郭宏

摘要：寧明花山巖畫病害受環(huán)境因素的作用明顯，風(fēng)化類型復(fù)雜多樣，有化學(xué)風(fēng)化、物理風(fēng)化和生物風(fēng)化。物理風(fēng)化的主要原因是日光直接照射巖畫立壁、高濕度環(huán)境下水分的凝結(jié)與蒸發(fā)等。化學(xué)風(fēng)化作用的結(jié)果是溶蝕產(chǎn)物在巖畫表面富集形成各種巖溶形態(tài)，其中水在化學(xué)風(fēng)化中起著重要的作用。對花山巖畫能夠產(chǎn)生風(fēng)化作用的生物因素有高等植物、地衣、苔蘚、微生物四類，但生物風(fēng)化短時(shí)間內(nèi)不會(huì)對巖畫構(gòu)成直接危害，不是目前保護(hù)巖畫所要解決的首要問題。由于花山巖畫所處特殊的地質(zhì)地貌和自然環(huán)境，治理花山巖畫風(fēng)化病害的難度大，應(yīng)采取區(qū)別對待、綜合治理的方法。

關(guān)鍵詞：寧明花山巖畫；巖畫風(fēng)化；巖畫病害治理

一、前言

左江是廣西壯族自治區(qū)西南部的一條河流，沿江流域是廣西著名的峰林——槽谷巖溶地區(qū)之一，在沿岸及其附近峰林石山的斷崖峭壁上，保存著許多古代駱越人的珍貴文化遺產(chǎn)——巖畫。已發(fā)現(xiàn)的巖畫地點(diǎn)有80余處，其中以寧明縣耀達(dá)花山和龍州縣錦江花山的巖畫規(guī)模最大、圖像最多、場面最為壯觀，是左江流域巖畫的代表。寧明花山位于寧明縣耀達(dá)鄉(xiāng)，距縣城25公里。臨江西壁斷裂峭壁布滿巖畫，畫面距江面最高處約90米，最低處約30米（距地面10米），畫面寬約170米、畫面面積約8000平方米。除風(fēng)化剝落和漫漶不清者外，在峭壁上分布著約1900多個(gè)大小不等的赭紅色人物、動(dòng)物、道路，以及銅鼓、刀、劍、鐘、船等器械圖形。人像高度一般約在60-150厘米之間，最大的高約3米。

花山巖畫的基礎(chǔ)支撐體為含生物碎屑的沉積石灰?guī)r，巖畫是將赤鐵礦粉碎研磨后（有時(shí)加入朱砂）摻入植物性膠結(jié)材料（植物樹液）中繪畫的。巖畫做成后，植物樹液在老化過程中產(chǎn)生的草酸與巖石發(fā)生反應(yīng)，在紅色顏料層與巖石之間形成了水草酸鈣。花山巖畫風(fēng)化病害較為復(fù)雜，有物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化、生物風(fēng)化等。其主要原因是大氣降水通過山頂落水洞及裂隙滲入巖體內(nèi)部后，對巖石進(jìn)行溶蝕，導(dǎo)致巖畫剝離脫落，礦物沉積覆蓋。為了有效治理花山巖畫風(fēng)化病害，須對巖畫病害原因進(jìn)行研究。

二、花山巖畫的物理風(fēng)化病害原因分析

（一）巖畫巖石的溫差風(fēng)化

由溫度變化產(chǎn)生熱脹冷縮效應(yīng)直接使巖石崩解破碎的作用，稱為溫差風(fēng)化。溫差風(fēng)化的強(qiáng)弱主要決定于溫度變化的速度和幅度，晝夜溫度變化的幅度越大，溫差風(fēng)化越強(qiáng)烈。寧明縣全年平均溫度主要集中在25-30℃的范圍內(nèi)，其次為15-20℃的范圍內(nèi)，沒有高于35℃或低于5℃天氣，在5-10℃或30-35℃范圍內(nèi)出現(xiàn)的頻率也很小。巖畫保存地點(diǎn)的晝夜溫差僅每年12月中旬到來年1月中旬較大（大于15℃），其他月份溫差都較?。ń咏虻陀?0℃）。

溫差風(fēng)化的強(qiáng)弱還決定于巖石的性質(zhì)，即礦物成分和巖石結(jié)構(gòu)等。如果巖石是由不同礦物組成的，因各種礦物的體積膨脹系數(shù)不同，在溫度變化影響下，其體積的膨脹、收縮存在差異，在它們的接觸面上將產(chǎn)生應(yīng)力，從而破壞它們之間的結(jié)合能力，這樣巖石便可發(fā)生縱橫交錯(cuò)的裂縫。有些裂隙平行巖石表面，形成層狀剝離現(xiàn)象；有些裂隙垂直于巖石表面，裂縫逐漸加大加深，巖石由表及里地不斷崩解或破碎成碎塊。花山巖畫巖石的化學(xué)成分以方解石為主，礦物組成上的差異而引起物理風(fēng)化的可能性較小。由于所處環(huán)境全年最低溫度都在0℃以上，巖畫巖石也不存在冰凍風(fēng)化問題。

