王语婕

摘 要：高句丽石质文物将军坟因其主要由花岗岩、大理石和汉白玉组成，遇水极易发生水化作用使岩石膨胀，从而使其体积增大。与此同时，岩石还极容易随水流失，最终导致孔隙率增大。另外，酸雨、空气中的有害气体、颗粒状或粉末状的尘埃、溶盐、油烟等化学危害以及物理、生物风化等因素，都对将军坟造成了极大的损害。通过定期监测将军坟所处环境的温湿度、空气污染物的成分，对集安地区的颗粒污染物的来源展开研究，并通过采取加强城市绿化工作等措施，对文物本身施以表面清洗、加固、表面封护等手段加以保护，可以有效地对将军坟进行保护。

关键词：高句丽;将军坟;石质文物;风化机理

1 将军坟概况

将军坟，编号YM001，位于吉林省集安市太王镇果树村三组，西南距集安市区约5.5千米。陵墓气势雄伟，构筑精良，造型独特，是一座大型方坛阶梯石室墓，被称为“东方金字塔”。陵墓整体呈正方形，边长31.58米，高12.4米，阶坛共7级，砌石22层，由阶坛、墓室、基础三个部分构成。东北侧有两座陪葬墓和祭台，西北侧有一座封土墓，西南有大型建筑遗址。①

2 文物本体风化的主要因素

将军坟是大型的露天石质文物，风化正是此类不可移动文物遭受侵害的重要原因。经分析，文物本体风化的原因主要包含内部因素与外部因素，进而形成了物理、化学①和生物风化并存的复杂局面。

2.1 内部因素

石质文物的风化程度与其自身材料的性质、成分、孔隙率和胶结物类型等直接相关。②大型石质文物的建筑材料大多是就地取材，材料性质都由所在地的地质地理条件决定，为了深入研究将军坟风化的程度、速度和机理，有关部门曾在将军坟的不同位置收集了不同石质及其风化产物的石样③，参考数据分析得出导致将军坟风化的两种因素。

2.1.1 石材化学组成

将军坟主要由花岗岩、大理石和汉白玉组成，其中花岗岩的主要成分是钙长石、钠长石和钾长石，汉白玉的主要成分是石灰质碳酸钙。钠长石、钾长石和钙长石易发生化学反应，吸附水分形成可溶盐，破坏岩石表面。

2.1.2 胶结物

在饱水的情况下，泥质胶结物随水发生两种反应：一是发生水化作用，膨胀而使岩石体积增大;二是极易随水流失，导致孔隙率增大。这些都会削弱将军坟抵御外界因素破坏的能力，不利于将军坟的长久保存。

2.2 外部因素

2.2.1 化學风化因素

化学风化是指石质文物在空气、水与微生物的共同作用下发生的化学反应。经过化学风化的岩石不仅容易破碎，而且其内部成分、构造都容易发生变化，甚至是变质。④水与二氧化碳在岩石表面形成的溶解、水解、水化和氧化等一系列化学变化，使有些物质由复杂变为简单，如原先不含水难溶的物质变成含水易溶的物质，使岩石颗粒进一步细化。

①有害气体和酸雨的危害：快速发展国民经济的代价是大量有害气体排入大气，空气中的有益氧转变为有害的氧化物，在危害人类健康的同时也对文物古迹造成了不同程度的侵蚀。将军坟作为露天石质文物的典例，酸雨对其造成的影响不容忽视。其原理可归纳为大气中的污染物和水的共同作用，所形成的具有侵蚀作用的酸性和氧化气体随水附着在岩石的表面，极易与岩中矿物相互作用形成腐蚀性盐，其造成的结果不仅会使岩石表面变暗①，还会增加表面的侵蚀。

②空气中颗粒状或粉末状尘埃的危害：大气环境中的颗粒物主要指悬浮在空气中的微小颗粒，最为常见的形式为烟尘、烟雾、云雾等。②空气中尘埃的来源可分为自然和社会两个方面，所以防治困难重重。

