。

    一、法门寺文物现状

    法门寺文物自出土以来,就受到了各级领导的亲切关怀,陕西省文物局会同有关单位,对出土文物进行了多次保护,并取得了一些成绩。但是,由于环境及其他多种因素,目前法门寺文物的保护,仍存在着许多问题,有些问题还非常严峻。如:丝绸物品的保护问题未解决,现还无法对外展出;金银器与原出土时相比,普遍变灰发黑,特别是银如意、大锡杖等,玳瑁钱与原出土时相比,也普遍发暗。这些变化都是由于周围保护环境不佳,空气中有害气体成份多所造成,因此,如何搞好环境保护,是目前文物保护至关重要的一步。

    二、环境中有害气体、尘埃对文物的危害 

    1.潮湿环境中的氧气及臭氧

    潮湿的环境增加了氧及臭氧在文物表面的停留时间,使其成为对文物的有害气体,可以使铜、铁、铅等金属氧化,特别是铁器。潮湿环境中的氧是毁灭铁器的重要因素。臭氧是强的氧化剂,可使丝绸等织物褪色、变质。

    2.二氧化硫的危害

    SO2主要是由烧煤引起的,各种锅炉和居民点周围的S02含量较多。SO2与水首先生成亚硫酸,然后在空气中被氧化成硫酸。

    SO2+H2O=H2SO3

    2H2SO3+O2=2H2SO4

    空气中有O.5—1ppm的SO2与纸张中的水分作用生成酸,使纸张酸度增加,酥脆变质。很多色彩是有机胶体与无机盐混合而成。亚硫酸和硫酸皆可破坏有机胶体,与无机盐反应,从而使色彩褪色、变色。

    SO2所转变成的H2SO4、H2SO3,可腐蚀金属器物,因为它为青铜器的粉状锈提供了酸性介质,同时生成蓝色的CuSO4锈蚀。铁器上生成FeSO4等。

    3.硫化氢的危害

    硫化氢多来源于化工厂的排气和污水洼、屠宰厂、厕所等不清洁的地方,因为蛋白质腐烂会产生大量的H2S,硫化氢是一种带有臭鸡蛋味的气体,易溶于水,在20℃时一体积水可溶解2.5个体积的H2S,硫化氢溶于水成为氢硫酸,是酸性有害气体。    

    硫化氢的存在,可使银器表面生成黑色烟熏状污迹,使铅器表面出现黑斑,在铜器表面成为黑褐色锈斑,也成为酸性介质,为粉状锈的产生提供条件。

    4.氮氧化物(NO2)的危害

    大气中共有七种氮的氧化物,其中以NO和NO2最多,燃料在空气中高温燃烧时,可使空气中的氮氧化成氧化氮,NO2易溶于水生成HNO3

    3NO2+H2O=2HNO3+NO

    NO2在光的作用下会分解为NO和初生态氧,初生态氧又会和空气中的氧作用生成臭氧。
    
    所以,N02既是酸性有害气体,又是氧化性有害气体。它对金属、有机文物及颜料都有腐蚀作用。

    5.氯气的危害    

    氯气(CL2)主要来自某些工业废气,CL2与水作用会生成盐酸和次氯酸。

    CL2+H2O=HCL+HCLO

    次氯酸不稳定,又易分解为HCL和O。

    HCLO=HCL+O    

    所以CL2既是酸性有害气体,又是氧化性有害气体,能使染料褪至无色,对织物、皮革和纸张都有破坏作用,并能引起金属腐蚀,特别对铜器、铁器有循环往复的破坏作用,可毁灭整个铜器、铁器。

    6.灰尘的危害    

    灰尘也是空气中的一种有害杂质,它和有害气体不同的是以固体状态存在,空气中灰尘的多少与环境条件有直接的关系,一般讲城市的灰尘较多,特别是工矿区、住宅区和市中心区。灰尘有来源于自然方面的,也有来自人类生产生活方面的。来于自然方面的有:岩石的风化;海水、地下水蒸发时形成小盐粒强晶体;火山爆发喷出的岩浆;植物的花粉等。来源于人类生产生活的有:燃料燃烧时排放的烟尘;水泥、矿业、食品、制材、冶炼、钢铁等工业生产过程中排出的粉尘;库房地面、墙壁处理不当而产生的灰尘等,参观群众及工作人员进出展室、库房可带入不少灰尘。