（二）日照引起的物理風(fēng)化

巖石白天接受陽光輻射使表面受熱膨脹，熱量由巖石表面向內(nèi)部緩慢傳遞，巖石內(nèi)外在白天接受太陽輻射熱膨脹的體積、速度不同，在巖石內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。到夜間，巖石表面開始散熱，體積發(fā)生收縮，但內(nèi)部因日間持續(xù)傳來的熱，體積發(fā)生膨脹。這樣，巖石表面與內(nèi)部的體積膨脹和收縮的步調(diào)便不一致。如果此過程持續(xù)進(jìn)行，巖石的表層便在膨脹、收縮時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力作用下發(fā)生裂隙。

花山巖畫巖石混晶生物碎屑灰?guī)r的導(dǎo)熱系數(shù)為0.605～0.780 w/m.K、風(fēng)化剝落灰?guī)r薄片的導(dǎo)熱系數(shù)為0.893w/m.K，均小于0.9w/m.K（石灰?guī)r的導(dǎo)熱系數(shù)常見值為1.67～2.68w/m.K），因此花山巖畫立壁巖石的熱傳導(dǎo)性能很差。經(jīng)現(xiàn)場觀察，一般在中午12點(diǎn)以后，陽光可直接照射到花山巖畫立壁上。巖畫立壁白天受到陽光照射，由巖石表面向內(nèi)部傳遞熱量；夜晚則由巖石內(nèi)部向表面?zhèn)鬟f熱量。在傳遞熱量的過程中，巖石因受熱或放熱而膨脹或收縮，由于巖石的導(dǎo)熱性能很差，這種因日照而產(chǎn)生的熱量傳遞僅限于立壁巖石表面較薄的部分，這部分巖石因周而復(fù)始的膨脹收縮，先是在巖石內(nèi)部產(chǎn)生與表面近似平行的裂隙，然后裂隙不斷加大，最終呈片狀與主巖分離剝落。

（三）高濕度環(huán)境下水分的凝結(jié)與蒸發(fā)導(dǎo)致的物理風(fēng)化

寧明縣平均相對濕度主要集中在70%-90%的范圍內(nèi)，高于90%的范圍占有相當(dāng)高的比例，不出現(xiàn)低于50%的天氣，在50%-60%范圍內(nèi)的天氣出現(xiàn)頻率也很少。由此可知，該區(qū)域是典型的高濕度地區(qū)，為巖石表面水的凝結(jié)創(chuàng)造了有利條件。巖畫立壁巖石的孔隙率在2.87%-3.00%之間，飽和吸水率在0.15%-0.20%之間，持水量為0.56%。這些數(shù)據(jù)表明，巖畫崖體是由具有微孔隙、低滲透性的巖石所組成，盡管孔隙微小，卻足以使氣態(tài)水分子自由通過。當(dāng)巖畫立壁白天受陽光照射后，巖石內(nèi)部溫度比表面低，孔隙內(nèi)部飽和水汽壓比外界還低，根據(jù)水汽凝結(jié)總是最先出現(xiàn)在最低溫度界面附近的原則，水汽凝結(jié)首先從巖石外界溝通的孔隙網(wǎng)絡(luò)中溫度最低處開始，逐漸向外擴(kuò)展。在外界飽和水汽源源不斷供給條件下，孔隙會(huì)逐漸被凝結(jié)水充滿。由于巖畫保存環(huán)境的相對濕度很高，意味著凝結(jié)水不僅可在立壁巖石表面形成，而且可通過孔隙在巖石內(nèi)部形成，形成深度受控于孔隙網(wǎng)絡(luò)發(fā)育尺度、與外界聯(lián)系的通暢性以及溫度分布等因素，孔隙中凝結(jié)水形成時(shí)間可早于巖石表面的凝結(jié)水。因此，凝結(jié)水在花山巖畫巖石風(fēng)化中的作用不可忽視，尤其是通過孔隙網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入巖石內(nèi)部的凝結(jié)水所引起的風(fēng)化更具破壞作用。

此外，當(dāng)空氣相對濕度增大時(shí)，水汽壓增高，巖石表面附近空氣溫度較低，水汽極易達(dá)到飽和，巖石表面的飽和水汽壓低于周圍空氣中的飽和水汽壓，于是水汽以附著在巖石表面或空氣中的微粒（粉塵、花粉孢子、SO₂等）作為凝結(jié)核進(jìn)行凝結(jié)，形成凝結(jié)水附著在巖石表面。將空氣污染物等有害物質(zhì)帶入，從而為化學(xué)風(fēng)化創(chuàng)造了條件或加速了化學(xué)風(fēng)化。

（四）層裂

層裂是指形成于地下深處的巖石，因有上覆巖石的重量而承受著較大的壓力，當(dāng)上覆巖石被剝蝕而出露地面時(shí)，解除了原來的壓力，這時(shí)體積發(fā)生膨脹，從而導(dǎo)致巖石產(chǎn)生平行于地表的裂隙，形成層裂，發(fā)生機(jī)械破碎，因此層裂實(shí)質(zhì)上是卸荷裂隙的一種表現(xiàn)形式。由于巖畫山體是沉積石灰?guī)r，層理極其發(fā)育，層裂一般出現(xiàn)在巖畫山體的頂部，而巖畫主要集中在立壁的中下部區(qū)域，因此層裂不會(huì)對巖畫構(gòu)成直接危害。

（五）物理成因淀積覆蓋層

物理成因的表面淀積覆蓋層主要是由于風(fēng)的搬運(yùn)沉積作用而形成的淀積覆蓋層。巖畫位于明江岸邊，岸上有大量明江江水沉積的粉沙等黏土礦物，加之高濕度環(huán)境和凝結(jié)水使巖石表面潮濕，黏附能力較強(qiáng)，當(dāng)風(fēng)將粉沙吹起進(jìn)入空氣中后，便極有可能被巖畫巖石表面吸附而形成風(fēng)化覆蓋層。