③溶盐的危害：集安市年降水量800～1000毫米，主要集中在七八月，一方面雨水随着岩石之间的缝隙下渗到墙体，可溶盐通过毛细作用被带出至将军坟的表面;另一方面，降雨为岩石带来了大量盐分，加剧了侵蚀。由于地表水与地下水的长期作用，使可溶盐与水结合渗入岩石内，当将军坟表面干燥时，岩石内的盐受毛细作用随水迁至表面而蒸发，在表面析出或沉积在岩石缝隙中③，温度与湿度的波动容易造成可溶性盐的溶解和重结晶，周而复始，不仅会影响将军坟的原貌，还会引起岩石的崩裂。

④油烟的危害：空气中的尘埃吸附油烟黏附于将军坟的表面，形成油污油垢，不仅严重影响外观，还为微生物提供了营养和适宜生存的条件。此外，因油污劣化而产生的有机酸也会侵蚀岩体。

将军坟是集安市旅游业的热点，长期以来旅客参观所产生的污染和近年兴起的夜市烧烤的油烟，都牢固地黏附于岩石表面，对岩体产生破坏。

2.2.2 物理风化因素

物理因素也是造成将军坟风化的重要原因之一。物理风化是在温湿度和植物根部的作用下，石质文物所遭受到的机械性破坏④，岩体极易产生裂缝，甚至破坏成碎片，仅改变结构和构造，不涉及矿物成分。①岩石是一种不良的热量导体，外界温度的变化极易导致岩石内外的吸热与散热过程不平衡，从而产生了温差力。日间阳光照射下，岩石表层吸热升温，处于相对热膨胀状态，里层则处于较低的温度之下，相对处于冷缩状态;夜间则与之相反，表层通过散热冷却，处于冷收缩状态，里层处于相对热膨胀状态。如此反复④，温差力悄无声息地对将军坟产生破坏。

①水对将军坟的机械破坏作用：水作为其他物质破坏将军坟的媒介，对岩体的破坏作用不容忽视。水的存在加剧了有害气体的化学侵蚀，并且水的结冰、融化也会对岩表造成破坏。低温时孔隙中的水冻结体积增大，产生膨胀压力，极易破坏大孔隙的岩石;同时水使石质内部的泥质胶结物发生水化作用，造成石质体积膨胀。⑤水对岩表产生机械作用，雨水和地表水的流动形成了对岩表反复侵蚀的机械作用;积水浸润软化地基，使坟体出现了向北梯度倾斜下沉的现象;潜水渗流进石基，导致将军坟底部的鹅卵石发生位移，导致坟体出现倾斜。

②盐的结晶与潮解对将军坟的机械破坏作用：岩石空隙中盐的结晶与潮解对将军坟的破坏很大，其原理是：温度升高，加剧岩石空隙中水分的蒸发，使毛细孔隙中的盐的浓度增大，当达到饱和浓度时，盐分就会结晶⑥，而结晶作用使体积增大，对周围岩体产生压力，形成新的裂隙;温度降低，盐吸附水形成盐溶液，渗透进岩体内部造成侵蚀。周而复始，使岩体间的裂隙扩大，强度降低。

③温度变化对将军坟的机械破坏作用：温变对物体的影响取决于其膨胀系数及温度变化⑥，将军坟是大型的石质文物，长年暴露在室外，白天经暴晒，岩石表面受热膨胀，内部的变化则较小，夜晚则与之相反;并且颜色各异的石材吸热能力也有差別，深色吸热能力强，导致岩石暗的部位形变大，形成分散的力给坟体带来破坏。从图1可以看出集安的温差变化较大，对将军坟的破坏较大。

④风沙吹打磨蚀将军坟：风的剥蚀作用不仅会加剧将军坟的风化，而且会加剧水的渗透作用。集安市是吉林省唯一获得“国家气候标志”的城市，从图2集安市历史风力统计图可以看出，集安全年风力较小，但是风沙也在一定程度上对将军坟产生剥蚀作用。

2.2.3 生物风化作用

将军坟周围的环境中有大量的生物，它们在生长过程中直接或间接地影响侵蚀将军坟。

①植物根系对将军坟的破坏：植物根系对岩体的破坏可分为两种类型：生长在岩石裂隙中的植物，其破坏原理是根系生长使所处裂缝不断增大造成的机械性破坏（图3）;其二为生长在近地面的植物，根系生长不但使将军坟的基础受到威胁①，还使地表水沿根系渗入石基内部，将可溶性盐向表面迁移，通过蒸发作用在岩表及裂缝析出，加速溶盐引起化学和物理风化。