    灰尘是固体杂质,形状不规则,多带有棱角,它落在文物上,在整理、保存、利用文物过程中,随着文物的移动、翻动,就会引起灰尘颗粒对文物的磨擦,使一些脆薄、质软的文物遭到破坏。如灰尘会使纸张、字画表面起毛,同时,会影响字迹的清晰度。

    灰尘一般易吸收空气中的水分,在文物表面形成一层相对湿度较空气中高的灰尘层,为有害化学气体的渗入提供基础,灰尘本身也都能吸附空气中的化学杂质而带有酸、碱性,落在文物表面上会带来很多破坏作用。灰尘对纸质文物的字迹、纸张的酸解、碱解,都会导致变色褪色、及酥脆的破坏作用。

    灰尘中往往会有粘土(AL2O3·2SiO2·2H2O),粘土吸收空气中的水分,会产生水解而分解出胶状的AL(OH)3,它会给文物表面带来灰暗的膜,如金、银器表面很难除掉的灰暗膜。它也会使文书类文物粘在一起,很难翻动。

    灰尘在文物表面成膜,是霉菌孢子的传播者。灰尘还是微生物寄生和繁殖的掩护所,对有机质地的文物危害很大。

    7.光的影响

    天然的阳光,是人类正常生活所必需的,万物生长靠太阳,但是,光对许多物品又起着十分有害的破坏作用,危害最大的是紫外线。因为纺织品、纸张、漆木器等均是高分子聚合物,当光的能量等于或超过C—C键结合能力的能量时,就能使聚合物的分子断裂,据测算,所有波长短于4860A的光线都能断裂C—C键。故能杀伤许多有机物,这就称为光解作用。

    另外,在物品周围总会有水蒸汽和氧气等物质,它们在光的影响下,激发形成新的物质,如空气中的氧在光激发下产生活泼的游离态氧,引起聚合物的氧化作用,此活泼氧同时与水蒸汽作用,形成过氧化氢,更进一步促进物品的氧化变质。这称为光氧化作用。

    光对物品的危害已有充分事实证实,通常表现为使物品失去光泽,褪色或变色,机械强度降低,发脆或发粘。 
   
    三、法门寺的环境监测    

    为了对法门寺的文物保护采取有效措施,1989年3月至5月和1990年3月至5月,笔者对法门寺的环境进行子监测,主要项目有二氧化硫、氮氧化物、降尘等,监测方法尽量采用国家统一颁发的环境监测标准分析方法①。二氧化硫采用盐酸付玫瑰苯胺法;氮氧化物采用盐酸萘乙二胺比色法,为了在现场检测方便,1990年改用纸带法,并将两种方法进行比较和对照,光度法准确可靠,纸带法简使,各在特点。降尘采用集尘缸收集,经蒸发、干燥、称取重量,计算降尘量,结果以每月每平方公里面积上沉降的吨数(即吨/平方公里.月)表示。

    1. SO2的监测

    SO2污染物主要来源于烧煤锅炉烟囱排气和居民生活所致,国家大气环境质量标准规定为0.05mg/m3。测定中发现SO2的来源还与展厅内装饰材料有关。现本展厅铺橡胶地板SO2含量增高,测定结果如配图表2和表3所示。

    1、2为一层楼展柜;3为二层楼展柜,4为二层楼室外;5为二层楼室内,6、7一层东西展厅,8为一导中室;9为门口咨询处;10为一层门道处。

    由数据看出,测定结果皆为低值,末超过标准,但这里存放的是金、银文物,对银器来说,即使硫化含量很低,也能生成AgS的黑色物质。损坏银器文物。

    将地板材料用器物打磨,取打磨后的气体样品,测定SO2的含量。

    由数据明显看出,橡胶地板打磨后,其气体中SO2的含量是较大的,这充分说明橡胶地板在观众参观时,由于人多拥挤,特别是硬底鞋对地板的磨擦。会使含硫橡胶放出硫,生成SO2,地板本身的含硫量为2.67%。