由風(fēng)化產(chǎn)物的XRF、EPMA，點(diǎn)分析、SEM-EDX分析結(jié)果可知，在風(fēng)化產(chǎn)物中存在含量不等的Na、K、Mg、Al、Si、P等元素，而且其含量變動(dòng)范圍較大，這些與巖畫巖石成分相差較大元素的存在表明，風(fēng)化產(chǎn)物中除了原始主巖成分以外，還有外來礦物成分加入，即巖畫巖石表面的風(fēng)化產(chǎn)物與物理吸附作用有關(guān)。依據(jù)偏光顯微鏡分析結(jié)果，由物理吸附所形成的薄膜層的特點(diǎn)是：

（1）覆蓋層厚度較小，一般在0.06-0.1毫米。

（2）礦物成分以含有一定量長石、石英以及云母等細(xì)碎屑黏土礦物為特征，碎屑物顆粒粒徑一般0.03-0.06毫米，顆粒形態(tài)多為棱角狀、次棱角狀和次圓狀，膠結(jié)物多為泥質(zhì)和鈣質(zhì)碳酸鹽。

（3）有些礦物細(xì)碎屑物充填于化學(xué)成因的淀積薄膜層內(nèi)，淀積薄膜層中的石英、長石等碎形屑物經(jīng)風(fēng)作用沉積到巖石表面，而后經(jīng)碳酸鹽膠結(jié)覆蓋在巖石表面。

綜上所述，引起巖畫發(fā)生物理風(fēng)化的原因是多方面的，有保存環(huán)境中的高濕度、風(fēng)、日照、溫差以及凝結(jié)水，不存在冰凍風(fēng)化問題。其中溫差風(fēng)化的作用較為緩慢，只有長時(shí)間的作用，其結(jié)果才能顯現(xiàn)出來；而日照引起的巖畫巖石表層熱脹冷縮、巖石表面風(fēng)化層中水分的凝結(jié)與蒸發(fā)引起的物理風(fēng)化較為劇烈；巖畫鱗片狀起甲剝落則是由日照導(dǎo)致的巖石最表層凝結(jié)水蒸發(fā)引起的。因此致使巖畫發(fā)生物理風(fēng)化的最主要因素是日照和高濕度環(huán)境。此外，高濕度環(huán)境也是形成淀積薄膜層所必須的條件，而表層巖石的濕脹干縮和鹽的吸濕溶脹及干燥收縮等都與環(huán)境相對濕度有關(guān)。

三、花山巖畫的化學(xué)風(fēng)化原因分析

化學(xué)風(fēng)化作用的方式有溶解、水化、水解、碳酸化作用、氧化作用等。由巖畫保存環(huán)境分析結(jié)果可知，其環(huán)境特征是高溫高濕多雨。因此以化學(xué)風(fēng)化為主的巖石風(fēng)化較為強(qiáng)烈。

（一）溶解與溶蝕作用

在巖石與水接觸時(shí)，溶解作用一般是巖石受到化學(xué)風(fēng)化的第一步。由于水是極性溶劑，能與極性型和離子型的分子相互吸引，而大部分造巖礦物都是離子鍵化合物，所以大部分礦物都能溶于水，發(fā)生溶解作用。

由花山巖畫立壁巖石的XRD分析結(jié)果可知，其主要成分是方解石，它的溶解與溶蝕過程受水中H+濃度及溫度、雜質(zhì)、水動(dòng)力、生物等因素的影響，導(dǎo)致石灰?guī)r溶解或沉積。其中CO_{2是最主要的因素，其分壓、環(huán)境溫度、濕度、雜質(zhì)、水動(dòng)力、生物作用等因素的影響都將反映在溶液中CO2含量的變化上。在CO2-H2O系統(tǒng)中方解石溶解或沉積速率受三個(gè)過程的控制：}

開放系統(tǒng)中環(huán)境CO_{2分壓為30Pa時(shí)，溫度從10℃升高到20℃時(shí)，方解石的沉積速率顯著增加，同時(shí)方解石沉積速率隨水中鈣濃度的增加呈線性增加。由于溫暖氣候帶的生物活動(dòng)性較強(qiáng)，造成土壤中CO2的濃度高，對碳酸鹽巖的侵蝕大大增加了沉積前水中鈣的濃度，加速了方解石的沉積。不同環(huán)境CO2分壓下過飽和溶液中方解石的沉積速率隨水中鈣濃度增加呈近似線性增加。另一方面，方解石沉積速率隨環(huán)境CO2分壓的增加而減少，說明環(huán)境CO2分壓越高，越不利于方解石的沉積。}

此外，方解石的沉積速度與水流有很大關(guān)系，流速越快，越有利于方解石的沉積。當(dāng)水流較大時(shí)，水中存在許多氣泡，增加了水氣界面的面積，導(dǎo)致沉積速度加快。不論是低壓氣泡、滲氣氣泡，還是射流水沫，都是高速水流動(dòng)產(chǎn)物，它們直接促進(jìn)CaCO_{3的沉積。同時(shí)，水的流速對CaCO3的沉積速率有明顯的控制作用，快速流動(dòng)水體中的方解石沉積速率是慢速流動(dòng)水體中的2-5倍。}

