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近年来地貌学家越来越重视岩石的风化毁损研究。世界上遍布众多的石刻文物,这些石刻文物的原材料来自自然界中的花岗岩、砂岩、石灰岩等天然石材,研究这些石材的侵蚀毁损机制有助于科学地保护具有重大历史文化意义的石刻文物,因此,越来越多的地貌学家投入到石刻文物侵蚀毁损的研究中。
目前国内外对石刻文物的研究已经取得较多进展,但研究对不同材质石刻文物之间的对比、微生物覆盖对石刻文物毁损的影响、微形态研究偏少,本文试图从这三个方面对国内较有代表性的石灰岩石刻文物──南京明孝陵及明代王陵、洛阳龙门石窟,砂岩石刻文物──乐山大佛进行对比研究。
研究主要从表面硬度、风化速率监测、表面微形态模拟着手。表面硬度的数据采用施密特锤直接在文物表面获取,而风化速率监测则采用自行设计的ND-1微侵蚀测量仪进行长期定点野外监测获得,并基于后者用GIS软件ArcGIS模拟表面微形态变化。
研究数据显示:①在表面硬度方面,不同岩性的石刻文物表面硬度有较大差异,其中鲕粒灰岩表面硬度值最高,粉砂岩其次,泥质灰岩表面硬度为最低。石灰岩方解石颗粒较粗,结晶程度高的灰岩石刻文物,其表面硬度值与生物覆盖程度有较好的相关性。其中微溶蚀形态微台阶、微溶坑等较为发育的石灰岩石刻文物,表面硬度值与生物覆盖程度呈负相关关系;而微溶蚀形态不发育的石灰岩石刻文物表面硬度值与生物覆盖程度呈正相关关系。石灰岩颗粒细小,结晶程度低,结构较为致密的石刻文物,表面硬度值和生物覆盖程度无明显相关性。
②在风化速率方面,岩性上的比较,砂岩石刻文物风化速率明显比石灰岩石刻文物高,而相同岩性石刻文物由于其岩石组构的不同有小的差异。在气候背景方面,处于亚热带的宜兴白云质灰岩风化速率较处于暖温带的龙门石窟同岩性石刻文物风化速率要高一个数量级,这是由于两气候带的日照时数、降水量、年均气温的差异所致。在外部环境因素方面,同岩性石刻文物有微生物、草本等植被覆盖的测试岩面侵蚀速率比裸露岩面侵蚀速率要高,而有乔木植被覆盖的测试面风化速率介于二者之间。这说明生物的覆盖对侵蚀速率有促进作用,而个体愈小的植被的促进作用愈强。
在本文进行的计算机模拟石刻文物表面微形态变化过程上,初步取得了成功,用此方法可以直观、直接地监测石刻文物表面微形态的变化,初步解释了小型微溶痕的演化成因。推广来用,即可以模拟岩石表面微形态(微观地貌)的变化。如能进一步研究得出岩石表面微形态变化的数学模拟,进而用计算机定量的模拟这种过程,则具有重大的理论和实践意义。但此项研究需要大量的数据,而ND-1微侵蚀测量仪的每一组数据就需要至少半年的时间,并且数据的处理,数学模拟的建立亦需要时间来完成,由于笔者时间和精力的不足,尚待后续研究。