    1、2、3不密闭;4、5、6密闭。

    2.NOx的监测

    NOx主要来源于汽车尾气和烟囱排气,国标规定为0.05(mg/m3)。1990年3月监测结果如配图表4。

    测定地点与配图表2相同。

    3.展厅及周围环境监测

    为了摸清周围环境,1990年5月在现场用气体采样器取样,测定结果如配图表5。
    
    由测定数据看出,所有数据为低浓度值,皆小于0.05%mg/m3,未超过允许浓度,但应特别指出,国家标准是指对人类的危害,而对文物的最低允许标准不应按这些标准,因文物百分之百的时间是处在被污染的环境中,不可能改变环境,且有害环境对文物的危害是长期积累的,不存在像生物的新陈代谢作用。因而,其危害不容忽视。另外,从展柜的内外观察有害物含量,展柜内明显低于展柜外,说明展柜密封性能是非常关键的,若展柜密封严实,受污染程度必然降低。再者,从室内外比较而言,明显室外有害物质含量高于室内。看来,外界环境的影响是至关重要的,必须采取相应措施。

    4.降尘监测

    降尘用重量法测定,结果如配图表6,降尘可用降尘总量与有机降尘量来表示。分别于1989年4月和1990年4月进行了监测。

    5.室外大气候的大气污染现状与预测

    1986年对宝鸡地区大气进行了监测,并对发展趋势进行了预测,法门寺属宝鸡地区,其大气候应大体与之相应。其结果如配图表7所示②

    由此可看出,污染仍在逐步恶化,对法门寺文物的危害将会愈来愈加剧。

    四、应采取的措施

    通过两年的环境监测发现了法门寺大气环境中存在的某些问题,由于设备和监测手段的缺乏,某些该进行的工作没有进行。例如,大气中非甲烷烃的测定、臭氧监测、硫化氢的监测、二氧化碳的测定、紫外线的照度、温湿度的自动记录;气象气候的常年观测等。故应采取有效措施:

    1.建立法门寺环境监测站,常年监测湿度、太阳辐射强度、紫外线辐射强度、风向风速、日照及馆内通风状况等;常年监测大气中的H2S、NOx、O3、SO2和降尘,建立健全环境质量档案,及时了解环境变化趋势,全面掌握文物损坏与环境中有害因素的关系;制订出恰当的“文物存放环境质量标准”,以填补这方面的空白。

    2.改善周围环境,取消离馆区较近的小停车场,汽车应全部放在南边的大停车场上,在馆区南边的马路上禁止通行机动车辆,加强厕所、污水、粪便的管理,减少有害气体的产生;加强风味小吃的管理,馆区南面的街道上只能出售熟食,严禁动用烟火,国营大宾馆、饭店从长远考虑应集中供热或用电加热,尽量减少煤烟污染,居民区的煤烟亦应设法控制,另外,绿化环境有积极作用,特别是某些树木能吸收SO2和NOx,且减少灰尘。

    3.室内装饰材料应从文物保护的角度出发全面考虑。首先应提醒注意的是现在所用的橡胶地板不合适。实验事实说明磨擦必然会导致放出SO2,促使文物损坏,故应采取有效措施,更换现用的橡胶地板。

    4.库房、展柜应严格采取密封手段,提高密封性能,照明设备必须有滤光装置;减少紫外光的损伤;使用空调装置,净化与过滤有害气体,在通风口采取净化措施,过滤可用金属网格浸油过滤器,也可用活性炭过滤,1克活性炭的有效接触面积为1260m2,库房和展柜应保持干燥,必要时可放干燥剂,常用的干燥剂为硅胶等。

    5.文物本身与工作人员的活动是库房内的主要尘源,文物入库前应进行除尘处理,进入库房的工作人员应换工作服和拖鞋,必要时,可在入口处设吹淋室,用以吹除进入库房的人员和文物表面附着的灰尘装置,此外,展厅每日的卫生工作应采用吸尘器,防止灰尘扬起,损害珍贵文物。 
   
    参考文献:    

    1.环保部环保局编《环境监测分析方法》186页,中国环境科学出版社,1986年10月。

    2.邓顺熙等《典型城市大气污染预测研究》(陕西省环境保护研究所),1986年12月。








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