由以上分析可知，當(dāng)水進(jìn)入巖畫所依附的石灰?guī)r山體后，首先將巖體緩緩溶解，一方面導(dǎo)致巖體內(nèi)裂隙張開度不斷增大；另一方面，含有溶解了巖體成分的水沿裂隙向巖畫表層運(yùn)動(dòng)（水的搬運(yùn)作用）。由于花山巖畫保存地點(diǎn)的濕熱氣候、植被茂盛導(dǎo)致環(huán)境中CO_{2分壓較低，這些因素有利于溶解于水中的CaCO3沉積，從而在巖畫上形成各種風(fēng)化溶蝕產(chǎn)物。}

不同的風(fēng)化產(chǎn)物，其形成的主要原因是出水量不同而已，對應(yīng)于大的出水地點(diǎn)，因水流速較高，在水中產(chǎn)生許多氣泡，有利于方解石的沉積，形成的是鐘乳石；對應(yīng)于線狀滲水處，為鐘乳石石簾（出水量較大、出水點(diǎn)細(xì)長）；而顆粒狀風(fēng)化產(chǎn)物的形成主要是極細(xì)小緩慢移動(dòng)的毛細(xì)滲水所形成。

花山巖畫崖體巖石的比溶蝕度和比溶解度分別是1.16-1.17和1.07-1.09，即巖畫巖石具有一定的溶解性。這種可溶性巖石在滲透水流的作用下，產(chǎn)生溶蝕作用使巖畫及其圍巖產(chǎn)生溶洞、溶孔、溶槽等巖溶形態(tài)，破壞巖畫巖石穩(wěn)定性。巖畫立壁上的各種巖溶風(fēng)化產(chǎn)物（鐘乳石和石簾、薄膜狀產(chǎn)物、顆粒狀產(chǎn)物、層狀產(chǎn)物）都是以Ca為主要成分的。水對花山巖畫立壁的溶蝕作用過程首先是對巖石發(fā)生溶解作用，使CaCO_{3轉(zhuǎn)變?yōu)镃a（HCQ3）2然后水中的Ca（HCO3），隨著水的運(yùn)動(dòng)，向巖畫立壁移動(dòng)，并在立壁滲水點(diǎn)附近沉積，在大氣CO2作用下，再轉(zhuǎn)變?yōu)镃aCO3，從而在巖畫立壁上形成各種形態(tài)巖溶產(chǎn)物腐蝕、遮蓋巖畫。一般情況下，這種溶蝕作用總是從地表水的溶蝕作用開始的，由于地表水沿著巖石的孔隙或裂隙向地下滲透轉(zhuǎn)變?yōu)榈叵滤?，在滲透過程中就可對巖石進(jìn)行不斷的溶蝕，使巖石受到破壞，正因?yàn)槿绱?，地下水中所含的成分比較復(fù)雜，因而具有較強(qiáng)的溶蝕作用。}

在開放系統(tǒng)中，由于地下水與大氣之間有著充分聯(lián)系，因此當(dāng)CaCO_{3溶解或沉積破壞了水中CO2和大氣CO2之間的平衡關(guān)系時(shí)，CO2要在大氣與地下水之間重新進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到新的平衡。一般情況下，開放系統(tǒng)中CaCO3的溶解總伴隨著相同摩爾量CO2的溶解，而CaCO3的沉積則伴隨著相同摩爾量的CO2從地下水中逸出。CaCO3的溶解，使得地下水的pH值升高，CO3、HCO3、Ca²⁺的含量有不同程度的增大；而CaCO3的沉積，使地下水的pH值下降，CO3²⁺、HCO？3、Ca²⁺的含量則有不同程度的降低。水質(zhì)分析結(jié)果表明，泉水和鐘乳石滲出水具有很高的Ca²⁺和HCO3離子濃度，類型為HCO3-Ca型，說明花山地區(qū)的地下水屬于石灰?guī)r溶解起源。隨著地下水自出水點(diǎn)和泉口出露，由于水中CO2的分壓遠(yuǎn)高于大氣中的CO2分壓，水中CO2，大量釋放于大氣，結(jié)果水的pH值升高。}

（二）水化作用

某些礦物與水作用時(shí)，形成新的礦物，稱為水化作用。礦物水化后其主要特點(diǎn)是體積膨脹，形成的新礦物，其硬度一般較原礦物低，減弱了巖石抵抗風(fēng)化的能力，導(dǎo)致物理風(fēng)化作用的進(jìn)行。此外，某些礦物進(jìn)行水化作用時(shí)，隨著外界空氣溫濕度的變化而頻繁失水、吸水，隨之而產(chǎn)生的結(jié)果是礦物體積頻繁收縮、膨脹，最后導(dǎo)致巖石酥松瓦解。

花山巖畫巖石風(fēng)化產(chǎn)物中，除疏松多孔的鐘乳石外，其余的都含有3MgCO_{3Mg（OH）2H2O，它實(shí)質(zhì)匕是巖畫巖石中的Mg質(zhì)碳酸鹽被科溶解后移動(dòng)到巖畫立壁表面沉積，進(jìn)—步水化而形成的。鐘乳石中未檢測出3MgCO3Mg（OH）2H2O，是由于其形成時(shí)間較早，3MgCO3Mg（OH）2H2O在雨水的淋慮作用下隨水流失所致。}