②菌类微生物及低等植物对将军坟的破坏：石质文物表面通常会出现低等植物的繁殖生长情况，如菌类和苔藓。将军坟位于著名的“东北小江南”集安，大陆海洋性季风气候显著，气候温和，年平均气温6.5摄氏度，降雨充沛，空气湿润，年平均湿度为82%，森林覆盖率94.5%，年降雨量947毫米。基于这些条件，分析出将军坟周围环境非常适合菌类微生物和低等植物的生长繁殖，从图4、图5可以看出，文物本体上的生物繁衍迅速，破坏明显，并且常以复合共生体的形式存在，难以全部清除。

3 文物本体风化的针对性保护措施

3.1 文物保存环境的治理

①景区设置独立部门，定期监测收集温湿度、空气污染物成分、地质变化等重要数据，建立完整的将军坟环境档案，为制订保护修复方案及加强环境治理提供科学有力的依据。对已风化散落的岩石进行收集分类，以便成为后续进行实验研究的样品。

②对集安地区的颗粒污染物的来源展开研究，对自然环境中直接产生的颗粒污染物及生产生活过程中出现的颗粒污染物进行综合治理。推进城市绿化工作的实施，在对颗粒污染物的防治过程中，不仅需要借助当地政府的宏观调控实现对相关工作的推进，同时也应该进一步实现对集安市城市绿化工作的有效建设。

3.2 文物本体的防护措施

3.2.1 清洗杀菌

为了呈现将军坟的本来面目，并去除岩石表面的有害物质，以减少腐蚀因素的进一步影响，在确保对文物不造成二次损伤的情况下，提出对坟体进行表面清洗的建议。建议的清洗过程包括机械去除、去离子水清洗和有机溶剂清洗。首先采用机械方法，借助毛刷、竹签、竹刀等工具清洗岩表的苔藓、地衣以及霉菌等，但应注意不可产生严重的划痕或损伤岩表，对于岩石缝隙中的杂草的根茎应完全清除。其次，使用去离子水与有机溶剂清洗，对已发生风化的岩石，采用水蒸气喷射或雾化水淋洗，有效避免外力破坏的作用，对于不易清洗的难溶硬壳应软化后轻轻剔除。

清洗既去除表面的有机污物，又疏通了石材的微孔，改善了石表的情况，为后续的涂覆、渗透创造了有利条件。对于杀菌剂的基础要求是稳定，由于坟体位于室外，杀菌剂需要承受温湿度、紫外线和酸性气体等的影响。在风化石样中发现了圆弧青霉、新月弯孢菌等五种菌类，在高效防霉杀菌的基础上还要求低毒，不对旅客产生影响，不污染文物和环境。在对石样的实验中发现，选用丙酮和霉敌的混合杀菌剂进行杀菌喷洗可以达到预期的效果。

3.2.2 加固封护

从风化产物的XRD分析结果中可知，将军坟文物所用的石材风化速度很快、石质胶结物完全流失，所以针对已经风化的岩块，使用加固剂替代原先损失的胶结物，恢复强度显得尤为重要。为了尽可能保持坟体原貌，应选择无色透明不会与岩石发生化学反应的加固剂，通过对将军坟风化石样实验的观察，发现已风化石质的吸水能力远高于正常值，将材料制成溶化状态，采用喷涂、涂覆等方法添加到表面，加强胶结作用、填补空隙。伴随溶剂挥发、加固剂的凝固，使石材的强度显著提高。

在加固的基础上，为了避免其他因素对岩体产生新的损伤，延长其存世时间，还应对其进行化学封护。从将军坟坟体的实际需求出发，需要抗风、不会产生炫光、渗透力强的封护剂，另外强调的是应考虑岩体内部向外溢水的必要和控制由外向内渗水的可能。

4 结论

石质文物是高句丽在以集安市为都城的长达425年期间遗留下来的数目最为庞大的文物种类，这些数以万计的古墓、古城关隘、碑刻、巨石墓碑全是由石材组成。而经过上千年的风霜雨雪的侵袭、植物菌类微生物的腐蚀之后，产生了严重的风化现状，危及其长久保存。通过对将军坟现状及其风化机理的调查和分析，针对石碑现状提出了较为可行的保护措施。一方面加强对周边保存环境的监测及治理，同时采用清洗、加固、化学封护等方法对文物本体进行科学的防护。

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