（三）碳酸化作用

地下水中CO_{2含量的多少，不僅直接影響其物理化學(xué)性質(zhì)，在巖溶地區(qū)還從根本上影響到溶蝕能力的強(qiáng)弱，進(jìn)而影響著巖溶的發(fā)育和演化。地下水中的CO2主要來源于大氣溶解、土壤中及水中有機(jī)物分解和生物呼吸、深部熱源造成碳酸鹽巖或礦物變質(zhì)、直接由巖漿分泌、水中的酸對碳酸鹽礦物的溶解、熱水中暫時(shí)硬度下降等。}

花山巖畫崖體地下水中的CO_{2主要來源于大氣溶解、土壤中及水中有機(jī)物分解和生物呼吸。來源于大氣的地下水中CO2含量主要受大氣中CO2分壓、溫度和水的pH值控制。在溫度一定時(shí)，水中CO2含量隨空氣中CO2的分壓升高而增多，隨著溫度的降低，水中CO2的溶解度增大，由于受水中碳酸平衡作用的影響，在溫度、壓力不變時(shí)，隨著pH值的降低，水中CO2的含量增大。}

大氣降水和地表水滲入地下的過程中，除溶解了一些大氣中CO_{2外，常含有大量有機(jī)質(zhì)和微生物。有機(jī)質(zhì)是強(qiáng)還原劑，在微生物作用下可產(chǎn)生氧化還原分解反應(yīng)而產(chǎn)生CO2。水中生物的呼吸作用也可產(chǎn)生CO2，水中微生物除了對有機(jī)物的分解起催化作用外，其自身生長繁殖需要水中存在的各種形式的碳為碳源，在其代謝過程中放出一定量的CO2。}

土壤中含有更多的有機(jī)物和各種植物以及微生物有機(jī)體，被氧化分解或有機(jī)體呼吸均可產(chǎn)生大量CO_{2。包氣帶土壤中CO2含量比大氣中CO2含量高10-300倍。研究表明廣西地區(qū)秋季土壤中CO2含量最大，冬季最小；土壤深度為1-1.2米時(shí)含量最大。因此，正常地下水中一般都溶解有一定量的CO2。}

（四）化學(xué)成因的淀積薄膜層

化學(xué)成因的表面淀積覆蓋層主要是巖畫崖體石灰?guī)r在水的長期侵蝕溶解后流經(jīng)巖體表面沉積形成的，其形成不僅與季節(jié)、氣候，以及巖層內(nèi)水的來源和豐富程度密切相關(guān)，而且?guī)r石表面微生物的多少也影響著淀積覆蓋層的形成，層狀風(fēng)化產(chǎn)物的各層的化學(xué)成分以Ca和Mg為主，但其含量變動(dòng)較大，這與風(fēng)化層的形成時(shí)間有關(guān)，表明風(fēng)化產(chǎn)物在形成過程中出現(xiàn)了MR的碳酸鹽，因水的淋濾作用而流失，造成風(fēng)化產(chǎn)物多孔。表面淀積覆蓋層具有以下特征：

（1）具有清晰可辨的疊層構(gòu)造，這種疊層構(gòu)造由淺色紋層帶和暗色紋層帶相間疊置重復(fù)而顯現(xiàn)。

（2）淺色紋層帶一般較寬，主要為微晶細(xì)晶狀的方解石（文石）集合體，部分帶內(nèi)可觀察到垂直于層帶面生長的方解石晶體，帶內(nèi)雜質(zhì)較少，相對較致密。

（3）暗色紋層帶的礦物成分除了隱晶或混晶方解石以外，還有較豐富的有機(jī)質(zhì)以及其他雜質(zhì)，微晶狀方解石僅以膠結(jié)物形式出現(xiàn)，暗色紋層帶中多孔，形態(tài)復(fù)雜多樣，導(dǎo)致淀積覆蓋物疏松。在暗色紋層帶中可見到石英、長石等礦物細(xì)碎屑物。

綜上所述，引起花山巖畫化學(xué)風(fēng)化的主要原因是降水通過山頂落水洞及裂隙滲入巖體內(nèi)部后，由于巖體巖石具有一定的可溶性，降水對巖石進(jìn)行溶蝕作用，可溶物隨著水分沿巖石內(nèi)部裂隙移動(dòng)到巖體表面，水分蒸發(fā)后水中的可溶物在巖體或巖畫表面沉積，并隨時(shí)間長大，形成各種巖溶地質(zhì)形態(tài)，長大速度受滲水量的影響。風(fēng)化產(chǎn)物的形態(tài)則主要受滲水點(diǎn)形狀的影響，較大的點(diǎn)狀滲水點(diǎn)，形成鐘乳石；線狀滲水點(diǎn)，形成石簾；極小的滲水點(diǎn)則形成顆粒狀產(chǎn)物。由于巖畫山體巖石的化學(xué)成分較為單一，降水的碳酸化能夠加速化學(xué)風(fēng)化作用。

四、花山巖畫的生物風(fēng)化原因分析

對花山巖畫能夠產(chǎn)生風(fēng)化作用的生物因素有四類，植物、地衣、苔蘚、微生物。

（一）生物的物理風(fēng)化作用

生物的物理風(fēng)化作用是指生物活動(dòng)對巖石產(chǎn)生的機(jī)械破壞作用，可分為三類：生物生長過程中的根系對巖石的破壞（根辟作用）、微生物的生長鉆孔對巖畫的機(jī)械破壞，以及巖畫表面的生物俘獲。

“根辟”是花山巖畫風(fēng)化中的常見類型，在巖石裂縫中的植物，隨著它的生長，其根部可撐裂巖石，擴(kuò)大、加深巖石裂縫。

（二）生物的化學(xué)風(fēng)化作用

生物的化學(xué)風(fēng)化作用是指生物在生長過程中的新陳代謝、死亡后的遺體腐爛分解產(chǎn)物與巖石礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，促使巖石的破壞。植物在生長過程中，通過分泌有機(jī)酸、碳酸等溶液，溶解并吸收礦物中的某些元素，例如P、K、Ca、Fe等作為營養(yǎng)，即把巖石礦物作為自己生長的營養(yǎng)源，這種作用可使巖石受到腐蝕性破壞。植物死后腐爛，可分解出有機(jī)酸和CO_{2等氣體，它們?nèi)苡谒笮纬伤釋r石進(jìn)行腐蝕破壞。植物體在還原環(huán)境中，可形成黑色膠胨狀的含有鉀鹽、磷鹽、氮的化合物和各種碳水化合物的腐殖質(zhì)，它可以促進(jìn)礦物分解生成易溶于水的鹽類隨水流失，從而促進(jìn)巖石的分解。微生物對巖石礦物的作用是非常強(qiáng)烈的，它對巖石產(chǎn)生的總分解能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過所有動(dòng)、植物具有的總分解能力。生物化學(xué)風(fēng)化作用的結(jié)果，使巖石最終形成含有腐殖質(zhì)的松散土壤。花山巖畫巖石表面的微生物鑒定結(jié)果表明，霉菌和苔蘚種類較為單一，且主要生長在化學(xué)風(fēng)化產(chǎn)物之中，尚未發(fā)現(xiàn)對巖畫巖石和顏料構(gòu)成直接危害。}

曹建華等人通過標(biāo)準(zhǔn)溶蝕試片進(jìn)行野外對比試驗(yàn)，對廣西弄崗自然保護(hù)區(qū)（花山巖畫所在地）的森林巖溶區(qū)和裸露巖溶區(qū)的多種不同生物微環(huán)境中（空氣中、土壤中、積土溶盆、積水溶盆、積土溶溝、石生植物根系等），生物巖溶侵蝕特征進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：

（1）不同生物微環(huán)境導(dǎo)致石灰?guī)r的溶蝕速度各異。在森林區(qū)內(nèi)溶蝕速度變化幅度9.19-15.15mg/100d，在樹木覆蓋較稀疏的山頂，則為8.22-29.97mg/100d。

（2）裸露區(qū)雨季溶蝕速度2.60-76.90mg/100d，旱季0.51-45.22mg/100d。

（3）從空氣中一土壤表面一土壤下20厘米一土壤下50厘米，其石灰?guī)r的溶蝕速度在森林區(qū)為1 0.27mg/100d一14.19mg/100d一64.38mg/100d一74.25mg/100d。

（4）森林區(qū)石灰?guī)r溶蝕速度高于巖溶裸露區(qū)。弄崗森林區(qū)年降水量1350mm/a，與柳州裸露巖溶區(qū)的1400mm/a相當(dāng)，而石灰?guī)r溶蝕速度弄崗地區(qū)比柳州地區(qū)則高出2.44倍。

以上數(shù)據(jù)表明，與土壤接觸時(shí)，巖石的溶蝕速度顯著上升，因花山巖畫所依附的山體頂部存在許多落水洞及裂隙，植物比較茂盛，當(dāng)植物的落葉和第四系松散堆積物落人落水洞和裂隙后，形成含腐殖質(zhì)的土壤，雨水進(jìn)入后，對巖石的溶蝕速度是非常高的。

（三）生物成因的淀積薄膜層

著生于巖畫巖石上的地衣、酸土蘚等生物，其本身就是一層淀積薄膜層，層狀風(fēng)化產(chǎn)物的每一層中都含有S和Cl元素，表明在層狀風(fēng)化形成過程中，存在著較為明顯的生物吸附。此外，那些充填在溶蝕坑內(nèi)的和在表面呈斷續(xù)分布的薄膜與微生物作用也有一定的內(nèi)在關(guān)系。當(dāng)?shù)匾滤篮?，它的殘?bào)w為細(xì)菌所分解，殘?bào)w中的礦物質(zhì)又可為別的地衣所用。巖石風(fēng)化而成的碎屑，為地衣所阻留。碎屑和礦物質(zhì)，地衣死后生成的腐殖質(zhì)，以及細(xì)菌等日積月累就會(huì)在巖石表面形成一層土壤。

生物風(fēng)化對巖石、礦物的破壞具有特殊性，物理風(fēng)化作用使巖石中裂隙增多，并不斷擴(kuò)大、加深巖石中的裂隙，使巖石由大塊崩解，表面積增大，為化學(xué)風(fēng)化提供了條件，化學(xué)風(fēng)化溶解了巖石中的易溶物質(zhì)，水解、氧化后改變了巖石的物理及化學(xué)性質(zhì)。物理風(fēng)化作用一般只能使巖石破碎到一定程度（粒度在0.05-0.5毫米之間），化學(xué)風(fēng)化進(jìn)一步使巖石顆粒分解，最后形成膠體或溶液，是物理風(fēng)化的延續(xù)。巖石在風(fēng)化過程中，兩者往往同時(shí)進(jìn)行，相互影響和相互促進(jìn)。

形成于巖畫巖石表面的淀積層有物理成因、化學(xué)成因、生物成因。碳酸鹽淀積覆蓋層中眾多的孔洞則是生物光合作用、呼吸作用和生物體死亡分解產(chǎn)生的CO_{2等氣體遺留在沉積物中形成的，穿插紋層的長條狀孔洞則是絲狀藻類生物分解后的產(chǎn)物。生物風(fēng)化與其他類型的風(fēng)化聯(lián)合作用，同樣也會(huì)造成對巖畫的嚴(yán)重蝕損，因此不應(yīng)忽視生物風(fēng)化作用對巖畫的影響。}

綜合研究花山巖畫巖石各種分析數(shù)據(jù)，巖石具有礦物組成單一、顆粒均勻、難溶等特點(diǎn)，從理論上說，巖畫巖石具有較強(qiáng)的抗風(fēng)化能力。但因巖畫崖體露出地表后即遭受風(fēng)化作用，巖石表面已形成風(fēng)化殼層，這層風(fēng)化殼具有一定的空隙，與原巖石的物理性質(zhì)存在較大差異，同時(shí)巖畫崖體節(jié)理裂隙較為發(fā)育，因此易受到環(huán)境因素的影響而進(jìn)一步風(fēng)化。風(fēng)化作用的結(jié)果是巖石附帶巖畫顏料一起剝離脫落。

五、花山巖畫顏料的變色、褪色與脫落

花山巖畫紅色顏料鐵紅和朱砂是通過植物樹液中的草酸或草酸鹽與石灰?guī)r反應(yīng)，形成一層含有水草酸鈣（CaC_{2O4H2O）的混合膠結(jié)物使它們聯(lián)結(jié)在一起的。顏料的穩(wěn)定性是決定花山巖畫能否長期保存的關(guān)鍵因素之一，對于古代繪畫顏料，變色與褪色是常見的兩種病害，影響巖畫顏料穩(wěn)定性的主要環(huán)境因素是光輻射、高濕度、空氣污染物中的酸性氣體。由于過去花山巖畫保存地區(qū)的污染物（SO2、NO2、NOx）濃度較低，酸性氣體引起鐵紅和朱砂變色的可能性較小。}

有關(guān)鐵紅和朱砂在各種環(huán)境因素作用下的穩(wěn)定性，李最雄的研究確認(rèn)鐵紅是非常穩(wěn)定的顏料，在高濕度（RH=90%）或干燥（RH=0%-48%）條件下，15000lux熒光照射96天后，其分光光度圖譜沒有變化。天然的鐵紅顏料中往往混有一定的黏土，稱為紅土、土紅。實(shí)驗(yàn)表明，鐵紅具有很強(qiáng)的耐光、耐潮濕、耐酸性氣體及堿類性能。

朱砂在高濕度環(huán)境及光照條件下會(huì)變成黑色的HgS。由花山巖畫保存環(huán)境統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)可知，高濕度和日照這兩個(gè)條件是同時(shí)存在的，但花山巖畫紅色顏料中的朱砂并未發(fā)生變色。李最雄的研究表明，當(dāng)涂敷在堿性底層上時(shí)，朱砂不易變色；蘇伯民的研究表明，當(dāng)把朱砂與其他紅色顏料（鐵紅、鉛丹）混合后使用，朱砂不易變色。由花山巖畫的制作材料及工藝可知，巖畫顏料中朱砂與鐵紅混在一起使用，同時(shí)顏料下面的草酸鈣具有微堿性。因此，盡管巖畫保存在高濕度和日照環(huán)境下，其紅色顏料朱砂并未發(fā)生變色。但在現(xiàn)場訪問時(shí)，被訪者都認(rèn)為：“花山巖畫畫面顏色明顯變淡，沒有以前鮮艷”。花山巖畫顏料中的鐵紅和朱砂對光和高濕度環(huán)境是穩(wěn)定的，但長期的日光照射，可能導(dǎo)致顏料中的有機(jī)膠結(jié)材料發(fā)生老化而失去粘結(jié)性能，使部分紅色顏料顆粒呈粉末掉落，致使顏料層色彩飽和度降低，視覺反應(yīng)巖畫顏色變淡。如果這一過程持續(xù)進(jìn)行，最終會(huì)使顏料層脫落。

當(dāng)把鐵紅和朱砂顏料混入植物樹液涂敷在巖畫立壁上后，樹液中分泌出的草酸與巖畫巖石反應(yīng)形成草酸鈣，其余的作為顏料的膠結(jié)材料而覆蓋在草酸鈣層上，形成巖畫畫面。由花山巖畫保存環(huán)境統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)可知，雖然其日照時(shí)間比北方短，但巖畫畫面在每天12點(diǎn)以后都受日光直射。因此，盡管巖畫顏料非常穩(wěn)定，但在日光的這種長期作用下，顏料中的有機(jī)材料必定發(fā)生光老化反應(yīng)，從而失去粘結(jié)性能，使巖畫顏料顆粒脫落，導(dǎo)致畫面色彩褪色。

六、花山巖畫病害治理對策與建議

空氣環(huán)境因素的溫濕度變化、日照、降水和蒸發(fā)可以控制風(fēng)化的類型和風(fēng)化速度，在不同的地區(qū)風(fēng)化作用的類型和特點(diǎn)明顯不同。高山及干旱的沙漠地區(qū)，以物理風(fēng)化作用為主，化學(xué)風(fēng)化作用微弱；溫濕地區(qū)，各種風(fēng)化作用都存在，但以化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化作用為主，巖石受風(fēng)化后分解比較徹底?；ㄉ綆r畫保存環(huán)境特征是高溫高濕、雨量充沛，因此巖畫巖石風(fēng)化具有高溫高濕環(huán)境風(fēng)化的所有特征?；ㄉ綆r畫石灰?guī)r巖石的風(fēng)化類型復(fù)雜多樣，有化學(xué)風(fēng)化，物理風(fēng)化，生物風(fēng)化。屬于物理風(fēng)化的現(xiàn)象主要是顯微裂隙，裂隙的存在和發(fā)展改變了主巖的力學(xué)性能，造成巖石沿裂隙成塊成片剝落，使巖畫受到嚴(yán)重破壞，物理風(fēng)化作用還與其他風(fēng)化作用聯(lián)合在巖石表面生成粘土質(zhì)淀積薄膜層遮蓋巖畫?；瘜W(xué)風(fēng)化作用不僅在巖石表面造成各種類型的溶蝕坑、溶蝕穴，而且水的作用在巖石表面形成各種碳酸鹽淀積覆蓋層，如顆粒狀產(chǎn)物、石簾、鐘乳石等，對巖畫造成損壞；微生物在巖石表面及其向巖石內(nèi)部的生長作用都會(huì)影響到巖石的表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，那些封閉于巖石表層內(nèi)的溶蝕穴及伸展于巖石內(nèi)的鉆孔就是地衣、藻類等生物對巖石表面風(fēng)化作用的結(jié)果，碳酸鹽淀積覆蓋層中眾多的孔洞是生物光合作用、呼吸作用和生物體死亡分解產(chǎn)生的CO_{2等氣體遺留在沉積物中形成的，穿插紋層的長條狀孔洞則是絲狀藻類生物分解后的產(chǎn)物。生物風(fēng)化作用與其他類型的風(fēng)化作用聯(lián)合作用于巖畫巖石，會(huì)對巖畫巖石造成嚴(yán)重破壞。}

引起巖畫發(fā)生病害的原因既與巖畫巖石的性質(zhì)有關(guān)，又與巖畫保存地點(diǎn)的自然環(huán)境有關(guān)，是多種自然環(huán)境因素與巖畫巖石長期共同作用的結(jié)果。巖畫病害表現(xiàn)形式也多種多樣，有巖石塊體崩落、物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化、生物風(fēng)化，它們同時(shí)存在，互為因果，相互促進(jìn)。由于花山巖畫所處特殊的地質(zhì)地貌和自然環(huán)境，治理花山巖畫風(fēng)化病害的難度大，要達(dá)到目的，應(yīng)采取區(qū)別對待、綜合治理的方法。首先制訂巖畫保護(hù)規(guī)劃，對花山巖畫的病害進(jìn)行分期治理，分為前期研究、搶救性保護(hù)、長期治理三個(gè)階段完成。

（1）花山巖畫風(fēng)化病害較為復(fù)雜，有物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化、生物風(fēng)化。發(fā)生物理風(fēng)化的主要原因是日照、高濕度環(huán)境下水分的凝結(jié)與蒸發(fā)；化學(xué)風(fēng)化的主要原因是大氣降水通過山頂落水洞及裂隙滲入巖體內(nèi)部后，對巖石進(jìn)行溶蝕。

（2）花山巖畫的基礎(chǔ)支撐體為含生物碎屑的沉積石灰?guī)r，巖畫是將赤鐵礦粉碎研磨后（有時(shí)人為加入朱砂）摻入植物性膠結(jié)材料（植物樹液）中繪畫的。巖畫做成后，植物樹液在老化過程中產(chǎn)生的草酸與巖石發(fā)生反應(yīng)，在紅色顏料層與巖石之間形成了一層水草酸鈣。

（3）巖畫巖石片狀剝離病害的治理屬于搶救性保護(hù)的工作，應(yīng)盡快研究制定花山巖畫搶救性保護(hù)方案。應(yīng)用丙烯酸改性環(huán)氧樹脂粘合劑可以有效治理巖畫片狀剝離病害。防水與治水是花山巖畫能否長久保存的關(guān)鍵，也屬于搶救性保護(hù)修復(fù)工作，建議盡快設(shè)計(jì)巖畫山體防水治水方案。生物風(fēng)化短時(shí)間內(nèi)不會(huì)對巖畫構(gòu)成直接危害，不是目前保護(hù)巖畫所要解決的首要問題。

（4）花山保存環(huán)境具有高溫高濕多雨的特點(diǎn)，環(huán)境質(zhì)量逐漸惡化，建議寧明縣政府調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，改進(jìn)糖廠生產(chǎn)工藝，搬遷或限制水泥廠的發(fā)展，實(shí)施清潔生產(chǎn)。此外，建議盡快建立長期觀察監(jiān)測系統(tǒng)，包括巖畫保存小氣候環(huán)境、巖畫立壁表層巖石溫度變化規(guī)律、環(huán)境質(zhì)量、雨水、滲出水及河水的動(dòng)態(tài)監(jiān)測等內(nèi)容。